洁净车间楼宇自控系统方案.docx

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洁净车间楼宇自控系统方案

XXX洁净厂房楼宇设备控制系统

1

概述

对于现代化生产厂房来说，对其生产环境的要求越来越高。

生产环境的质量不仅影响员工的工作效率，同时影响到产品的质量。

随着高新信息技术和计算机网络技术的高速发展，要求建筑物提供一个合理、高效、节能和舒适的生产环境。

很多工厂都是24小时生产，因此其空调系统也是不间断运行。

从统计数据来看，中央空调系统占整个建筑耗能50%以上，而该建筑装有楼宇自控系统以后，可节省能耗25%，节省人力约50%。

节能是建筑电气设计全面技术经济分析的重要组成部分。

楼宇自控系统的建立，对于大厦机电设备的正常运行并达到最佳状态，以及大厦的防火与保安都提供了有力的保证。

同时，依靠强大软件支持下的计算机进行信息处理、数据分析、逻辑判断和图形处理，对整个系统作出集中监测和控制；通过计算机系统及时启停各有关设备，避免设备不必要的运行，又可以节省系统运行能耗。

随着现代化厂房规模增大和标准提高，厂房内的机电设备数量也急剧增加，这些设备分散在厂房的各个楼层和角落，若采用分散管理，就地监测和操作将占用大量人力资源，有时几乎难以实现。

如采用楼宇自控系统，利用现代的计算机技术和网络系统，实现对所有机电设备的集中管理和自动监测，出现故障，能够及时知道何时何地出现何种故障，使事故消除在萌芽状态，就能确保楼内所有机电设备的安全运行。

楼控产品在洁净厂房工艺空调控制中的应用将越来越广泛，其原因如下：

1.我国食品、医药、生物、半导体等行业的不断发展,洁净厂房的规模也在不断的扩大；

2.为贯彻GMP标准，全国6000多个制药厂亟需改善洁净厂房。

3.到2010年，在全球集成电路IC市场中，中国将成为除美国之外的世界第二大芯片生产基地。

根据信息产业部的规划，北京、上海、深圳等地的电子芯片制造业得以飞速发展，大批的洁净厂房即将兴建；

4.生物、食品、饮料、化妆品等产业的飞速发展，也将促进洁净厂房的兴建。

2项目简介

该部分主要描述项目的主要特点，如建设规模、项目特点、各楼层主要功能、主要建筑参数等。

3设计依据

《电气装置安装工程施工及验收规范》GB50254-50259-96

《智能建筑设计标准》GB/T50314-2000

《建筑智能化系统工程设计标准》DB32/181-1998

中国装置安装工程施工及验收规范232-90.92

中国采暖通风与空气调节设计规范GBJ19-87

《洁净厂房设计规范》GB50073-2001

《自动化仪表工程施工及验收规范》GB50093-2002

《智能建筑工程质量验收规范》GB500339-2003

《建设工程项目管理规范》GB/T50326-2001

《自动化仪表安装工程质量检验评定标准》GBJ131-90

《洁净室施工及验收规范》JGJ71-90

《通风与空调工程施工质量及验收规范》GB50243-2002

《民用建筑电气设计技术规范》JGJ/T16-92

4设计原则

4.1先进性和实用性

一座现代化的智能建筑，需要在今后相当长的一段时间内保持其技术领先地位。

因此，酒店内选用的设备，必须在技术上适度超前，符合今后发展趋势，同时又要注意其针对性实用性，充分发挥每一设备的功能和作用。

设计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。

4.2安全性和可靠性

该系统管理程序中采取严格网络等级操作措施，防止非法访问和恶意破坏。

系统具备长期和稳定工作的能力。

平均无故障时间或平均无故障间隔时间既MTBF=60000小时，平均修复时间即MTTR=2小时，系统可利用率A（A=MTBF/（MTBF+MTTR））几乎为100%。

4.3灵活性和开放性

在满足业主当前要求的基础上，具有开放性和兼容性，可以集成其他不同厂商的产品。

4.4经济合理性

在设备选型和系统设计中，确保满足业主的需求，技术上的先进性、可行性和实用性，去掉附在其上的泡沫，达到功能与经济相统一的优化设计。

4.5集成性和可扩展性

系统设计中充分考虑整体智能系统所涉及的各个子系统的信息共享，确保智能系统总体结构的先进性，合理性，可扩展性和兼容性，能集成不同厂商不同类型的先进产品，使整个智能建筑水平可以随着技术的发展和进步，不断得到充实和提高。

