楼宇自动化实验报告.docx
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楼宇自动化实验报告
楼宇自动化实验报告
实验一中央空调系统结构及设备工作原理的了解和掌握
一、实验目的
1．了解中央空调系统结构。
2．掌握中央空调系统工作原理。
3．掌握中央空调系统手动制冷。
4．掌握中央空调系统手动制热。
二、实验设备
1．PC机一台；
2．THPBAS-1型实验装置一套；
3．实验导线一套
三、实验原理
中央空调系统由中空气处理部分、冷却水系统、冷冻水系统、模拟房间、模拟锅炉、冷却塔及S7200控制器组成，其结构如下图所示。
图3-1-1中央空调系统图
1）控制柜 2）冷却塔3）模拟风管4）加水箱5）模拟锅炉
6）新风口 7）轴流风机8）电加热器 9）表冷器 10）过滤器
11）冷却水泵、冷凝水泵各2只12）压缩机 13）冷凝器、蒸发器各1只
14）换热水泵15）模拟房间
1．中央空调系统的新风系统工作原理
该系统将室外的新鲜空气吸引进入风柜，并经过过滤降温除湿后由风道送入每个房间；这时的新风不能满足室内的热湿负荷，仅能满足室内所需的新风量，随着室内风机盘管处理室内空气热湿负荷的同时，多余出来的空气通过回风机按阀门的开启比例一部分排出室外，一部分返回到进风口处以便再次循环利用。
2．中央空调系统的有风系统工作原理
该系统利用室外主机集中产生冷/热量，将从室内引回的回风（或回风和新风的混风）进行冷却/加热处理后，再送入室内消除其空调冷/热负荷。
3．中央空调系统的水系统工作原理
冷/热水机组的输送介质通常为水或乙二醇溶液。
该系统通过室外主机产生出空调冷/热水，由管路系统输送至室内的各末端装置，在末端装置处，冷/热水与室内空气进行热量交换，产生冷/热风，从而消除房间空调负荷。
它是一种集中产生冷/热量，但分散处理各房间负荷的空调系统形式。
四、实验内容步骤及数据
1．制冷控制
1.1检查设备，确保水泵、风机、电加热器、表面式冷却器、压缩机、风机盘管及自控系统等性能良好；各管路系统连接处的紧固、严密程度，无有松动、泄漏现象；航空电缆连接正确。
1.2将面板上的“控制方式”开关置于“停止”状态；并将电源控制开关置于关的位置；用PC/PPI通讯线连接电脑与PLC主机。
并将分水器和集水器之间最里面两个手动阀打开，次里面的两个手动阀关闭。
1.3接通电源，将电源总开关和漏电保护器闭合，观察电网电压指示的电压值，其正常电压值为380V±50V（由电网电压决定）。
若电压不正常，则断电检查。
1.4将PLC主控单元“电源开关”置于开的位置，船形开关指示灯亮，PLC主控单元电源灯亮，并将“控制方式”开关置于“手动”状态。
1.5将中央空调控制程序使用“STEP7-MicroWIN”下载到PLC，并使PLC处于运行状态。
备注：
一般情况下，此步可以取消，只有在PLC控制程序不正确的情况下，才进行重新下载程序。
1.6打开上位机组态软件，并进入运行环境；选择“中央空调系统”，进入“系统手动控制与监视”，并点击“进入实验界面”，进入手动控制与监测界面。
1.7将“冷却水泵”开关置于泵1的位置，“冷却塔风扇”开关置于开的位置，冷却水泵1和冷却塔风扇工作，上位机软件有相应指示。
1.8选择1.8.1、1.8.2或1.8.3的其中一种制冷工况进行操作。
1.8.1制冷工况下全空气处理系统：
在冷却水系统正常工作后，将“电动阀1”开关置于关的位置，“电动阀2”开关置于开的位置，将“冷冻水泵”开关置于泵1的位置，“风管风机”开关置于开的位置，上位机软件会有相应指示，此时冷冻水通过表冷器对被空调空间的空气进行处理。
1.8.2制冷工况下全水处理系统：
