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BA系统技术方案
第七章建筑设备监控系统技术方案
一、系统概述
吴江人力资源保障大厦作为一座集消防、安保、机电管理及诸多子系统于一体的综合性高层智能化的大楼，在整个大厦区域内机电设备多且分散，具有负荷多、性质复杂、故障可能性高等特点。
对该类大厦实行计算机自动化管理，用计算机对大厦的设备进行监测和控制,在各行各业加速计算机技术应用的今天将是一个十分明智的选择。
本方案综合现代信息网络技术，包括互联网络技术、综合信息集成技术、自动化控制技术以及数字化、智能化技术，选用国际领先的施耐德BAS系统VISTA系列智能楼宇管理系统。
对大楼内所有的机电设备尤其是空调设备进行监控，并将此及其他子系统在智能化楼宇管理系统的信息管理层进行集成，实现一体化集中监视管理、分散控制（注：
一般工程当中对高低压供配电、电梯只监测不控制，对一些公共区域的照明回路进行状态监测和开关控制，同时可对其他系统如：
FA（消防），SA（安防）等系统通过软件接口集成至施耐德软件平台）。
以致力于创造一个高效、节能、舒适、高性能价格比、温馨而安全的环境，为此，我司通过对相关文件及有关施工图纸进行了仔细研读并结合我司对该系统的实际工程经验，从系统的当前设计及今后的宏观规划均作了仔细考虑，为贵方提供以下技术方案，确保整个工程提供的设备为先进的、节能的、便于维护、操作方便，自动控制、技术经济性能符合规格书的要求，既满足高度智能化和系统集成化的技术要求，又能满足系统今后升级换代及系统扩展的需要。
二、设计依据与通用术语
为了保证系统既能适应当今网络技术的发展，又具有极高的可靠性，系统设计遵从以下原则和标准：
吴江人力资源保障大厦相关图纸和文件
JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》
GB/T50314-2006《智能建筑设计标准》
CECS72：
2001《建筑与建筑群综合布线工程设计规范》
GJBT-471《智能建筑弱电工程设计施工图集》
GB/J93-96《自动化仪表工程及验收规范》
GB/J131-96《自动化仪表工程质量检验评定标准》
CBJ19-87《中国采暖通风与空气调节设计规范》
CBJ16-8795修订《建筑设计防火规范》
EIA/TIA-568A《商用建筑线缆标准》
ISO/IEC11891-95《信息技术互连国际标准》
GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》
GBJ232-92《电气装置安装施工及验收规范》
通用术语
术语
全称
说明
AHU
AirHandlingUnit
空气处理机
BAS
BuildingAutomationSystem
楼宇自动化系统
CAV
ConstantAirVolume
定风量
VAV
VariationalAirVolume
变风量
DDC
DirectDigitalController
直接数字控制器
GEP
GoodEngineeringPractices
良好工程规范
HVAC
Heating,VentilationandAirConditioning
暖通空调
I/O
Input/OutputI/O
输入/输出
OPCAE
Object-LinkingandEmbeddingforAlarm&/EventsOPCAE
OPCDA
Object-LinkingandEmbeddingforProcessControlDataAccessOPCDA
PID
ProportionalIntegralDifferential
比例积分微分
PM
ProjectManagement
项目管理
SAT
SiteAcceptanceTest
现场验收测试
