楼宇自控系统技术方案.doc

第0页共 47 页 环球金融中心 太原洲际酒店 楼宇自控系统技术方案 第1页共 47 页 目录 一 一 系统设计综述系统设计综述 1 1 工程概况 设计依据及设计目标 1 2 系统设计原则 3 3 系统设计内容 8 二 二 HVAC 系统控制方案分析系统控制方案分析 9 三 三 环球金融中心环球金融中心 太原洲际酒店项目太原洲际酒店项目楼宇自动化系统技术性能说明楼宇自动化系统技术性能说明 16 1 系统选型和定位 16 2 系统总体层次及网络结构 17 3 通讯网络结构 17 4 系统的开放性和集成性 19 5 系统硬件的功能说明 20 6 系统软件功能 27 四四 方案控制功能 系统联动及节能性说明方案控制功能 系统联动及节能性说明 34 五 五 项目工程实施中对楼宇自控系统接口的几点考虑项目工程实施中对楼宇自控系统接口的几点考虑 46 1 工程界面的划分 46 2 控制设备电控箱总的接口要求 46 六 六 项目工程实施中对楼宇自控系统所需电源的考虑项目工程实施中对楼宇自控系统所需电源的考虑 47 1 中控室部分 47 2 现场控制器部分 48 3 传感器及执行器部分 48 4 系统接地 48 七 七 项目楼宇自控系统与集成管理系统之间的配合项目楼宇自控系统与集成管理系统之间的配合 49 八 八 项目楼宇自控系统对其它专业的要求项目楼宇自控系统对其它专业的要求 49 九 九 本项目楼宇自控系统线缆敷设方式本项目楼宇自控系统线缆敷设方式 50 第2页共 47 页 十 十 本项目楼宇自控系统调试方案本项目楼宇自控系统调试方案 50 第0页共 47 页 楼宇自控系统设计说明楼宇自控系统设计说明 一 一 系统设计综述系统设计综述 1 工程概况 设计依据及设计目标 1 工程概况 环球金融中心 太原洲际酒店项目由地下二层 地上 19 层建筑组成 本工程 楼宇自控系统采用直接数字控制技术 对建筑内的供水 排水 冷冻水 热水 系统 空调设备及通风设备 供电系统等设备进行监视或节能控制 本系统采 用最先进的 具有国际最新楼宇控制标准协议的系统施耐德电气 VISTA 系统 实现真正意义上的节能控制和管理 2 设计依据 本方案依据 环球金融中心 太原洲际酒店项目楼宇自控系统技术要求 以 及各专业设计图纸 并依据国家有关规范 标准制作 智能建筑质量验收规范 GB50339 2003 智能建筑设计标准 GB T50314 建筑智能化系统设计技术规范 DBJ01 615 2003 民用建筑电气设计规范 JGJ T16 92 建筑电气设计技术规范 GBJ 79 85 采暖通风与空气调节设计规范 GBJ79 19 87 工业企业通信接地技术规范 GBJ79 85 建筑物防雷设计规范 2000 年版 GB50057 94 建筑电气工程施工质量验收规范 GB50303 2002 建筑及住宅小区智能化工程检测验收规范 DB11 146 2002 第1页共 47 页 3 设计目标 楼宇自动化系统的目标是对环球金融中心 太原洲际酒店项目相关机电设备 进行全面有效的监控和管理 以确保建筑物内舒适和安全的环境 同时实现高 效节能的要求 楼宇自动化系统 BAS 监测或控制环球金融中心 太原洲际酒店项目各机 电设备的运行状况 安全状况 能源使用状况等 实现综合自动监测 通讯 控制与管理 并使之达到最佳运行状态 起到节能作用 就其功能来看 包括 如下主要方面 确保建筑物 群 内环境舒适 通过最佳控制 保证环境舒适性和工艺空调的设计要求及有关公共场所 对环境的规定 根据建筑内人员的多少和环境状况及室外环境状况 自动对空调通风和 冷热源系统的运行参数进行优化 提供可靠的 经济的最佳能源供应方案 进行节能管理 提高设备运行效率 减轻人员劳动强度 不断地 及时地提供有关设备 运行情况的资料 自动集中收集 整理 作为设备管理决策的依据 实现设备维护工作的自动化 楼宇自动化系统是建立在计算机控制和计算机网络技术基础上的分布式集 散控制系统 它实时对各子系统的运行进行综合性自动化监控和管理 并与相 关系统进行联动 根据招标文件 同时参照所发图纸 我们对环球金融中心 太原洲际酒店项 目机电设备进行了监测或监控管理 这些机电设备包括 1 对空调系统的监控 包括新风机组 组合空调机组及公共区域的 风机盘管等进行监控管理 2 对给排水系统的监控 包括生活水泵 生活水箱 潜污泵 污水 井等设备的监测 监控 3 通风系统监控 包括送排风机设备进行监控 第2页共 47 页 4 同时考虑与楼宇智能化集成管理系统的接口 包括变配电系统 冷水机组 锅炉系统 游泳池系统 发电机组等 5 个接口 4 系统总体要求 系统设计与配置强调先进适用 技术上应保持先进性 具有适应技术发展 趋势及产品更新的能力 环球金融中心 太原洲际酒店项目楼宇自动化系统的总 体设计 遵循 集中管理 分散控制 提供舒适环境 为用户服务 的原则 为环球金融中心 太原洲际酒店项目各个管理部门提供高效的 科学的和便捷的 管理手段 系统设计与配置在体现环球金融中心 太原洲际酒店项目整体特色的同时注 意工程投资的经济效益 除考虑建设时的一次性投资外 还应充分考虑系统的 运行成本 并使之最小化 系统设计遵循全面规划和分步实施原则 总体设计全面 周到 注意预留 预埋到位并有充分冗余度 以适应未来发展的需要 