[工程科技]楼宇自控系统.ppt

1,楼宇自控系统,2,楼宇设备自动化系统BAS,3,内容,BAS功能要求 集散控制系统 BAS体系结构,4,BAS功能要求,设备控制自动化 设备管理自动化 防灾自动化 能源管理自动化,5,设备控制自动化,EBI Server,通 信 接 口,6,设备控制自动化内容,变配电及应急发电设备 照明设备 通风空调设备 给排水设备 电梯设备 停车场管理,7,设备管理自动化,水、电、煤气等计量与收费 设备运行状态记录、维护与检修预告 设备维护与保养管理 设备档案管理 设施、设备使用申请、预约管理 资料、文件汇总,8,防灾自动化,防火系统 防盗系统 防灾系统,9,防火系统,火灾监测与报警 设备状态与故障报警 管路水压测量 自动撒水、泡沫灭火、气体灭火控制 消防机电设备联动 紧急电梯控制 防排烟控制 紧急广播控制 避难引导控制,10,防盗系统,出入口控制 闭路电视监控 停车控制与监控 防盗报警系统 巡更管理系统,11,防灾系统,煤气和有害气体检测 漏电检测 漏水检测 自动避难疏导,12,能源管理自动化,电力设备契约用电控制 电力设备的功率因素改善 照明设备自动调节 空调系统节能控制,13,BAS软件功能,系统软件 用于管理计算机 系统操作管理、交互式操作界面、报警故障提示与打印、警报处理、系统开发环境、多种控制方式、辅助功能设定 分站软件 用于现场控制器 采样和数据处理、报警设定、程序控制、数学与函数功能、通信功能，固化在DDC中。,14,操作(S) 編輯(E) 自訂(C) 檢視(V) 執行(A) 設定(o) 範例(m) 求助(H),警 報,通 訊,系统软件,15,工程师站,16,BAS技术基础,楼宇自动化系统将各个控制系统集成为一个综合系统，其核心是集散控制系统，由计算机技术、自动控制技术、通信网络技术和人机接口技术相互发展渗透产生。,17,楼宇集散控制系统图,现场总线A,控制总线,可编程接口模块,室内温度传感器,室内温度传感器,室内温度传感器,吊顶空调控制器,LonMark,区域控制器A,区域控制器B,现场总线B,LonTalk,标准通讯系统接口,非标准通讯系统接口,VAV控制器,FCU控制器,现场控制器,现场控制器,现场控制器,带触摸屏控制器,NT工作站A,NT工作站B,ETHERNET,10M bps,78.8Kbps,78.8Kbps,LL网桥,LL网桥,LonTalk,78.8Kbps,数据服务器A,数据服务器B,吊顶空调控制器,就地控制,中央管理,18,集散控制系统概念,DCS Distributed Control System 是以多台微处理器为基础的集中分散型控制系统。集散系统在传统的过程控制系统中引入计算机技术，利用软件组成各种功能模块，代替过去常规仪表功能，实现生产过程参数的控制，并用CRT屏幕显示，应用通信联网技术组成系统。 DCS特点是现场由控制站进行分散控制，实时数据通过电缆传输送达控制室的操作站，实现集中监控管理，分散控制，将控制功能、负荷和危险分散化。,19,多层树状结构,自成系统，自主控制,20,集散控制系统发展历程,第一代DCS，从1975年到80年代初为DCS的发展期。实现DCS信息集中、控制分散。硬件大多采用16位微处理器，主从通信。 第二代DCS 80年代至90年代初为第二代DCS时期。硬件采用32位微处理器，普遍应用局部网络技术 ，软件进步 。 第三代DCS开始采用现场总线技术，它是一种开放式实时网络系统，是控制界的热点，也是自动化领域的一项新技术。,21,典型的DCS结构,工业控制计算机,PC机、服务器,单片机、微机系统,22,DCS组成,管理计算机 操作员站 工程师站 现场控制器 系统网络（总线）,23,管理计算机,通常位于信息中心或楼宇综合自动化系统和管理中心，可采用服务器及小型计算机系统来完成，除具有实时监控外，主要进行管理功能。,24,操作员站,作为“人机”接口的操作站可以设置在总控制仪表室。显示各个现场站及不同的楼宇设备子系统的过程实时数据，同时对各个现场站发出改变设定值、改变回路状态及控制指令。,25,工程师站,工程师站地位功能类似于操作员站，但具有更多编程、调试功能，通常以笔记本电脑、手抄机形式出现。,26,现场控制器,现场控制站作为系统的控制级，主要完成各种现场楼宇机电设备运行过程信号的采集、处理及控制，作为控制和操作同时进行。