ModbusClient
Modbus客户端
OPCClient
OPC客户端
BAS
BuildingAutomationSystem
智能化楼宇管理系统
VISTA
施耐德VISTA智能化楼宇管理系统商标
三、系统需求分析
从本项目弱电系统的实际需要考虑，参考相关的建筑图纸，本项目楼宇自动控制系统需监控的内容应该有：
冷热源子系统、暖通通风子系统、送排风子系统、给排水子系统、电梯子系统、照明子系统、变配电子系统和能源计量系统等。
对大楼内的机电设备进行监测，并将这些子系统在智能化楼宇管理系统的信息管理层进行集成，实现一体化集中监视管理、分散控制（注：
一般工程当中对高低压供配电，消防，安防，电梯只监测不控制，对一些公共区域的照明回路进行状态监测和开关控制）。
通过集成优化协调各子系统，为大厦大楼的运营、维护、管理创建一个安全、舒适、通信便捷、环境优雅的数字化、网络化、智能化的智能化楼宇管理系统，为工作人员提供一个舒适、健康、安全的生产和工作环境。
响应国家绿色节能的号召，实现大厦用水、用电、用气等能耗的计量收费、节能减排的目标。
四、系统设计目标和原则
4.1设计原则
本方案的设计原则基于以下几个要点并贯彻始终：
1．实用性和先进性
本工程楼宇自控系统按照智能建筑设计标准的甲级标准进行设计，系统的设置既强调先进性也注重实用性，以实现功能和经济的优化设计。
2．标准化和结构化
系统设计依照国家有关标准外，还根据系统的功能要求，作到系统的标准化和结构化，能综合体现出当今的先进技术。
3．集成性和可扩展性
系统设计遵循全面规划的原则，并有充分的余量，以适应将来发展的需要。
保证楼宇自控系统总体结构的先进性、合理性、可扩展性和兼容性。
4．节约能耗和经济性
BAS方案设计应首先建立在对其节能与经济性能的分析上，达到设计方案合理，节省投资，获得最佳运行效果，BAS的目的最主要是提高电源、冷、热源的科学管理和利用价值，使庞大的能耗受到科学的管理和控制，为达到节能目的，BAS的系统模式应采用集散型的建筑自控系统、网络采用同层总线方式。
4.2设计目标
1.实现建筑各种机电设备的自动控制和管理
如送排风机的程序启停、照明回路的自动控制，设备故障报警的自动接收，备用设备自动切换运行等。
按管理者的需求，自动形成各种设备运行参数报表，或随时变更设备运行参数（如启停时间、控制参数等）。
2.降低建筑的营运成本
楼宇自控管理系统只需在管理中心安排一至二名操作管理人员，即可承担对建筑内所有监控设备管理任务，从而可大大减少有关的管理人员及其日常开支。
另外，由于楼宇自控管理系统其所具有的多种有效的能源管理方案，使得建筑在满足舒适性条件下，能耗可大大降低，从而进一步降低了建筑的日常营运支出，提高了建筑的效益。
3.延长机电设备的使用寿命以及提高建筑安全性
楼宇自控管理系统可以通过编程实现有关机电设备的平均使用时间，从而提高大型机电设备（如空调机组、各种水泵等）的使用寿命。
由于本系统具有极强的系统联网功能，在特定的触发条件下，可以和消防报警系统、安保系统等其它智能化子系统实现跨系统的联动功能，使建筑的安全性管理更可靠。
4.智能建筑节能控制与管理系统的优化
智能建筑楼宇自控系统将建筑内所有设备集成一个系统，实现信息共享，进行综合管理，其作用和效益是巨大的，要实现这些作用和效益，就必须实施优化，建筑智能化工程的最优化设计与常规设计相比，有以下特点：
①可以从系统的各种可能结构和参数中找到最佳匹配，使整体效能最佳，从而提高系统的效率，降低投资和运行费用；
②可以对系统及其过程进行定量化的状态模拟，减少控制环节，提高可靠性与稳定性，发生故障概率降到最低可能限度，系统响应输出最优化；
③通过优化控制方案达到节能目的的是一种“主动节能”，它有别于墙体结构、门窗的形式和设置的改造的“被动节能”。
五、系统设计说明
5.1系统特点