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。

4.6标准化和结构化

严格按照国家和地区有关标准进行系统设计和设备配置，并根据建筑屋智能系统总体结构要求，将各控制系统结构化和准化，综合体现当今世界先进技术。

4.7专业性和开放性

系统设计中充分考虑设备的专业性，确保智能系统总体结构专业性的前提下，又具有足够的开放性，能与其他系统充分的联接，数据能对外开放并能接受其他系统数据。

5TAC楼宇自控系统控制方式及网络形式

楼宇自控系统采用集散型控制方式，即现场区域控制，计算机局域网通讯，最后进行集中监视、管理的系统控制方式，实现分布式控制，集成操作管理的系统工作模式。

这种控制方式保证每个子系统都能独立控制，同时在中央工作站上又能做到集中管理，使得整个系统的结构完善、性能可靠。

TAC楼宇自控系统网络结构可分为二级，第一级为管理层网络，即控制中心，控制中心内设中央工作站，中央工作站系统由PC主机、彩色大屏幕显示器及打印机组成，是BAS系统的核心，整个大厦内所受监控的机电设备都在这里进行集中管理和显示，它可以直接和以太网相连；第二级为监控层网络，由直接式数字控制器、扩展模块、采集现场信号的传感器以及执行机构和阀门等组成。

直接式数字控制器、扩展模块、传感器以及执行机构和阀门等随被控设备就近设置。

5.1管理层网络

采用总线型的网络拓扑结构来构成局域网，支持TCP/IP协议，能够提供基于Internet的远程管理解决方案。

操作人员能够采用浏览器IE对系统进行监控，输入IP地址或域名即可通过互联网或企业内部网浏览和控制Lonworks网络中的单元。

系统产生的报警能够通过互联网或企业内部网以E-mail的方式传给一个或者多个接收者。

设备的远程监控无需通过中央站软件，系统可采用小型Web服务器的方式对被控设备实现直观的和动态的监控。

联网用户（已经被授权）能够修改系统的参数和设定点；检查和确认报警。

根据被授权用户的级别，用户也可以浏览系统中的特定文件，如技术文件、报表等等。

所有更新的值均能以动态的方式实时显示。

如果用户修改了设定值，所有联网的用户数据都能够实时更新。

能容易地实现与建筑物中其它相关系统和独立设置的智能化系统之间的数据通信、系统集成以及与其它厂商设备和系统的联接。

通过这层网络能够把BAS中所有监控信息及时地反馈到中央站显示画面，而中央站系统也可通过这一网络传送程序、指令等到有关设备。

提供OPC或DDE的第三方接口软件。

数据传输速率不10~100Mbps。

5.2监控层网络

采用国际领先的Lonworks控制网络技术，所有可自由编程控制器都具有LonMark认证标志。

控制器具有16位的CPU，并且A/D和D/A转化分辨率为12位。

作为集散控制分站之间的通信网络采用总线拓扑结构或自由拓扑结构实现各个分站之间、分站与中央站之间以及它们与专用控制、接口设备之间的数据通信。

中央站可以通过这层网络把信息传送到任何指定的节点。

所有分站以同等地位的点到点方式互通信息。

可以根据工程的实际情况构建监控网的子网。

数据传输速率不低于78Kbps，并且可以根据需要提高到1.25Mbps。

总线通讯距离2700米。

5.3TAC网络结构

控制中心位于XXX层，作为控制系统的管理层，设有主工作站、数据库服务器、不间断电源等设备。

现场控制器DDC安装于被控设备附近，尽量采用一台被控设备由一台控制器进行监控。

各控制器之间采用点对点通讯方式。

DDC控制器与上位机之间通过路由器或调制器等网络设备进行通讯。

5.4系统配置容量和接口

在对每台控制器进行I/O口配置时充分考虑到今后系统扩容或设备监控点数变更的需求，一般情况下对一些常用类型点的容量预留5%左右，整个系统的预留点数在5%~10%。

考虑到今后业主实施智能化建筑系统集成，构建IBM中央管理系统，我们在设计楼宇自控系统时采用开放式设计方案，提供今后与消防报警系统、综合保安系统、闭路电视监控系统、停车场管理系统，以及其他设备控制系统（如冷冻剂、锅炉、变配电系统）的通讯接口。