将“电动阀1”开关置于开的位置，“电动阀2”开关置于关的位置，将“冷冻水泵”开关置于泵1的位置，上位机软件有相应指示，此时冷冻水通过风机盘管对被空调空间的空气进行制冷处理。
1.8.3制冷工况下空气水处理系统：
将“电动阀1”开关置于开的位置，“电动阀2”开关置于开的位置，分别将“冷冻水泵”开关置于泵1的位置，“风管风机”开关置于开的位置，上位机软件有相应指示，冷冻水经表冷器和风机盘管后，对被空调房间空的气进行制冷处理。
1.9约3~5分钟后将“压缩机启动”开关置于启动的位置，压缩机启动灯亮，电动阀3-1工作。
1.10在全空气与空气水系统下，旋动“风量大小”开关，将新风调节阀调至20%的开度，观察模拟房间的温度。
（由于时间问题，在本实验进行中，我们只进行了制冷工况下空气水处理系统这一步，但这一步由于综合了空气和水处理系统，通过这一步，我们对上面两步的原理我们也会了解，制热过程。
）
1.11按照上述步骤设置好中央空调的各个部位参数与状态后，在模拟房间的控制板上，将目标温度调至室温一下，比如在此实验汇总，我们将目标温度调至10摄氏度，目标温度设置完成后，等待十分钟以上，观察控制板上温度显示器，温度明显下降。
演示完成。
注意：
1．演示时间大于10分钟。
2．做制冷实验时，必须将分水器和集水器之间最里面两个手动阀打开，次里面的两个手动阀关闭。
3．压缩机不允许频繁启动停止，每次停止后再次启动的间隔时间最好大于1个小时，否则会造成压缩机损坏。
1.12将“压缩机启动”开关置于停止的位置，压缩机停止工作。
1.1310分钟后，将“冷冻水泵”开关、“冷却水泵”开关置于中位；将“冷却塔风扇”开关、“电动阀1”开关、“电动阀2”开关置于关的位置。
五、实验结果讨论
实验注意事项：
1.制冷运行过程中，要观察冷却塔水槽及加水箱水位，保证水泵不空转。
2．制热运行过程中，冷却水泵工作时，加水箱的进水口要有水源流出，否则说明模拟锅炉中的水量不足，可将冷冻水泵电源打开，将冷冻水箱中的水打到加水箱中，水足量后，关闭冷冻水泵电源。
3．运行过程中，要观察冷却塔水槽及加水箱水位，保证水泵不空转。
4．在准备做制热实验时，先将“控制方式”开关置于“手动”位置，然后将“模拟锅炉”开关置于“开”的位置，并将模拟锅炉上的电源开关置于“开”的位置，调节模拟锅炉设定温度到45度左右，待模拟锅炉温度达到后，再进行制热实验。
5．制冷和制热相互切换，停机时间必须大于8个小时。
6．温度传感器和测量点对应关系表：
序号
温度传感器
测量点
1
TT0
模拟锅炉出水口温度
2
TT1
风管温度
3
TT2
压缩机吸气温度
4
TT3
冷凝器进口温度
5
TT4
冷凝器出水口温度
6
TT5
蒸发器出水口温度
7
TT6
压缩机排气温度
8
TT7
蒸发器进口温度
思考题：
1．中央空调系统主要由哪些设备组成；
答：
中央空调系统由中空气处理部分、冷却水系统、冷冻水系统、模拟房间、模拟锅炉、冷却塔及S7200控制器组成。
就空调的具体设备，包含：
1）控制柜2）冷却塔3）模拟风管4）加水箱5）模拟锅炉6）新风口 7）轴流风机8）电加热器 9）表冷器 10）过滤器11）冷却水泵、冷凝水泵各2只12）压缩机 13）冷凝器、蒸发器各1只14）换热水泵15）模拟房间
2．中央空调系统的分类与特点。
答:
空调根据不同的分类标准,可以分为如下几类:
1.按输送工作介质分类
1.1全空气式空调系统
空调房间内的热湿负荷全部由经过处理的空气负担的空调系统，称为全空气空调系统，又叫做风管式空调系统。
全空气空调系统以空气为输送介质，它利用室外主机集中产生冷／热量，将从室内引回的回风（或回风和新风的混风）进行冷却/热处理后，再送人室内消除其空调冷／热负荷。
全空气式中央空调系统