设计充分考虑环球金融中 心 太原洲际酒店项目楼宇自动化系统与其他各个子系统的信息共享要求 确保 智能化系统总体结构的先进性 合理性 兼容性和可扩展性 除了系统的设计与配置必须依照国家和当地的有关标准外 还必须根据总 体要求 对楼宇自动化系统进行结构化和标准化设计 综合体现出当今的先进 技术 系统必须具有极高的安全性 可靠性和容错性 系统设计与配置应适应环球金融中心 太原洲际酒店项目专业性 外向型的 使用要求 创造高效 舒适 便利的建筑环境 达到节约能源和人力的目的 在先进 可靠的前提下 系统的配置设计应达到性能价格比的优化目标 2 系统设计原则 不同的建筑有不同的功能 针对不同的功能需要配置楼宇自动化系统 目 的是要切切实实为业主带来效益和回报 一般来讲 楼宇自动化系统的设计原则可以归纳出许多项 如 先进性 模块化 开放性 可靠性 安全性 经济合理性 易扩展性 易维护性等等 第3页共 47 页 根据我们多年从事智能化弱电系统的经验和环球金融中心 太原洲际酒店项目的 特点 本工程的智能化楼宇自动化系统设计应充分考虑以下几项主要的基本原 则 1 可靠性 系统必须具备在规定条件下和规定的时间内长期稳定地实现本技术文件所 规定功能的能力 施耐德电气 VISTA 系统的所有产品均在瑞典原厂生产 实行了严格的质量 管理 每一个设备在出厂前均经过严格的产品测试 单个产品平均无故障时间 最少的也可以达到达 50 万小时 最高的高达上百万小时 系统运行可靠 在中 国的所有系统都在正常运行 本系统的可靠性指标如下 MTBF 平均无故障时间 722030 小时 MTTR 平均修复时间 10 小时 系统可利用率 A A MTBF MTBF MTTR 99 999 2 实用性 本系统采用通过多项工程实践检验的成熟技术 切合本工程使用目标和管 理模式 在体现环球金融中心 太原洲际酒店项目整体特色的同时体现现代化水 准 系统应符合国家标准或者相应的国际标准 规范 符合人体工程学原理 并且符合环球金融中心 太原洲际酒店项目的业务流程和使用环境 达到易于维 护 操作简便的目的 因此在设计上在我们根据环球金融中心 太原洲际酒店项目的特点同时注重 产品的实用价值 在控制产品上选用施耐德公司具有世界先进水平的施耐德电 气 VISTA 系统 施耐德电气 VISTA 系统自 1994 年末推向市场以来已在全球 得到了广泛的应用 实践证明这是一套成熟可靠的系统 这是因为施耐德素来 以技术和产品见长 在产品的研发设计上根据用户的实际需要和世界技术的发 展趋势研发产品 所以推出的产品很快就在国际市场上 包括中国市场上同时 广泛应用 相对于那些宣传上和介绍上很多但实际工程运用很少的产品和系统 第4页共 47 页 其实用性不言自明 3 专业性 施耐德电气 VISTA 系统独特的图形化编程可以实现各种不同的控制策略 可以根据用户需要调整用户策略 同许多厂商 固化 的控制管理功能不同的 是 提倡的是开放的概念 众所周知 当系统投入之后 由于实际情况的复杂 性和可变性 在真正的用户和管理人员的使用中往往会发现系统设计功能同实 际需求不符的情况 特别是环球金融中心 太原洲际酒店项目这样的建筑 可以 认为当投入运行一段时间后必然需要根据实际运行情况进行必要的控制策略的 调整 对于那些 固化 的系统讲更改系统功能需要用户投入大量的资金或者 根本无法实现 使用施耐德电气 VISTA 系统用户完全可以没有这个顾虑 他 可以随时根据需要改变各种控制策略而无需厂商的参与 4 先进性 本系统是满足可靠性和实用性前提下最先进的系统 适应时代发展的特点 采用国际或国内符合技术发展趋势的先进技术 特别是符合计算机和网络通信 技术最新潮流 为 21 世纪环球金融中心 太原洲际酒店项目的发展创造条件 施耐德电气 VISTA 系统的产品一直位于行业产品的前列 拥有多项在行业 内首先使用的技术 每年投入销售额 15 用于产品的研发 确保其产品位于同 行业的领先地位 其 DDC 控制器可以直接连接到 TCP IP 以太网上 使用标准 的 TCP IP 协议 支持 SNMP 网络管理协议从而使楼宇的控制设备可以直接被 网络管理部门管理 其网络控制设备可以支持 XML HTML 数据发布和网页发 布协议 使得其它系统可以直接从高可靠性的控制设备 MTBF 高达 600 000 小时 远高于计算机设备 中直接提取需要的数据 网络节点支持 LAN WAN 容 量可达 4 百万个节点 其先进的技术完全与环球金融中心 太原洲际酒店项目这 种智能著名建筑的需求相契合 5 经济性 本系统在设计时综合考虑建设投资与长期运营费用间的关系 满足性能价 格比在各类系统和条件下达到最优 以保证整个投资项目的经济性 获得系统 的全面使用价值 TBO 与总拥有成本 TCO 的高性价比 第5页共 47 页 6 开放性 本系统遵循开放性原则 遵循国际标准 国家标准和通信协议 采用标准 化 模块化设计和产品 采用开放的技术与标准 包括 SQL Server HTML XML BACnet Lonwroks OPC SNMP ODBC 提供符合国际标准的软件 硬件 通信 网络 操作系统和数据库管理系统等诸方面的接口与协议 保证系统互 联或扩展时的无障碍和高效率 使系统具备良好的灵活性 兼容性 扩展性和 可移植性 采用开放 标准的数据库和标准的通讯协议为实现整个智能化系统 