（电气工程专业论文）变风量空调控制系统的设计与应用.pdf

。一一 垦圭堡三垄兰三堡堡主兰堡垒查 l 厶j - k _ j - - _ _ - _ _ _ _ - _ - _ _ _ - - - 一 。一 d e s i g n a n d a p p l i c a t i o no fv a v a i r c o n d i t i o n i n gc o n t r o ls y s t e m s p e c i a l t y = e l e c t r i c a l e n g i n e e r i n g a u t h o r ：y a nj i a ny i n g ( s i g n a t u r e - 歹i f s u p e r v i s o r ：p r o f l is h o uz h i ( s i g n a t u r e - 厶、跏 p r o f c h e nj i aw e i ( s i g n a t u r e = a b s t r a c t 卜 ) ) ) t h e p a p e rd e s i g n sa n di m p l e m e n t s t h ec o n t r o ls y s t e mo ft h ev a va i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m i nt h ep r o d u c t i o nd e s p a t c hb u i d i n gf o rt h ep o w e rs u p p l yb u r e a ui nx i a 1 1 t h i sp r o j e c ti st h e f i r s tv a va i rc o n d i t i o n i n gc o n t r o ls y s t e me n g i n e e r i n gi nt h en o r t h w e s tr e g i o n o fc h i n a t oc o n t r a s tw i t ht h ed i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e mw h i c hu s e df o rb u i d i n gc o n t r o l ，c o n s i d e r t h ed l a u f a c t e r i s t i c so ft h ev a va i rc o n d i t i o n i n gs y s t e mi nt h ep r o d u c t i o nd e s p a t c hb u i d i n g , t l l e a p o g e es y s t e mo fs i e m e n sw a sa d o p t e da sp l a t f o r m a n db a s i n g o nt h i sp l a t f o r m ，t h e h a r d w a r ea n ds o f t w a r eo fd i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e mf o rv a va i rc o n d i t i o n i n gs y s t e mw e r e d e s i g n e d n ec o r eo ft h ev a va i rc o n d i t i o n i n gc o n t r o ls y s t e mi st oc h o o s et h ee n e r g y s a v i n ga n d e n g i n e e r i n g o r i e n t e dc o n t r o la l g o r i t h m b yc o m p a r i n gv a vt e r m i n a l w i t hv a va h u ，t h e p r e s s u r e i n d e p e n d e n tc o n t r o la l g o r i t h mw a ss e l e c t e df o r t h ev a r i a b l ea kv o l u m et e r m i n a l ，a n d t h ec o n s t a n ts t a t i cp r e s s u r ec o n t r o la l g o r i t h mf o rt h ev a va i rc o n d i t i o n i n gc o n t r o la h u e s p e c i a l l yc o n s i d e r i n g t h e d i s a d v a n t a g e s o ft h ec o n s t a n ts t a t i c p r e s s u r ea l g o r i t h m ， n a m e l y , b i g n o i s ea