楼宇自控原理 PPT课件

1 楼宇自控系统原理介绍 2 楼宇自控系统 一 智能建筑概述二 楼宇自控的发展史三 楼宇自控系统四 BAS子系统五 BAS系统组成六 通信协议七 系统设计八 空调DDC设计 3 智能建筑3A概念简介 智能建筑概述 4 智能建筑5A概念简介 智能建筑概述 5 楼宇自控的发展史 楼宇自控的发展史是一个从监控到管理的发展过程 80年代美国建成了第一个智能建筑 90年代在世界各地蓬勃发展 6 楼宇自控系统 1 对于一座现代化大楼 在没有安装BAS的时候 使用这些设备往往存在以下问题 控制问题管理问题维护问题能耗问题 7 2 楼宇自控系统就是将建筑物或建筑群内的变配电 照明 电梯 空调 供热 给排水 消防 保安等众多分散设备的运行 安全状况 能源使用状况及节能管理实行集中监视 管理和分散控制的建筑物管理与控制系统 称为BAS BuildingAutomationSystem 楼宇自控系统 8 楼宇自控系统 3 BAS系统的监控范围和参数内容空调机组 新风空调机组 新 回风空调机组 变风量空调机冷 热源系统 冷冻机组 冷冻水泵 冷却水泵 冷却塔 热交换器 热水一次水泵 热泵机组电力系统 照明控制 高 低压信号测量 备用发电机组电梯保安门锁 巡更等 9 4 BAS系统所能够产生的实际效果室内恒温 恒湿 良好的空气质量 合理的灯光照度控制实现最佳的能源控制方案 节约能源消耗并实现能源管理自动化 实现设备自动化运行 提高运行效率 降低劳动强度 便于大楼内的所有设备运行于最佳工况 同时便于设备的保养和维修便于大楼管理人员对设备进行操作并监视设备运行情况 提高整体管理水平良好的管理将延长大楼设备的使用寿命 使设备更换的周期延长 节省大楼的设备开支及时发出设备故障及各类报警信号 便于将损失降到最低点 便于操作人员最短时间处理故障 楼宇自控系统 10 BAS子系统 一 a 暖通空调系统自动监控暖通空调系统是智能建筑创造舒适高效工作与生活环境不可缺少的重要环节 其设备耗电量占全楼总耗电量的50 60 其监控点数占全楼监控点数的50 以上 BAS系统为建筑物内的暖通空调设备 如 冷却塔 冷水机组 空气处理机 新风机组等 提供一个最优化的控制 实现经济运行降低能耗 b 给排水系统自动监控给排水系统是任何建筑都必不可少的重要组成部分 BAS系统主要是对给排水系统的状态 参数进行监控与控制 保证系统运行参数满足建筑供排水要求以及供排水的安全 c 变配电系统自动监控变配电系统是建筑物最主要的能源供给系统 BAS系统用于建筑物内用电设备的正常运行 保障供电可靠性 负责电力供应管理和设备节电运行 11 BAS子系统 二 d 照明系统照明系统占建筑物耗电量20 30 BAS系统一方面为了保证建筑物各区域的照度和视觉环境对灯光进行控制 另一方面对照明设备进行节能控制 e 电梯控制系统BAS系统对于建筑物内的多台电梯实行集中的控制和管理 同时配合消防系统 执行联动程序 12 BAS系统的组成 13 中央控制室 数据中心 主要包括中央处理系统 计算机和接口装置等 外围设备 监控终端和打印机等 和不间断电源三部分 传感器及执行调节机构 传感器是指装设在各监视现场的各种敏感元件 变送器 触点和限位开关 用来检测现场设备的各种参数 如温度 湿度 压差 液位等 如铂电阻温度检测器 复合湿度检测器 风道静压变送器 差压变送器等 BAS系统的组成 14 执行调节机构是指装设在各监控现场接受现场控制器 DDC 的输出指令信号 并调节控制现场运行设备的机构 如电动阀 电磁阀 调节阀等 包括执行机构 如电动阀上的电机 和调节机构 电动阀的阀门 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 DDC 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 BAS系统的组成 15 现场控制器是整个控制系统的核心 采用直接数字控制器 DDC 它具有AI AO DI DO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 AI 模拟量输入接口 可用作仪表的检测输入 如温度 压力等 一般为0 10V 0 5V 或4 20mA的直流信号 AO 模拟量输出接口 用于操作控制阀 执行器等 如电动阀 三通阀 风门执行器等 不需要外部电源 输出为0 10V的直流信号 BAS系统的组成 16 DI 数字量输入接口 即触点 液位开关 限位开关的闭合与断开 一般用作检测设备状态 报警接点 脉冲计数等 DO 数字量输出接口 用于控制风机 水泵等运行 亦可作为输出信号与动作增减量型执行机构 数据传输线路 是联系系统各部分的纽带 