樓宇自控是指樓宇中電力設備,如電梯、水泵、風機、空調等,其主要工作性質是強電驅動。通常這些設備是開放性的工作狀態,也就是說沒有形成一個閉環回路。只要接通電源,設備就在工作,至于工作狀態、進程、能耗等,無法在線及時得到數據,更談不上合理使用和節約能源?,F在樓宇自控是將上述的電器設備進行在線監控,通過設置相應的傳感器、行程開關、光電控制等,對設備的工作狀態進行檢測,并通過線路返回控制機房的中心電腦,由電腦得出分析結果,再返回到設備終端進行調解。

智能建筑(Intelligent Buildings)是建筑技術與計算機信息技術相結合的產物,是信息社會與經濟國際化的需要。智能建筑主要有樓宇自動化控制系統( BAS)、通信自動化系統(CAS)和辦公自動化系統(OAS)三大系統組成。智能建筑往往是從樓宇自動化控制系統開始。智能建筑內部有大量的電氣設備,如:環境舒適所需要的空調設備、照明設備及給排水系統的設備等,這些設備多而散:多,即數量多被控制、監視、測量的對象多,多達上百到上萬點;散,即這些設備分散在各層和角落。如果采用分散管理,就地控制,監視和測量難以想象。為了合理利用設備,節省能源,節省人力,確保設備的安全運行,自然提出了如何加強設備的管理問題。

系統構成

近年來國內高層建筑不斷興建,它的特點是高度高、層數多、體量大。面積可達幾萬平方米到幾十萬平方米。這些建筑都是一個個龐然大物,高高的聳立在地面上,這是它的外觀,而隨之帶來的內部的建筑設備也是大量的。為了提高設備利用率,合理地使用能源,加強對建筑設備狀態的監視等,自然地就提出了樓宇自動化控制系統。

樓宇自動化控制系統能夠自動控制建筑物內的機電設備。通過軟件,系統地管理相互關聯的設備,發揮設備整體的優勢和潛力,提高設備利用率,優化設備的運行狀態和時間(但并不影響設備的工效),從而可延長設備的服役壽命,降低能源消耗,減低維護人員的勞動強度和工時數量。***終,降低了設備的運行成本。

管理的目的

自動控制、監視、測量是建筑設備管理的三大要素,其目的是正確掌握建筑設備的運轉狀態、事故狀態、能耗、負荷的變動等。尤其在使用電子計算機之后既可大力節省人力,又可節省能源。一般認為可節約能源25%。

根據日本電氣學會技術報告說:使用電子計算機的管理系統的效果與不使用的效果相比,維修保養人員可減少約30%。這里講的節能是在必要能源的******利用率上所采用的節能方法。此運轉控制所采用的方法主要有:機械的有效運轉;變更室內溫濕度的條件;控制照度;把設備運轉時間控制在***小限度;減少室外空氣的取入量等。在一幢大樓內電氣的消耗率占整個能源消耗的70%~90%,所以節能首先應從電氣方面著手,降低電能的消耗。

管理對象

建筑設備的管理對象主要是電氣設備;空調設備;衛生設備。

l)電氣設備:管理電氣設備主要監視機械的動作狀態、測量點及保護裝置。管理的主要對象是對各配電系統的斷路器、變壓器、接觸器、保險絲,電容器等的狀態監視。測量主要是對電力系統的電流、電壓、有功功率、無功功率和功率因數的測量。

2)空調設備:管理空調設備要監視冷凍機、空調器、水泵等的狀態;溫濕度的測量,以及對空調系統所需的冷熱源的溫度、流量的調節。

3)衛生設備

功能

大樓的建筑設備自動控制是以空調控制為中心的??照{系統的自動控制是屬于一般熱力學過程的自動調節

空調系統的自動調節有下列幾個好處:

a) 對生產性建筑可提高溫濕度的控制精度,提高產品質量;對居住和商業性建筑主要是提高人的舒適感。

b) 可以根據被調量變動的情況,給系統增減能量(熱或冷),因此可以降低能耗,節省能源。

c) 可以減輕勞動強度。

I空調機組的自動調節

控制系統采用 DDC控制,裝設在回風管內的溫度傳感器所檢測的溫度送往DDC控制器與設定點溫度相比較,用比例積分加微分控制,輸出相應的電壓信號,控制裝在回水管上的電動調節閥的動作,使回風溫度保持在所需要的范圍。

裝設在送風管內的濕度傳感器所檢測的濕度送往 DDC控制器與設定點濕度比較,用比例積分控制,輸出相應的電壓信號,控制電動蒸汽閥的動作,使送風濕度保持在所需要的范圍。

裝設在回風管及新風管的溫度及濕度傳感器所檢測的溫/濕度送往DDC控制器進行回風及新風焓值計算,按回風及新風焓值的比例,輸出相應的電壓信號,控制回風風門及新風風門的比例開度,使系統節能。

