楼宇自控系统设计方案简易.docx
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楼宇自控系统设计方案简易
楼宇自控系统设计方案
一、楼宇自控系统及工程概述
1、楼宇自控系统概述
在科技腾飞的新世纪，新兴建筑规模不断扩大，各种楼宇设备的配置容量也随之不断提高。
如何合理利用如此繁多的设备，确保其安全运行，维持建筑物对环境的需求，又能节省能源，节省人力，方便快捷地管理和决策自然成为业主最关心的问题！
新一代的楼宇设备自控系统应运而生，并以其控制精确、操作快捷、扩展方便、高效节能且便于综合管理等特点，成为行业中的新宠。
楼宇自动管理系统（简称BAS）采用先进的计算机控制技术，并且含有丰富的管理软件和节能程序，它能对所有机电设备进行有条不紊的综合协调、科学管理和维护保养工作，因此采用楼宇自动化管理系统是节约能源、节省维护管理工作量和运行费用的极有效方法。
以下就几个方面进行阐述：
1.1使用先进的计算机技术
BA系统充分运用计算机自动化功能，使数百台机电设备操作管理只需1-2人即可完成，减少了设备运行管理人员，不但降低了人员的费用支出，同时也大大减轻了管理人员的劳动强度。
1.2对机电设备进行实时监控
BA系统对所有机电设备进行实时监控，设备如有故障发生，BA系统不但能及时报警，并能明确发现故障的时间和地点，使设备能及时得到维护，由此可充分保证室内环境的要求，同时避免由设备故障引起的其他意外事故所造成的损失。
1.3延长机电设备使用寿命
BA系统具有从时间上均匀运行设备的程序，能使设备的平均使用寿命得以延长。
1.4节约能源
BA系统具有设备最佳启/停控制，台数启停控制及节能程序，比传统控制方式（如人工控制）大量节省能源，据专家测算节能效果可达20%-30%。
1.5突出建筑物的现代化形象
BA系统具有能量分析、运行管理等功能，并可随时打印制表，能为管理部门和决策部门提供详细的设备运行资料。
目前BA系统已达到相当先进的水平，不但能提高设备运行管理水平，而且可作为特征标志之一，突出建筑物的现代化形象，起到良好的效果。
2、系统概述
某某综合楼包含有办公楼及库房、地下室等区域，整体建筑采用冬季送热，夏季送冷的中央空调系统，空调水系统采用两管制系统，各部分的具体空调形式为：
风机盘管加新风的水—空气空调系统；
楼宇自控系统受控内容包括冷水机组（无图纸，暂未考虑）、换热站（无图纸，暂未考虑）、空调机、新风机、送排风机、给排水、变配电、照明等八个部分组成。
鉴于其受控设备多、分布区域广、智能化要求高的特点，为提高管理水平,节约能源并提供更为舒适的室内环境，我公司为业主提供西门子楼宇科技公司最新一代的S600APOGEE顶峰系统，把某建设成为拥有世界优秀设施管理系统的现代化建筑，最大限度地发挥机电设备的效力，使某以全新的面目矗立在新世纪的齐鲁大地上。
二、系统设计
1、设计原则
1.1先进性——在该项目上选择西门子楼宇科技公司的产品，主要是S600APOGEE系统世界上先进的楼宇自控系统之一，是在WINDOWSNT平台上运行的全新系统，拥有简捷的操作界面和强大使用的功能；
1.2开放性——S600APOGEE这套系统开发之初的主导思想，就是适应楼宇控制市场系统集成的需要，在该项目中可以采用国际通用的标准协议与各个机电设备的联网，或者采用OPC技术与各个弱电系统在管理级网络（以太网）上系统集成，这一方向能够与智能大厦的诸多系统进行通讯或参与整个大厦的管理；
1.3可靠性——S600APOGEE系统中的每件产品都是按照国际质量标准生产和制造的，可靠的质量、统一的标准带来稳定的系统，为提高该医院楼宇自控系统的可靠性，选用MEC系列控制器，其网络通讯速度115.2K,完全做到点对点通讯,无主从结构，在BLN网络上数据共享。
