楼宇用电智能测控系统.docx

1、楼宇用电智能测控系统楼宇用电智能测控系统摘要测控系统主要由传感器、测量控制电路（简称测控电路）和执行机构三部分组成。在测控系统中电路是最灵活的部分，它具有便于放大、便于转换、便于传输、便于适应各种使用要求的特点。测控系统乃至整个机器和生成系统的性能在很大程度上取决于测控电路。测控电路主要包括信号放大电路、信号调制解调电路、信号分离电路、信号运算电路、信号转换电路、信号细分与辨向电路、电量测量电路、连续信号控制电路、逻辑与数字控制电路等。实际上，测控电路是模拟电子技术和数字电子技术的进一步延伸与扩展，主要讨论一些典型常见的电路。因此学好模电和数电是基础，其中运算放大器是测控电路的一个核心部件。关

2、键词：自动化控制系统；电气自动化；楼宇自动化；智能建筑；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

3、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 51250m 2， 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， 49 层为办公及会议， 1020 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

4、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 19、 层、 层和地下 1 层。 15 16 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

5、，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 920 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 28 22 DPU 及若干模块和前端设备。 中 MBC 和模块分别用于冷站和变电

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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。

13、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

14、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 23min，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

15、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

16、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