的数据共享提供方便 从而使环球金融中心 太原洲际酒店项目 BMS 集成管理 系统的建立成为可能并最大限度的减少开发的工作量 7 可扩展性 为便于分步实施 也有利于长远发展 我们为将来系统的扩展留有充分的 扩展的空间 以适应未来发展的需要 所有的软硬件均考虑了预留以后扩展时 的接口开放性和协议一致性 施耐德电气 VISTA 系统支持 400 万个网络节点的容量 从系统规模上讲扩 展完全没有问题 从现场控制设备上讲 只需增加相应的控制模块或控制器 就可以实现系统扩展的目的 而无需更换系统设备硬件 从软件上讲 无论系 统容量增加多少均可使用相同的同一套软件系统 不存在因大小容量系统需要 更换软件的问题 8 易用性 系统均采用中文菜单和图形化界面 今后运行操作管理非常方便 从管理界面上讲 系统提供了类似 windows 资源管理器的管理工具 可以 方便的对系统进行设置 管理 编程等高级操作 从用户界面上讲 提供图形 化的动态界面方便用户察看实时信息 提供清晰的动态报警列表方便用户快速 浏览所有当前的警报 提供各种自定义的报表供用户察看和打印 等等 从系 统功能管理上讲 施耐德电气 VISTA 系统开放所有的管理权限给用户 同时 提供给用户 Plain English 这个强大的管理工具 用户可以根据需要更改控制策 略 可以扩展系统 可以改变图形界面 可以自定义报告 总之 正如一句话说的那样 每个建筑都是不一样的 每个用户的要求也 第6页共 47 页 是不一样的 采用施耐德电气 VISTA 系统的目的就是满足每个用户不同的需 要 施耐德电气 VISTA 系统的目的就是让系统适应用户 而不是用户去适应 系统 9 可集成性 楼宇自动化系统具有强大的集成能力 可以将其它弱电子系统集成在楼宇 自动化系统的平台之上 如 智能照明系统 安全防范系统 火灾自动报警系 统等 通过集成功能的实现 使环球金融中心 太原洲际酒店项目机电设备的运 行管理避免了管理上的交叉 提高了管理者的工作效率 施耐德电气 VISTA 系统本身就是一个集成技术平台 可实现对各子系统的 集成 其中由于施耐德电气 VISTA 产品的独特优势 环境监视 数字监控 灯光控制 电梯控制 能耗管理 门禁系统 防盗报警 巡更系统都可以采用 其自身的控制器实现功能 系统本身就是施耐德电气 VISTA 系统的组成部分 之一 另外 其它系统作为第三方设备将通过施耐德电气 VISTA 的 X DIRVER 接口等方式纳入施耐德电气 VISTA 系统集成 10 适用性和快速性 环球金融中心 太原洲际酒店项目环境控制具有大型开放空间的特点 特别 是酒店 人员数量的急剧变化从而导致了某个区域的冷热负荷急剧增加和下降 的情况 这就要求空调自控系统对环境情况的变化具有快速反应的能力 如果 反应太慢 必然导致负荷急剧增加时不能满足现场工艺空调的要求 在负荷急 剧减少时必然会造成能源的浪费 系统的反应的快慢与否取决于系统的通讯能力和现场 DDC 的处理运算的速 度 施耐德电气 VISTA 系统的 DDC 具有 32 位的 CPU 因此具有足够快的处 理速度 系统扫描时间短至 0 01 秒 能够根据现场的变化快速做出正确的判断 完全能够满足环球金融中心 太原洲际酒店项目环境条件的急剧变化对控制系统 的要求 11 低成本 本方案设计力求通过合理的设计思想 先进的技术手段 为环球金融中心 太原洲际酒店项目配置先进的楼宇自动化系统 通过有效的控制策略 可以大 第7页共 47 页 大降低环球金融中心 太原洲际酒店项目的运行费用 特别是对环球金融中心 太 原洲际酒店项目这样的建筑来说 综合能耗只要节约几个百分点 就是非常可 观的回报 环球金融中心 太原洲际酒店项目建筑面积大 配置了大量的空调机组 新 风机组 送排风机以及相应的冷热源设备以保证适宜的室内空气温度和清新度 这些设备经常处于运行状态 不可避免地需要耗费大量的能源 通过楼宇自动 化系统的集中管理可以使这些机电设备处于最佳工作状态下 3 系统设计内容 根据环球金融中心 太原洲际酒店项目楼宇自动化系统招标书及相关图纸中 所规定的技术性能要求及说明 本方案对以下设备或系统加以监视和控制 通风系统监控 送排风机的监控 空调系统的控制 1 空调机组监控 2 新风机组监控 3 公共区域风机盘管监控 给排水系统的控制 1 生活给水系统 2 排污系统 二 二 HVAC 系统控制方案分析系统控制方案分析 1 简单系统原则 确定环球金融中心 太原洲际酒店项目空调自控系统的解决方案 首先要面 对繁多的系统变量 例如 如何补偿人数的变化和不同季节要求下的负荷变化 第8页共 47 页 即热湿负荷的变化 对空调系统风量和冷量的影响 为了节能而减小新风量 对环球金融中心 太原洲际酒店项目空气环境的影响等等 其中可以引入控制论 中的简单系统原则 即系统越简单 变量越少 则整个系统越稳定 过渡期也 越短 即自控系统实施方案 应该尽量简化系统变量 减少控制环节 2 负荷性质分析 不同人数 朝向和建筑材料造成的显热 潜热负荷变化和电气设备的发热变化 是环球金融中心 太原洲际酒店项目主要的空调负荷变化 与通常的空调系统不 同 这种变化并不是时刻存在的 在特定时间 工作时间 内负荷是相对稳定 的 这种负荷性质使得自控系统对系统内的风机调控处于一种微小的 稳定的 状态上 即引入分时段 