真正的实时系统，网络上控制器定时校准时间，保证系统网络可靠运行，现场温湿度传感器0-10VDC信号抗干扰能力强、线路可以长距离传输，大口径阀门全部采用液压式驱动器，没有机械磨损，无需维护，使设备故障对系统的影响降到最小；
1.4扩展性——MEC扩展模块控制器采用积木搭配方式任意对AI、AO、DI、DO进行组合，运行时可以带电插拔维修，在网络上扩展方便（只需增加控制器模块或网络下挂设备而不必重购系统），程序修改、参数设定工作在中央控制站即可完成；
1.5实用性——我们有着多年楼宇自控设计、安装、调试的丰富经验，本着为业主负责的态度，针对某的实际情况，在我方与业主充分交流的基础上，明确某的功能需求，参照原设计图纸，对被控设备参数反复核算，确定阀门选型，检测点的设置，照明区域的划分，以使整个系统更符合工程实际状况和业主需求；
1.6经济性——系统配置中从经济角度出发，充分考虑被控设备必要的监控点数，即考虑一定量的预留（总点数的10%~20%）又要合理配置楼宇自控设备，保护业主投资，节省不必要开支。
2、设计目标
楼宇自控系统设计时能够自动控制建筑物内的机电设备，又能在工作站进行管理并将资料通过系统集成完成资源共享，届时可达到如下目标：
●提高建筑物内环境的舒适程度。
●提高管理效率，节省人力，降低维护成本。
●采取切实可行的节能模式，减少设备的运行成本。
●时时监控机电设备的运行情况、报警状态，合理调配设备运行。
●提供有关设备运行状况的历史记录，集中收集、整理，建立设备档案管理。
●中央工作站采用图形显示设备动态运行情况，并向管理机工作站提供数据。
3、设计依据
本工程BA系统设计以业主提供的有关图纸为主要设计依据，图纸不详之处则根据我公司在楼宇方面的经验进行设计，最终方案应按实际情况经双方共同确认。
相关设计标准：
●民用建筑电气设计规范
●民用建筑照明设计标准
●供电系统设计规范
●低压配电装置及线路设计规范
●电器装置安装工程施工及验收规范
●高层民用建筑防火规范
●电子计算机机房设计规范
●工业企业通信接地设计规范
●中国采暖通风与空气调节设计规范
●智能建筑设计标准
●某部分图纸
JGJ/T16-92
GBJ133-1990
GB50052-95
GBJ54-1983
GBJ232-92
GB50045-95
GB50174-93
GBJ79-85
GBJ19-87
GB/T50314-2000
三、设计方案
某是一个综合性功能建筑物，建筑物内不同功能的房间种类很多而且一天之内人流变化较大，因此对BAS系统要求较高。
楼宇自控系统（BAS）作为建筑物空调系统正常运转的基本控制系统，在提供舒适的环境条件时，应最大限度地节能降耗，减少管理人员,提高管理水平。
使建筑物内的各空调设备在优化状态下自动运行，无人值守，以取得最佳的舒适性和经济性。
1、楼宇自控系统的构成
某的中央空调系统由于设计时分别是新风加风机盘管系统独立运行，根据我们公司以往工程经验和仔细核算后，将各个区域自控系统设备选型有所区别，以适应工程之中建筑物功能的变化引起设备的变化，以满足系统要求。
本方案中配置MEC200控制器五台，MEC201控制器十三台，549.212扩展模块控制器二十五台，549.209扩展模块控制器一台。
MEC是APOGEE现场管理和控制系统的组成部分，是一个高性能的直接数字控制器（DDC）。
MEC在不依靠较高层处理的情况下，可以独立工作和联网以完成复杂的控制、监视和能源管理功能，而不需要依赖更高层的处理器。
MEC可以连接楼层级网络（FLN）设备并提供中央监视功能。
最多有100个MEC控制器或现场处理机，其扩展能力足可满足业主需求!