根据楼宇自控管理系统功能和技术要求，我们认为本系统必须有以下最为明显的特点：
需选用具有集成功能及开放性的自控管理系统，便于实现系统的综合联动，实现与上位管理系统及其他相关系统的集成和数据共享。
此外，本系统的很多第三方设备采用软件接口连入本系统，如变配电系统、空调系统等，要求楼宇自控管理系统具有很好的开放性，可提供丰富多样、符合行业标准的接口设备和软件。
需采用先进的、集散型网络结构实现楼宇自控管理系统的实时集中监控管理功能。
既符合国际标准，又符合本工厂的建筑特点，其设备较分散，作为集散性控制分站的控制器通讯网络，应能实现各分站间、分站与中央站之间的数据通讯，分站的运行可以独立于中央站，内部网络的通讯不会因中央站的停止工作而受到影响。
由于采用VISTA楼宇设备集成系统，该系统具有灵活的开放性，提供多种符合行业标准的接口标准和协议（如BACnet、Lonworks、OPC等），并具备系统网络数据库，可以满足本系统的特点需求。
VISTA系统还可基于内部Intranet之上，通过VISTA服务器实现本大厦内的信息交互、综合和共享，实现建筑内信息、资源和任务的综合共享，以及全局事件的处理和一体化的科学管理。
现场控制器选用施耐德公司的Xenta700控制器。
VISTA系统完全满足本系统关于集成及开放性，成熟及可靠性、可扩展性等要求。
施耐德的Xenta700控制器，集合VISTA系统将完全实现集散型的监控系统。
整个方案设计将基于以上的需求分析，为本提供一套先进、可靠，设计功能完善的楼宇自控管理系统。
施耐德VISTA是一个开放式平台，可以兼容不同厂商的不同系统的产品，不仅可以最大限度地保护客户现在的投资，而且在有必要的时候可以方便地将新的设备添加进来。
5.2系统设计
从本项目弱电系统的实际需要考虑，参考相关的建筑图纸，本项目楼宇自动控制系统需监控的内容为：
冷热源系统、空调及送排风系统、照明系统、给排水系统，另外可通过接口方式与电梯，变配电、VRV等通讯连接，实现数据共享。
根据要求其他系统如：
（电梯、变配电、VRV系统）接入本方案中，可通过Modbus（或现市场流行的协议模式）连接至VISTA600控制器，并通过配置相应的接口开发与相应系统的集成。
该部分系统接口协议必须由供货商提供，请业主在购置该设备时要明确要求供货商承诺提供其接口协议（应为当今国际主流协议），以免后期不必要的投资。
考虑本大楼有自用与出租部分，本设计设置远程计量计费系统，照明和办公用电设备的电能、空调设备的电能和广电机房动力设备的电能在相应楼层的配电箱（柜）处计量，其它用电设备的电能在变电所集中计量，为大楼物业管理提供方便、高效、科学的收费管理方式。
5.2.1冷热源系统
本方案中冷源系统采用集中供冷站提供。
机组的各个网络监控点由网关通讯方式接入本系统。
监控设备
监控内容
冷水机组
DI：
手自动状态，运行状态，故障状态，水流开关
DO：
启停控制，蝶阀开关控制
冷冻水循环泵
冷却水循环泵
AI：
水管压力
AO：
变频调节
DI：
手自动状态，运行状态，故障状态，水泵压差开关
DO：
启停控制
冷冻水系统
AI：
供\回水管压力、供\回水管温度、供水流量
AO：
旁通阀调节控制
冷却塔
DI：
手自动状态，运行状态，故障状态
DO：
启停控制，蝶阀开关控制
冷却塔给水泵
DI：
手自动状态，运行状态，故障状态
DO：
启停控制
冷却水系统
AI：
供\回水管温度
膨胀水箱
DI：
高\低液位报警
板式水-水热交换器
DI：
一\二次侧供水管水流开关状态
DO：
蝶阀开关控制
AI：
一次侧供回水管温度、二次侧供回水管温度
AO：
水阀调节控制
热水循环水泵
AI：
水管压力
AO：
旁通阀调节
DI：
手自动状态，运行状态，故障状态，水泵压差开关
DO：
启停控制
（1）冷水机组台数控制