分工况的不同的控制模式 3 冷 热 阶段 环球金融中心 太原洲际酒店项目在营业前经过预冷 热 阶段后 室内空气温 度达到设计送风温度所要求的温度 此后 自控系统再根据冷热负荷进行调节 控制 这样就避免了系统极限调节的工况 降低了对控制系统 空调设备参数 的要求 在正常工作过程中 楼内空调系统受外界影响较小 通过预冷预热时 间的酌情缩短 经过调试和试运行阶段 使操控人员会掌握不同季节时大楼所 需的预冷预热时间 并写入控制程序中 第9页共 47 页 4 风量平衡 在空调系统中 维持风量平衡和室内正压是保证空调调节效果的必要条件 是 控制排风机启停和空调机组送风机转速的基本依据 如果因新风量减少或排风 量增加过多 打破了风量平衡 会造成外界热空气渗入室内 回风温度升高 冷冻水盘管阀门开度不断增大 使得能耗持续增加 如回风温度过高 超出系 统调控范围 会使系统各部件在极限状态工作 失去控制作用 在系统设计时 注意温度测量点的选取 提高温度采样的可信度 5 新风使用策略 基于楼宇自控系统的节能策略很大程度上取决于室外新风的合理利用 合理的 使用室外新风可以大幅度的节省能源 同时使室内空气质量得到明显改善 创 造一个舒适同时节能的工组环境 在冬季和夏季时 由于室外温度与室内温度偏差较大 为了节省能源 我们采 取多用室内回风 少用室外新风的原则 一般情况下只需保证室内需要的最小 新风量 以节省能源 当热水阀已全关时 如果室温仍超过设定值下限 则说明系统已不需要外界热 源 室温由控制热水阀改为控制新回风比 通过调节新风 回风和排风电动阀 的开度来实现 这一季节即是冬季过渡季的控制方式 第10页共 47 页 新风阀全开后 如果室温仍超过设定值上限 则说明只靠新风冷源已不能承担 室内全部冷负荷 因此必须对空调机组供冷水 在这时有两种情况将决定新回 风比的控制 1 通过测量新 回风温湿度 计算出室内外空气焓值 当室内 空气焓值大于室外空气焓值时 很显然机组处理全新风的耗冷量小于利用回风 时的耗冷量 因此这时应采用全新风 新风及排风电动阀全开 回风电动阀全 关 同时室温控制冷水阀 这种情况即是夏季过渡季的控制方式 2 如果这 时室内空气焓值小于室外空气焓值 则说明利用回风是更节能的方式 这时应 采用最小新回风比 室温仍然控制冷水阀 自控系统由此进入夏季工况的控制 夏季状态向冬季状态过渡时的转换过程与上述正好相反 为了防止系统振荡 在工况转换过程中 各转换边界条件留有适当的不灵敏区 在夏季 夜间室外温度低 室内负荷变化相对稳定 所需冷量较少 可采取多 用夜间新风来清洁室内空气 冬季时中午室外温度高 室内负荷变化相对稳定 室内空气质量一般较差 可 采取多用中午新风来清洁室内空气 增加新风量 保证室内舒适度 在早上空调预冷 热 时 可适当增加新风量 使室内空气质量得到改善 6 风机控制 组合空调器送风机的控制 第11页共 47 页 控制送风机的转速就是控制送风量 如不考虑个体差异 消除大楼内每个人或 设备的热负荷需要固定的送风温度和风量 因此 空调机组送风机转速要靠平 均室温调整 考虑到楼内的风量平衡 调节量不宜太大 也不能过低 为满足 空气调节对送风机的要求 我们选用能连续调节风机转速的变频调速器 同时根据大楼内的工作作息时间 合理的制定机组开关机时间 一方面保证工 作时间时大楼的舒适度 同时也节省了大量的能源 7 温度控制 冷 热水盘管阀门开度控制 在通常的空调自控系统中 冷 热水盘管阀门开度一般由回风温度或室内温 度控制 对于大空间或有二次热交换的区域 也可采用送风温度来控制冷 热水 盘管阀门开度 基于楼宇自控系统中水阀调节的节能策略中 首要要做到的是保证阀门的 零 开度 各类电动水阀是 BA 系统主要执行机构 在空调运行控制过程中阀门开度 是 BA 系统主要调节内容 其中 保证阀门 零 开度是 BA 系统控制精度的 重要保证 换句话说 选择正确流量特性和合适口径的电动水阀是 BA 系统成 功的重要保证 电动调节水阀的流量特性是指空调水流过阀门的相对流量与阀门的相对 开度之间的函数关系 目前工程上常用的主要有直线流量特性 等百分比流量 特性的电动水阀 单位行程变化所引起的相对流量变化与点的相对流量成正比关系的是等百 分比流量特性水阀 该类型水阀可调范围相对较宽 比较适合具有自平衡能力 的空调水系统 因此 BA 系统中大量应用的是等百分比流量特性的电动水阀 本次为本工程选用的水阀就是等百分比流量特性的电动水阀 电动水阀的口径决定了阀门的调节精度 水阀口径选择过大 不仅增大业 第12页共 47 页 主投资成本 而且使阀门基本行程单位变大导致阀门调节精度降低 达不到节 能目的 水阀口径选择过小 往往会出现即使水阀全部打开系统也难以达到设 定温度值 无法实现控制目标 我们常用的是通过计算电动阀门的流量系数 Kv Cv 值来推导电动水阀口径 因为流量系数和水阀口径是成对应关系的 换句话说 流量系数确定了 水阀口径大小也就确定了 水阀流量系数 Kv Cv 采用以下公式计算 Cv Q P 1 2 其中 Q 设备 空调 新风机组 的冷量 热量或风量 P 为调节阀前后压 差比 理论上讲 在不同的空调回路中 P 值是不同的 是一个动态变化的值 取值范围一般在 1 7 之间 但由于在流量系数的计算过程中 P 是开根号取值 所以对 Cv 计算影响并不是很大 因此 