从各个监控点到分站控制器的线路是逐点连接 放射式 数据中心与各分站通过总线型或环形网络结构进行组网 各分站直接用一回路双芯导线连接到总线上就可以实现分站与分站之间 分站与中央站之间的通信 BAS系统的组成 17 总线型网络结构 BAS系统的组成 18 BAS系统的组成 环形网络结构 19 星形网络结构 BAS系统的组成 20 通信控制协议 楼宇自控系统中基本采用的是集散控制方式和分布控制方式 是通过某种控制网络实现的 这就要求控制设备以及建筑设备都要遵循一定的通信协议 目前 国际上采用较多的是BACnet和LonTalk 21 通信控制协议 1 BACnet是楼宇自控领域唯一的国际标准 ISO16484 5 独立于任何制造商 不需要专门芯片 并得到众多制造商支持 有完善和良好的数据表式和交换方法 按标准制造的产品有严格的性能等级和完整的说明产品有良好的互操作性 有利于系统的扩展和集成 22 通信控制协议 2 LonTalk协议 LonWorks技术所使用的通信协议 LonTalk协议遵循由国际标准化组织 ISO 定义的开放系统互连 OSI 参考模型所定义的全部七层服务 它支持多种通讯介质 包括双绞线 电力线 光纤 同轴电缆等 采用Neuron芯片 提供开发工具平台 LonBuilder与Nodebuilder面性对象的设计方法 网络结构灵活如星形 环行及总线型 23 通信控制协议 3 BACnet与LonTalkBACnet和Lontalk协议均为开放式协议两者互相渗透 交叉 Lanwork协议是实施控制域为建筑设备控制系统中传感器与执行器之间的网络化 控制现场传感器与执行器之间实现互操作的网络标准 BACnet协议是信息管理域方面实现不同的系统互联而制定的标准 BACnet有比LanTalk更为强大的大数据量通讯和运行高级复杂算法的能力 有更强大的过程处理组织处理的能力 24 BAS系统的设计 BAS系统的设计具有很大的灵活性 应根据建筑物的整体功能需求和物业管理方式控制水平 根据建筑物内不同区域的要求和被控系统的各个特点 选择技术先进 成熟 可靠 经济合理的控制系统方案和设备 避免投资的盲目性 25 BAS系统的设计 1 楼宇自动化系统设计依据JGJ T16 92 民用建筑电气设计规范 GBJ116 88 火灾自动报警系统设计规范 GB4718 84 火灾报警设备专业名词术语 GBJ19 87 采暖通风与空调调节设计规范 GBJ115 87 工业电视系统工程设计规范 GBJ93 86 工业自动化仪表工程施工及验收规范 DBJ08 47 95智能建筑设计标准GB50189 2005 公共建筑节能设计标准 GB50034 2004 建筑照明设计标准 26 BAS系统的设计 2 设计步骤 确定BAS规模 根据冷冻 空调 变配电 热力 给排水等相关专业提供的设计条件 资料 及投资情况 功能内容 确定需要监控的设备种类 数量 分布情况及标准 确定各子系统组成方案 功能及技术要求 确定各子系统之间的关联方式 确定BAS中各子系统与大厦其它部分间的接口根据各专业的控制要求和控制内容确定并画出设备监控系统原理图 27 BAS系统的设计 统计监控系统的监控点 AI AO DI DO 的数量 分布情况并列表根据监控点数和分布情况确定分站的监控区域 分站设置的位置 统计整个大楼所需分站的数量 类型及分布情况选择现场设备的传感器和执行机构确定楼宇监控的系统网络及中心站设备的选择实施布线 28 BAS设计方法流程图 BAS系统的设计 29 3 现场控制器DDC的设置原则及布线方式DDC的设置 应主要考虑系统管理方式 安装调试维护方便和经济性 一般按机电系统的平面布置进行划分 如布置在 冷冻站 热交换站 空调机房 新风机房等控制参数较为集中之处 也可根据要求布置在弱电竖井中 箱体一般挂墙明装 每台DDC的输入输出接口数量与种类应与所控制的设备要求相适应 并留有10 15 的余量 BAS系统的设计 30 4 BAS中央控制室要求BAS中控室的位置 应尽量靠近控制负荷中心 注意远离变配电室等电磁干扰源 并注意防潮 防震 BAS中控室可与消防中心 保安监控中心等合并组成楼宇控制中心 此时位置应满足消防中心的要求BAS中央控制室室内设备布置时应满足以下要求 a 控制台前应留大于3m的操作距离 控制台离墙布置时台后应留有大于1m的检修距离 并注意避免阳光直射b 当控制台横向排列总长度大于7m时应在两端各留有足够的安装和观察面积c 当BAS系统单独设置不间断电源 并采用集中供电方式时 应考虑放置电源设备的面积和位置d 应适当考虑工作人员值班 维修及休息所需的面积 BAS系统的设计 31 BAS中央控制室其它要求 a 控制室内宜采用抗静电活动地板b 当控制室内长度大于7m时 宜设两个外开门的出口 