上海某大厦楼宇自控系统设计方案

上海XX大厦 楼宇自控系统BAS-PAGE18楼宇自控系统设计方案1.设计依据中国国家行业标准JGJ/T16-92"民用建筑电气设计规范"智能建筑设计标准(DBJ-08-47-95)采暖通风与空气调节设计规范(GBJ19-87)高层民用建筑设计防火规范(GB50045-95)电气装置工程施工及验收规范(GBJ232-82)建筑智能化系统工程设计管理暂行规定(建设部1997-290)霍尼韦尔EXCEL5000系统设计手册上海XX大厦设计任务书及相关图纸2.设计原则及方案作为一组集楼宇自控、消防、安保及诸多子系统于一体的综合性高智能化要求的上海XX大厦，其对于楼宇自动控制系统有很高的要求，它不仅需要对大楼内的所有的机电设备如HVAC设备、供配电及照明设备、给排水设备、电梯等进行统一管理，而且这些设备还需与其它的智能化子系统进行通讯和必要的联动控制，以致力于创造一个高效、节能、舒适、高性能价格比、温馨而安全的工作环境。为此，我公司对楼宇自动控制系统进行了精心的设计。无论是从系统的宏观规划，还是局部的细节，都作了精心的考虑。根据此大厦的建筑特点和功能要求，我们为大楼提供HoneywellEBI企业楼宇设备集成系统（2000点）。经我司的周全设计，XX大厦共有1687个监控点。其中包括931个数字输入点（DI），84个模拟输入点（AI），603个数字输出点（DO），69个模拟输出点（AO）。我司从XX大厦的发展性考虑，选用了具2000点的EBI基本软件，为今后的系统扩充留有一定的余量。该系统是目前世界上最为先进的高效能系统，适用于大楼的建筑特点及先进的控制和管理要求，包括选用最先进的直接数字控制器（DDC）。根据XX大厦的监控点数，本系统采用了17个大型直接数字控制器EXCEL500（监控总点数为128点），分布于大楼的各个层面。系统信息通讯为同层通讯，现场控制器DDC以微处理器为核心，实现全部监控功能，其工作与中央站(计算机控制中心)无关。DDC与中央站之间无网络控制器之类的设备，直接挂在总线上，DDC与DDC之间均直接通讯。信息通道就如高速公路，无红绿灯交通指挥中心(网络控制器)环节。楼宇管理中心工作站TCP/IP10M/100MXL500控制器系统结构图本方案EBI监控范围及系统目标包括以下几部分：HVAC系统设备监控，包括冷、热源系统，空调机及送排风机设备。高低压配电系统设备监视，包括变压器和高低压柜设备。照明系统的监控，包括泛光照明和航空灯设备。给排水系统的监控。垂直电梯系统监测。根据我司长期积累的设计经验及XX大厦的建筑特点，经设计计算楼内有12台新风机组、4台变风量空调机、36台吊顶空调机、6台排烟风机、6台正压送风机、3台排风机、4台热泵机组、5台空调水泵、生活水泵和消防泵以及照明系统等设备。鉴于XX大厦功能的特殊性和重要性，良好的自动控制手段既可以保证舒适的环境，又可以大大降低能耗，因此精心设计一套楼宇自控楼非常重要。上海XX大厦作为具有一定超前性和先进性的工程，智能化系统设计应精益求精，楼宇自控作为智能化系统的重要组成部分，我们认为必须有以下特点：需采用先进的、集散型网络结构实现BAS的实时集中监控管理功能。作为集散性控制的控制器通信网络，应能实现各分站间，分站与中央站之间的数据通信。监控的界面应为全中文Windows界面，便于操作员的学习和掌握，监控界面直观形象。需采用灵活的模块化具有LonWork技术现场控制器，对于不同楼层的现场设备分布配置相应的输入/输出模块，保证系统良好的集散性和以后的扩展性。