在工程设计中一般选 P 值为 4 根据 计算出来的流量系数 Kv Cv 选用与其相适应口径的调节水阀 8 温度补偿 在大楼的空调自控系统设计中 我们主要考虑了两种温度补偿措施 1 设定温度的补偿 考虑到大楼内空气各项参数受每天的日照量影响和 季节变换的影响较大 因此 在冬季时 将楼内平均温度和送风平均温度适当 降低 节约能耗 此外 在夏季 当楼内人数较少时 送风机工作在最低允许 转速 而楼内平均温度仍在继续降低时 适当提高送风平均温度的设定值 保 证人员的舒适性 对于为不同朝向区域送风的空调机组 根据其送风区域的朝 向不同设定不同的温度设定值 朝阳空间的空调机组温度设定值可相对低一些 阴面房间的空调机组温度设定值可相对低一些 2 送风温度的补偿 主要为获得较高的调节品质 克服系统运行和调节 中存在的滞后现象 这种补偿可以较早地根据测到的室内温度 送风量等参数 的变化做出较高的校正和调节动作 微分调节 减少这些干扰对楼内送风平均 温度的影响 防止控制系统产生振荡 第13页共 47 页 9 按区域设计定量控制方案 楼宇自动控制系统可以全面地灵活地设计和规划控制方案 做到既经济又 合理 并可充分地满足机电设备节能的各种要求 针对一个区域 譬如说 一层楼或一层楼再分为两个区 在这个区域的总 供水管和总回水管上各安装一只温度传感器 另外还需安装一只流量计 把所 采集的该时刻 3 个模拟量数据输入到该传感器附近的 DDC 直接数字控制器 中 根据供回水温差和流量的乘积计算出本区域的冷 热负荷 将该负荷值通过 控制总线传送到工作站 Work station 存入数据库 系统管理员就可以从系 统的数据库中直接取得相应的数据 再进行必要的分配与调整 可以统计出该 区域消耗的冷 热量 因为流量计的价格与口径大小的关系 不仅仅是比例关系 几乎成为平方 的比例关系 为了进一步降低一次性投资 还可以采取一些措施 譬如说 在 不影响使用的条件下 用变径的方法 适当减小安装流量计部分的供水管的尺 寸 尽量选用口径小一些的流量计 就可以降低工程的成本 此外 由于 以 夏季为例 冷冻水集水器中的水温 Tw 与数据采集单元的供水温度 Tin 之间并 没有有效负载 仅仅是冷冻水在管道中流动而引起的自然损耗 因此这两者之 间可以近似地用简单的线性关系来表达 Tin Tw kt 1 式中 Tin 数据采集单元的供水温度 Tw 冷冻水集水器中的水温 kt 自然损耗系数 接近于 0 用实验方法测定 如果距离短或管道保温 条件好 也可忽略不计 l 从冷冻水集水器到该数据采集单元的距离 夏季取 冬季取 Tw 是已知的 从冷冻水集水器中的温度传感器得到 这样就可用简单的方法 得到 Tin 所以在每个数据采集单元中可以少用一只温度传感器 在基本不影 响精度的情况下 进一步降低了成本 第14页共 47 页 本方案的优点是一目了然的 它是精确性和实用性的比较完美的结合 配 置灵活方便 不需要专门的能量计量系统 大大降低了工程的造价 这里也充 分显示出安装的楼宇自动控制系统的巨大潜力和优越性 10 精确的控制 任一业主为大楼安装 BA 系统直接动因就是能实现大楼能源消耗大幅度降 低以达到节省大楼营运成本的目的 这就要求 BA 系统整个控制过程尽可能精 确 理论上的 BA 系统模型 一个控制系统主要有以下装置组成 1 检测变送装置 将被控对象的被调参数检测出来 并将其转换成各类 型的能量信号 2 控制调节装置 将检测装置送来的被调参数信号与设定值 相比较 当出现偏差时发出一定规律的控制信号到执行调节装置 3 执行调 节装置 根据控制调节装置 控制器 发来的控制信号的大小和方向 开大或 开小调节阀门而改变调节参数的数值 显然 组成楼宇自控系统 BA 主要装置有 检测装置 有各类型传感器 如温度传感器 压力 压差传感器等 直接数位控制器 简称 DDC 采用计算机数字输出信号去直接控制电动水 阀阀门的开度 执行器及电动阀门 以下几个条件 因素 直接影响到 BA 系统精确控制程度 1 系统前端所测信号准确尤其是象温度这样的模拟信号必须尽可能准确 如何保证系统前端信号准确 我们采取以下措施 合理配置前端传感器数量 探测点数设置过少 则无法取得精确的前端信号 而前端传感器数量 点数表 过多的话易造成信号之间耦合 也使系统成本增 大 正确选择传感器的安装位置 举例来说 安装于送风管道内的温度传感器如 果安装在靠近机组送风口处 则传感器检测得到温度值可能偏低 如 果安装在 离送风口较远 则传感器测得温度值可能要高一些 这就必须根据风管的实际 第15页共 47 页 情况合理选择传感器安装位置 2 系统控制环节少 能提供丰富的控制积算软件 本工程使用的 DDC 直 接数位控制器 采用的是计算机数字输出信号去直接控制电动水阀阀门的开度 而无须中间调节器 另外 DDC 内含 有丰富的积算控制程序 有比例 P 算 法 比例积分 PI 算法 比例积分微分 PID 算法 由于不同的 PID 系数 被控对象生成不同的反应特性曲线 PID 系数较高 则对象反应特性曲线较陡 也就是反应过渡过程较短 PID 系数较低 则对象反应特性曲线较为平缓 也就是反应过渡过程相对较长 理论上说 过渡过程较短的话 则系统响应快 换句话说 也就是系统控 制精度较高 但这并不说系统控制精度越高就越好 由于空调系统本身惯性 较 大 如 BA 