冷水机组的控制是由其自身的控制系统完成的，BA的控制其实是通过对冷热负荷的计算，根据用户端的负荷情况向其控制系统提交启停控制要求，同时监测其动作反馈，与常规意义上的控制有所区别。
系统主要根据供水管的流量及集水器、分水器的温差，计算负荷，对冷水机组进行群控。
a）系统负荷的计算
常规方式计算负荷是根据冷源系统总负荷量（一次供回水温差X总流量）直接进行冷水机组台数控制。
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，平均分配各设备运行时间。
也可对各季节的优先使用设备进行指定，发生故障时自动切换，根据送水分水器温度进行减少，回水集水器进行增加的冷冻机运行台数补充控制。
负荷计算：
Q＝k*F*c*dT
Q：
负荷（KW）
k：
常数
F：
流量（L/S）
dT：
供回水温差
b）冷水机组加载/卸载
所有冷水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。
冷水机组的控制是由冷水机组厂家完成的。
BAS系统通过通信接口与冷冻机组控制系统来完成对冷水机组的控制要求：
冷水机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，同时根据机组实际供冷/供热量，向冷冻机组控制系统提交启停控制申请，并由冷冻机组控制系统完成启停动作，以此来对冷水机组、冷/热水泵、冷却水泵、冷冻机组用冷却塔风机、冷却塔进水阀及相关的水阀实现联动控制。
同时监视机组运行状态及故障状态。
当计算的负荷超过一台冷水机组相应的冷量时，冷水机组需要增加一台。
相关冷量的计算如下：
加载负荷值＝M1*N*C
C：
冷水机额定负荷（KW）
N：
运行冷水数量
M1：
系数，依冷水机组而定，一般取0.5~0.9
当计算的负荷低于一台冷水机组相应的冷量时，冷水机组需要卸载一台。
相关冷量的计算如下：
卸载负荷值＝M2*N*C
C：
冷冻机额定负荷（KW）
N：
运行冷水机数量
M1：
系数，依冷水机组而定，一般取0.2~0.5
若用图来表示，请参考下图。
冷冻机数量
C）冷水机组加载/卸载的次序
冷水机组加载/卸载次序的原则是依据冷水机组累计运行时间，时间短的先开，时间长的后开。
时间长的先停，时间短的后停。
（2）冷却塔控制：
冷却水系统对冷却塔的控制策略是冷却塔投入的数量依冷却水温而定。
冷却塔投入的数量主要由冷却水的供水温度确定。
当冷却水温度高于设定值时，先根据温度来调节冷却塔的台数，在调节后30min冷却水供水温度仍高于设定值，这时需增加冷却塔的台数。
当供水水温低于设定值时减少冷却塔运行台数，反之则增加运行台数，以降低能耗。
冷却塔风机运行状态、故障状态，启停控制信号从风机控制柜上取得。
冷却塔的监控内容：
∙监测风机运行状态、故障状态，手/自动状态，根据冷却塔的出口温度相应启停冷却塔运行台数。
冷却水温度若仅通过自然冷却即可达到要求时，冷却塔风机可关闭。
为避免冷却塔的冷却水供水温度在设定值附近变化时冷却塔频繁开启，需设定的一个调节死区温度值。
∙根据冷却塔供回水温度调节旁通阀开度控制冷却水供水温度。
∙根据流量和热量，开启符合要求的冷却水泵的台数。
∙累计运行时间，开列保养及维修报告。
通过联网将报告直接传送至有关部门。
（3）冷冻水泵、冷却水泵的监控
控制内容：
∙监测运行状态、故障状态，启停控制。
∙备用冷冻,冷却水泵切换：
同时在自动运行模式下，常用泵如发生故障，备用泵将自动切入（开启第二套）。
∙累计运行时间，开列保养及维修报告。
通过联网将报告直接传送至有关部门。
∙中央监控对系统中各种温度、设备运行状态和报警及各种设备的启停。
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。
（4）系统联动次序
联动起动顺序：