需尽量采用同一厂家的设备，高可靠性的设备，以保证各设备间良好的协调性且长期运行良好。需采用优化的控制方案，实现节能控制。空调系统将成为大厦的能源消耗的大户，采用优化的控制方案不但可为大厦创造一个舒适的工作环境，且能大大节约能源。为大楼带来以下优点：1）节能建筑设备管理自动化系统通过电脑控制程序对全楼的设备进行监视和控制，统一调配所有设备用电量，可以实现用电负荷的最优控制，有效节省电能，减少不必要的浪费。本工程作为一座现代化的建筑来说，电力的消耗是非常惊人的。大楼中各种设备都是“耗电大户”。在大楼配置建筑设备管理自动化系统之后，系统可根据设置在楼内各处的传感器所检测的数据，计算出大厦实际的冷负荷，与机组的制冷能力进行比较，如果能力富裕很多，说明设备组全部开动是没必要的，就按程序中事先指定的顺序关闭其中的一台；如果此时能力仍然富裕很多，就顺序关闭第二台。反之，当冷负荷增加时就顺序开启设备。通过调节设备开启，既保证正常需要，又降低能源消耗。当前，在世界上有数万座建筑使用霍尼韦尔公司的楼宇自控系统，在这些建筑中，一般的情况下可以达到20%，这种效益在采用人工操作是绝对无法实现的，因此，采用最优化的控制模式来满足大楼的功能要求，就会为大厦物业带来很大的经济效益。2）节约人力，提高工作效率大楼内机电设备数量和型号众多，并且分布于大楼的各个楼层，由于建筑设备管理自动化系统采用集中电脑控制，在投入使用后可以大量减少运行操作人员和设备维护维修人员，并能及时处理设备出现的问题。在没有楼宇自控系统的建筑物中，设备的开关、维护及保养都需要人去操作，这样不可避免地要求建筑配置庞大的人员队伍，而采用了自动控制系统之后，上述工作均由楼宇自控系统根据预先设计好的程序自动完成，大批的人力将被减少下来，首先节约了管理上的开支，同时也减少了由于管理众多人员所引起的一系列问题。根据我们的经验，在建筑内配置建筑设备管理自动化系统之后，在今后可以减少三分之二的设备运行、维护人员。3）延长设备寿命利用BAS系统的软件功能，自动累计各种机电设备的运行时间，在可以利用备用设备的情况下，自动循环使用常用设备和备用设备。如热泵机组、循环水泵等，这样可以延长它们的使用寿命。4）保证舒适的环境BAS的优点不仅在于对设备的监控，还可对特定的对象如环境温度进行精确的自动控制。对空调系统就可通过回风温度与设定温度比较，采用PID方式调节水阀来保持回风温度的恒定，以创造一个舒适环境。5）建筑设备管理自动化系统可以实现的作用通过配置系统的硬件和软件，实现测量各类工艺、设备状态的参数、设置并控制设备启停、提供设备运行报告等功能；监视并显示系统监控设备的工作状态，故障时提供报警；对现场自动控制组织的安全调整功能；根据工艺流程合理调整能量的使用；根据运营要求提供内部最佳集中管理策略；可以由系统干预设备工艺操作过程；根据系统记录，管理分析当前和过去运行过程；提供计算和预测工具、用于优化操作参数并组合、建立新的运行方式；实现建筑设备管理自动化系统与其他系统数据交换；对受控实现设备遥控操作；系统方便、友好的修改、扩展、检测工具；通过密码保护，实现数据安全功能。我们为上海XX大厦设计的EBI系统的网络符合BACnet协议标准，可以灵活地扩充或缩减，因而能真正满足用户使用功能及经济上的需要。能在许多不同类型的前卫的开放型系统技术下运作，因此系统的灵活性很高。自推出到现在，已在多个国家、地方及多种不同类型的建筑物上应用过，包括商业楼宇、机场、工业设施、政府设施等。