系统控制精度越高 系统越容易引起振荡 系统也就越不稳定 这就要求我们在工程设计和调试的过程中正确进行软件组态 选择恰当的 采样周期和控制函数 保证系统响应输出最优化 在系统控制精度和系统稳定 度之间找到最佳平衡点 只有做到 BA 系统的稳定的 精确的控制 才能做到 BA 系统的有效的节 能 三 环球金融中心三 环球金融中心 太原洲际酒店项目楼宇自动化系统技术太原洲际酒店项目楼宇自动化系统技术 性能说明性能说明 1 系统选型和定位 环球金融中心 太原洲际酒店项目就其功能而言 是十分复杂的 对于环球 金融中心 太原洲际酒店项目这样的智能建筑 保证所有机电设备的可靠 稳定 的运行显得尤为重要 因此 必须有一套技术上领先而且成熟的楼宇自动化系 统来对环球金融中心 太原洲际酒店项目设备进行管理和控制 所选产品必须经 过多个大型工程 多年运行实践的考验 针对这样的设计要求 我们选择施耐德公司的最新一代楼宇自动化系统 施耐德电气 VISTA 系统 正如系统的名称一样 该系统秉承了一贯的可靠 创新 友好 易用的特点 汲取了当今科学技术的最新成果 可以完全满足环 第16页共 47 页 球金融中心 太原洲际酒店项目需要 该系统已在多个国家大型重点工程中运行 多年 而且性能可靠 稳定 业界反应很好 系统组成及系统配置介绍 环球金融中心 太原洲际酒店项目楼宇自动化系统中央控制室设置在工程部值班 室 在此设 BA 服务器 1 套及工作站 1 套 2 系统总体层次及网络结构 环球金融中心 太原洲际酒店项目楼宇自动化系统由两级网络构成 一级网 络是 10M 100M 以太网 TCP IP 二级网络为 lonworks 现场总线网 既可以满足 系统庞大的容量要求 又可以提供高速的通讯能力 使管理人员在中央控制室 就可以全面了解环球金融中心 太原洲际酒店项目各类设备运行情况 并实时进 行控制 系统包括网络控制器 DDC 现场数字控制器 输入 输出模块 IO 模 块 操作工作站等 通过系统的中央管理数据库提供对所有设备的控制 报警 监测 日程表设置 报告和信息管理 1 系统一级网络 10M 100M TCP IP 以太网 施耐德电气公司的楼宇自动化系统一级网络是一个以太网的局域网或广域 网 在本方案中 一级网络为传输速度为 10M 100M 的 TCP IP 以太网 以太 网为标准化的网络 网络控制器 工作站均使用标准的以太网的标准设备 可 以直接挂接入综合布线系统 因此系统具有非常低的运行成本和维护成本 做为标准化的网络 以太网 越来越多的系统都在应用该网 但是有许多 系统在需要联接到以太网上时 必须要通过专用的网关 Gateway 而且网关 一般以插卡的形式插在工作站中 这样当工作站停止工作或出现故障时以太网 上的通讯将会瘫痪 在本方案中 我们提供的施耐德公司施耐德电气 VISTA 系统中的网络控制器 操作工作站 中央服务器均能直接和以太网络连接而无 需任何网关设备 大大提高了系统的可靠性 在不需要网关的前提下 环球金融中心 太原洲际酒店项目楼宇自动化系统 中的网络控制器 工作站和文档服务器均使用 TCP IP 协议直接连接在环球金融 中心 太原洲际酒店项目建筑群的以太网上 使用这样的系统 BAS 能充分利用 环球金融中心 太原洲际酒店项目建筑群所应用的企业网和综合布线系统 同时 第17页共 47 页 为业主的信息系统部门维护网络提供了方便的条件 为弱电系统的集成打下了 基础 同时网络控制器内置对于网络管理协议 SNMP 的支持 这样网络控制器 作为网络上的节点同时处于网络管理部门的监视之中 极大的方便了网络的管 理 2 系统二级网络 现场总线网 标准 lonworks 系统二级网络由 lonworks 现场控制器及模块标准的现场总线构成 lonworks 控制器是真正的通过 LonMark 认证的纯 lonworks 控制器 现场总线 采用完全开放的标准的 lonworks 现场总线 在实际总线长度超过网络限定值规 定时 可增网络放大器 可完全满足环球金融中心 太原洲际酒店项目楼宇自动 化系统的实际控制需求 系统的网络控制器的容量是非常庞大的 每台 DDC 之 间采用真正的点对点通讯 Peer TO Peer 方式 不依赖网络控制器就可以实 现现场设备间的通讯 这样 系统的稳定性就大大提高了 3 系统设计体现集散式的控制方式 我们配置的系统充分体现集中管理 分散控制的集散式系统的设计思想 所有 DDC 控制器均在被控设备机房内就近安装 控制器与现场前端设备 即传 感器 执行机构 设备动力盘箱等 信号联接线的联接在机房内部完成 DDC 控制器在本地对被控设备进行监控 包括实时检测现场设备的信号 根据控制 器里内置的程序对设备进行控制 并将设备运行或报警信息上传给建筑设备监 控管理系统中央管理工作站 中央管理工作站对收集到的信息 数据进行分析 和管理 包括实时数据的图形显示 查看历史数据 处理各种实时报警 察看 和打印各种报告 配置系统 系统编程等 这种集中管理 分散控制的模式既 实现了对大型建筑机电设备的有效管理 又将控制功能分配给本地 DDC 控制器 避免了过去集中控制方式的弊端 即一旦中央控制设备出现故障将无法实现对 所有机电设备的控制 在系统布线时 信号线 控制线尽量不穿墙 不跨越楼 层 3 系统的开放性和集成性 优异的开放性能 是实现系统集成的必要保证 