冷却水塔风机冷却水塔电动蝶阀冷水机的冷凝器电动蝶阀冷却水泵水流状态确认冷水机的蒸发器电动蝶阀冷冻水泵水流状态确认制冷机
联动停止顺序：
制冷机（延时5分钟）冷冻水泵冷水机的蒸发器电动蝶阀冷却水泵冷水机的冷凝器电动蝶阀冷却水塔电动蝶阀冷却水塔风机
（5）压差调节
对机组设有压差旁通控制：
－在总进水管和总回水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。
负荷（KW）
上述方案为常规控制方案，还可根据冷水机组的通讯协议，经过协议转换方式可将所有机组信息读取出来，如：
机组负荷率，运行电流电压，压缩机状态，冷凝压力，膨胀压力，进出水温度，油压，持续运行时间等等。
通过采集上述参数对于优化整体群控方案大有益处。
根据我们的经验，由机组自身提供的数据要比通过管道传感器得到的负荷参数相对精确。
通过比较各机组的负荷率及电流参数，再与管道系统负荷综合比较后来确定机组的开启台数更为科学。
另外所有冷水机组参数上传至EBI主机进行数据备份，筛选报告，曲线分类后，对于机组本身的运行维护也是大有帮助的。
热源系统
热源由市政提供6kg/cm2的蒸汽，经减压至4kg/cm2后由汽水板式换热器换热得到55℃的热水。
监控设备
监控内容
汽－水热交换器
DI：
二次侧供水管水流开关状态
DO：
蝶阀开关控制
AI：
二次侧供水管温度
AO：
蒸汽阀调节控制
热水泵
AI：
水管压力
AO：
旁通阀调节
DI：
手自动状态，运行状态，故障状态，水泵压差开关
DO：
启停控制
热源系统控制方案
a）根据热交换器的二次侧出水温度，调节阀门开度，以保证热水出水的温度在设定范围内。
b）压差旁通监控内容
对热水设有压差旁通控制：
－在总进水管和总回水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。
5.2.2空调通风系统
设计空气调节系统的目的在于，创造一个良好的空气环境，即根据季节变化提供合适的空气温度、相对湿度、气流速度和空气洁净度，以保证人的舒适度。
在智能建筑中，由于使用着大量的办公设备和电信电气设备，空调负荷中主要是内部发热量引起的负荷，在设备使用高峰期，设备发热量可达内部发热量的50％左右。
因此，智能化大楼的内区基本上全年供冷，周边区可能出现供热,供冷交替反复形式。
夏季冷负荷，智能化大楼可以达到一般大楼的1.3—1.4倍，而冬季热负荷却仅为后者的50％。
所以,智能化大楼的空调也将根据不同区域有着不同的方式。
空调水管采用两管制。
以下我们将对本工程空调、新风机组的控制原理加以介绍：
空调新风系统
基本的监控内容如下：
监控设备
监控内容
空调机组
AI:
送风温度、回风温度
AO:
冷、热水阀调节；新、回风阀调节
DI:
运行状态、故障报警、手自动状态、过滤网堵塞报警，风机压差报警
DO:
启停控制
空调机组监控：
该机组是二管制空调机组，带有水阀调节控制、过滤网压差传感器、送风温度、回风温度监测以及新风阀，回风阀调节控制。
主要监控功能如下：
Ø机组定时启停控制：
根据事先排定的工作及节假日作息时间表，定时启停机组。
自动统计机组运行时间，提示定时维修。
Ø监测机组的运行状态、手自动状态、风机故障报警；送风温度、回风温度。
Ø过滤网堵塞报警：
当过滤网两端压差过大时报警，提示清扫。
Ø送/回风温度自动控制：
根据送风温度与设定温度差值，对水阀开度进行PID调节，从而控制送风温度。
冬季:
当送风温度升高时，调节水阀关小；当回风温度降低时，调节水阀开大。
夏季:
当送风温度升高时，调节水阀开大；当回风温度降低时，调节水阀关小。
Ø连锁控制，风机启动：
新风门打开、回风门打开、水阀执行自动控制；风机停止：
新风门、回风门关闭、水阀关闭，在冬季水阀则保持30%的开度，以保护热水盘管，防止冻裂。
Ø新/回风门控制：