本方案所采用的主要组件中央软件、控制器及主要的现场传感器均是Honeywell生产的标准设备，在世界各国得到广泛的应用。Honeywell的楼宇控制设备均采用工业标准，具有极高的可靠性。3．系统性能介绍3.1中央站功能1）监视功能EBI以WindowsNT为操作平台，采用工业标准的应用软件，全中文化的图形化操作界面监视整个BA系统的运行状态，提供现场图片、工艺流程图（如空调控制系统图）、实时曲线图（如温度曲线图，可几根同时显示，时间可任意推移）、监控点表、绘制平面布置图，以形象直观的动态图形方式显示设备的运行情况。可根据实际需要提供丰富的图库，并提供图形生成工具DisplayBuilder软件，绘制平面图或流程图并嵌以动态数据，显示图中各监控点状态，提供修改参数或发出指令的操作指示。可提供多种途径查看设备状态，如通过平面图或流程图，通过下拉式菜单或十个特殊功能键进行常用功能操纵，以单击鼠标的方式可逐及细化地查看设备状态及有关参数。画面的转换不超过两键，画面全部数据刷新小于2秒。EBI系统软件能提供一个多任务的操作环境，使得用户可同时运行多个应用程序，在运行多个实时监控程序的同时可同时运行如Word或Excel软件，也可浏览Internet网页。通过使用工业标准的软件来支持并行访问和系统监控操作。2）控制功能能在EBI中央通过对图形的操作即可对现场设备进行手动控制，如设备的ON/OFF控制；通过选择操作可进行运行方式的设定，如选择现场手动方式或自动运行方式；通过交换式菜单可方便地修改工艺参数。EBI对系统的操作权限有严格的管理，以保障系统的操作安全。对操作人员以通行字的方式进行身份的鉴别和管制。操作人员的根据不同的身份可分为从低到高6个安全管理级别。EBI软件能自动对每个用户产生一个登录/关闭时间、系统运行记录报告。用户自定义的自动关闭时间。以防操作员而然离开的时的系统安全。3）先进的报警功能当系统出现故障或现场的设备出现故障及监控的参数越限时，EBI均产生报警信号，报警信号始终出现在显示屏最下端，为声光报警（可选择），操作员必须进行确认报警信号才能解除，但所有报警多将记录到报警汇总表中，供操作人员查看。报警共分4个优先级别。报警可设置实时报警打印，也可按时或随时打印。4）综合管理功能EBI对有研究与分析价值、应长期进行保存的数据，建立历史文件数据库：采用流行的通用标准关系型数据库软件包和EBI服务器硬盘作为大容量存储器建立EBI的数据库，并形成棒状图、曲线图等显示或打印功能。EBI提供一系列汇总报告，作为系统运行状态监视、管理水平评估、运行参数进一步优化及作为设备管理自动化的依据，如能量使用汇总报告，记录每天、每周、每月各种能量消耗及其积算值，为节约使用能源提供依据;又如设备运行运行时间、起停次数汇总报告（区别各设备分别列出），为设备管理和维护提供依据。EBI可提供图表式的时间程序计划，可按日历定计划，制订楼宇设备运行的时间表。可提供按星期、按区域及按月历及节假日的计划安排。5）通信及优化运行功能EBI中央站采用WindowsNT操作系统，以太网连接和TCP/IP通信协议，通过ODBC，API等接口方式与其他子系统及IBMS服务器通信，传送综合管理、能源计量、报警等数据，并接收其他系统发出的联动及协调控制命令，以便控制整个大厦设备的优化运行。EBI中央站与DDC间可直接通讯，无需采用其他任何的转接设备，提高了整个系统的可靠性及运行的速度。C－Bus的通讯速率为1Mbps，能够满足画面刷新对通讯速率的要求。