有利于实现对各弱电子系统的信息集中管理，系统之间的事件联动，提高系统总体决策能力。

充分开放的网络软件体系结构，设备监控系统和外部设备、系统的通讯连接和交换数据已经没有障碍，无论是将来有新的楼宇设备需要接入本系统，还是本系统接入更高层次的信息集成系统，都可以简便、可靠方法实现。

6楼宇自控系统监控内容

楼宇自控的对象主要是冷热源系统、空调系统、给排水系统、送排风系统、变配电系统和照明系统。

6.1冷热源系统

冷热源系统的主要设备为冷水机组、循环水泵以及热交换器等。

楼宇自控系统监控目的是按照车间的生产需求调节冷热源的工况，在满足需求的前提下提高能源的利用率达到节约能源，同时对各类设备的状况进行监测，保持各设备之间的运行时间的平衡，为设备的维护保养提供有效依据。

采用楼宇自控系统进行设备的监控可以有效的减轻或减少人力资源，提高操作的可靠性，以及操作的便利性。

对被控设备或系统的稳定运行将会有极大的帮助。

保证了被控设备跟踪负荷的及时性，最大限度的满足了生产队环境的要求。

测量内容

▪冷水机组手/自动状态、运行状态和故障状态；

▪冷水机组各种运行参数（如油压、工作负荷、制冷剂压力等，但需要通过与冷水机载的控制设备联网获取数据）；

▪冷却水泵和冷冻水泵的运行状态、手/自动状态和故障状态；

▪补给水箱水位；

▪冷却水和冷冻水供/回水温度；

▪冷却水和冷冻水水流监测；

▪冷却水和冷冻水供/回水压力；

▪冷冻水流量（如需要）；

▪各供/回水回路电动蝶阀阀未状态（冷水机组群空时需要）；

▪冷却塔风机运行状态、故障状态；

▪冷却塔水池水位；

▪热交换器二次侧供水温度监测；

▪热交换器一次侧供水（汽）温度。

控制内容

▪冷水机组启停；

▪冷水机组群控（如需要）；

▪冷却塔风机启停；

▪冷水机组、冷却水泵、冷冻水泵和冷却塔联锁；

▪冷却水泵和冷冻水泵启停；

▪冷冻水旁通压差控制；

▪冷却水温度控制；

▪热交换器一次侧热水（蒸汽）阀调节控制。

控制功能

6.1.1.1负荷计算

根据冷冻水供、回水温度和供回水压差（或供水流量），自动计算建筑物实际所需负荷量。

根据供回水压差调节旁通阀开度，即调节冷冻水供水流量。

冷水机组群控比较复杂，要视冷水机组的选型和冷量制定对应的控制方案。

6.1.1.2联锁控制

为保障冷水机组不被损坏，必须要将冷却水泵、冷却水塔、冷冻水泵和冷水机组进行联锁控制，按照一定的开启或关闭顺序进行操作。

开启顺序：

开启冷却塔风机和冷却水电动阀门开启冷却水泵冷却水水流开关信号指示

开冷冻水阀门开冷冻水循环水泵冷冻水水流开关信号指示冷冻机开启

关闭顺序与开启顺序相反。

6.1.1.3冷冻水差压控制

根据冷冻水供回水压差，自动调节旁通调节阀开度，维持供水压差恒定，即根据负荷调节供水量。

6.1.1.4冷却水温度控制

根据冷却塔出水温度，自动控制冷却塔风机的启停台数。

6.1.1.5水泵保护控制

水泵启动后，水流开关检测水流状态，如水泵发生故障或管路堵塞则自动关泵。

如果水泵发生故障，备用泵将自动投入运行。

6.1.1.6机组定时启停控制

根据事先排定的工作节假日作息时间表，定时启停机组各类设备。

每台设备的运行时间都有系统进行累积，每次开机时系统将根据运行时间自动选择运行时间少的设备首先启动，保持每台设备的运行平衡。

利用该该功能可以提示设备即将达到维修时间，应该进行及时维修。

功能介绍

6.1.1.7趋势记录

冷水机组及循环水泵、热交换器的各动态运行参数、能量管理参数及能耗均可自动记录、储存、列表，并定时打印，以便管理人员的查询、管理和分析。

所有预设程序均可按实际需要和要求，在中央管理工作站上调整修改，以满足用户的使用。

典型控制界面：

6.2给排水系统

给排水系统包括生活给水系统、生活污水排放系统。

各类水泵的运行由相关的水箱水位控制，积水坑内的潜水泵与积水坑水位联动。

实现对给排水系统集中管理和自动监测，确保每一个液位报警信号及时地反馈到中央监控室，同时联动给排水泵的启停，使给排水系统的机电设备安全运行，大大提高大楼内物业人员的工作效率。