,27,现场控制器组成,智能控制器,28,现场控制器结构,机柜 电源 中央处理单元 输入输出通道 AI、AO、DI、DO、PI,29,模拟量输入通道AI,生产过程中各种连续物理量 如温度、压力、应力、位移以及电流、电压等 毫伏级电压信号 如热电偶、热电阻及应变式传感器的输出 各种温度、压力、位移或各种电量变送器的输出 一般采用420mA标准，信号传送距离短、损耗小的场合也有采用05V或010V电压信号传输的。,30,模拟量输出通道AO,输出420mA电流信号， 010mA与15V电压 电动执行机构的行程，调速装置、阀门的开度等模拟量 输出通道一般由D/A模板、输出端子板与柜内电缆等构成。,31,开关量输入通道DI,用来输入各种限位开关、继电器或电磁阀门连动触点的开、关状态 输入信号可以是交流电压信号、直流电压信号或接点。 开关量输入通道由端子板、DI模板及柜内电缆组成。,32,开关量输出通道DO,用于控制电磁阀门、继电器、指示灯、声光报警器等开关设备 输出信号可以是直流电压信号或接点。 DO由端子板、DO板及机柜内电缆构成。,33,脉冲量输入通道PI,现场仪表中转速计、涡轮流量计及一些机械计数装置等输出的测量信号为脉冲信号，脉冲量输入通道就是为输入这一类信号而设置的。 楼宇中较少用。,34,DO点灯光控制,电磁线圈24v驱动,3、4常闭接点 3、5常开接点,为什么要用中间继电器？,35,通信网络结构（系统总线）,直接连接 二层网络 三层网络,36,直接与现场控制设备相连的网络结构,37,二层网络结构的楼宇自控系统,38,三层网络结构的楼宇自控系统,39,10M 以太网,IFC接口 模块,第三方设备 非开放现场总线,N 1 网,METASYS工作站,现场控制器,N 2 网 19.2 K bps,现场控制器,原有非开放,原有非开放,现场控制器 DX-9120,LonMark,LonMark 78.8 K pbs,LonMark,现场控制器,现场控制器,其他非开放,其他非开放,METASYS工作站,METASYS工作站,网络控制器,网络控制器,NCU,NCU,网络控制器,NCU,现场控制器 DX-9120,系统总线举例,40,集散控制系统特点,分级递级控制 分散控制 自治性 协调性 友好性 适应、灵活、扩充 开放 可靠,垂直分级、分工、协调、统一、冗余,设备分散、处理分散、风险分散,DDC、工控机,组态软件、界面友好、便于二次开发,标准、通用,41,现场总线控制系统,生产过程自动化经历了就地控制、集中控制和分散控制之后，20世纪80年代又出现了基于现场总线技术的开放型自动化系统。基于现场总线的控制系统(Fieldbus Control System 简称FCS)是分散型控制系统(DCS)的继承、完善和进一步发展，是继DCS之后自动化仪表与控制系统领域又一次重大变革。现场总线技术是一种集计算机技术、通信技术、集成电路技术及智能传感技术于一身的新兴控制技术。,42,FCS 基本思想,建立基于统一底层网络的开放系统 取消DCS的输入/输出单元和控制站 把DCS控制站的功能块分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站、智能节点 不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用,智能节点,43,现场总线控制系统图,智能节点 通信、处理、控制,44,BAS体系结构,45,现场控制层,组成 DDC 直接数字控制器 Direct Digital Controller 传感器、变送器、执行机构 控制 AO、AI、DO、DI 点数表 控制总线 RS485、RS422、BACnet、CAN、Lon,46,监督控制层,计算机 工业控制计算机 容错计算机 通信网络 高速局域网,47,运营管理层,计算机、专业服务器 中心数据库 系统集成,楼宇自动化系统网络层次,管理网络层,现场控制层,实施方案1,功能按层面组织的BAS系统,实施方案2,按楼宇设备功能组织的BAS系统,51,传感器与执行器,52,内容,BA系统检测技术 常用执行器,53,BA系统检测技术,自动检测系统结构 电物理量检测技术 温、湿度检测技术 压力、液位检测技术 流量、容积检测技术,54,测量与自动检测,测量是把待测物理量直接或间接与标准量比较的过程。 自动检测技术是以电子技术为基本手段的检测技术。 