全空气空调系统的优点是配置简单，初始投资较小，可以引入新风，能够提高空气质量和人体舒适度。
但它的缺点也比较明显：
安装难度大，空气输配系统所占用的建筑物空间较大，一般要求住宅要有较大的层高，还应考虑风管穿越墙体问题。
而且它采用统一送风的方式，在没有变风量末端的情况下，难以满足不同房间不同的空调负荷要求。
1.2.冷/热水机组空调系统
空调房间内的热（冷）湿负荷全部由水负担的空调系统，称为冷/热水式空调系统。
冷/热水式空调系统的输送介质通常为水或乙二醇溶液。
它通过室外主机产生出空调冷/热水，由管路系统输送至室内的各末端装置，在末端装置处冷/热水与室内空气进行热量交换，产生出冷/热风，从而消除房间空调冷/热负荷。
冷/热水机组中央空调系统
该系统的室内末端装置通常为风机盘管。
目前风机盘管一般均可以调节其风机转速（或通过旁通阀调节经过盘管的水量），从而调节送人室内的冷／热量，因此可以满足各个房间不同需求，其节能性也较好。
此外，它的输配系统所占空间很小，因此一般不受住宅层高的限制。
但此种系统一般难以引进新风，因此对于通常密闭的空调房间而言，其舒适性较差。
1.3空气—水式空调系统
空调房间内的热湿负荷由水和空气共同负担的空调系统，称为空气—水式空调系统。
其典型的装置是风机盘管加新风系统。
空气—水式空调系统是由风机盘管或诱导器对空调房间内的空气进行热湿处理，而空调房间所需要的空气由集中式空调系统处理后，再由送风管送入各空调房间内。
空气—水式空调系统解决了冷/热水式空调系统无法通风换气的困难，又克服了全空气系统要求风道面积比较大、占用建筑空间多的缺点。
1.4制冷剂式空调系统
制冷剂式中央空调系统，简称VRV（VariedRefrigerantVolume）系统，它以制冷剂为输送介质，室外主机由室外侧换热器、压缩机和其他附件组成，末端装置是由直接蒸发式换热器和风机组成的室内机，冷媒直接在风机盘管蒸发吸热进行制冷。
一台室外机通过管路能够向若干个室内机输送制冷剂液体。
通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内各换热器的制冷剂流量，可以适时地满足室内冷/热负荷要求。
制冷剂式中央空调系统
制冷剂式空调系统具有节能、舒适、运转平稳等诸多优点，而且各房间可独立调节，能满足不同房间不同空调负荷的需求。
但该系统控制复杂，对管道材质、制造工艺、现场焊接等方面要求非常高，且其初投资比较高。
2.根据主机
根据主机类型可以将空调分为压缩式和吸收式两大类。
2.1压缩式
包括活塞式、螺杆式（分单螺杆和双螺杆两种）、离心式和涡旋式。
2.2吸收式
⑴按用途分类
①冷水机组，供应空调用冷水或工艺用冷水。
冷水出口温度分为7℃、10℃、13℃、15℃四种。
②冷热水机组，供应空调和生活用冷热水。
冷水进、出口温度为12℃／7℃；用于采暖的热水进出口温度为55℃/60℃。
③热泵机组，依靠驱动热源的能量，将低势位热量提高到高势位，供采暖或工艺过程使用。
输出热的温度低于驱动热源温度，以供热为目的的热泵机组称为第一类吸收式热泵；输出热的温度高于驱动热源温度，以升温为目的的热泵机组称为第二类吸收式热泵。
⑵按驱动热源分类
①蒸汽型，以蒸汽为驱动热源。
单效机组工作蒸汽压力一般为0.1MPa（表）；双效机组工作蒸汽压力为0.25～0.8MPa（表）
②直燃型，以燃料的燃烧热为驱动热源。
根据所用燃料种类，又分为燃油型（轻油或重油）和燃气型（液化气、天然气、城市煤气）两大类。
③热水型，以热水的显热为驱动热源。
单效机组热水温度范围为85～150℃；双效机组热水温度＞150℃。
⑶按驱动热源的利用方式分类
①单效，驱动热源在机组内被直接利用一次。
②双效，驱动热源在机组的高压发生器内被直接利用，产生的高温冷剂水蒸气在低压发生器内被二次间接利用。