n db a de n e r g y - s a v i n g ，t h ea u t h o ra c h i e v e ds a t i s f i e de n e r g y - s a v i n g r e s u l tb y o p t i m i z i n gc o n t r o lp a r a m e t e r a tt h es a m et i m e ，t h et h o u g h to ft h ec o m f o r t a b l ec o n t r o lw a s a d v a n c e df i r s t l yb ya u t h o r , w h i c hf u r t h e rr a i s e st h ee f f e c to fe n e r g y s a v i n g c o m b i n e di n s p e c t i o na n da c c e p t a n c eo ft h i sc o n t r o ls y s t e mw a sp a s s e db yp o w e rs u p p l y b u r e a u0 fx i ，a na n de l e c t r o n i ca s s o c i a t i o no fs h a a n x ip r o v i n c e t h e ye v a l u a t e dt h a tt h ev a v a i rc o n d i t i o n i n gc o n t r o ls y s t e mi sas a f e ，r e f i a b l e ，a n dt h a tt h e c o n t r o lp r e c e p ti sa d v a n c e d ， r a t i o n a l ，m o r e o v e r , t h ee f f e c to fe n e r g y - s a v i n gi so u t s t a n d i n g t h ec o n s t a n ts t a t i c p r e s s u r e c o n t r o la l g o r i t h mr a i s e7 i ne n e r g y s a v i n gb yo p t i m i z i n gc o n t r o lp a r a m e t e r f u r t h e rm o r e ，a l l i n d e xa t t a i n e da n dp a r to ft h ei n d e xe x c e e d e dt h ed e s i g nr e q u e s t t h ew h o l ef u n c t i o nc a m et o t h ed o m e s t i ca d v a n c e dl e v e l i na d d i t i o n ，t h ep r o j e c ta c q u i r e do n eh u n d r e dc l a s s i c a li n t e l l i g e n t b u i l d i n gt i t l e ，o r g n i z e db yt h ec h i n ae x p l o x i t o n & d e s i g n a s s o c i a t i o nt h r o u g h o u tt h ec o u n t r y k e y w o r d ：d c s ；v a r i a b l e a i rv o l u m e ( 嘲；e n g i n e e r i n gd e s i g n ；e n e r g y s a v i n gc o n t r o l i i 独创性1 声明 ，一秉承祖国优良道德传簪和学雄的严谨学风郑重中明i i 本人所呈交的学位论冀是我食i 、 一1 ，。 一t 入在导师指导下进行的研究工作及取得的成果6 尽我所知j 赊特别加以标注和致谢的地 j， 。 号靠：一论文年不包含其他人的研究成果i 与我二同工作的同志对本文所论述的i 倌和成 一 一，i + 。 果的任何贡献均已在论文中作了明确的说嘎并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，。由本人承担一切相关责任 论文作者签名毫1 挚巨；奠7 年泣粤7 ，习，矗 学位论文使用授权声明 ? 。，。 本人j 丑量l ：表导师的指喜下创作完成荜业论文：本人邑通过论文的答辩：i 并 _ t。、+、 ，j ：， ； 。 已经在露安理工大学申请博士硕士学位本人作为学位论文著作权拥有者，同意授权 。 ，。 7 ， - 一 ! j ， 西安理工大学拥有学位论文的部分使用权；即二1 + ) r 包获学位的研究生按学校规定提交 一一 -，r ( ? ，： ； 一。 印刷版和电子版学位论史，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的 一 ：。 ? ，。