楼宇用电智能测控系统系统课程设计文档格式.docx

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2.2.2系统基本组成及特点9

2.2.3系统报警原理11

2.3控制系统11

2.3.1控制系统概述11

2.3.2常见的控制的方式12

2.3.3系统结构原理图13

2.4系统概述13

3.类型14

3.1控子系统硬件设计14

3.1.1系统硬件选型原则14

3.1.2系统硬件选型设计15

3.2系统硬件设计与选型17

3.2.1无功优化的目标函数系统工作原理17

致谢27

参考文献28

1.绪论

楼宇自动化是运用一定的电子技术、计算机技术、自动化控制技术、网络通讯技术及消防、安全防范、建筑电气、给水排水、通风与空调等系统专业知识对现代化建筑及住宅小区进行安装、调试及维护其设备自动化系统、办公自动化系统、通讯网络系统。

楼宇自动化系统是智能建筑的重要组成部分，而电气自动化系统控制又是楼宇自动化的核心内容。

智能建筑中的空调系统、新风机组、制冷机组、冷却塔、风机盘管、水箱水位、给排水、变配电、照明回路等系统是通过电气自动化系统进行信号采集和控制的，进而实现了大厦设备管理自动化，起到集中管理、分散控制、节能降耗的作用。

下面就浙江某一大厦的楼宇自动化控制系统来展示楼宇自动化控制的应用。

2.工程概况浙江某大厦总建筑面积51250m2，总投资为6.15亿元，楼宇自动控制投资为295万元。

大厦地上20层，地下2层。

其中，地下2层为停车场，地上1～3层为门市，4～9层为办公及会议，10～20层为高级写字间。

3.需要控制的机电设备情况3.1冷冻/冷却水系统。

冷冻站系统共有5台冷水机组、5台冷却泵、5台冷冻泵、1个分水器、1个集水器位于地下2层；

还有5台冷却水塔（每台有3个风机）位于楼顶屋面。

3.2换热站在地下2层，有2台平板式换热器，2台空调热水循环泵。

3.3给排水。

有2个生活水池,7台生活水泵位于地下2层，个积水坑12（每个积水坑有2个污水泵，

一用一备），分布于地下1层和地下2层。

3.4空调机组共24台，分布于1～9、层、层和地下1层。

1516采用组合式空调机，室内回风与新风混合，经过滤器加热（或冷却）加湿后送入室内。

3.5新风机组共24台，、分布于9-20层，将新风经过滤器加热（或冷却）、加湿后送人室内。

3.6送风机组共9台，分布于地下1层和地下2层，夏天送自然风，冬天送热风，将新风经过滤器加热（仅限于冬天）后送人室内。

3.7风机盘管共有363个，分布于9～20层。

3.8排风机共有17台，分布于地下1层和地下2层。

3.9热风幕共35台，分布于地下1层、地2层和4层。

3.10照明分为楼内照明和泛光照明，楼内照明控制87个回路，泛光照明控制21个回路。

3.11变配电。

变电所在地下1层，共有4台变压器。

需要监测每台参数。

4.电气自动化控制的具体情况本工程选用了两台MBC、台MEC、台2822DPU及若干模块和前端设备。

中MBC和模块分别用于冷站和变电所，其每台MEC用来控制两台空调机组。

DPU用来控制排污泵、照明回路、排风机等。

前端设备分别用于空调机、新风机、冷／热站、积水坑等处。

为了便于对各种设备的集中管理，在楼宇控制中心安装了一台电脑、一台打印机。

按有关标准和规定完成布线和设备安装工作以后，就可以实施对各种设备的监控了，下面分别说明各种设备的监控情况。

4.1冷冻／冷却水系统的监控。

冷冻岭却水系统由冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵、分水器、集水器和冷冻机组等组成。