监测内容

▪各水箱、水池及集水坑高、低液位监测；水池的超高液位报警；

▪水泵运行状态和故障状态；

控制内容

根据水箱、水池及集水坑高、低液位信号，控制水泵的启停；

6.2.1控制功能

6.2.1.1给水系统

监测给水泵运行状态和故障状态，控制生活水泵的启停；生活水池/膨胀水箱高液位报警时停泵，防止溢流；生活水池/膨胀水箱低液位报警时开泵，补充水。

生活给水泵根据液位报警启停，同时节约水量及设备能耗。

6.2.1.2排水系统

监测潜水泵、排水泵等运行状态和故障状态。

监测污水池/集水坑高液位报警，当高液位报警时潜水泵自动开启并排水，防止溢流，直至到低液位信号时停泵；防止水泵空转。

6.2.1.3运行时间的累计

水泵运行状态符合要求，开始累计水泵运行时间，每满1小时将自动记录累加的时间自动显示在水泵的动态画面上。

当累计到一定时间后与备用泵自动切换，使每台设备的运行累计时间均衡，从而达到保护设备、延长使用寿命的目的。

6.2.1.4趋势记录

水泵的各种动态运行参数、能量管理参数及能耗均可自动记录、储存、列表，并定时打印，以便管理人员的查询、管理和分析。

给排水系统的监测：

监测各水泵的运行状态、故障。

同时监测水箱、水池、集水坑的高低液位报警及超高液位报警。

各监测参数超限或异常均自动发出声光报警，并同步打印。

所有预设程序均可按实际需要和要求，在中央管理工作站上调整修改，以满足用户的使用。

6.3送、排风系统

送排风机主要用于无洁净要求的非生产区域，例如地下室、车库、会议室、餐厅等处。

可以由时间程序自动控制各种送风机和排风机的启/停，并显示其手/自动状态、运行状态状态及故障报警。

6.3.1监测内容

各风机手/自动状态、运行状态和故障状态；

各风机累计运行时间，定时发出检修提示信号；

控制内容

定时控制：

按预先编排的时间程序控制送排风机启停。

联动控制：

根据消防信号联动控制排烟风机启停；或者排风机联动送风机，只有当排风机开启时送风机才能开启，当送风机关闭后若干分钟后排风机才能关闭。

控制功能

6.3.1.1启停控制

排风机/送风机根据预先设定的时间程序自动启停送排风机。

每台机组都有每周工作天数的设定，每天4-8条工作时间通道设定，并另有特殊工作日及节假日的时间设定。

根据检测到的消防信号联动控制排烟风机启停。

送风机监测其空气过滤网堵塞报警信号，如异常则停止送风机。

6.3.1.2送排风机的监测

监测送排风机、排烟风机的手/自动状态、运行状态、故障状态，各监测参数超限或异常均自动发出声光报警，并同步打印。

送排风机每次开机前先行检查机组的状态，符合要求按时序开机，如有异常则发出报警，并同步打印。

开机后检测风机的运行状态、故障状态，送风机监测其空气过滤网堵塞报警信号，如异常发出报警信息，并同步打印。

6.3.1.3运行时间的累计

送排风机的运行状态符合要求，开始累计其运行时间，每满1小时将自动记录，累加的时间自动显示在送排风机、排烟风机的动态画面上。

并根据使用需求进行切换，使每台设备的运行累计时间均衡，从而达到保护设备、延长使用寿命的目的。

6.3.1.4趋势记录

送排风机、排烟风机的各动态运行参数、能量管理参数及能耗均可自动记录、储存、列表，并定时打印，以便管理人员的查询、管理和分析。

所有预设程序均可按实际需要和要求，在中央管理工作站上调整修改，以满足用户的使用。

6.4变配电系统

变配电系统包括采集智能配电综合管理系统单元的高压、变压器、低压配电等参数。

电力的管理是建筑内最重要的部分之一。

基于目前的技术水平和管理水平，楼宇自控系统对变配电系统只监测不控制。