一。 一 j ，一o 学位论文：。可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，一2 ) - ：为教学和 一 。| ； ：、 | j一 科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆：、资料室 ， 一 f 一 等场所或在校园网上供校内师生阅读、测览o ：本人学位论文全部或部分内容的公布，( 包括刊登) ，一授权西安理工大学研究生部办 理o 7 ( 保密的学位论文在解密后，适用本授权说明) 论文作者签名：导师签名： 妒归! ? 碉叫p ： 1 绪论 1 绪论 1 1 课题背景 本文针对西安供电局生产调度大楼变风量空调控制系统的设计而进行。 随着社会发展，人们对工作和生活环境的舒适性提出了越来越高的要求，导致了中央 空调系统的大量使用。而在建筑能耗中，中央空调的能耗又占建筑能耗的3 0 - 5 0 n 1 。随 着经济和社会的快速发展，一方面是对煤电油等重要资源的需求量明显增加，另一方面能 源资源是有限的。所以为了降低能耗，变风量空调系统应运而生。由于其节能效果突出， 得到了越来越多的应用。国家将变风量空调作为十大重点节电技术措施在全国推广，变风 量空调技术在我国具有良好的应用环境和发展潜力。 变风量空调技术是跨暖通专业和控制专业的新领域，如果没有好的控制策略和在工程 中简单可行的实施方法，变风量空调系统达不到预期效果的。在此背景下，探讨变风量空 调系统的控制，有着重要的现实意义。 1 2 国内外发展概况 国外对变风量空调系统的研究始于2 0 世纪7 0 年代吻，研究内容主要包括以下几方面： 变风量空调系统的节能、变风量空调系统送风量的控制、新风量控制、变风量空调系统的 动态建模和仿真。经过几十年的探索和研究，国外已有多年的变风量空调系统设计和工程 经验，他们对其的研究相应地也较深人和细致，可以说，变风量空调技术在国外已经相当 成熟嘲“3 1 。 但是，我国对变风量空调系统的研究起步相对较晚，始于2 0 世纪9 0 年代。清华大学、 上海交通大学、西安建筑科技大学等作了大量的工作。但是总的来说，由于变风量空调系 统技术相对复杂，控制环节多，尤其是对系统和设备的控制要求较高，加上国内技术落后 的原因，使得变风量空调系统的节能性没有充分体现出来，此外，系统还存在无法达到调 节要求、运行不稳定等问题，这也大大限制了变风量空调系统在国内的推广和应用。 要想大力推广和应用变风量空调系统，还需做一下研究工作： ( 1 ) 进一步提高变风量空调系统节能性的研究 ( 2 ) 变风量空调系统的控制方法的研究 ( 3 ) 变风量空调系统新风供应问题研究 ( 4 ) 模拟计算和设计软件等方面的进一步研究。 变风量空调系统不同于定风量空调系统，它的设计和实施不仅仅是暖通问题，也是控 制问题。一个变风量空调系统是否能达到舒适、节能的目的，更重要的取决于控制系统。 由于国外在发展变风量空调系统方面起步早，同时投入了大量的人力和财力进行研究，因 此工程技术人员在变风量空调控制方面积累了大量的理论和工程实践经验。而我国虽然在 变风量空调技术方面发展迅猛，但变风量空调的控制原则与控制策略的研究相对滞后，而 西安理工大学工程硕士学位论文 且有些工程技术人员( 自控工程师) 对变风量空调这一新工艺理解肤浅，甚至存在认识上的 错误，从而导致变风量空调系统运行效果欠佳，甚至自控系统无法正常运行，因此如何实 现变风量空调的预期控制目标，已成为工程技术人员的难点和急需解决的重点。 1 3 本文研究的意义 使用变风量空调系统的主要目的有两个：一是节能，对国家起到解决电力紧张问题， 减小国家对电力系统的投资；对用户起到降低运行费用的作用。二是提高生产和工作环境 的舒适性。 要达到上述目的，除了要有一个好到暖通设计外，还需要配备一套好的集散控制系统， 并选择一套好的控制策略，并在工程实际中针对工程特点加以实现。本文针对西安市供电 局生产调度大楼的变风量空调控制系统进行了设计及工程实旌工作。试图摸索出一套工程 上可行的控制策略及实施方案，提高节能效果，达到暖通专业的设计目标，为以后更多的 变风量空调控制工程的设计和实施积累经验。 1 4 本文的主要工作 本文根据西安市供电局生产调度大楼暖通专业的图纸和工艺要求，从变风量空调控制 系统的设计和实施角度出发，论述控制系统的选型及组成、控制策略的选择、系统软硬件 的设计和系统调试方案等。 本文主要进行了以下几个方面的设计和应用： 1 、针对西安供电局生产大楼变风量空调系统的特点，通过对目前市场上流行的集散 控制系统的全面对比，选定了高性价比的西门子公司的a p o g e e 集散型控制系统，并熟练 掌握了该系统。 2 、在西门子的a p o g e e 集散型控制系统平台上，完成了供电局生产调度大楼变风量空 调系统的软件、硬件以及人机界面的设计。 3 、对比了变风量空调控制系统的常用控制算法，并结合西安供电局生产大楼的变风 量空调系统的特点，确定了本工程所采用的控制算法：变风量末端的压力无关型控制算法 和变风量空调机组的定静压控制算法。 4 、由于在项目实施过程中，一般控制工程师都是根据暖通工程师提出的控制参数进 行设置，并不根据具体对象的特点进行合理优化，使得定静压算法存在噪声大、节能效果 差的缺点。