要监控的数据点数量多、类型复杂。

我们利用一台MEC-40、若干模块、若干前端设备加上我们在Insigh基础上开发的软件完成这些设备的监控工作，具体控制情况如下：

4.1.1冷冻岭却水系统由软件控制，严格按规定的顺序和时间间隔启／停各种设备，控制顺序如下：

开机：

开冷却水阀门→开冷却塔风机→开冷却水泵→开冷冻水阀门→开冷冻水循环泵→开冷冻机组；

关机：

关冷冻机组→关冷冻水循环泵→关冷冻水阀门→关冷却塔风机→关冷却水泵→关冷却水阀门。

4.1.2冷冻机组运行时，随时检测冷冻/冷却水的水流状态，一旦有冷冻或冷却水停止流动，立即停止冷冻机组运行，以免结冰，造成冷冻机组损坏的严重后果。

我们的程序不但可以控制每台冷冻机组的启停，而且还可以使整个冷站达到最低能耗，达到最低的主机折旧率。

在管道的适当位置设置温度传感器，以测量空调水供／回水温度，根据程序或管理的日程安排自动开关冷冻机组，根据管理的要求自动切换4台机组的运行次序，累计每台机组运行时间，自动选择运行时间最短的机组运行，使每台机组、运行时间基本相等，以延长机组使用寿命。

自动监测各关键设备的运行状态，故障报警，并按照实际情况自动启动备用设备。

根据总管水流量及供／回温度，计算系统总负荷来控制空调机组的运行台数。

当负荷大于一台机组的15%，则第二台机组运行。

我们在分水器和集水器之间安装了旁通调节阀，并在供／回水管路上分别安装了压力传感器，根据冷冻机组供／回水压力差来调节冷冻水旁通阀开度。

确保冷冻水系统供水压力稳定。

我们在冷却水的供/回水总管之间安装了旁通调节阀，通过调整冷却塔风机运行台数和冷却水供回旁通阀开度，使冷却水供回水温度保持在设定的范围内。

补水泵的启停也是由程序控制的。

监测膨胀水箱水位，当水位降到低限时启动补水泵，当水位上升到标准水位时停补水泵。

在实现自动控制的同时，中央控制计算机上显示膨胀水箱的水位和补水在泵的运行状态，并可做到超低水位报警。

4.2热换站的监控。

热换站与冷冻系统共用一个MBC-40，在管路的适当位置安装了温度传感器和热水调节阀。

监测热换器二次测的供水温度，程序将此温度和设定值进行比较，采用比例积分微分算法闭环调节换热器一次测的供水流量。

在保证供热要求的情况下，尽可能地节约能量。

4.3给排水系统的监控。

用水位开关监测生活水池的水位，根据设定的高低水位控制供水阀的开/关。

水位降到低水位时开阀，升到高水位时关阀。

并做到超低水位（水池将无水）和超高水位（水将溢出）报警。

根据供水管路的压力，控制供水泵的启停，监测供水泵的运行状态，故障时报警。

用水位开关监测各积水坑的高/低水位，当达到高水位时启动排污泵，当水位下降到低位时停泵。

每个积水坑中有两个排污泵，程序每次都选择累计运行时间少的泵运行，以确保设备使用均衡。

为防止因排污泵等故障造成的污水溢出，监测了超限报警水位，当达到此水位时，系统将报警，以便工作人员及时处理。

4.4空调机组的监控。

当空调机组工作时，控制程序将利用风道温度和湿度传感器GFM65采集的回风温度和湿度与设定的温度和湿度进行比较，利用先进的比例积分微分（PID）算法闭环调节盘管供水阀门的开度（按冬季模式和夏季模式分别调节）和加湿器。

由于算法先进，可使振荡最小，并保持精密的控制，始终使室内的温度和湿度接近于设定值。

因为室外新风温度在大多数情况下都与设定值相差较多，无论升温还是降温，都要消耗能量，为此，我们根据空气质量检测的结果，程由序自行调节新风阀的开度，既可保证室内空气质量，又可避免几能量的浪费。