●病房楼地下一层的风机、给排水和变配电采用1台MEC控制器和4台扩展模块控制器；
●病房楼的新风机组按照物理位置采用1控4的方式，节约了业主的资金；
●屋顶风机和电梯检测采用了1台MEC控制器和5台扩展模块控制器；
●门诊楼和后勤楼的新风机组按照最近的物理位置采用了1控2、1控3和1控4的多种控制方式；
●为了保证系统集成和未来发展要求，主要采用BLN总线上的DDC控制器。
（详见BA系统图）
2、设计范围
某纳入楼宇自控系统的对象包括：
●给排水监控系统：
污水坑5个、排污水泵10台。
●新风监控系统：
新风机组51台。
●送排风监控系统：
排烟兼排风机27台。
●变配电监测系统：
两台变压器；
●照明监控系统：
室外泛光照明等预留八个回路。
●电梯监控系统：
12台电梯、6台扶梯。
四、控制方案
现分别对各个子系统的控制方案简述如下：
1、空调机组监控
建筑机电设备运行的自动控制对于节约能量、合理使用设备具有非常重要的意义。
从全年来看，室外空气参数等于设计计算参数的时间是很少的，绝大部分时间是随季节的变化而变化的。
即使是一天之内室外空气的参数也是在不断变化的。
同时室内的余热余湿量也在经常性地变化。
这样也就会引起建筑物总的冷、热负荷的不断变化。
如果不对空调运行设备，尤其是中央制冷系统进行相应的调节，那么将会影响整个空调系统的调节品质，浪费能源和费用，并且这些设备也不能在最佳工作状态下运行。
1.1工艺介绍：
采用的是定风量全空气处理系统,夏季由分水器直接提供7-12℃的冷水；冬季为60-50℃热水,送入空调机组的冷热盘管中。
室外的新风和室内的回风在机组的前端混合后,经过过滤再通过冷热盘管进行热交换,换热后空气用风机送到需要大面积使用的房间,利用后的室内空气再通过回风系统,一部分排掉,一部分再和新风混合后返回空调系统中,这样一来可以利用室内回风降低能量消耗,达到较好的节能效果,另外,在空气处理过程中,为了满足空气中的湿度要求,采用加湿器在送风时进行加湿。
1.2节能措施
空调机组不同于新风机组的是:
空调机组有回风系统,在不同的室内外温度情况下,回风和新风的比例也不同,让回风和新风的比例在最佳状态运行,是空调机组节能的必不可少措施。
空调能耗是有两部分组成负荷能耗和传输能耗。
采用如下节能手段：
●采用全新风运行模式
●最小新风量控制
●基准参数的再设
●最佳启停控制
●提高输能效率，降低运行能耗
1.2.1采用全新风运行模式
自然或机械通风过程，近似于两种不同状态空气的混合（见图1）：
根据能量守恒，湿量守恒原理，有：
室内混合空气
（t，G，d，h，ф）
G1+G2=G
（1）
G1d1+G2d2=Gd
（2）
G1h1+G2h2=Gh（3）
t——空气温度°Ch——空气比焓k1/kg
G——空气量kg/sΦ——相对温度%RH
d——含湿量g/kg·da
图1
将公式
（1）代入
（2）（3）得
G2/G1=（d1-d）/（d-d2）（4）
G2/G1=（h1-h）/（h-h2）（5）
（4）、（5）两式代表在通风过程中混合状态变化过程的直线方程，在焓湿图上如AC所示（见图2）。
设A点为室内状态点，C点为室外状态点，B点为混合后的室内状态点。
显然，B点会因通风量的大小在AC上移动，通风量增加则趋近于C点。
按照大区间的公共场所温湿度上、下限（t=20～24°C；Φ=45～60%RH），在焓湿图上构成一个区域（见图3）。
将检测到的室内外温湿度参数，在焓湿图上找到相应两状态点，然后用一条直线把两状态点联接起来。
当直线经过温湿度给定地区时，则可以通风。
此时，室内空气状态将沿直线向室外状态点移动，移动距离则取决于通风量的大小。
当直线不经过温湿度给定区域时，则不能通风。
图3中A点为室内状态点，C、C’点为两个室外状态点,AC是可以通风过程，AC’为不能通风过程。
当室外新风满足通风条件时，我们采用全新风方式对室内进行通风。