监测内容

变压器超温报警；

低压进线开关状态、三相电压和三相电流；有功功率、无功功率及功率因数；

低压母线联络柜开关状态。

高压进线开关状态、三相电压和三相电流；有功功率、无功功率及功率因数；

变配电系统可采用TAC的变送器采集信号，也可以通讯接口形式与电力监控系统联网，将数据传送到BA系统。

这种方式需要在BA系统与变配电系统连接时增加一个通讯接口网关，该接口网关能将Modbus、Bacnet等其他一些通讯协议网络的数据以RS232/422/485等形式交换到TAC的楼宇系统中。

另外，两者也可以OPC（OLEProcessControl）方式集成，与BA系统进行C/S连接，变配电系统主机作为Server，BA系统主机作为Client。

监测功能

变压器：

监测变压器超高温报警及温度。

低压：

监测低压进线及联络开关的状态。

监测低压进线的电流、电压、功率因数、有功功率、电度及频率。

高压：

监测高压进线开关及联络开关的状态。

监测高压进线的电流、电压、功率因数、有功功率。

趋势记录：

开关的各动态运行参数、能量管理参数及能耗均可自动记录、储存、列表，并定时打印，以便管理人员的查询、管理和分析。

所有预设程序均可按实际需要和要求，在中央管理工作站上调整修改，以满足用户的使用。

6.5照明系统

楼宇自控系统对建筑照明实行监控不仅可简化操作，还可以按时间要求或照度要求进行控制，使被控灯具要求点亮或熄灭，利于节约电能。

厂房照明系统包括生产车间照明、公共区域照明、室外景观照明等。

最重要的是：

将照明系统控制纳入BA系统，不仅可以按照需求直接启停照明回路，节省能源，而且可以直接监测故障的发生，将事故的风险降低到最低点，及时地排除故障测系统事故消除在萌芽状态。

；还可以大大地节约人力资源，提高工作的效率。

监测内容

照明回路的手/自动状态、运行状态和故障状态。

控制内容

根据照度传感器反馈，控制公共照明和室外照明

根据工作时间表进行生产区域内照明回路的开关控制或操作员开关控制。

控制功能

监测照明回路的手/自动状态、运行状态和故障状态。

对生产车间内照明可以设置定时启停，并可以分区控制。

对于公共区域照明、室外景观照明可以通过DDC接受照度传感器反馈信号，

运行时间的累计：

开关运行状态符合要求，开始累计照明时间，每满1小时将自动记录累加的时间自动显示在照明回路的动态画面上。

趋势记录：

是指在选定的时间间隔内获取并存储测量值，以备随后处理和显示的过程。

因此开关的各动态运行参数、能量管理参数及能耗均可自动记录、储存、列表，并定时打印，以便管理人员的查询、管理和分析。

6.6空调处理器系统

对于洁净厂房而言，空调系统是监控的重点。

一方面空调系统能耗约占整座建筑能耗的40%~50%，在设计时往往考虑较多因素是的系统设备的选型偏大，正常运行参数仅仅是设计参数的40%~60%，所以建筑节能首先从空调系统着手，提高能源的利用率。

洁净车间空调系统不是单为提高环境的舒适度，更重要的是任何温度和湿度的偏差都可能对生产中的产品质量造成影响。

我们知道温度和湿度是相互作用的，对任何一方的调整都会造成另一方的变化，如果参数设定不好，会造成空调系统频繁调整，造成能源浪费。

因此如何保持平衡稳定状态，以此达到节能的目的是至关重要的。

洁净厂房工艺空调控制的特点

最显著的特点就是目标参数控制精度高，一般温度T±1℃，有时高达±0.5℃，湿度HR±5%，室内正压P±2Pa；为保证达到此要求除选择高精度的传感器外和发明阀门执行机构外、，还应严格保证系统冷，热煤的温度恒定。