在春秋过渡季节，因无需温度调节，可将新风阀全开，以获得尽可能多的新鲜空气。

通过网络和软件，可以实现在中央控制室对各空调机组进行控制和管理，还可以将各空调机组的风机运行状态、风机故障报警、过滤阻塞报警、盘管低温报警等传到中央控制室的控制主机上，一旦有报警发生，程序将使现场控制器发出关机和开水阀等保护动作，以免设备受损。

4.5新风机组的监控。

因为新风机组和送风机组无回风，所以风道温度和湿度传感器GFM65安装在送风管道上。

对新风机组和送风机组来说，只要机组工作，新风阀就得全开，不需要调节，因此选用开关式风阀驱动器。

因为进来的都是新风，所以不用监测空气质量。

4.6送风机组的监控。

送风机组工作情况与新风机组大体相同。

区别只有两点：

其一，送风机是为地下车库送新风的，不需要调节湿度；

其二，送风机组在发生火灾事故时必须启动，当消防系统启动送风机时，新风阀必须随之全开。

4.7风机盘管的监控。

由于风机盘管在空调系统中只起微调作用，各个房间对温度的要求也不统一，很难集中控制。

而且，可通讯的风机盘管控制器的价格是普通型的数倍（362风机盘管控制器将增加相当多

的投资）从性能价格比来看，，现阶段采用连网集中管理分散控制风机盘管方式的意义不大。

所以在风机盘管所在房间安装了手动风机盘管控制器，由各房间人员自行调节。

但考虑到节能，我们将这些风机盘管分为四组，每组由计算机来控制其电源和水阀。

免得楼内无人时还有许多风机盘管开着而造成浪费。

4.8排风机系统的监控。

这些排风机平时用作排风，火灾时用作排烟。

为了便于设备的集中管理，在不影响消防系统的情况下，对每台排风机进行启停控制，使其按一定的时间间隔，定时启/停。

必要的时候，在现场和楼控计算机上都可让每一台风机进行手动启/停。

计算；

机上可对每一台风机的运行状态和故障状态进行监视，累计运行时间。

4.9热风幕的监控。

本大厦采用的是电热幕。

这种电热幕要求电热器关闭后，风扇要继续工作2～3min，以免余热散发不出来而造成损坏。

厂家提供的电热幕有两个按键，分别控制电热器和风扇，可在现场手动操作。

楼控系统若想控制热风幕有两种方法：

其一是用控制器分别控制电热器和风扇。

从技术上讲是很容易的，但要增加一倍的控制点，而控制器的价格很高，每增加一个控制点，将增加一千元左右的投资，建设方难以接受；

另一种方法是将热风幕的供电回路分为主回路和辅助回路，主回为电热器供电，辅助回路为风扇供电。

重新设计一套控制回路，使主回路一接通，辅助回路随之立即接通，而当主回路断开时，辅助回路延迟一段时间才断开。

这样做既达到了控制要求，也节省了投资，所以我们选择了这种方法，仅此一项，就为本大厦节省了近四万元。

在楼控中心计算机上，程序首先采集环境温度，当环境温度低于设定值（10℃）时，根据预先设定的时间表控制每台热风幕的启停，并显示热风幕的工作状态。

当有特殊情况时，在现场和楼控计算机上都可对热风幕进行手动启动停。

4.10照明系统的控制。

我们利用MBC,DPU、计算机和软件配合，对每一回路按预先设定的时间表进行控制。

必要的时候，在现场和楼控计算机上都可对每一路灯进行手动开／关。

对公共走廊和泛光照明也实现了光控制，即：

当该处较亮时，不开

灯。

每一路灯的状态可在计算机上显示，并可累计开灯时间。

为防止突然灯灭，应用数字输出点的常闭触点控制灯回路。