当室外温度在18～24︒C时，新风门开度维持在90％，回风门在10％。
其他情况下维持在10％的最小新风量。
Ø报警功能：
如机组风机未能对启停命令作出响应，发出风机系统故障警报；风机系统故障、风机故障均能在手操器和中央监控中心上显示，以提醒操作员及时处理。
待故障排除，将系统报警复位后，风机才能投入正常运行。
调节水阀的选型：
空调机组、新风机组的控制，主要是通过空调水量的调节来实现舒适的温度，所以调节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。
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，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/SQART（ΔP）（T/H）
其中Q-设备（空调/新风机组）的冷量/热量或风量 ΔP-为调节阀前后压差比
理论上讲，在不同的空调回路中，ΔP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ΔP 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阀权值为3-5之间时调节效果最好。
本次设计选型就是根据设备参数（表冷器压降、机组流量等）计算得出的空调水阀口径。
5.2.3给排水系统
监视排水泵、生活水泵的运行状态，故障报警，本控遥控状态，对于排水泵、生活水泵可进行启停控制。
（详细请参照点位统计表）
监视水（污）坑的高液位、水箱的高低液位状态，和生活水泵的状态。
中央站用彩色图形显示上述各参数，记录各参数、状态、报警、启停时间、累计时间和其历史参数，且可通过打印机输出。
5.2.4送排风系统
大厦在地下层及屋顶有送风机、排风机、排烟风机等。
根据一般要求，对消防风机只监不控，消防系统与BA系统联网，消防风机可通过消防来监视，故在BA系统中不做监视。
（详细请参照点位统计表）
基本监控内容如下：
监控设备
监控内容
送、排风机
DI：
运行状态、故障报警、手自动状态
DO：
启停控制
监控内容
通过启动柜接触器辅助开关，直接监测风机运行状态和手自动状态。
通过风机过载继电器状态监测，产生风机故障报警信号。
于预定时间程序下控制排风机、送风机等启停，可根据要求临时或者永久设定、改变有关时间表，确定假期和特殊时段。
同时累计风机的运行时间。
对厨房等变频排风机，通过测量风道是否有足够的风压，对风机进行变频调节。
中央站用彩色图形显示上述各参数，记录各参数、状态、报警、启停时间（手动时）、累计时间和其历史参数，且可通过打印机输出。
5.2.5照明系统
本方案，按要求只对各楼层的公共区域照明进行监控，设定开启、关闭时间。
由于提供的照明回路中未能标明哪些回路是公共区域照明回路，因此，根据经验对各楼层进行了一定的统计（详细请参照点位统计表）。
1、设备监测
监控设备
监控内容
公共照明回路
开关状态、开关控制
监视开关状态、（DI）
照明回路的控制（DO）
中央站用彩色图形显示上述各参数，记录各参数、状态、启停时间、累计时间和其历史参数，且可通过打印机输出。
2、系统软件可自动满足如下自动控制要求：
按照建筑物业管理部门要求，定时开关各种照明设备，达到最佳管理，最佳节能效果。
统计各种照明的工作情况，并打印成报表，以供物业管理部门利用
根据用户需要可任意修改各照明回路的时间控制表。
泛光照明可设休息日、节假日和重大节日三种场景进行控制。
累计各开关的闭合时间。
BAS按照制定的时间程序和室外照度条件，自动启停公共区域照明，监测其开关状态。
中央站用彩色图形显示上述各参数，记录各参数、状态、启停时间、累计时间和其历史参数，
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