③多效，驱动热源在机组内被直接和间接地多次利用。
3.按使用要求
一般把用于生产或科学试验过程中的空调称为“工艺性空调”，而把用于保证人体舒适度的空调称为“舒适性空调”。
工艺性空调在满足特殊工艺过程特殊要求的同时，往往还要满足工作人员的舒适性要求。
因此二者是密切相关的。
3.1舒适性空调
舒适性空调的任务在于创造舒适的工作环境，保证人的健康，提高工作效率，广泛应用于办公楼、会议室、展览馆、影剧院、图书馆、体育场、商场、旅馆、餐厅等。
3.2工艺性空调
工艺性空调主要取决于工艺要求，不同部门区别很大，总的来说主要分为降温性空调和恒温（恒湿）空调两类。
⑴纺织工业、印刷工业、钟表工业、胶片工业、食品工业、卷烟工业、粮食仓库等都不可缺少空调系统。
其中某些降温性质的空调的任务是使操作工人手不出汗，不影响生产工艺、产品质量，防止产品受潮。
⑵电子工业、仪表工业、合成纤维工业及科研机构的控制室、计量室、检验室、计算机房等要求恒温恒湿的室内环境。
⑶与现代工业和尖端技术密切相关联的某些工艺过程，不仅要求一定的温湿度，而且还对空气的含尘量、颗粒大小有严格要求，如精密机械工业、半导体工业的“工业洁净室”；制药车间、无菌试验室、烧伤病房、手术室等“生物洁净室”还对单位体积空气的含菌数量做了规定。
4.0按空气处理设备的情况分类
4.1集中式空调系统
集中式空调系统是指在同一建筑内对空气进行净化、冷却（或加热）、加湿（或除湿）等处理，然后进行输送和分配的空调系统。
集中式空调系统的特点是空气处理设备和送、回风机等集中在空调机房内，通过送回风管道与被调节空气场所相连，对空气进行集中处理和分配；集中式中央空调系统有集中的冷源和热源，称为冷冻站和热交换站；其处理空气量大，运行安全可靠，便于维修和管理，但机房占地面积较大。
4.2半集中式空调系统
半集中式空调系统又称为混合式空调系统，它是建立在集中式空调系统的基础上，除有集中空调系统的空气处理设备处理部分空气外，还有分散在被调节房间的空气处理设备，对其室内空气进行就地处理，或对来自集中处理设备的空气再进行补充处理，如诱导器系统、风机盘管系统等。
这种空调适用于空气调节房间较多，而且个房间空气参数要求单独调节的建筑物中。
集中式空调系统和半集中式空调系统通常可以称为中央空调系统。
4.3分散式系统
分散式系统又称为局部式或独立式空调系统。
它的特点是将空气处理设备分散放置在各个房间内。
人们常见的窗式空调器、分体式空调器等都属于此类。
5.0根据冷凝器冷凝方式
根据冷凝器的冷却方式可以将主机分为风冷式和水冷式，主要区别在于水冷式的有冷却循环系统，存在冷却泵和冷却塔风机。
5.1水冷式制冷原理图
普通型水冷式冷水机组在结构上的主要特点是冷凝器和蒸发器均为壳管换热器，它有冷却水系统的设备（冷却水泵、冷却塔、水处理装置、水过滤器和冷却水系统管路等），冷却效果比较好。
5.2风冷式制冷原理图
风冷式的冷水机组，是以冷凝器的冷却风机取代水冷式冷水机组中的冷却水系统的设备（冷却水泵、冷却塔、水处理装置、水过滤器和冷却水系统管路等），使庞大的冷水机组变得简单且紧凑。
风冷机组可以安装于室外空地，也可安装在屋顶，无需建造机房。
实验二工作用电运行实验
一、实验目的
认识楼宇供配电网络结构。
二、实验设备
1．PC机一台；
2．THPBAS-1型实验装置一套；
三、实验原理
根据智能建筑的特点，为了保障大楼和设备的安全，应根据建筑物内用电负荷的性质和大小，外部电源情况，确定电源的回路数，保证供电可靠。
除了具有外部电网的可靠电源外，还应有备用的柴油发电机组，作为应急电源，备用发电机组的容量要保证全部一级负荷和部分二级负荷供电（主要保证消防设备和事故照明装置供电）。