系統中所有檢測數據,均可以在顯示屏上顯示出來,如:

—新風、回風、送風之溫濕度

—過濾器淤塞報警

—風機開停狀態

2)通過 DDC控制器內預先編寫的邏輯程序,系統可執行下列連鎖功能?!b設在新風入口處的風門與風機連鎖。當風機停止后,新風風門全關?!妱诱{節閥與風機啟動連鎖。當風機停止后,電動調節閥亦同時關閉?!L機啟停狀態是用差壓開關檢測的。當風機啟動后,風機兩側的差壓超過其設定值時, 差壓開關內的常開觸點閉合,信號送往 DDC控制器,系統的控制程序立即投入運行。

3) 通過手提檢測器可現場提取及修改 DDC數字控制器內的任何數據,如

—傳感器檢測范圍

—控制程序參數,包括輸入端到輸出端等。

4) 通過 DDC上串行接口與網絡控制器連接,成為中央監控系統的***基本監控單元。

II冷站控制

由裝于冷凍機房內的網絡控制器及數字式控制器, DDC分站按內部預先編寫的軟件程序來控制冷水機組臺數的啟停及各設備的連鎖啟停。

—測量冷凍水供、回水溫度及回水流量,從而計算空調實際的冷負荷。

—根據實際的冷負荷來決定冷水機組開啟臺數,使達到******節能狀態。

—冷卻水溫度控制冷卻塔風扇啟停。

—各設備的程序聯動開/停:

(a)啟動:冷卻塔風機i冷卻水泵、冷凍水泵、冷水機組。

(b)停止:冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵—)冷卻塔風機。

(c)當其中一臺冷凍水泵/冷卻水泵出現故障時,備用水泵會自動投入工作。

—測量冷凍水系統供回水總管的壓差控制其旁通閥的開度,使維持壓差。

冷水機組控制

由中央控制系統進行監視供/回水溫度。按程序啟/停冷水機組。根據系統的供/回水溫度通過就地控制器(DDC)對溫度重新設定及負荷的限制等。

冷卻塔風機控制

由中央控制系統進行監視冷卻塔的出水溫度及控制水泵的啟停。

(3) 冷卻水泵/冷凍水泵的控制

根據冷凍站的控制程序啟/停水泵過載報警,對水流量的記錄。

III中央站監控功能

以WindowsNT為操作平臺,采用工業標準的應用軟件、集散控制系統、二級網絡結構,全中文化的圖形化操作界面監視整系統的運行狀態,提供現場圖片、工藝流程圖(如空調控制系統圖)、實時曲線圖、監控點表、繪制平面布置圖,以形象直觀的動態圖形方式顯示設備的運行情況。繪制平面圖或流程圖并嵌以動態數據,顯示圖中各監控點狀態,提供修改參數或發出指令的操作指示。

可提供多種途徑查看設備狀態,如通過平面圖或流程圖,通過下拉式菜單或功能鍵進行常用功能操縱,以單擊鼠標的方式可逐及細化地查看設備狀態及有關參數。

控制功能:

能在中央站上通過對圖形的操作即可對現場設備進行手動控制,如設備的ON/OFF控制;通過選擇操作可進行運行方式的設定,如選擇現場手動方式或自動運行方式;通過交換式菜單可方便地修改工藝參數。

對系統的操作權限有嚴格的管理,以保障系統的操作安全。對操作人員以通行字的方式進行身份的鑒別和管制。操作人員的根據不同的身份可分為從低到高5—10個安全管理級別。

先進的報警功能:

當系統出現故障或現場的設備出現故障及監控的參數越限時,均產生報警信號,報警信號始終出現在顯示屏***下端,為聲光報警,操作員必須進行確認報警信號才能解除,但所有報警多將記錄到報警匯總表中,供操作人員查看。報警共分4個優先級別。

報警可設置實時報警打印,也可按時或隨時打印。

綜合管理功能:

對有研究與分析價值、應長期進行保存的數據,建立歷史文件數據庫:采用流行的通用標準關系型數據庫軟件包和硬盤作為大容量存儲器建立數據庫,并形成曲線圖等顯示或打印功能。

提供匯總報告,作為系統運行狀態監視、管理水平評估、運行參數進一步優化及作為設備管理自動化的依據,如能量使用匯總報告,記錄每天、每周、每月各種能量消耗及其積算值,為節約使用能源提供依據;又如設備運行運行時間、起停次數匯總報告(區別各設備分別列出),為設備管理和維護提供依據。

可提供圖表式的時間程序計劃,可按日歷定計劃,制訂樓宇設備運行的時間表??商峁┌葱瞧?、按區域及按月歷及節假日的計劃安排。

常用設備

傳感器

傳感器是自控系統中的首要設備,它直接與被測對象發生聯系。它的作用使感受被測參數的變化,并發出與之相適應的信號。在選擇傳感器時一般有三個要求:高準確性、高穩定性、高靈敏度。

