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1、智能建筑中的樓宇設備監控系統設計案例何志議1 ,2 曹素璋1(11 貴州大學MBA04155000121 貴州振華房地產開發有限公司 550001) 摘 要 通過案例,詳細闡述了Excel5000樓宇控產品在某大廈宇設備監控系統各子系統中的具體應用,為相關專業設計人員的此類方案設計提供了參考依據。 關鍵詞 Excel5000TCP/ IP 分布控制1 引言現代化的商務大廈是以高度的智能化為其主要功能目標的,而樓宇自動化系統是現代樓宇智能化的體現。樓宇設備監控系統是基于現代控制理論中的分布控制理論而設計的一個集散型控制系統,它通過中央計算機將分布在各監控現場的智能單元連接在一起,構成一個先進而完2、善的綜合監控系統,對整個大廈的機電設備實現集中監測與控制,保證設備在最佳狀態下運行,為大廈提供一個舒適、高效、安全、節能的環境。2 設計依據和標準(1)GB/ T503142000智能建筑設計標準(2) J G J/ T1692民用建筑電氣設計規范(3)GBJ4281工業企業通信設計規范(4)GBJ23292電氣裝置安裝工程施工及驗收規范(5) G B5004595高層民用建筑設計防火規范(6)EBI企業網 Excel5000設計手冊3 設計原則樓宇設備監控系統擔負著對整個大廈機電設備的集中監測與控制,保證設備的正常運行,并達到最佳狀態。因此,不僅要求樓宇自動化控制系統具有可靠性,同時還具有開3、放性,靈活性,經濟性。在整個設計中,對所控制的點、設備進行分區、分塊、根據各部分的功能特點,選用相宜的DDC控制器,整個系統充分體現了分散控制集中管理的特性。4 設計選型某大廈建筑面積30000m2地面32層,地下1層,地上第6層為設備層,地下1地上5層為商場,地上731層為辦公區域,大樓控制中心位于18層,大廈樓宇設備子系統如圖1所示。圖1 樓宇設備控制系統示意根據此大廈的建筑特點和應用功能,選用了美國Honeywell公司最新推出的Excel5000系統與EBI系統相結合的方式。該系統根據需要可將大廈的樓宇控制系統,消防報警系統及保安自動化系統集成在EBI平臺上,包括選用最先進的Lonwo4、rks技術的數字控制器,以及與其他供應商系統及OA系統的開放性接口。411 硬件部分Excel5000系統包括三個部分:機電設備控制系統、火災報警消防控制系統、保安系統。它是一個集成系統,在管理信息域,可與辦公自動化系統相聯;在實時控制領域,三種控制系統聯接為一個整體,完成數據交換,可實現動作連鎖控制。Excel5000也是一個開放系統,其第二級(單元)控制器,采用了行業規范LonMark。數據網絡通信協議采用工業標準。TCP/ IP網絡結構采用以太網,使網絡的聯接簡便易行,同時,采用Internet04電工技術雜志2004年第11期建筑電氣 1995-2006 Tsinghua Tongfa5、ng Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.圖2 分布式系統結構的網絡解析技術,使建筑物自動化系統可與企業網互聯。Excel5000系統是以現場總線技術為基礎的集散型控制系統,主控制器I/ O采用LON總線,部件采用先進的電子技術,使控制器的可靠性達到平均無故障時間MTBF小于12萬h ,具有工業過程控制水平。由于火災報警消防控制系統、保安系統在本大廈中是各自獨立的系統,所以在此只介紹機電設備控制系統。412 軟件部分Excel5000系統所采用的控制原理是建筑自動化中的分布式控制系統。網絡結構網如圖2所示。5 各子系統的具體設計511 新風空調6、系統的監控(1)監控對象 設置121個點實現對14臺BFPX系列變風量空調機組遠程起停控制、節能控制、實時監視和故障診斷;對2臺39G2330型組合式空調進行遠程起停控制。(2)遠程起停控制 當風機控制箱控制按鈕處于自動位置時,在樓控工作站上可遠程起動或停止風機,當控制按鈕處于手動位置時,可本地起停新風機組/空調機組。(3)節能控制 以新風入口溫度、新風出口溫度、所處季節等為參量,利用軟件編制相應新風機節能管理控制程序,對新風機/空調機進行控制,對水閥的開度進行PID調節;根據各新風機/空調機控制區域作息時間,制定相應的時間表,定時自動控制新風機/空調機的起停,樓控中心可對新風機/空調機和水閥7、進行軟手動控制。(4)實時監視 實時監視各新風機/空調機運行狀態及新風機/空調機有無故障報警。