4.11变配电的监控。

我们监测了全部四台变压器的输出功率、功率因数、用电量和次级回路每相电压、电流，并可按时间累计这些数值。

当出现过压、欠压、过流等异常情况时报警。

所监测的各项参数均可在楼控计算机上显示。

5.自动化控制中心的计算机中央控制管理。

楼控中央控制计算机上安装了楼控管理软件，在此软件基础上进行了二次开发，使其和各控制器实现通讯，完成对各控制器的管理。

各种机电设备都是在现场控制器MBC、MEC的程序控制下工作的，但必要时，在楼控中央控制计算机上可以随时改变任意设备的启停状态。

在屏幕上可以实现三维图象显示每台设备的系统图，如：

冷水机组、水泵、空调机组等；

现场控制器随时与楼控中央控制计算机交换数据，楼控中央控制计算机可显示所有测量点如温度、流量、压力、压差等动态趋势图；

可监视各设备的工作状态和故障报警。

一旦有报警发生，现场控制器将做好保护动作，计算机发出声音，同时在屏幕上显示出报警位置和性质，以提醒工作人员及时处理。

可打印输出自动记录及空调系统负荷，并可根据管理部门要求以不同时段累计负荷情况并打印。

6.实施自动化控制所取得的成果。

经过调研，与同等规模，但不采用楼宇自动化的大厦相比：

（1）可节约电能30%以上。

（2）可节约人力60%。

（3）可

延长设备使用寿命。

6.4可以更充分地满足用户需求。

7.结语当今社会人们在追求高品质物质生活的同时，更加注重了方便，效率和节约等，因而自动化控制在现代社会占据越来越重要的作用，应用也越来越广泛，这就要求不断提高自动化控制的精度和密度，那自动化控制系统的安装施工优化情况也就显得很重要了，作为一个合格的工程技术人员，不但要对相关专业知识比较熟悉，对应用这些专业知识所产生的效果要更加熟悉，这样才能作出更多优质工程！

随着时代的发展，技术的进步，智能化建筑正逐渐普及并为人们所接受。

而据统计，目前安装的智能化系统其使用效果都不是很理想，因而造成资源的严重浪费，产生这种现象的原因有多方面，不但与产品质量及产品和系统的兼容性有关，也与方案确定及设计、施工过程中的质量控制有密切的关系。

因此监理工程师应特别重视弱电智能化系统在各个阶段（招标阶段、设计阶段、施工阶段、调试验收阶段）的过程监理。

笔者就工作中参与的某一工程的弱电智能化系统的过程监理的控制情况进行交流，与大家共同探讨。

　　该工程为一行政金融中心，建筑面积约七千平方米，整个弱电系统分四个子系统，分别为办公自动化系统、综合布线系统、安全防范系统、通讯网络系统，主要采用主流、中高档的产品，软件，总造价，项目监理部受业主委托对整个弱电智能化系统进行全过程控制。

在工程实施的四个阶段，监理进行了监督、管理、咨询、建议，并取得较好的效果。

　　一、招标阶段的监理控制

　　在招标阶段，业主最关心的是智能化系统功能的确定、方案论证、标书的起草及发放、投标单位的确定及考察、投标方案的审查及施工单位的选定。

为此，监理围绕业主的要求主要进行如下几方面的工作：

　　1、协助业主对智能化系统进行功能确定及方案论证

　　根据业主对智能化系统所需要完成的任务、要求及要达到的功能，参照装饰设计的总体平面布局，监理运用专业人员的知识，协助业主明确智能化系统所需达到的功能、明确系统所需控制的区域，机房的设置位置、控制线路的走向、执行机构的设置方案，及初步确定网络系统的型式、材料设备的档次（国产还是进口）等。