本文针对这一问题，提出了通过优化控制参数，提高节能效果的思想，并通过 了工程验证，取得了满意的效果。 5 、总结了变风量控制系统的工程设计方法和过程，并提出了舒适性控制等节能控制 策略，并在该系统中进行了应用探索。 2 2 控制系统的选择 2 控制系统的选择 2 1 用户的需求分析 西安供电局生产调度大楼地下两层，地上二十三层，建筑面积3 4 万平方米。采用变 风量空调系统，变风量空调系统的设计由西北建筑设计研究院完成。 大楼的地下层未设空调，一至二十三层层每层一台变风量空调机组，共二十三台变风 量空调机组。每台空调机组利用送风管道送风，走廊集中回风；变风量末端采用风压型末 端，标准办公室每个房间二台变风量末端，1 层大厅、会议室和调度厅根据面积不同，分 别设置二到四台不同风量的变风量末端。 变风量空调系统的冷热源来自地下一层的动力站。夏季为变风量空调提供的冷冻水供 水温度为7 ，回水温度为1 2 ；冬季为变风量空调提供的热水供水温度为6 0 ，回水温 度为5 5 。 工程设计的目标是最终达到用户的使用功能，因此只有在充分了解了用户需求的基 础上，才能设计出满足使用要求的控制系统，以下为本工程的用户需求： ( 1 ) 变风量控制系统应是一套高性价比的集散型控制系统 西安供电局大楼内的变风量空调设备数量多，共2 3 台变风量空调机组、3 7 9 台变风量 末端。需要一套高性价比的集散型楼字自控系统完成对大楼内的机电设备控制，以达到 节省运行管理人员，降低能耗的目的。 ( 2 ) 楼宇自控系统要支持开放协议 西安供电局大楼内除楼宇自控系统外，还有消防系统、安放等系统，并需要在智能系 统平台上进行系统的集成，为此要求变风量控制系统支持开放的标准协议，为系统的集成 奠定基础。 ( 3 ) 为大楼的使用者提供舒适的工作环境 楼宇自控系统根据季节、人员和空气流动情况的变化，将各区域的室内温度和湿度控 制在设计要求值上，同时参考国际上的通用标准( 如：a s h r a e 舒适标准、i s 0 7 7 3 0 的热 舒适指标p m v 、国标g b 5 7 0 1 8 5 中的舒适温度指标等) ，使楼内人员感觉最舒适。 ( 4 ) 将空调系统的运行费用降到最低 在满足舒适性的前提下，控制系统通过合理组织设备运行，采用节能的控制策略，使 大楼的运行费用降到最低。即以能耗值最低为控制目标，进行优化系统控制。 ( 5 ) 提供突发故障的预防手段 如果大楼的机电设备突然发生故障而停机，将对大楼产生严重后果。楼宇自控系统可 以从以下几个方面预防这种局面的出现：随时检查设备的实际负载和额定负载，一旦发现 设备过载，立即自动卸载同时向中央控制室发出报警信号，以防损坏贵重设备；监视设备 运行状况，一旦发现其中某台设备运行异常，立即报警通知检修人员前去检查，以防引起 更大范围的设备故障；自动记录设备的累计运行小时数，当累计值达到规定的维修时间时， 3 西安理工大学工程硕士学位论文 自动报告中央控制室，及时提醒进行设备检修；同时，对于临时停电的情况，当恢复供电 后，系统自动执行顺序启动程序，可保证设备投运顺利，避免启动失败对设备的损害。通 过这些检测、报警和处理方式，使大楼对机电设备突发故障具备有效的预防手段，以确保 设备和财产安全。 ( 6 ) 采用模块化的现场控制器 现场控制器采用模块化结构，可根据控制对象的监控点的数量进行配备。保证既有一 定的点的冗余。同时也便于将来的扩充和维护。 ( 7 ) 自控系统支持两级网络结构 系统支持两级网络结构，控制网应支持点对点通讯，可灵活加挂控制器。控制级上的 通讯线路及设备的故障，不影响其它控制器的工作。管理级网络采用以太网。 ( 8 ) 监控工作站应提供良好的人机界面 监控工作站以动态图形界面给出大楼内的变风量末端、变风量空调机组等系统的工艺 流程，并在图形界面上实现显示监测点( 压力、温度、湿度、流量、电压、电流等) 的数 值；显示设备的运行状态( 风机、泵的启停状态、调节阀、风阀的开度) 。并在图形界面 上提供设备的起停控制按钮，用于管理人员对监控设备的起停控制。 ( 9 ) 2 3 层的调度中心温度控制精度在2 4 土1 、相对湿度控制精度在5 5 - - 1 0 ； 一般区域的满足舒适要求。 ( 1 0 ) 控制系统应具备完善的故障监测、恢复和处理的功能。该功能应涵盖当空调 设备可能由于环境变化、参数突变、控制系统故障或某些人为操作所造成的故障。 ： ( 1 1 ) 承包商负责对自控系统的详细设计，并提交全部的包括施工图纸、控制程序流 程图、人机界面图、操作维护手册等设计文件，在业主批准图纸后方可进行采购、施工和 调试工作。 ( 1 2 ) 承包商负责对运行人员进行培训使之达到能够完全掌握系统运行、维护和紧急 事件处理之要求，并提供符合要求的培训资料。 以上的用户需求，也就是我们设计的目标。 2 2 变风量空调控制系统的选择 目前国内外市场上流行的用于楼宇控制的集散系统种类很多、但公认的一流产品有西 门子公司的a p o g e e h 5 1 、江森公司的m e t s y s 1 、霍尼威尔公司的e b i n l 三种。