门宽不小于1mc 控制室内土建及装修等要求参见有关计算机房设计标准 BAS系统的设计 32 5 BAS系统的电源要求a 应由变配电所引出专用回路向中央控制室供电 供电回路应采用保安电源供电 b 中央操作站供电应设不间断电源 UPS 装置 其容量应包括系统内用电设备的总和并考虑预计的扩展容量 UPS供电时间不低于20分钟 c DDC的电源宜采用中央控制室集中供电方式 以放射式供给各DDC 如采用就地供电方式 可由就近的保安电源供给 BAS系统的设计 33 6 BAS系统的接地要求一般采用建筑物总体接地方式 要求总体接地电阻不大于1 如BAS系统单独设置接地极 应采用一点接地方式 要求接地电阻不大于4 并与建筑物防雷接地系统接地极间距离不小于20mBAS系统设计中采用的仪表量程选择 调节阀计算方法等 见有关自控设计手册 现场仪表安装方法参见有关自动化仪表标准安装图册及设备生产厂家的安装使用说明书 BAS系统的设计 34 空调DDC系统的监控设计 一 空调DDC系统的定义及组成DDC系统是BAS的技术形式 DDC是英文DIRECTDIGITALCONTROL的缩写 译为 直接数字控制 空调DDC系统 即利用控制技术和通讯技术 将空调系统中各种信号 温度 压力 流量 状态等 通过输入装置输入DDC 经相应程序运算处理 将处理后的信号输出 进而控制相应的执行机构 如图所示 35 图1 空调DDC系统的监控设计 36 二 DDC系统信号种类信号按其输出输入主要可分为分为数字量输入 DI 数字量输出 DO 模拟量输入 AI 和模拟量输出 AO 四种信号 模拟量信号所对应的是一定量的电压或电流值 它与传感器输出信号的特性有关 空调自控系统中常见的模拟量输入信号 温度 湿度 压力流量 压差等 模拟量输出信号 需控制的电动风阀及电动水阀 数字量输入信号包括 风机 水泵 冷却塔风扇 电机的运行状态 过滤器淤塞状态报警 压差开关 液位开关 开关信号 防冻保护等 数字量输出信号包括 电磁阀的控制 二位电动水阀的控制 水泵 风机 冷却塔等设备的启停控制 空调DDC系统的监控设计 37 三 空调DDC监控系统的主要功能空调DDC系统能实现楼宇中空调系统各种控制功能 同时具备各种管理功能 1 能量控制及管理功能 即根据建筑物实际冷 热负荷 对空调系统中的风系统和水系统进行控制 自动控制冷热设备运行状态及运行参数 使整个空调系统达到最佳节能状态 2 对空调系统及其冷 热源系统的相关参数进行调节控制及监测 对空调设备运行进行监测 3 空调设备如冷水机组 泵 风机等在规定时间的启停控制 以达到节能目的 空调DDC系统的监控设计 38 4 自动累积空调设备的运行时间 维修期限报警 以便更换或维修相关设备 延长设备使用寿命 提高设备的运行质量 5 根据空调设备运行时间 自动切换工作及备用设备 保持设备良好的工作状态 6 对空调系统的能量消耗进行计量 记费 7 各种物业管理文本的自动生成 打印及查询 空调DDC系统的监控设计 39 四 空调DDC系统的组成1 日期时钟 提供时间基准 2 程序存储器 存储各种应用程序 即用户为控制各种空调系统所编制的控制程序 3 工作存储器 用来进行读写 随机存取和临时存取数据 4 多路输入 输出控制器 多路输入控制器可将输入信号送入A D转换器中 将模拟量转换成数字量 输入微处理器进行运算 运算结果输入D A转换器 再经输出控制器至变送器及执行机构 也可以直接读取和输出开关量信号 5 DDC控制系统的相关软件 包括操作软件及应用软件 空调DDC系统的监控设计 40 图2 空调DDC系统的监控设计 41 五 空调DDC控制举例空调DDC控制含空调风系统控制及空调水系统控制 下面分别举例加以说明 空调DDC系统的监控设计 42 5 1空调风系统 以新风机组控制为例 新风机组是空气 水系统空调形式的主要设备之一 其控制状况的好坏直接影响到整个空调系统的工作质量 新风机组一般由新风段 过滤段 盘管段 复合盘管对应二管制 四管制为表冷器和加热器 加湿段 送风机段及相应的检修段组成 有的还配有能量回收装置 控制说明如图所示 空调DDC系统的监控设计 43 空调DDC系统的监控设计 44 1 对新风机组进行启停控制 2 新风机组风机启动后 新风阀联锁开启 3 根据温度T1控制冷 热盘管电动阀MD1的开关 冬 夏工作转换后 冬季根据湿度H控制加湿器电磁MD2的开 关 4 温度T1低至防冻报警温度时 自动切断风机电源 联锁关闭新风阀VD 全开电动水阀MD1 并发出报警信号 5 过滤器积尘达到一定程度后 压差开关发出淤塞报警信号 6 停机时 新风阀VD联锁关闭 电动阀MD1全关 关闭电磁阀MD2 7 监测送风机运行状态 空调DDC系统的监控设计 45 5 2空调水