本实验装置采用单回路电源供电，设有自备电源（均由市电模拟），采用单母线运行方式。
四、实验内容及步骤
1．打开总电源和控制电源
实验柜左侧“总电源和控制电源”空气开关向上扳至“ON”。
2．打开总进线电源
实验柜左侧“主电源”空气开关向上扳至“ON”，观察主电源指示灯变化情况。
3．供电运行
将空气开关QF1向上扳至“ON”，观察母线电压指示，旋转切换开关，观察电压变化。
4．配电运行
将空气开关QFL1、QFL2和QFL3向上扳至“ON”，接通各负荷线路，观察光字牌指示变化。
此时楼宇中的负荷可正常工作用电。
5．断电操作
依次分闸空气开关：
QFL1、QFL2、QFL3、QF1、“主电源”、“控制电源”空气开关，实验柜失电。
五、实验结果及讨论：
根据实验步骤分析正常工作用电线路的结构，
总电源
空气开关
空气开关
空气开关
主电源
控制电源
指示灯
QF1
QFL1
QFL2
QFL3
负载1
负载2
负载3
实验三（续实验二）应急照明控制运行实验
一、实验目的
1．了解应急照明的种类。
2．熟悉应急照明的配电方式。
二、原理说明
应急照明包括疏散照明、备用照明、安全照明和事故照明。
1．疏散照明是为了使人员在紧急情况下能安全地从室内撤离至室外或某安全地区而设置的照明及疏散指示标志
2．备用照明是在正常照明失效时，为继续工作或暂时继续工作而设置的照明；
3．安全照明则是在正常照明突然中断，为确保人员安全而设置的照明；
4．事故照明为在正常照明因故障熄灭后，在事故情况下继续工作或安全通行的照明。
本装置照明演示柜上设置了疏散照明和事故照明。
应急照明的供电应按其负荷等级要求来确定。
应急照明在智能建筑中为一级负荷，因此应急照明应由专用的双电源回路供电，实现双电源自动切换。
应急照明系统在火灾发生后应立即投入运行工作，确保其功能的实现。
联动控制方式有两种：
（1）传统的联动控制方式。
应急照明配电箱受消防联动系统的直接控制，即采用联动控制模块单元的触点去控制配电箱供电回路的闭合。
（2）应急照明由计算机控制模块（或控制单元）监控与管理，并通过网络获得信息而启动。
在这种控制方式下，微机控制模块（或单元）的通信接口挂接在大楼内综合布线系统的通信网路上，应急照明系统的工作，由控制模块（或单元）通过通信网路接受火灾消防报警系统或其它防灾害报警系统的紧急信息而控制启动。
同时控制模块或单元将应急照明系统的工作状态信息传送到大楼控制中心，并接受大楼控制中心的指令信息。
本实验装置中，应急照明采用两路电源供电（取自总电源）。
应急照明平时作为普通照明用，当电源都失电时，由备用电池供电，作为应急照明。
控制原理见图4-4-1。
本装置内设置的电池充电条件：
当1#出线或2#出线任一条运行时，开始充电；都断开时，开始放电，应急灯由电池供电。
最大放电时间为0.5小时。
图4-4-1应急照明控制原理图
三、实验内容与步骤
应急照明控制各按钮和指示灯以及工作原理如下：
控制原理如图4-4-2
1）1#出线投入/预备按钮：
Ⅰ投入：
1#电源有电后，按下此按钮，灯亮，表示1#出线处于投入状态，KM1合闸。
Ⅱ预备：
当2#出线处于投入状态后，按下此按钮，1#出线处于预备状态。
2）1#出线运行指示灯：
负荷从1#出线取电时，该指示灯亮。
3）2#出线预备/投入按钮：
Ⅰ投入：
2#电源有电后，按下此按钮，灯亮，表示2#出线处于投入状态，KM2合闸。
Ⅱ预备：
当1#出线处于投入状态后，按下此按钮，2#出线处于预备状态。
4）2#出线运行指示灯：
负荷从2#出线取电时，该指示灯亮。
图4-4-2双电源自动切换控制原理图
实验操作如下：
1．打开总电源和控制电源
实验柜左侧“总电源”和“控制电源”空气开关向上扳至“ON”。
2．打开应急照明进线电源