此时，空调系统不再消耗人工冷热源，完全利用自然冷热源即可完成空气处理过程，能耗点仅集中在风机运行功率上面。
图2图3
1.2.2最小新风量控制
当室外新风不满足通风条件时，我们对系统预冷或预热一段时间，在这期间关闭新风阀。
只是对室内空气预热，避免新风负荷带来的能量消耗。
当预冷或预热结束后，新风阀投入运行。
1.2.3基准参数的再设控制
夏季室内外温差过大对人体的冷热冲击是空调致病的原因之一，现代高档建筑应当避免这种情况出现。
某温度参数的再设控制过程为：
当室外温度超过30℃时，随着室外温度的进一步升高，回风参数的基准值可适当增高，以减小室内外温差冲击。
同时，基准设定温度每升高1℃，节能率可达10%。
合理利用工艺参数的上、下限，调整室内温、湿度设定点，运行在工艺要求的下限参数点。
1.2.4最佳启停控制
根据建筑物空间的使用时间、使用功能、气候变化等状况，系统实施最佳启停控制。
下班前提前关闭空调系统，利用建筑物热惰性，维持空气参数缓慢变化，从而节省能耗。
2.1空调机组自控工艺
基本监控功能如下：
●过滤器状态检测——过滤器堵塞时产生报警信号
●风门调节——与风机联锁
●温湿度检测——提供温湿度控制的参考依据
●冷热水调节——控制盘管换热量以调节送风温度
●防霜冻保护——温度过低时产生报警信号
●*新风温度检测——提供外界空气参数，作为优化控制参数（只测量一处）
●风机状态监测——向中央工作站通报风机工作状态
●风机故障报警——风机故障时发出报警信号
●风机手自动状态监测——辨明现场风机的控制状态（手动/自动）
●风机启停控制——新风机组的定时、事件、假日以及远程手动启/停控制
●累计风机运行时间，打印报告
2.2自控功能：
●采用改变空调机冷热盘管中水流量的控制模式（即量调节方法）来调节空调机组的回风温度。
即根据回风温度与设定值的偏差进行PID运算，调节电动二通阀水流量,从而达到调温的目的。
（电动二通阀口径选择参照新风机组电动二通阀口径选择要求）
●当室外空气焓值低于（夏季工况）和高于（冬季工况）室内空气设定焓值时，新风量增大，以便充分利用自然冷源和热源。
在保证送回风参数的前提下，最大限度地减小冷热力站的出力，从而节省空调系统的运行投资。
●按照最佳时间程序自动启/停送风机,具有任意周期的实时时间控制功能。
●监测送风机的运行状态和故障信号，故障时报警，并累计运行时间。
●采用防冻开关检测盘管的温度，防冻开关检测值低于一定值（一般设为5℃），关闭新风门，热水阀全开并停风机，以防盘管受冻，同时将报警信号送至中央管理站；
●建立风机、风门状态连锁程序。
启动顺序:
启风机→开冷热水阀（调冷热水阀）→调节风阀开度；
停机顺序:
停风机→关风阀→关水阀；在冬季防霜冻保护装置开始工作。
●风机在停机后二十分钟（可调整）后，才能投入再次运行，以免频繁启停，延长风机和电路寿命,很好的利用风机启停控制,达到节约电能的目的。
●由风压差开关测量空气过滤器两侧压差,超过设定值时报警。
●中央工作站彩色图形显示,记录各种参数、状态、报警,记录启停时间、累计运行时间及其历史数据等。
2、新风机组监控
3.1工艺介绍：
某共有新风机组51台，设置在各层的新风机房内，，根据暖通空调图纸分析,建筑物内的新风机组配备末端风机盘管组成的定风量中央空调系统,满足各类办公室对室内温湿度的要求。
根据工艺的要求和结合多年从事楼宇自控工程的经验，我们对新风机组的控制，将采用S600APOGEE系统产品中的BLN网络上MEC控制器，对新风机组的送风温度、湿度检测和控制,对新风阀和新风机组根据时间程序自动连锁控制,对过滤器淤塞报警，防冻报警连锁保护。
3.2自控功能:
●风机启动的同时，依照DDC控制器预先编制的程序,连锁控制程序投入工作。
●根据检测的送风温度与设定值的偏差经过比例积分运算后,控制冷热盘管电动二通阀的开度，调节冷、热水量（夏季7-12℃冷水、冬季60-65℃热水）,以保证送风温度的恒定。