系统的开放性体现在三 个方面 开放的系统协议 开放的数据库和开放的操作界面 我们配置的系统 完全满足这三个方面的要求 施耐德电气 VISTA 系统的集成设计可与第三方系 第18页共 47 页 统实现无缝联接集成 无缝集成多家第三方产品设备 例如冷水机组 消防报 警控制盘和变频驱动器 VFDs 等 共计上百种产品设备 另外施耐德电气 VISTA 系统可支持不同标准协议的开放接口 如 COM DCOM TCP IP BACnet LonWorks EIB ODBC OPC ActiveX Modbus HTML XML 等 实现同其它建筑设备监控管理系统的互操作性以及与企业内部 信息网络的可连接性等特点 从而实现管理系统网络整体的信息共享和统一管 理 本次设计的楼控系统支持标准的开放式数据库 Microsoft SQL Server 或者 是其他符合 ODBC 的相关的数据库 符合 ODBC 开放数据库连接 的数据库 引擎允许用户对数据库的操作 允许用户写入自定义的应用程序 使用直接与 数据库通信的方式来实现与其他应用程序的数据交换 从而避免了数据传送中 的错误 对于每个已连接到系统中的网络控制器均在系统数据库中储存 数据 库中包含所有点的配置和相应程序 另外 数据库将包括所有工作站文件 彩 色图形 警报报告 文本报告 历史数据记录 日程表和查询记录等 支持开放的用户界面 所有在以太网 TCP IP LAN WAN 上的网络控制器均可在控制器内部设置 为环球网服务器 Web Server 能储存 HTML 代码 XML 代码和环球网浏览器 服务页 这种特别的开放式的功能 为开放式的管理提供极大的方便 与环球 金融中心 太原洲际酒店项目有关的任何管理人员和用户均可通过计算机 运行 标准的 Internet 浏览器 Microsoft Internet Explorer Netscape Navigator 等 通过建筑物中的综合布线系统 以太网采用 TCP IP 协议 经由网络控制器进 入环球金融中心 太原洲际酒店项目整个楼宇自动化系统中 并可实现实时数据 的监控 图形和基于文本的环球网页可使用标准的 HTML 和 XML 代码 接口 允许用户选择任何标准的文本或基于图形的 HTML 和 XML 编辑器来制作网页 也允许用户自定义图形页和表 出于安全考虑 环球网服务器接口还可使用安全口令 包括发出请求的 PC 的 IP 地址的确认 不论用户的操作地点是在何处 凡合法地接入 BAS 网络后 环球网服务器接口允许用户在控制器间 处理器间 和网络接口 BACnet TCP IP 间的数据传递或信息共享 网络控制器可直接作为环球网服务器使用 第19页共 47 页 直接产生 HTML 和 XML 代码给发出请求的用户 如环球网浏览器 不需要依 靠基于 PC 的环球网服务器硬件或软件 不需要外部环球网服务器硬件和软件 集成系统功能集成系统功能 施耐德电气 VISTA 系统是世界上唯一真正实现完整的建筑物设备集成管理 解决方案的楼宇自动化系统 施耐德电气 VISTA 系统可以对大楼中的所有自 动化系统进行综合性的控制管理 BA 门禁 安保 报警管理 数字监控 集 成管理等等功能 施耐德电气系统全部可以实现 对第三方设备可以直接集成 消防 CCTV 冷冻机组 变配电系统等 开放的标准 XML BACnet Lonworks SNMP OPC ODBC 最常见的有 节能舒适性暖通空调系统 节电供配电系统 给排水系统 停车场自动化系统 保安系统 照明广告灯光系统 电梯系统 并可以和其它 相关系统进行联系 如接受消防系统发送来的各种逻辑监控信号 本系统真正 集成了 HVAV 过程控制 门禁及照明控制 CCTV 和火警系统 4 系统硬件的功能说明 系统性能指标取决于软件功能和硬件性能 先进的系统必须具备完善的软 件功能和优秀的硬件的性能 本方案中配置的系统硬件性能指标如下 施耐德电气施耐德电气 Xenta 700 系列集成化以太网控制器系列集成化以太网控制器 施耐德电气 Xenta 700 系列集成化控制器集网络控制器与 LonWorks 现场 控制器的功能于一身 支持 LON Modbus I NET 等现场总线及不同现场总线之间的互联 支持多个自由编程的控制应用并行运行 IP 接入 Web 访问 精美的矢量化图形监控界面 安防 楼控管理控制功能集于一身 128 位 SSL 加密体制 施耐德电气 Xenta 700 系列集成化控制器功能总览 第20页共 47 页 Mod bus Micro Net I NETWe b 服 务 I O 模 块 Xenta 现场控制 器支持 Xenta701配置10 Xenta711自定义10 Xenta721配置20 Xenta731 自定义20 现场控制单元模块现场控制单元模块 子站单元施耐德电气子站单元施耐德电气 Xenta 施耐德电气 Xenta 是在瑞典生产的可自由编程控制器 是目前市场上唯一 全部使用 LonWorksTM网络控制技术的最新产品 而不象其他公司的产品只是 部分采用 LonWorksTM技术 它既可作为智能控制器独立运行 控制现场设备 监视现场环境 也可接入 LON 总线 从而成为控制网络的一部分 与其它系统 实现智能集成 每一个施耐德电气 Xenta 控制单元都受施耐德电气 Vista 