下面我们 对三种产品从网络结构、系统的开放性和可集成性、系统的可扩展性、控制器的可扩展性、 软件系统等五个方面，对三种系统做一对比，以确定最佳性价比的系统，用于西安供电局 变风量空调系统的控制。 ( 1 ) 系统的网络结构 以上三种产品均支持两级网络结构，管理级网络采用以太网，控制级网络采用r s 4 8 5 总线组网。其中西门子和霍尼威尔公司的产品，控制网无网络控制器( n c u ) ，支持“点 4 2 控制系统的选择 对点 通信。而江森的产品由网络控制器( n c u ) 来进行控制网的管理，成为系统的瓶 颈。一旦发生故障，管理工作站失去对整个系统的管理功能。 从这一点看：西门子公司的a p o g e e 系统和霍尼威尔公司的e x c e l5 0 0 0 系统优于江 森公司的m e t s y s 系统。 ( 2 ) 系统的开放性和可集成性 以上三种产品均支持o p c 、d d e 、o d b c 、l o n w o r k s 、b a c n e t 等协议，均为开放式 系统，可被第三方集成。 从这一点看：西门子公司的a p o g e e 系统和霍尼威尔公司的e x c e l5 0 0 0 系统、江森公 司的m e t s y s 系统三者无优劣之分。 ( 3 ) 系统的可扩展性 以上三种产品都是总线型网络，是扩展性能最好的网络拓扑结构，只要不超过网络的 最大节点数量，就可以按需要增加。并且加入新的控制器时只需将一对网络线连接到该控 制器，所有在网络上的设备不需要停止。更重要的是，对新加入系统的调试也完全可以“在 线 进行。三者的扩展能力如下： 表2 1 系统的可扩展性比较 e x c e l5 0 0 0a p o g e em e t s y s 计算机局域网 理论上不受限制理论上不受限制理论上不受限制 第一层总线网3 条总线，3 * 3 0 节点4 条总线，4 * 9 9 节点2 5 5 个节点 9 9 * 3 条总线j 第二层总线网2 4 条总线，2 4 * 6 0 节点2 5 5 个节点 9 9 * 3 * 3 2 节点 从这一点看：西门子公司的a p o g e e 系统最好，霍尼威尔公司的e x c e l5 0 0 0 次之， 江森公司的m e t s y s 系统较差。 ( 4 ) 控制器的结构和扩展性 以上三种产品的控制器均为模块化结构。扩展模块的比较如下。 表2 2 控制器可扩展性比簿 e x c e l5 0 0 0a p o g e em 匝t s y s 扩展模块的点数3 1 2 点2 - 8 点 2 - 一8 点 从这一点看：西门子公司的a p o g e e 系统和霍尼威尔公司的e x c e l5 0 0 0 系统、江森公 司的m e t s y s 系统三者无优劣之分。 ( 5 ) 软件系统 5 西安理工大学工程硕士学位论文 以上三种产品的管理软件均支持全中文动态图形界面。从这一点看：西门子公司的 a p o g e e 系统和霍尼威尔公司的e x c e l5 0 0 0 系统、江森公司的m e t s y s 系统三者无优劣之 分。 通过以上比较，可见西门子公司的a p o g e e 系统的综合性能最优。为此西安供电局 变风量空调控制系统选用该系统。 2 3a p o g e e 系统介绍 西门子a p o g e e 系统嘲，是以集散控制理论为基础的成熟的楼宇自动化系统。它 具有结构灵活、适应性强、扩展方便、软件优化设备运行、操作简单等特点。 a p o g e e 是基于w i n d o w s 删2 0 0 0 x p 平台的系统软件包，可直接进入中央计算机 网络集成系统，与其他进入集成系统的各子系统进行信息交换，并是集成系统中重要的环 节，这也是该系统开放性的充分表现。 2 3 1a p o g e e 概述 西门子楼宇自控系统( 或称楼宇管理系统) 是由中央管理站、各种d d c 控制器及各 类传感器、执行机构组成的、能够完成多种控制及管理功能的网络系统。它是随着计算机 在环境控制中的应用而发展起来的一种智能化控制管理网络。目前，系统中的各个组成部 分已从过去的非标准化的设计生产，发展成标准化、专业化产品，从而使系统的设计安装 及扩展更加方便、灵活，系统的运行更加可靠，系统的投资大大降低。 西门子楼宇科技公司推出的a p o g e e 系统主要应用于综合办公大楼、工厂、医院、机 场的能源管理，是国际上最先进的系统之一。a p o g e e 系统适应性非常强，系统组成为模 块化，可分为不同等级的独立系统，每级都具有非常清楚的功能和权限，这就使a p o g e e 既可用于单独的楼宇管理，也可用于一个区域的、分散的楼宇集中管理。具有以下特点： p o g e e 在设计上充分体现了分散控制、集中管理的特点，保证每个子系统都能独立 控制，同时在中央工作站上又能做到集中管理，使得整个系统的结构完善、性能可靠。 a p o g e e 系统当中的各级别设备都可独立完成操作，即在同一时刻组成不同级别的集 散系统( 或不同级别的结构组织形式) ，使用界面非常亲切，其全套楼宇自控产品、统一 的生产管理体系保证了系统的配套性，同时使系统可靠性大为增加。 a p o g e e 在网络扩展方面提供了强大的功能，可与其他厂家的系统或产品( 包括各种 形式p l c ，消防系统等) 联接。 