（电动二通阀的选择要依据新风机组的水流量或换热量配合经验公式，计算出阀门口径，只有这样才能使电动二通阀在正常的调节行程的30％～70％范围内工作，保证调节系统的品质指标。
）
●采用防冻开关检测盘管的温度，防冻开关检测值低于一定值（一般设为5℃），关闭新风门，打开热水阀并切停风机，以防盘管受冻裂，同时将报警信号送至中央管理站。
●当新风机组风机停止后回水电动二通阀,回复全关状态。
但在冬季，风机停止后，回水电动阀应保留5％～10％的保温流量，维持换热盘管内水的流动，作为防冻保护功能。
●根据建筑物的功能要求,对新风机组的时间、事件、假日自动启/停风机,在保证室内空气质量的前提下,采用新风通风判定技术，控制新风机的风量和风机运行时间,达到节能效果。
并对风机状态进行监测,出现异常情况优先报警,新风机组运行时累计风机运行时间。
●建立风机、风门状态连锁程序。
●启动顺序:
启风机→开冷热水阀（调冷热水阀）→调节风阀开度；
●停机顺序:
停风机→关风阀→关水阀；在冬季防霜冻保护装置开始工作。
●为了防止风机频繁启停，在停机后二十分钟（可调整）后，才能投入再次运行，以延长风机和电路寿命。
●采用空气压差开关,检测过滤网淤塞情况,发现过滤器堵塞时及时报警。
●在中央工作站上,通过彩色三维图形显示，辅以图标的颜色变化和闪烁，直观显示不同监测对象的状态和报警信号，动态显示每个模拟量参数的值，通过鼠标修改设定值或者末端设备开度、改变设备状态，以求达到最佳工况,并生成报告。
●每一点的运行情况均有历史记录，可以与图形关联，可列表输出有关历史记录信息。
在报警发生时，将按照对象的时间特征，将报警信息显示于报警窗口，同时蜂鸣器发出连续警报声，直至该报警信号被确认。
3、给排水系统监控
4.1工艺介绍：
在某给排水系统在病房楼地下一层，污水池5个，排污泵10台，控制点并入就近的MEC控制器完成其功能。
4.2自控功能：
●监测所有水池高低水位，记录及报警。
●根据水位的高低位变化，启停水泵并检测其运行状态。
●污水坑的高低水位监测及超水位报警。
●排污水泵的自动启停并检测运行状态。
●水泵的自动控制由液位开关完成。
水泵在停机后最少要间隔一段时间后（可调整），才能再次投入运行，以避免频繁启停，平衡设备的投入时间。
●当其中一台水泵出现故障时,备用水泵会自动投入工作。
●中央工作站彩色图形显示,记录各种参数、状态、报警,记录启停时间、累计运行时间及其历史数据等。
4、变配电系统的监控
1、工艺介绍：
按照电气设计，本工程在地下一层设有变电所，2台变压器，2台低压出线回路，组成某的双路供电系统，本次方案我们将主要对2条低压回路的有关参数进行监测及联络开关的状态进行监测，我们将选用一台MEC控制器完成其功能。
2、自控功能:
低压系统的监测：
●出线的电流、电压、有功功率、无功功率、有功电能监测。
●电网运行状态的检测和过限报警。
●电力监测系统要和供电局配合，做好计量电量，并对有关参数的记录、统计、制表、动态图并列出维修及保养报告。
●可以采用通信协议方式通过网关联网方式纳入楼宇自控系统中。
5、公共照明系统监控
某的灯光照明系统的控制，主要考虑公共区域灯光、公共走廊灯光、室外泛光照明部分（回路数待与强电设计方配合确定），按每天预先编排的时间程序来进行开关控制监视其开关状态，在回路数未确定的情况下，暂预留1台MEC控制器对公共照明、泛光照明开关控制。
●公共走廊灯光的定时/程序控制，最低需求照度的节能控制，并监视回路状态做故障报警。
●户外装饰照明：
泛光灯、彩灯、霓虹灯及广告灯及进行定时/程序控制，过流保护回路状态监视、开关状态显示及故障报警。
●为公共区域及会议室灯光的调光控制预留接口，并监视回路状态做故障报警。
●在中央工作站显示、记录运行情况，远程操作控制。