1. 溫度傳感器:

樓宇工程中應用的主要接觸式溫度傳感器,如熱電阻、熱電偶、PTC硅感應器等,由于測溫元件與被測介質需要進行充分的熱交換,測量常伴有時間上的滯后。如Pt1000其在0℃時電阻為1000Ω,隨著溫度的升高電阻減小,靈敏度一般在3~4Ω/K,響應速度一般在15~30秒。

2. 壓力傳感器:常用的有電氣式壓力傳感器,將被測壓力的變化轉換為電阻、電感等各種電氣量的變化,從而實現壓力的間接測量。常用的有壓差開關、表壓傳感器、靜壓傳感器等。

3. 流量傳感器:常用的是電磁流量計,由法拉第電磁感應定律知,在磁場中運動并切割磁力線的導體中會有感應電動勢產生,此感應電動勢與流體的體積流量呈線性關系。如果是改造還可以采用超聲波流量計,方便安裝和維護。

4. 濕度傳感器:用于測量室內空氣相對濕度。

5. 液位傳感器:用于控制水箱、水池等的上限、下限液位。

在自動控制系統中,它接受控制器輸出的控制信號,并轉換成直線位移或角位移,來改變調節閥的流通截面積,以控制流入或流出被控過程的物料或能量,從而實現過程參數的自動控制。

6. 風閥執行器:用于控制安裝于新風、回風口的風閥,既可進行開關控制,也可進行開度控制。執行器設有******夾具,可直接夾持在風閥的驅動軸上,設有手動復位鈕,在故障時可手動調節。根據風管橫截面的大小可選擇不同鈕矩的執行器。

7. 水管閥門執行器:與閥門配套使用,有開關式和調節式兩種,開關式一般口徑大,在冷熱站中用于控制各系統工藝管道的開啟和關閉、各種工況間的切換等;調節式主要用于控制流量,在空調機組中,根據控制器的溫濕度設定值控制回水流量和蒸汽加濕的流量,使溫濕度維持在設定值。

現場控制器

現場控制器又稱DDC,是用于監視和控制系統中有關機電設備的控制器,它是一個完整的控制器,有應有的軟硬件,能完成獨立運行,不受到網絡或其它控制器故障的影響。根據不同類型的監控點數提供符合控制要求和數量的控制器。每處DDC 具有10-15%點數的擴充或余量。

(1)控制器構成符合以下要求:

A) 以32位或16位微處理器的可編程DDC

B) 具有可脫離中央控制主機獨立運行或聯網運行能力

C) 具有電源模塊

D) 具有通信模塊

E) DDC 有在模板LED顯示每個數字輸入,輸出點的實時變化狀態。當外電斷電時,DDC的后備電池可保證RAM中數據在60天不掉失。

F) 當外電重新供應時,在無需人工干預的情況下,DDC能自動恢復正常工作。

G) 當DDC存儲的數據非正常丟失時,用戶可通過現場標準串行數據接口和通過網絡操作將數據重新寫入DDC控制器。

H) DDC的操作程序與應用程序皆采用PPCL高級語言編寫。

I) DDC程序的編寫,修改既可在中央站上進行,也可通過便攜機進行。

J) DDC在外電斷時,同時后備電池丟失時,能存儲其應有程序。

K) DDC的采集精度與傳感器的精度相匹配。

L) 工作環境:溫度0度到50度,相對濕度0-90%

M) 電源:AC220V, ±10%,50HZ。

2)DDC具備以下功能:

定時啟停自適應啟/停

自動幅度控制需求量預測控制

事件自動控制掃描程序控制與警報處理

趨勢記錄******通信能力

中央監控站

中央管理工作站系統由PC主機、彩色大屏幕顯示器及打印機組成,是BAS系統的核心,它直接可以和以太網相連。整個大廈內所受監控的機電設備都在這里進行集中管理和顯示,內裝工作軟件提供給操作人員下拉式菜單、人機對話、動態顯示圖形,為用戶提供一個非常好的、簡單易學的界面,操作簡單,操作者無需任何先驗軟件知識,即可通過鼠標和鍵盤操作管理整個控制系統。

應用

隨著建筑技術、計算機技術、控制技術、通信技術等技術的發展,產生了新興的交叉領域學科——智能建筑技術。目前該技術得到了越來越深入的研究,以及越來越廣泛的應用。超高層建筑由于內部結構復雜,建筑設備數量眾多,所以對技術有較高的要求,成為了智能建筑應用領域的一個難點。而樓宇自控系統又是建筑智能化系統中的關鍵部分,結合實際工程對超高層建筑智能化系統中的樓宇自控系統進行設計是當下的重要工作。

該系統為提升大廈的建筑價值作出貢獻,主要體現在:提升大廈的商業形象和經濟效益,提高商業管理、物業管理的效率,增加能源的有效利用率,加強大廈的使用安全,改善室內的舒適度等。

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