a p o g e e 优越的远程通讯功能，能够使不同楼宇、厂房间的控制系统联系起来组成一 个群集系统。 a p o g e e 网络结构的开放性和兼容性，确保了它和先进通讯技术结合的能力，并且保 证系统结构在产品更新换代时的延续性。 a p o g e e 结构形式为模块化，控制方式极其灵活，控制层的维护和扩展极为方便。使 得楼宇管理系统可以很方便地扩展，节省初期投资，系统各部分可分别随调试完成投入使 6 2 控制系统的选择 用。 a p o g e e 系统能够满足您在管理卜节省费用的要求，投入有效的使用能量即能保证房 间的高标准和舒适性。 232a p o g e e 系统结构 a p o g e e 采用了多层网络结构和世界先进技术，使得a p o g e e 集散系统无论在可靠性 和技术上都是世界领先的水平。 管理层网络 a p o g e e 的罔形工作站可以进入以太网进行数据管理( t c p i p ) ，实现区域性数据联 网，提高管理水平，速率可达到1 0 1 0 0 m b p s 。 楼字级网络 d d c 网络通过t c p 仃p 或p e a r t op e a r 网络，町以连接多达1 0 0 0 台b l n 控制器，速率可达 l j l 0 1 0 0 m ( t c p i p ) 或1 1 52 k b p s ( p e a rt op e a r ) a 局部区域网( l a n ) 每m b c i i p o w e rm e c ( f 系列) 的l a n 网可琏接多达9 6 台独立式单元控制器或非 独立式单元控制( p x m 、t e c 、s e d 2 ，d e m 等) 。为系统扩展及完成较大型集散系统提 供了斤便。系统同f 支持l o n w o r k s 。 m l m l0 1 0 0 n 1 l 、 且h 嗵i 哩i 唾i 蜜 a p o g e e 求统站 旬1 嚣| 铡 图21a p o g e e 系统结构 f i g u r e21a p o g e es y s t e ms t r u c t u r e 2 33d d c 控制器 a p o g e e 系统的现场捧制船主要包括模块化楼宇手孛伟 器( m b c ) 和模块式设备控制 西哥理工大学工程硕士学位论文 器( p o w e r m e c ) 。 23 3 1 模块化楼宇控制器( 帅c ) 模块式控制器( m b c ) 是a p o g e e 现场管理和控制系统的组成部分，它是一种高性能的 模块式直接数字控制( d d c ) 管理的现场控制器。现场控制器在不依靠较高层处理器的情况 下，可以独立工作或连网以完成复杂的控制、监视和能源管理功能。模块式控制器对局域 网络( f l n ) 装置和其它现场系统( 如冷冻机、锅炉、消防人身安全设施、门禁设施和 照明设备) 进行中央监视和控制。另外，可使多达1 0 0 个模块式现场控制器在一个网络上 进行通讯。m b c 控制器的外型见图2 ，2 。 图2 2m b c 控制器 f i g u r e2 2m b cc o n t r o l l e r m b c 具有如下特点： 模块式的硬件组件使得将米扩充时，在匹配设备上柬配合控制要求方面有很高的灵 活性。 压扣式( s n a p i n ) 模块设计简化了安装与维护 在箱门上的透明观察板上允许使用者观察血板r 的显示状态和强制，r 关的位置。 集成化平台适合于通讯和与其它系统和设备的互操作。 特别编制的程序可满足设备控制方面的应用 先进的比例积分微分( p i d ) 暖通空调控制，闭环渊节算法一u 使振荡摄小，并保持精 密控制。 为全套设备管理提供了安装在内部的能源管理应用程序和直接数字控制应_ | ；j 程序。 全丽的撤警管理、历史数据记录、操作员的控制监视功能。 支持符合工业标准的1 0 1 0 0 b a s e t 的t c 耶p 网络上的点对点通汛。 233 2 超强模块化设备控制器( p o w e rm e c ) 超强模块式设备控制器( p o w e rm e c ) 是a p o g e e 现场管理和控制系统的绡成部份， 是一个高性能的直接数宁控制器( d d c ) 。p o w e rm e c 在不依靠较高层处理机的情形下， 2 控制系统的选择 可以独立工作和联网以完成复杂的控制、监视和能源管理功能，而不需依赖更高层的处理 器。p o w e rm e c 控制器可与其他控制器或工作站在点对点( p e e r - m - p e e r ) 的b in 网络上 通讯。b u f 网络可以是p 2 协议或t c p i p 以太网协议。p o w e rm e c 可以连接楼层级网络 ( f l n ) 设备并提供巾央监控功能。f l n 上可运行p 1 或l o n t a l k 协议。m e c 控制器的外型 见图23 。 i 图23 m e c 控制器 f i g u r e2 3m e c c o n l r o l l e r m e c 具有如f 特点： 多种型号的控制器以满足应用的需求。 通过扩展模拟量数字量模块设备，可增加监控点数。