机组功率大，换气次数多，系统惯性相对较小；这就要求系统各个控制回路的PID参数动态响应特性特别好。

为防止传感器输出信号及各控制信号的衰减，各传感器和执行器到DDC间的线长必须严格控制，所以一般实行就地控制，系统规模都不大，控制点相对比较集中。

由于实行就地控制，所有控制线路都在机组附近，机房内的大电流动力电缆将对系统将产生很大干扰，所以系统所有线缆必须带屏蔽并严格接地，并将系统接地引到计算机专用接地端。

系统单供UPS电源，以保证系统工作的连续性，维护系统的稳定。

监测内容

▪高、中、低过滤网阻塞报警；

▪风机的手/自动状态、运行状态和故障状态；

▪对空调机组，监测回风温度、回风湿度；

▪对新风机组，监测送风温度；

▪空调机组盘管防冻报警保护；

▪风机累计运行时间，定时发出检修提示信号。

监控内容

6.6.1.1控制内容

▪定时控制，按预先编排的时间程序控制机组启停；

▪空调机组、新风机组,冷/热水阀调节控制；

▪空调机新风量调节控制；

▪风机盘管开关控制；

▪空调机组启停控制；

▪空调机组湿度控制

6.6.1.2测量报警内容

▪过滤网堵塞报警

▪盘管防冻报警

▪送风温度

▪送风湿度

▪回风温度

▪回风湿度

▪空调机组手/自动状态

▪空调机组运行状态

▪空调机组故障状态报警

▪设备运行时间累计

控制功能

6.6.1.3温湿度控制

通过对空调系统温适度的控制，使得空调车间的温度为190.5,相对湿度为855%。

夏季首先将室外空气降温去湿至露点温度再送入空气处理机；冬季将则先将室外空气加热，再经蒸汽加湿后送入空气处理机中。

在空气处理机中新风与回风充分混合，经过表冷段降温或加热器加热温湿度设定值后送入室内。

6.6.1.4室内压力控制

洁净室必须维持一定的正压。

不同等级的洁净室以及洁净区与非洁净区之间的静压差，应不小于4.9Pa，洁净区与室外的静压差，应不小于9.8Pa。

洁净室维持不同的正压值所需的正压风量，宜按下式计算：

Q＝q1·Σ（q·L）     （4.2.2）

     式中 Q––维持洁净室正压值所需的正压风量（米3/时）；

     a––根据围扩结构气密性确定的安全系数，可取1.1～1.2；

      q––当洁净室为某一正压值时，其围护结构单位长度缝隙的渗漏风量（米3/时·米）；

      L––围扩结构的缝隙长度（米）。

6.6.1.5空气处理器的变速控制（如需要）

VAV变风量系统是提高空调系统能源利用率的最常用手段，变风量系统常用于非洁净区域。

变频空调系统通常有定静压和变静压两种，国内以定静压系统为多。

送风总管上的静压信号与系统的设定静压值比较作为DDC控制器的输入值通过PID参数控制变频器的输出频率来调节风机转速，保持送风总管的静压恒定。

如果送风总管静压测量值低于设定值，说明系统需求大于实际风量，DDC控制器增加输出信号，提高风机转速，从而增加风量以满足实际需求。

当测量值高于设定值时，控制系统运作与上述相反。

定静压控制相对于变静压控制要简单，调试简便。

但是，总风管静压测量点的选定是关键，即要选择风系统中具有代表位置作为控制系统的静压测量点。

6.6.1.6定风量控制

洁净车间往往采用定风量系统，因为洁净车间内需要保持一定的正压，防止周围的灰尘进入洁净区。

当时内压力低于设定值时，空调系统自动增加送风量（风压），维持洁净区正压值。

定风量系统的送风温度调节依据是回风温度或室内温度（当采用无回风系统时），送风温度不变，即不随负荷的变化而变化。

因此定风量系统的能耗往往较大，这是生产工艺所决定的。

要想减少能源的浪费，应该正确的确定