这期间需明确三个不等于：

　　即A、在建筑物内采用了综合布线不等于实现了建筑智能化

　　B、在建筑物内设置的信息插座越多不等于智能化水平越高

　　C、系统集成不等于集中控制

　　还必须做到三个统一：

　　即A、需求必须与经济可能统一

　　B、需求必须与技术可能统一

　　C、理论与实践要统一

　　系统集成应遵循统一规划，分期实施的原则。

即各个子系统的信息接口、协议等应符合国家标准，在订货时统一预留，各子系统的供应商应共同遵守，承诺技术协议，为集成创造条件。

待各子系统运行正常，条件成熟后再搞集成。

　　明确之后即可以协助业主进行标书的起草，确定评标方案及评分标准。

由于在此之前进行的弱电智能化工程招标项目不多，没有足够经验，因此我们对评标方案及评分标准的确定格外慎重，在广泛听取各方面的意见的基础上，制定一套科学、合理、合法的评标方法，确保合理低价标中标。

　　本工程系统情况：

　　2、协助业主对投标单位进行考察

　　选择一个好的设计、施工单位是系统实施的关键。

由于本工程的特殊性，我们采取邀请招标的方式，在招标前我们先对一些有意向的单位根据其提供的书面材料进行资格预审，从中选出实力较强者，由业主组织监理及有关专家对其进行有针对性的考察，重点考察投标单位的：

　　A、设计、施工资质；

设计、施工资质是否满足国家的相应规定；

　　B、技术力量和售后服务情况，人员的组成，售后服务的响应时间，为业主提供培训情况等；

　　C、工程实体考察，着重对已完成的智能系统的设计、施工质量、开通率、系统运行情况和售后服务情况等进行核查。

　　考察完成后，监理将各单位的情况列表分析比较，形成考察报告向业主汇报，以便作为确定邀请招标单位的依据。

　　3、开标

　　对于各投标单位的投标方案，监理主要着重于审查：

　　A、其智能系统是否符合《智能建筑设计标准》（GB／T50314－2000）、《建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范》（GB／T50312－2000）、《民用电气设计规范》（JGJ／T16－92）、《建筑智能化系统工程设计标准》（DB32／181－1998）、《智能建筑设计防火规范》（DBJ08－47－95）等设计规范的要求；

　　B、投标方案中提及的设备监控系统是否满足标书中要求的功能；

　　C、方案中控制点的分布是否合理，是否满足扩充要求，现场执行机构是否能满足功能控制要求。

并组织专家对方案中网络控制系统、控制网络技术．控制网络中的硬件等是否具有实用性、稳定性、扩充性、简单性、先进性、及易操作性，为业主开标提供技术依据。

　　4、确定方案，进行方案深化设计

　　进行开标，由评标委员会（由业主在全国邀请智能化方面的专家组成）根据招标文件进行商务标和技术标的综合评定、确定系统方案，确定设计、施工单位，进而签定设计、施工合同，进行进一步深化设计。

　　二、设计阶段的监理控制

　　智能系统的设计一般由智能系统设计、施工单位在装饰设计的基础上进行深化设计，其设计依据为装饰设计图纸、设计规范、产品应用设计标准和标书中确定的智能系统功能等。

监理在设计阶段的主要工作是：

　　1、检查智能系统设计是否符合规范要求。

　　2、检查线管走向是否合理、经济，是否和其它管线相矛盾。

　　3、检查现场控制器设置位置是否合理、经济。

数标书和原标书中确定的相符合，有无更改和增减。

更改增减是否合理。

　　4、检查系统与强电系统的接口设计。

　　智能系统设计图纸经确认后即可用于现场施工。

　　三、施工阶段的监理控制

　　在施工单位提出开工申请后，专业监理工程师应认真审查施工单位报送的资质证书、施工许可证、安全许可证、项目经理证书等资料是否具备，是否在有效期内。

同是对施工方案、形象进度计划进行审查，审查其施工方案中是否具有切实可行的技术措施，关键部位的施工方法是否符合设计和规范要求，形象进度计划是否能满足整体工程总体进度计划，在各项审查符合要求后，才可同意其开工。