点扩展模块- 挂在f l n 或e x p 扩展总线上。 成熟的控制程序满足设备控制应用。 以先进的p i d 算法，精准的将h v a c 控制在最小的变动范嘲内。 具备d d c 及内簧的能源管理 序。 其有管理多种报警、历史及趋势记录的收集、操作控制和监控功能。 将信息传送给终端、打印机、寻呼接收机和 ：作站。 可选配手动停止自动( h o a ) 切换开关。 与l o n w o r k s 网络兼容的选项。 支持符合工业标准的1 0 1 0 0b a s e t 的t c p f l p 网络上的点对点通讯。 2 3 。4a p o g e in s i g h t 软件 a p o g e e 系统软件i n s i g h t 采用中文w i n d o w s x p 2 0 0 0 平台。 w i n d o w sx p 2 0 0 0 平台是一个真正实时多任务多用户操作系统。 a p o g e e 系统中央监控管理软件采州i n s i g h t 3 5 中文图形化软件，软件采用模块化 设计。具有中文化人机界面，便于国内用户使用；动态图j 臣显示，直观形象。 点数据库结构，表格填壳式的殴定和程序编辑方式：系统监控对象，在软件叶 是咀地 一撅循韫腮 a ：o；。： z。，。：|u h | 参未誉基 4 “ j ， 三 i；弓 一 矗甚j 0，。 j 点匿1蕾吒醴嚼 西安理工走学工程硕士学位论丈 址点形式编辑，接受控对象的系统名称、点名称、监控类型、时间延迟、控制模式等分成 小的功能模块化软件，用户在设定或编程时，只需在表格中填充或用鼠标修改即可，使用 极为方便。 系统具有白诊断功能，故障诊断相应速度快。 忻a p o g e e 软件对监控对象地址点的定义采用两级定义，多字符描述方式，使得系 统出现故障时，故障诊断软件可以准确快速查找故障点。 软件包模块化设计：图形软件包、控制程序软件包、数据库软件包、报告生成软件包、 故障诊断软件包等，模块化设计利于系统软件升级换代，保护用户利益。 i n s i g h t 的动态图形楼宇管理软件包在结构上它居于系统的顶部。是用户和d d c 控制 器之间的主要操作接口。 a p o g e e 操作系统为楼宇自控系统提供了强大的工作平台，通过操作系统的程序，操 作员可以在楼宁自控系统内进行各项资料的取存及监控。 a p o g e e 系统的操作界面见图24 。 图24 a p o g e e 系统的操作界面 f i g u r e2 4h u m a n - m a c h i n e i n t e r f a c e ( h m l ) o f a p o g e es y s t e m i n s i g h t 软件特点如下： 支持指令输入及菜单选择曲种方式： 监控点图形及文字显不： 多方面资料的显示； 密码的保护： 楼j ：自控系统内的洒动可通过人手或自动地制作成份记录表，然后打印或在显示屏 显示出来，或存放任硬盘内 彩色动态图形显示： 综卜所述，a p o g e e 撇n t 靠性高、开放性和扩展性较好的集散型智能楼宇控制 系统，完全u t 承担西安供电局生产调度大楼变风量空调系统的控制任务。 3 变风重空调控制系统总体设计 3 变风量空调控制系统总体设计 3 1 变风量空调系统组成 变风量空调系统由变风量末端、变风量空调机组两部分组成嘲n 们，两者通过风道连接。 系统的组成如图3 1 所示。 图3 1 变风量空调系统的组成 f i g u r e3 1 s t r u c t u r eo fv a va i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m 变风量末端有风机动力性和风压型两种，本工程采用的是的风压型变风量末端。 变风量空调机组有双风机型和单风机型两种，本工程采用的是的单风机变风量空调机 组。 西安供电局生产调度大楼变风量空调系统的设备类型及数量见表3 一l 。 表3 1 变风量空调系统设备类型及数量 t a b l e 3 1t y p ea n dq u a n t i t yo fv a va i rc o n d i t i o n i n ge q u i p m e n t s 楼层 v a vb o x 数量 空调机组数量 l 1 3l 。2 1 5 1 3 1 8 1 41 8l 51 81 61 81 7 1 8l 8 1 8 l 91 3l 1 01 31 1 l1 31 1 21 81 1 31 81 西安理工大学工程硕士学位论文 1 41 8l 1 51 81 1 6 1 8l 1 7 1 81 1 81 81 1 9 1 81 2 0 1 8l 2 11 41 2 21 6 1 2 3 1 21 合计 3 7 92 3 本次设计的核心任务，就是对2 3 台变风量空调机组和3 7 9 台变风量末端进行控制，使 其达到业主的要求。 3 2 设计遵循标准 作为工业应用设计，应遵循国家标准。本工程设计以下列标准为准则。 