电量检测：电流、电压、阻抗等 非电量检测：压力、温度、流量等,55,自动检测系统结构,56,电物理量检测技术,直流电压、电流测量 正弦电压、电流测量 功率测量,57,直流电压、电流测量,输出 0-5V 0-10V 5V 10V,校零、量程转换,58,正弦电压、电流测量,59,功率测量,60,温、湿度检测技术,温度传感器 用途 室内外温度 -4545C 风管温度 -30130 C 水管温度 0100 C 类型 墙挂式、风道式、水管式 铂Pt电阻、铜电阻、热敏电阻、热电偶,61,温度检测原理,Rt=R0+t,62,湿度传感器,烧结型陶瓷湿度传感器 半导体湿敏电阻 根据IN-OUT特性校准 电容式相对湿度传感器 极板电容正比于板间介电常数 介电常数与湿度有关 电容正比于湿度,63,压力、液位检测技术,64,流量、容积检测技术,节流式 节流装置+差压计，测量精度低 容积式 精度高，造价高，适应性差 电磁式 涡轮流量计，造价性能适中,65,常用执行器与器件,电动执行器 电磁阀 电动阀 风门,66,电动执行器,输出信号 模拟量、开关量 类型 直行程、角行程、多转式 连接方式 直接、间接,67,电动执行器,68,电磁阀,结构简单 价格低廉 开关控制,69,电动阀,70,电动阀控制,水槽加工精度如何考虑？,71,风门,72,建筑设备与控制,73,内容,供配电系统 照明系统 空调系统 给排水系统 冷热源系统,74,供配电系统,供配电基础 典型楼宇供电系统 供配电系统监测,75,供配电基础,电力网 输配电线路和变电所 输电、配电 高压、低压 电压等级 8级 0.22 0.38 3 6 10 35 110 220 Kv 负荷等级 一级负荷、二级负荷、三级负荷,76,负荷分类,77,常见供电方案,0.22/0.38kv，负荷小、可靠性低，临近变电所供电 1路10（6）kv 供电， 三级负荷供电、或一级负荷备用电源 2路10（6）kv供电，负荷容量大，可靠性高，一二级负荷常用方式。 2路10（6）kv、自备发电机备用 ，负荷容量大，可靠性高，一级负荷。 2路35kv、自备发电机备用，特大负荷，大型企业、超高层建筑。,78,典型楼宇供电系统,负荷分布及变压器配置 高压配电方式 低压配电方式 后备供电与应急供电,79,负荷分布及变压器配置,负荷计算 装机容量KVA、供电电压 设备层（技术层）选择 超高层建筑设备设分区电梯、水泵、配电房 变压器选择 容量、形式、施工便利,80,常用高压供电方案,一备一用 结构简单 容量小 可靠性低,同时供电 结构复杂 容量大 可靠、通用,81,常用低压配电方案,放射式、星型 可靠、容量大 耗材,树干式、总线型 简便、容量小 省料,混合式 折中、常用,82,后备供电与应急供电,智能建筑用电负荷分类 一类：保安型负荷 二类：保障型负荷 三类：一般型负荷 常用配电方案 两路市电中间联络、全失电启动发电机组 一类负荷两路市电同时供电、末端自切,消防、安全、消防电梯、应急照明,工作区照明、部分电梯、通道照明,空调、水泵、其它照明,83,供配电系统监测,变送器,只监不控,84,供配电系统监测内容,各自动开关、断路器状态监测 三相电压、电流检测 有功、无功功率与功率因素检测 电网频率、谐波检测 变压器温度检测与故障报警 用电量检测,通常有专业公司提供数据接口,85,照明系统,楼宇照明设计 照明光源 照明控制,86,楼宇照明设计,照度 1lx=1lm/1m2 阅览照度 50lx 照明方式与种类 方式：一般照明、局部照明、混合照明 种类：工作、事故、值班、警卫、障碍 典型楼宇照明 住宅楼宇、办公楼宇、学校建筑 照明配电线路 工作电压220V 配电线路220V/380V三相四线制供电,参照相应的单位面积功率照度表,87,照明光源,常用照明光源 白炽灯、荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、金属卤素灯、氙灯 光电参数特性 光效、寿命、色温、显色系数、启动和再启动性能,88,照明控制,开、关控制 断路器控制 定时控制 光电感应控制 智能控制（BA程序控制）,室外路灯、广告牌,室内走道灯、智能家居,泛光照明、场景模式,89,公共照明系统监控,照明总控制柜,区域1,区域2,区域3,区域4,区域.,程序（定时）控制,手工干预控制,现场控制,过道灯+红外感应器,3种控制模式,90,智能照明系统结构框图,定时控制,场景模式,91,智能照明控制网络,DDC 智能控制器,场景模式设计一般由专业公司完成,92,空气的物理性质,空气状态参数 空气调节原理 大气环境监测,93,空气状态参数,压力 P 温度 T t 干球温度DB 湿球温度WB 湿度 绝对湿度x 1m3湿空气中的水汽量kg 含湿量d 1kg湿空气中的水汽量kg、g 相对湿度 表示空气湿度接近饱和绝对湿度的程度% 露点温度t1 空气中水蒸汽凝结成水（结露）温度,从干球温度和湿球温度，查表可获得相对湿度,94,空气调节原理,目标：创造一个温度适宜、湿度恰当的舒适环境。 