楼宇自动化系统设计浅析-

1、楼宇自控系统设计浅析智能楼宇安装楼宇自控(BA系统,不仅可以改善楼宇的环境效率,而且也使楼宇能源消耗在量化控制之下确保楼宇能源成本降低成为可能。但不可否认的是,由于各种原因(如设计的不完善等也确实造成一些BA项目不太成功甚至完全失败。下面我将五年来从事BA工程中所积累的经验、教训以及一些新的想法写出来和大家交流。一、LONWORKS技术在BA系统设计中的应用LONWORKS技术是美国ECHELON公司91年推出局域操作网,具有完整的开发系统平台,包含所有设计、配置和支持控制网的元素,是目前最为先进的控制网络技术。LONWORKS技术由以下三个核心部分组成:(1MC143150或MC143120

2、NEURON(神经元芯片(2LONTALK协议,执行ISO/OSI参考模型和提供全部七层服务(3网络开发工具(LONBUILD和节点开发工具(NODEBUILDERLONWORKS网络最大的优点是其完全的开放性,其主要表现在以下方面:(1LONWORKS所用的通讯协议LONTALK提供ISO/OSI参考模型所定义的全部七层服务。(2LONWORKS支持多种通信媒质和任意自由拓扑网络结构。(3LONWORKS支持的通信媒质有双绞线、同轴线缆、光纤和无线微波等。(4LONWORKS组网拓扑结构可以是任意形式,可以是星型、树枝型、网状型等,实现真正的点对点通讯。我们可以这样假设:当一幢楼宇面积较大,

3、所控机电设备(如空调机组、水泵分散分布,如果仍旧采用传统的BA联网拓扑结构,那么实现现场DDC控制器通讯连接(“手拉手”方式的布线不仅繁杂,甚至有的受到现场环境影响无法布线。如果这时采用带LONWORKS技术DDC,就可随现场情况任意选择通讯网络拓扑结构,使系统组态灵活方便,可见LONWORKS技术优势所在。LONWORKS技术已经成功应用在中国银行(HONEYWELL公司产品、首都机场(JOHNSON CONTROLS。二、BA工程设计的关键我认为一个成功BA工程必须具有两个要素:*系统应用稳定可靠,发生故障概率降到最低可能限度。*系统能提供精确的、量化的控制模式,为楼宇能源控制提供可靠保证

4、。任一业主为楼宇安装BA系统直接动因就是能实现楼宇能源消耗大幅度降低以达到节省楼宇营运成本的目的。这就要求BA系统整个控制过程尽可能精确。从理论上讲,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

5、: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。-执行器及电动阀门那直接影响到BA系统精确控制程度的因素都是什么呢?(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情况合理选择

6、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。目前各BA厂商提供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

7、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。(3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

8、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。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。那么如何计算选择电动水阀口径呢?工程上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,流量系数定了,

9、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/P1/2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。举例来说,假设1台空调机组技术指标值如下:风量:8000M3/H冷量:47.17KW 热量:67.55KW余压:410PA功率:2KW如何选用调节水阀?Kv=Cv/1.17=43.92/1.17=19.8然后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。三、业主应注意的几个问题近年来有相当数量的业主存在着错误观点:以为楼宇节能就是靠BA系统,有了BA系统就能省很多钱。存在这种观点虽然可以理解,但显然忽视了BA系统节能的前提条件:只要在暖通设计合理的前提下,结合合理有效的BA自动控制,才能真正达到节省人力、节省能源的目的。换句话说,楼宇的节能是一项综合性系统工程,不是单靠BA系统就能实现的。所以我认为业主应以实是求是的眼光看待BA的节能。理论上讲,BA对所控设备的型号、品牌、功能没有限制,但这并不是说BA对设备没有要求:业主所购的受控电气设备必须具备二次控制回