智能建筑设计标准( g b 仍0 3 1 4 - - 2 0 0 0 ) 智能建筑工程质量验收规范( g b 5 0 3 3 9 2 0 0 4 ) 建筑与建筑群综合布线工程设计规范( g b 厂r 5 0 3 1 1 - - 2 0 0 0 ) 建筑与建筑群综合布线工程验收规范( g b t 5 0 3 1 2 - - 2 0 0 0 ) 工业自动化仪表工程施工及验收规范( g b j 9 3 - - 8 6 ) 电子计算机房设计规范( g b 5 0 1 7 4 9 3 ) 工业企业通信接地设计规范( g b j 7 9 8 5 ) 通用用电设备设计规范( g b 5 0 0 5 5 9 3 ) 建筑设计防火规范( g b 儿6 8 7 ) 2 0 0 1 修订 建筑物防雷设计规范( g b 5 0 0 5 7 9 4 ) 智能建筑弱电工程设计施工图集( 9 7 ) ( 7 0 0 上下) 采暖通风与空气调节设计规范( g b j l 9 8 7 ) 3 3 设计步骤 从接受设计任务开始，有一套清晰的设计思路，是成功的保证。参照智能建筑设计 标准( g b 仍0 3 1 4 - - 2 0 0 0 ) 给出的流程，调整后如下： ( 1 ) 消化暖通专业的图纸，明确其要求。 ( 2 ) 确定控制范围和要求。 ( 3 ) 确定控制方案及控制产品。 ( 4 ) 明确重点和难点，确定解决方法。 一! ( 5 ) 节能与经济性分析。 ( 6 ) 完成系统图、原理图、平面图、大样图的设计。 1 2 4 变风量空调控制系统详细设计 ( 7 ) 开列设备材料清单。 ( 8 ) 各专业会签图纸。 ( 9 ) 施工交底。 ( 1 0 ) 指导安装。 ( 1 1 ) 指导调试。 ( 1 2 ) 总结并汇总竣工资料。 3 4 变风量空调控制系统的结构 西安供电局变风量空调控制系统的结构如图3 2 所示。 格理1 俘靖 。 。 营麓缀 礁嬲终 瑷场整籁掰 现场设荔缀 控镬蛙象 图3 2 变风量空调控制系统的结构 f i g u r e3 2 s t r u c t u r eo fv a va i rc o n d i t i o n i n gs y s t e m 由图3 2 可见，控制系统主要由四级构成：管理级、传输网络、现场控制级、现场设 备级四级构成。 管理级即监控级。该级主要设操作员站，通过人机交互及友好的界面对整个空调系统 进行集中监控和在线管理； 现场控制级主要是现场控制器，其主要功能是接收安装于被控设备上的各种传感器传 送的数据，按控制器内部预先设置的参数和预先编制的程序来进行相应的控制运算，并对 各被控设备进行控制，且随时根据上位机发出的指令来调整参数或启动有关程序以改变或 启动相应设备的监控。 现场设备级主要是传感器和执行器，其安装于现场，负责采集数据和完成控制器发出 的命令。传输网络主要用于现场控制级和管理级之间的高速数据传输。 本工程的控制对象包括2 3 台变风量空调机组和3 7 9 台变风量末端。 西安理工大学工程硕士学位论文 3 4 1 管理工作站 主要由计算机和打印机组成，是整个控制系统的核心，它通过以太网和现场控制连接 相连。整个大厦内所有监控的机电设备都在这里进行集中管理和显示，内装中文i n s i g h t 软件，提供给操作人员三维动态、多媒体操作界面，为用户提供一个直观的、简单易学的 界面。该软件操作简单，操作者无需任何软件知识，即可通过鼠标和键盘操作管理整个控 制系统。 由于i n s i g h t 软件的优异性能，对工作站的硬件也提出了较高的要求。本工程服务器 和工作站均选用著名的工业级微型计算机公司一一台湾研华公司的i p c 6 1 0 工控机。 该工控机具有高抗震、抗冲击、全防尘设计、机身采用电磁兼屏蔽、散热性能好，c p u 选择为i n t e r 奔腾四2 8g h z 超线程，内存为d d r 3 3 35 1 2 m b ，8 0 g 大容量硬盘，1 7 寸液晶 显示器。工作站可实现下列功能： ( 1 ) 提供动态图形人机界面 ( 2 ) 实时监控系统各设备运行状态 ( 3 ) 收集显示控制现场的实时数据 ( 4 ) 进行监视参数的越线报警 ( 5 ) 提供设备运行、维护和保养的建议 ( 6 ) 提供监视参数的趋势 ( 7 ) 完成系统的设置 ( 8 ) 完成报表的管理 ( 9 ) 进行系统的登陆管理 系统共设两台管理工作站，一台位于地下1 层的控制中心，一台位于2 层的物业管理中 心。 打印机选用e p s o n 公司的1 6 0 0 k 3 打印机，主要用于报警、报表及历史数据的打印。 3 4 2 现场控制器 现场控制器是以微处理机为基础的可编程直接数字控制器( d d c ) ，它接收传感器输出 的信号，进行数字运算，逻辑分析判断处理后自动输出控制信号，动作执行调节机构，是 整个控制系统的核心。具有a i 、a o 、d 工、d o 四种输入输出接口。方便灵活地与现场的传 感器、执行调节机构直接相连接，对各种物理量进行测量，以及实现对被控系统的调节与 控制。其中： a i 一模拟量输入接口：可用作仪表的检测输入，如温度、压力等。一般可接收o - i o v 或4 - 2 0 m a 的标准直流信号。 a 0 一模拟量输出接口：用于操作控制阀、执行器等，如电动调节阀、三通阀、电动风 阀等。输出为o - l o v 的直流信号。 d i 一数字量输入接口：即触点、液位开关、限位开关的闭合与断开，一般用作检测设 1