3.2DDC功能现场直接数字控制器采用Excel5000系列控制器，DDC的硬件及软件配置均能保证分站按独立方式运行，真正实现危险分散的集散型控制。分站软件包括系统软件（含监控程序和实时操作系统）及所需的一系列应用软件，提供编程用的CARE软件，以方便用户日后的修改程序。1）Excel500控制器(DDC)这是一种全部模块化的的大型直接数字控制器，采用16位微处理器，是可自由编程、并可现场进行独立控制的直接数字控制器，也可经C－BUS总线连接最多15台控制器的网络进行中央控制。该控制器为模块化设计，具有灵活的组合特性，使系统及易于扩展，又能根据用户的实际需要配置。Excel500共由5个机箱组成，由CPU模块，电源模块，通讯模块及最多16个I/O模块（包括扩展型模块），128个输入输出点，即可联接128个探测器、开关、执行器、操作器。每个控制器相同功能I/O模块最多为10块。2）控制器软件说明控制器的编程软件ExcelCARE，是全图形化编程工具，以专家系统为基础的图形编程，全部由鼠标点取完成各种应用程序的编制和修改。用户可选的ExcelCARE和LiveCARE图形软件，操作人员无须有高深的电脑编成程语言知识，就能很轻易地设计出有关程式，控制Excel5000系统的控制器。操作人员可选择与系统相符的有关照明、暖道、设备图像，利用微软视窗的环境设计設控制程序。CARE软件可自行检测程序的控制逻辑以避免运行中产生差错，整个过程十分快捷有效。3.3节能及能源控制软件的主要控制功能：焓值控制：对每种空气源进行全热值计算，并进行比较决策，自动选择空气源，使被冷却盘管除取的冷量或增加的热量最少，来达到所XX的冷却或加热温度。最佳启动：根据人员使用情况，提前开启HVAC设备。在保证人员进入时环境舒适的前提下，提前时间最短为最佳启动时间。

最佳关机：根据人员使用情况，及航班动态，在人员离开之前的最佳时间，关闭HVAC设备，既能人员离开之前空间维持舒适的水平，又能尽早地关闭设备，减少设备能耗。减小再加热控制：对于使用集中供冷、分区再加热方法进行温度控制的多区单位空调系统，根据区域状态计算再加热需要量，并据此进行优化，重新设定冷冻水最佳温度（或冷盘管出口最佳温度）的控制算法，最大程度地减少冷热抵消所引起的能源消耗。设定值再设定：根据室外空气的温度、湿度的变化对新风机组和空调机组的送风或回风温度设定值进行再设定，使之恰好满足区域的最大需要，以将空调设备的能耗降至最低。负荷间隙运行：在满足舒适性要求的极限范围内，按实测温度和负荷确定循环周期与分断时间，通过固定周期性或可变周期性间隙运行某些设备来减少设备开启时间，减少能耗。分散功率控制：在需要功率峰值到来之前，关闭一些事先选择好的设备，以减少高峰功率负荷。夜间循环程序：分别设定低温极限和高温极限，按采样温度决定是否发出“供热”或“制冷”命令，实现加热循环控制或冷却循环控制。

在凉爽季节，夜间只送新风，以节约空调能耗。夜间空气净化程序：采样测定室内、外空气参数，并与设定值进行比较，依据是否节能效果，发出（或不发出）净化执行命令。零能量区域：设置冷却和加热两个设定值，有一个既不用冷也不用热的区域，实现空间温度在该舒适范围内不消耗冷、热能源的控制。循环启停程序：自动按时间循环启停工作泵及备用泵，维护设备。非占用期程序：在夜间及期他非占用期编制专门的非占用期程序，自动停止一些可以停止运行的设备，以节约能源。例外日程序：为特殊日期、如假日提供时间例外日程序安排计划，中断标准系统处理，只运行少数必须运行的设备。临时日编程：如遇特殊情况可编制临时日编程，提前一天编制好下一天的临时日程序，停止运行一些不必要运行的设备，或运行一些必须运行的设备。临时日程序优先于其他时间程序。受控设备及监控内容4.1空调机组的控制监控设备数量变风量空调机4吊顶空调机36台监控内容：参照空调机组控制原理图回风管回风温度测量（AI）：即室内温度控制。根据回风温度与设定温度差值，对冷/热水阀开度进行PID调节，从而控制回风温度。