中央 系统的监视和控制 能和其它厂商的 LonWorksTM产品实现互连 与 LonWorksTM产品实现互操作 施耐德电气 Xenta 控制器有三个系列 施耐德电气 Xenta 280 施耐德电 气 Xenta 300 和施耐德电气 Xenta 400 其中施耐德电气 Xenta280 300 系列都 两种不同的 I O 配置 施耐德电气 Xenta 281 和施耐德电气 Xenta 282 施耐德 电气 Xenta 301 和施耐德电气 Xenta 302 下表列出各种控制器的输入 输出点 第21页共 47 页 数量及可扩展的 I O 模块数量 控制器 数字输 入点 通用输 入点 热敏传感器 输入点 数字输出 点 模拟输出 点 扩展的 I O 模块数 量 施耐德电气 Xenta 28124033 施耐德电气 Xenta 28224244 0 施耐德电气 Xenta 30144462 施耐德电气 Xenta 30244444 2 施耐德电气 Xenta 401无输入 输出点10 施耐德电气 Xenta 401C无输入 输出点15 规格说明 规格说明 电源要求电源要求24V AC 20 50 60Hz 或 19 40V DC 通讯通讯施耐德电气 Menta Modem RES232 RJ45 通讯速 率 9600bps 施耐德电气 Vista TP FT 10 螺丝压接 通讯速 率 78Kbps 施耐德电气 Xenta OP B TP FT 10 螺丝压接 通讯速 率 78Kbps 符合标准符合标准防辐射 EN50081 1 抗干扰 EN50082 1 安全性 EN61010 1 尺寸尺寸 mm 180 110 75 Xenta281 282 301 302 90 110 75 Xenta 401 重量重量1 0Kg Xenta281 282 301 302 0 5Kg Xenta 401 施耐德电气 Xenta 280 300 400 控制器提供 HVAC 及建筑物内其它子系统 的全部控制功能 包括循环控制 控制曲线 时间控制 报警管理等等 使用 第22页共 47 页 图形编程工具施耐德电气 Menta 使编程和操作非常简便 施耐德电气 Xenta 280 300 400 控制器采用无屏蔽双绞线连接在 LonTalk TP FT 10 网络上 控制器由安装在一起的端子部分和电子部分组成 终端设备 的线缆仅与端子部分连接 因此可根据需要移去电子部分 而不影响端子连接 施耐德电气 Xenta 280 300 400 可以连接到中央管理系统施耐德电气 Vista 现场使用的施耐德电气 Xenta OP 操作盘可以连接至施耐德电气 Xenta 施耐德电气 Xenta OP 操作盘带有显示器和几个按键 用于读取数据和 改变设置 施耐德电气 Xenta OP 操作盘可以搭扣在施耐德电气 Xenta 控制器上 安 装在控制柜前面或作为便携终端使用 由于控制器采用非易失 快闪 存储器 在电源故障后控制单元仍保存用 户的设定值 确保电源恢复后就能正常工作 实时时钟以年 月 日 星期几 小时 分 秒的形式提供时间数据 万 一电源出现故障 内置的电容器可以维持时钟运行至少 72 小时 此外 Xenta 控制器还有强大的函数运算处理能力 适宜进行设备智能控 制和管理 灵活的灵活的 I O 模块模块 第23页共 47 页 施耐德电气 Xenta 400 系列 I O 模块作为 Xenta 控制单元专用的扩展模块 直接与现场的各种设备相连 根据需要可灵活地与子站进行搭配 该系列 I O 模块有 5 种不同型号 施耐德电气 Xenta 411 412 421A 422 451A 452 471 和 491 492 下表列出具体的 I O 点配置 第24页共 47 页 DI 数字输入UI 通用输入TI 热敏电阻输入 DO 数字输出AO 模拟输出 以上输入 输出模块借助于图形编程工具施耐德电气 Menta 与指定的控制器 相连 输入 输出模块固定在 TS 35 毫米 DIN 标准导轨上 所有模块由两部分组成 端子部分包括螺旋端子 电子部分包括线路板 为了简化程序 端子部分可以 预先固定在控制柜中 安装简单 维护方便安装简单 维护方便 I O 模块DI DI 指示 UIAITIDO DO 手控 AO AO 手控 Xenta 411 10 Xenta 412 10 Xenta 421A 4 5 Xenta 451A 8 2 Xenta 471 8 Xenta 491 8 Xenta 492 8 第25页共 47 页 如前所述 施耐德电气 Xenta 控制器及其 I O 模块由端子底座板和插入式 电子单元组成 可直接安装在 35mmDIN 标准导轨上 现场设备的接线接入底 座板 这些底座板可以首先安装 接线和检查 然后在系统开通和运转时再连 接电子部分 电子单元可以不受端子连接影响而移动 可以迅速 安全地取出 维修 方便的扩展方便的扩展 施耐德电气 Xenta 系列产品为模块化结构 可以从一个小的基本单元开始 根据需要增加 I O 扩展模块 没有模块范围的限制 5 施耐德电气 Vista 系统软件功能 软件由实时操作系统及楼宇自动化系统控制的应用软件组成 应提供顺序 控制程序 功能联锁程序 用电管理程序 照明控制程序 维修记录程序 统 计程序 报表产生程