　　施工单位进场施工后，监理主要把好以下关键点：

　　1、设备、材料的验收。

设备、材料的好坏是智能系统是否能满足功能要求的一个重要因素，也是监理质量控制的一个关键点。

普通材料如管材、线材、接线盒等要求提供合格证、质保书并按规范要求进行验收；

重要设备、材料都为国外进口，需提供原产地证明、进口报关单、商检证明等相关资料；

特殊材料还需进行安装前的测试，如五类线、超五类线、光纤等线材需进行传输速率测试、衰减测试、近端患扰测试；

控制网络的网桥、网关及网络控制器需进行模拟通信测试；

现场执行机构需进行模拟信号动作测试及通电测试等，以免安装后调试时因此类设备出现问题面增加查找难度。

　　2、施工工序的验收。

在施工过程中应对每道工序按规范要求严格进行验收，并做好记录。

验收重点为：

管线是否按图纸施工、支架设置是否正确、管线是否横平竖直符合规范要求、墙体内暗敷的管线埋设深度是否满足墙体装饰的要求、末端软管预留长度是否符合规范要求、管内穿线是否编号一一对应、配电箱安装位置及箱内接线是否正确、执行机构安装是否符合要求等。

如本工程管线施工前期曾出现过由于管线埋深不够、固定不牢而导致墙体开裂。

　　3、中央监控室的验收.中央监控室是智能系统的核心，验收时应会同业主一同进行，主要核对中央监控室内的设备是否按标书中的要求配置，其布局是否合理、美观，是否为后期发展留有余地，能否满足功能要求。

　　4、关系协调。

由于智能系统设备安装需满足一定的安全要求后方可进行，防止遗失或损坏，监理需协调各方关系，提前将需安装设备房间的门窗和地面做好，为智能系统施工单位的安装提供方便。

确保系统按图施工、按规范施工，顺利进入调试阶段。

　　四、调试验收阶段的监理控制

　　智能系统调试验收在施工单位自验合格的基础上进行。

施工单位自验收合格后，准备好系统监控点设定表、系统框图、各楼层监控点分布平面图、自检调试记录、调试验收程序及调试人员、器具配备等相关资料报监理，监理会同业主及相关单位一同进行，调试验收主要包括以下几点：

　　1、监控中心人机界面的验收。

　　人机界面是否良好、数据调用简单明了、监控功能内容直观齐全、报表显示简明易读、打印报表设置合理。

　　2、各控制点的独立动作及数据信号号和模拟信号的反馈情况验收。

　　验收人员分成二批，分别带对讲机以便联络，一批验收人员察看现场各控制点的动作情况，一批人员在控制中心察看各控制点反馈信号情况。

根据调试验收程序的安排，逐一检查各控制点，由控制中心发出动作信号，检查现场动作是否正确；

或由现场动作，检查控制中心信号的反馈是否正确，同是核查控制点的动作执行状况是否和控制中心显示状态一致，并调用、打印反馈信号数据，以便进一步核查。

对已检查的控制点做好记录，动作符合要求的可进入联合调试。

控制点动作或信号反馈不符合要求的，需仔细检查出问题的所在，整改合格后，再进行验收，及联合调试。

　　3、系统的联合调试

　　各控制点调试验收合格后，可进行联合调试。

联合调试主要检查独立系统的联动顺序是否正确，是否符合设计联动要求。

联动调试合格后，即可交付。

　　4、竣工阶段的监理工作

　　竣工阶段的监理主要工作是：

　　1）核查施工单位提交的竣工资料是否齐全，是否符合要求。

　　2）核查施工图纸是否和现场相符。

　　3）根据合同审核竣工结算，向业主提交审核意见，并协助审计工作。

　　4）督促施工方做好培训与善后服务工作。

　　本工程在工程费用控制方面严格把关，通过对费用的严格控制，达到对质量及进度的控制，工程在每一子系统验收合格后付该部分总费用的70％，在系统竣工决算审计结束后，付至总额的90％，有效保证了整个系统的及时开通。

致谢

感谢我的老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；

循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