温度调节 夏季：25C 27C 冬季：16C 20C 湿度调节 相对湿度 夏季：50%-60% 冬季：40%-50%,95,空气调节设备,调温调湿设备 加热设备： 空气加热器（蒸汽、热水）、电加热器 减湿冷却设备：表面冷却器 加湿设备： 喷蒸汽法 空气状态调节 1. 冬季新风加热加湿处理 2. 夏季新风减温减湿处理,96,大气环境监测,监测项目 烟尘、SO2、CO、臭氧 有毒气体、放射性元素 光化学烟雾、太阳辐射、能见率 风向、风速、气温、气压等气象因数 质量指标 空气污染指数 悬浮颗粒浓度、硫氧化物浓度等 各种微量污染气体，如氟化物、氯化物等,97,空调系统,系统组成 局部式、集中式空调 中央空调 通风,98,空调系统组成,进风部分 新风口、回风口 空气过滤部分 过滤器、滤网 空气热湿处理部分 直接接触式、表面式 输送和分配部分 风机、风管 冷热源部分 冷源、热源 热泵、冷水机组、锅炉 （电、煤气、油）,99,局部式、集中式空调,集中系统 所有空气处理设备在一个集中的空调机房内，空气经处理送到个房间，特点是便于设备安装与管理。 半集中空调系统 除集中空调外加，还有分散在各房间内的二次末端（风机盘管、变风量系统等），特点是灵活使用和控制 全分散系统 局部空调机组，窗式、挂壁（柜）式分体机组,100,中央空调,形式 半集中空调、集中空调 特征：冷热源集中提供 冷热源 热泵 冷水机组 锅炉 电加热器,101,集中空调系统原理图,冷媒由机组统一提供,适合商场、大开间办公室,102,空气加湿处理系统图,103,通风,通风方式 局部通风、全面通风 设计原则 地下室、厨房、卫生间、设备间、空调房间 通风控制 风机控制、过滤网报警、风机故障报警,104,新风机监控,启停状态 手自动转换 故障报警,105,风机盘管监控,106,空调处理机监控,启停状态 手自动转换 故障报警,107,送排风系统监控,启停状态 手自动转换 故障报警,108,给排水系统,供水系统 排水系统,生活给水系统监控,110,排水系统监控,111,冷热源系统监控,冷源系统 冷水机组系统，包括冷水机组/热泵、冷却水循环和冷冻水循环三部分 热源系统 建筑物空调系统的主要热源设备包括热泵机组和锅炉系统两种,112,6,供回水温度,蒸汽阀开启,1,113,冷水机组,利用压缩机、冷凝器、蒸发器等设备，人为控制制冷剂气液状态转换，并循环反复，制冷剂就将不断地冷却冷冻水，同时，将吸收的热量释放到冷却水循环中。,114,冷水机组工作原理,低温低压气体,高温高压气体,释放热量,常温高压液体,低温低压气液共存,蒸发，吸收热量,115,冷水机组监控,冷水机组启/停控制及状态监视。 冷水机组故障报警监视。 冷水机组的手/自动控制状态监视。 冷冻水出水/回水温度监视等。,116,冷冻水系统,建筑物空调冷源系统的冷冻水循环，它将从各楼层空气处理设备循环回来的高温冷冻水送至冷水机组制冷，然后再供给各空气处理设备。此回路的监控内容主要包括冷冻水泵的监控、冷冻水供/回水各项参数的监测及旁通水阀的控制。 空调机、新风机、盘管冷媒为冷冻水,117,冷冻水系统监控,冷冻水泵的启/停及状态监视。 冷冻水泵故障报警监视。 冷冻水泵的手/自动控制状态监视等。 冷冻水供/回水温度监测。 冷冻水供/回水总管压力监测。 冷冻水循环流量监测等 。,118,冷却水循环,建筑物空调冷源系统的冷却水循环，它的主要任务是将冷水机组从冷冻水循环中吸取的热量释放到室外。此回路的监控内容主要包括冷却塔的监控、冷却水泵的监控及冷却水进、回水各项参数的监测。,119,冷却水监控,冷却塔风机启/停控制及状态监视。 冷却塔风机故障报警监视。 冷却塔风机的手/自动控制状态监视等。 冷却水泵的启/停及状态监视。 冷却水泵故障报警监视。 冷却水泵的手/自动控制状态监视等 。,120,设备间联动及冷水机组的群控,冷水机组是整个建筑物空调冷源系统的核心设备，冷冻水循环、冷却水循环都是根据冷水机组的运行状态进行相应控制的。 启动冷水机时，启动冷却塔、冷却水循环系统、冷冻水循环系统的启动，当确定冷冻水、冷却水循环系统均已启动后方可启动冷水机组。 停止冷水机组时，停止的顺序与启动顺序正好相反，停止冷水机组、停止冷冻水循环系统、停止冷却水循环系统，最后是冷却塔。,121,多台冷水机组启