在“进线控制”区将1#电源空气开关向上扳至“ON”，观察电源指示灯变化。
在“进线控制”区将2#电源空气开关向上扳至“ON”，观察电源指示灯变化。
3．双电源切换选择控制
在“出线控制”区，操作如下：
1）按下1#出线投入/预备按钮，按钮灯亮，运行灯亮，1#出线处于投入运行状态。
3）按下2#出线预备/投入按钮，按钮灯亮，运行灯不亮，2#出线处于预备状态。
4）断开进线1#电源，观察1#出线、2#出线运行指示灯及房间应急灯的变化。
5）再次合闸1#电源空开，观察1#出线投入/预备按钮灯变化。
6）断开2#电源空开，观察1#出线、2#出线运行指示灯及房间应急灯的变化。
4．电池供电运行
按起1#、2#出线投入/预备按钮，再断开1#和2#电源。
观察运行指示灯及房间应急灯的变化。
四、实验结果讨论
思考题：
1．根据实验内容，说明应急照明的配电形式。
答：
应急照明的配电形式是采用蓄电池做电源，通过相关部件和照明系统相连接，在正常用电情况下，正常照明系统起作用，并且电网中交流电通过整流滤波等措施让蓄电池充电；当发生紧急情况时，电网断电，紧急电源蓄电池直流电通过逆变器变成工频交流电供各照明负载使用。
紧急照明的配电采用双重保险，1#紧急备用电源和2#紧急备用电源，当紧急情况下1#电源发生故障，2#电源可以相同原理启用供应紧急电流。
2．根据实验现象，分析应急照明及正常照明配电方式的区别及各自的特点。
答：
正常照明和应急照明的区别在于电源的不同，正常照明用的是电网中工频电，无需整流逆变等措施；紧急照明电源是蓄电池，充电和放电许经过整流和逆变。
正常照明时间不间断，可永久使用，但在电网断电状况下，不能使用；紧急照明系统使用时间短，只能在危急情况下供应急使用，不能长久使用。
实验四电梯监控实验
一、实验目的
通过完成电梯监控实验，掌握电梯系统的上位机监控界面的主要功能。
二、实验设备
1．PC机一台；
2．THPBAS-1型实验装置一套；
3．实验导线一套。
三、实验原理
由于电梯群控系统控制目标的多样性，同时也由于电梯系统本身所固有的随机性和非线性，仅仅通过传统的控制方法很难提高控制系统的性能。
近年来智能控制得到迅速发展，其方法在解决具有此类特点的系统上有独到之处。
电梯群控系统主要考虑的三个主要指标是：
乘客的平均等候时间（AWT）、长时等待率（LWP）、能源消耗（RNC）；并根据实际要求给予不同的权重，以此来合理分配电梯。
权重是一个相对的概念，是针对某一指标而言。
某一指标的权重是指该指标在整体评价中的相对重要程度。
四、实验内容及步骤
1．联接好THPBAS-1型智能楼宇机电设备系统的电源线及通讯线，并依次给系统供电。
2．打开计算机，并运行THPBAS-1型的上位机监控软件。
3．在THPBAS-1型上位机监控系统的主菜单界面，等待约2~5分钟后，点击电梯控制系统，进入电梯控制系统的菜单。
注意：
这里等待约2~5分钟的目的是等待系统完成通讯。
4．在电梯控制系统的菜单中，点击电梯运行状态监视，进入电梯的监视界面。
5．在群控电梯系统上，模拟用户使用电梯的状态按电梯呼叫按钮，同时观察上位机监视界面的状态。
五、实验结果讨论：
1．电梯的上位机监视系统主要有哪些功能：
上行，下行，楼层，
2．电梯群控系统是如何处理外部、内部呼叫：
如果检测到时内部呼叫，即如果电梯内是某人按了要去的楼的层数，检测到信号的该电梯的控制器直接控制该电梯运行至指定楼层。
若是外部信号，则首先判断哪一个电梯离呼叫处楼层较少，则完成指令后，这个电梯运行至呼叫楼层。
若楼层数一样，则主机电梯运行至该楼层。
群控系统采用的是主-从机的控制策略。
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