在夏季工况时，当回风温度升高时，调节水阀开大；当回风温度降低时，调节水阀开小。在冬季工况时，当回风温度升高时，调节水阀关小；当回风温度降低时，调节水阀开大。使室温始终控制在设定值范围内。风机变频控制（AO）冷/热水阀的开度控制（AO）回风风阀的开度控制（AO）：新风风阀与回风阀比例调节，并与风机、水阀联锁控制，风机停时自动关闭新风阀和水阀，风机启动前，延时自动打开风阀。过滤网阻塞报警（DI）：提醒清洗过滤网。监测风机的正常运行状态（DI）监测风机的手/自动状态（DI）监测风机的故障状态（DI）控制风机的启停（DO）：编制时间程序自动控制风机启停，并累计运行时间。以上工况均可在彩色显示器上显示及打印机输出。各空调机组的参数设定值由中央站进行设定，由DDC自动控制。系统启动后通过彩色图形显示，显示不同的状态和报警，显示每个参数的值，通过鼠标任意修改设定值，以达到最佳的工况。机组的每一点都有列表汇报，趋势显示图，报警显示。风机启动后，控制程序投入工作。4.2新风机组的控制监控设备数量新风机12监控内容：参照空调机组控制原理图送风管送风温度测量（AI）：即室内温度控制。根据回风温度与设定温度差值，对冷/热水阀开度进行PID调节，从而控制回风温度。

在夏季工况时，当回风温度升高时，调节水阀开大；当回风温度降低时，调节水阀开小。在冬季工况时，当回风温度升高时，调节水阀关小；当回风温度降低时，调节水阀开大。使室温始终控制在设定值范围内。送风管送风湿度测量（AI）：根据送风湿度与设定湿度差值，对加湿器进行开关控制。冷/热水阀的开度控制（AO）新风风阀的开关控制（DO）：风机停时自动关闭新风阀和水阀，风机启动前，延时自动打开风阀。控制风机的启停（DO）：编制时间程序自动控制风机启停，并累计运行时间。加湿器开关控制（DO）过滤网阻塞报警（DI）：提醒清洗过滤网。监测风机的正常运行状态（DI）监测风机的手/自动状态（DI）监测风机的故障状态（DI）以上工况均可在彩色显示器上显示及打印机输出。各空调机组的参数设定值由中央站进行设定，由DDC自动控制。系统启动后通过彩色图形显示，显示不同的状态和报警，显示每个参数的值，通过鼠标任意修改设定值，以达到最佳的工况。机组的每一点都有列表汇报，趋势显示图，报警显示。风机启动后，控制程序投入工作。4.3送/排风机控制监控设备数量排风机3台排烟风机6台正压送风机6台监控内容：参照送/排风机控制原理图按预先编排的程序，自动控制机组的启停，并对风机的工况进行监视.风机的正常运行状态（DI）风机的手/自动状态（DI）风机的故障状态（DI）风机的启停控制（DO）以上工况均可在彩色显示器上显示及打印机输出。系统软件可自动满足如下自动控制要求：－系统启动后通过彩色图形显示，显示不同的状态和报警，显示每个参数的值，通过鼠标任意修改设定值，以达到最佳的工况;－机组的每一点都有列表汇报，趋势显示图，报警显示;－风机启动后，控制程序投入工作;－送/排风机运行的累积时间。