6、电梯系统监控
某共有12部电梯、6部扶梯,由于电梯的特殊性,对电梯只监不控:
●电梯状态监测。
●电梯故障报警。
●开列历史记录。
●电梯系统作为第三方系统，可以采用通信协议通过网关联网方式纳入本系统,对电梯运行参数显示。
。
7、送排风系统监控
3、工艺介绍：
某消防专用的正压送风机和排烟机不纳入楼控的范围，仅对一般的排风机进行控制。
2、自控功能:
基本监控功能如下：
●定时、事件启/停排风机。
●累计风机运行时间，记录及打印报告。
8、中央工作站
系统硬件
位于一层控制室。
采用显示器选用DELL高档计算机，速度快、运行稳定。
预装INSIGHTAPOGEE中文系统软件，APOGEE3D绘图软件。
采用EPSONLQ－1600K24针式打印机，用于报警打印及一般记录打印，当正常运行时，打印管理员想要知道的设备动态情况及设备故障情况，其他信息可以不作打印，并可以自行进行调整。
必要的与控制网络联系的TI通讯接口。
采用UPS不间断电源，给中央工作站提供30分钟的电源。
9.1系统软件
系统软件采用S600INSIGHTAPOGEE彩色图形管理软件，它具有以下功能：
多任务性——通过全动态窗口，操作员可以连续监视系统状态，同时，其它功能仍然继续工作，这样提高操作员和系统的效率则一个真正的多任务系统。
密码保护——多级密码限制对数据库和其它机密信息的存取，采用六级密码控制，可以满足200个指定用户的需要，限制不同的管理人员有不同的操作级别，记录“何人”在“何时”做过“何事”。
中文环境——系统建立在WINDOWSNT环境下，每个信息都采用中文。
图形能力——提供彩色动态图形显示监测和控制楼宇环境，同时可显示建筑的楼层平面图和立面图，以直观地显示受控设备在建筑物内的位置及有关参数（温度、湿度、设备运行状态等）。
在系统软件上能实现（但不局限）如下功能：
●启/停设备或装置；
●设定值修改；
●全年假日和日程安排操作；
●显示各种报告（如设备运行时间累积报告，操作记录报告，监控参数趋势报告，报警报告等）；
●修正系统日期与时间；
●预先制定设备运转的时间表
●加入或更改模拟量被控制点报警上下限数值；
●执行或停止各项控制程序；
●授集和分析趋势数据：
●系统数据库编辑和储存：
●每个工作最多可用200个操作员：
●执行或停止执行有关监控点的运行时间累计记录；
●执行或停止执行有关监控点的动态趋势记录。
●所有的报警管理包括显示、记录报警时间与地点。
●报警根据严重性每点分为六级，以便更有效快速地处理级别严重的报警。
用户可以为不同的报警自行决定严重性的级别。
●报警发生后根据用户的事前安排，可以自动将报警的详细资料调到显示器上。
五、通讯网络
5.1管理级网络：
（MLN）
快速以太通讯网络，采用标准通讯协议TCP/IP，它为庞大的系统提供10M/100Mbps高速以太网通讯，使整个楼宇自控系统的数据和图像、趋势记录资源可以在网上共享，为系统集成提供了最成熟的基本条件。
多个拥有许可证的操作员，可以在局域网LAN的任何位置的PC终端，而非监控中心唯一的工作站，通过LAN登录到楼宇自控系统的网域，并且根据其不同的操作权限和等级，对每一个控制点进行不同级别的操作和存取信息。
此次方案因业主无此类要求未涉及该层网络。
5.2
楼宇级网络：
（BLN）
主干通讯网。
摈弃了传统的采用网络控制器进行通讯控制的方法，通过采用高性能的摩托罗拉68302多协议多通道处理器，极大提高了网络通讯的稳定性与高速率。
同时也使每一台DDC兼具了对于整个网络进行通讯控制的功能，任何一台DDC的故障均不会影响整个网络的通讯。
每一台DDC均为模块化结构，组合灵活，电气安全性极高。
采用RS485通讯协议，Peer-to-Peer（点对点通讯）方式的同层网
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