4.4冷/热源系统的控制监控设备数量热泵机组4台空调水泵5台监控内容：参照冷热源系统控制原理图监测热泵机组的运行状态、手/自动状态、故障状态（DI）监测热泵机组的出水水流状态（DI）监测循环水泵的运行状态、手/自动状态、故障状态（DI）监测热泵机组的出水温度（AI）控制热泵机组的启停及进水蝶阀的开关（DO）监测供/回水总管的温度，回水总管的流量（AI）监测供/回水总管之间的压力（AI）控制供/回水总管的旁通阀（AO）软件功能：－机组启动后通过彩色图形显示，显示不同的状态和报警，显示每个参数的值，通过鼠标任意修改设定值，以达到最佳的工况－机组的每一点都有列表汇报，趋势显示图，报警显示－设备发生故障时，自动切换－程序控制热泵机组系统，目的是达到最低的能耗，最低的主机折旧－根据程序或大楼的日程安排自动开关机组－累积每台冷冻机组运行时间，根据大楼的要求自动切换大机组，使4台热泵机组运行时间基本相等，目的是延长机组使用寿命－中央可编制节假日上、下班等时间运行程序，在不同时间段合理地运行设备，节约能源。1）热泵机组台数控制XX大厦有4台热泵机组，空调水泵共5台，流量相同，4用1备。鉴于这一系统，我们采取了富有针对性的控制方案设计。根据回水管的流量及供/回水总管的温差，计算负荷，对热泵机组进行群控。a)大楼总冷热负荷计算根据冷热总负荷量(供回水温差×总流量)进行热泵机组台数控制。运行台数需与负荷相匹配，实现机组最优启停时间控制，使设备交替运行，达到充分节能的目的。负荷计算： Q＝K×M×（T1－T2）其中：Q：负荷K：常数M：流量T1：回水总管温度T2：供水总管温度b)热泵机组控制方案所有热泵机组的启停与相关的负荷控制连锁，用户可以根据现场的具体情况和用户的要求对这些程式中的参数及连锁点自行修改和设定。BAS系统通过安装在机房内的Excel5000系列直接数字控制器来完成对热泵机组和相关设备的控制要求：热泵机组台数控制运行顺序的转换控制根据水系统的供回水温差和流量计算空调系统的冷(或热)负荷，以此来对热泵机组、冷/热水泵及相关的水阀实现联动控制,同时监视其运行状态及故障状态。机组开机台数控制方案如下：假设大楼总冷热负荷为Q，热泵机组的额定负荷为Q1，热泵机组与两者负荷间的关系见下表：负荷1#热泵机组2#热泵机组3#热泵机组4#热泵机组Q<=95%Q1开95%Q1<=2Q开开95%Q1<=3Q开开开95%Q1<=4Q开开开开说明：95%是热泵机组在非标准工况情况下的一个系数，可与设计师共同确定。热泵机组共有4台，在选择时根据各台累计运行时间均等原则，累计时间短的先启动。当一台有故障时，自动切换另一台。C)联动起动顺序：热泵机组电动蝶阀开判断电动蝶阀状态正确相应的空调水泵开水泵状态正确水流压差开关信号指示正确对应热泵机组开d)联动停止顺序：热泵机组关（延时大于5分钟）对应的空调水泵关对应的热泵机组电动蝶阀关2）循环水泵监控监测运行状态（DI）、故障状态（DI），启停控制（DO）。监测设备的手/自动状态（DI）：在自动运行模式下，常用泵如发生故障，备用泵将自动切入。根据室外温度和昨日负荷对启动负荷进行预测。累计运行时间，开列保养及维修报告。3）压差旁通监控在供水总管和回水总管上设置压力传感器（AI），通过计算供回水之间的压差，将压差与设定值进行比较，用PI方式调节电动两通阀，使压差保持在设定的范围内。（见下图）压差设定值压差设定值100%压差旁通阀开启度4.5给排水系统的控制监控设备数量生活水池1个生活加压泵2台屋顶水箱1个集水井10个潜污泵20台消防泵2台喷淋泵2台监控内容：参照给排水系统控制原理图生活水箱高低液位报警（DI）;屋顶水箱高、