(5)故障診斷 當檢測到新風機/空調機出現故障時,樓控工作站立即發生故障報警,提醒操作員通知相關人員維修設備。(6)過濾器阻塞報警 空氣過濾器兩端壓差過大時報警,提示清掃。(7)在商場內設置空氣質量監測點,根據二氧化碳濃度直接調節變風量空調機,從而調節新風回風,確保商場的新風流量滿足空調新風舒適感的要求。監控點分布如圖3、表1所示。512 直燃機組的監控2(1)監控對象 設置85個點對2臺BZ102( K) B型直燃機組、2臺BZ85K) C2H2型直燃機組及冷溫、冷卻泵、冷卻塔風機進行狀態及故障監控8、。(2)遠程自動控制 在樓控工作站上可以實現直燃機組遠程控制。(3)故障及工況監測 對直燃機組、空調水泵、冷卻塔風機進行狀態檢測及故障報警。一旦檢測到故障,即發生報警提示維修人員對設備進行維修;直燃機組其他更詳細的參數的監測,通過集成平臺對直燃機組進行信息系統集成加以實現,這樣可節省業主投資,避免重復建設。表 1空調末端數量AIDIDO/ AO外界溫度送風溫度室內溫度二氧化碳濃度風機狀態風機故障變頻器狀態風壓報警空氣濾網報警手動/自動狀態水閥門調節新風閥調節回風閥控制風機控制變頻控制合計變風量空調機、新風機16 3 16616 16161632121小計16 3 16616 1616163219、2114智能建筑中的樓宇設備監控系統設計案例電工技術雜志2004年第11期 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.圖3 新風空調機監控原理 根據大樓的要求,累積每臺冷凍機組運行時間,自動切換到運行時間最短的機組,使每臺機組運行時間基本相等,目的是延長機組使用壽命。 根據冷源系統總負荷量(一次供回水溫差 總流量)進行冷水機組臺數控制。運行臺數需與負荷相匹配,實現機組最優起停時間控制,使設備交替運行,平均分配各設備運行時間。對各季節的優先使用設備進行指定,發生故障時自動切換,根據送水分水器溫度進10、行減少,回水集水器進行增加的冷源運行臺數補充控制。負荷計算:Q= KM(T1T2)式中 Q 負荷K 常數M 流量T1 回水總管溫度T2 供水總管溫度 冷凍水系統控制方案 所有冷凍機組的起停與相關的負荷控制連鎖,用戶可以根據現場的具體情況和用戶的要求對這些程式中的參數及連鎖點自行修改和設定。BAS系統通過安裝在冷凍機房內的Exce15000系列直接數字控制器來完成對冷凍機組的控制要求:冷凍機臺數控制、運行順序的轉換控制根據水系統的供回水溫差和流量計算空調系統的冷(或熱)負荷,以此來對冷水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機、冷卻塔進水閥及相關的水閥實現聯動控制,同時監視其運行狀態及故障狀態。冷水11、機組開機臺數控制方案如表2所示。表 2負荷開機臺數0 負荷 50 %1臺50 % 負荷 100 %2臺 旁通調節閥控制 在系統出現低流量的情況時,通過軟件計算旁通閥開度,保證直燃機組的安全運行。 定時起停控制 可以根據用戶實際情況,制定相應時間表,定時控制直燃機組的起停。監控點分布如表3、圖4所示。513 送排風機系統的監控(1)監控對象 監控設備包括5臺強排煙風機(P1P5) , 4臺送風機(S1S4) ,具體型號為4臺468N08C離心風機, 2臺468N0613C離心風機及3臺SJ G415F斜流風機。共設置監控點18點。(2)具體監控內容 實時監視 對各風機24電工技術雜志2004年第12、11期智能建筑中的樓宇設備監控系統設計案例 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.運行狀態進行監視。 故障診斷 一旦檢測到送排風機出現故障,立即產生報警提示,提醒操作人員,通知檢修。監控點分布如表4所示。表 3受控設備控制點數量AIDIDO/ AO濕度供回水溫度壓差流量設備狀態設備故障樓宇/本機運轉/本機閥狀態閥故障稀釋中/結束啟停控制閥門開閥門關旁通閥控制合計直燃 機 組系統(套)3直燃機組464483 25冷凍水泵777721冷卻水泵999927冷卻塔風機444412小計6 20 20213、83 85表 4受控設備控制點數量DIDO/ AO風機狀態風機故障變頻器狀態風壓報警空氣濾網報警手動/自動狀態設備啟停控制水閥門調節新風閥調節回風閥調節風機調速變頻控制合計送排風系統送風機4448排煙風機55510小計9918 注:在送排風系統中,由消防系統聯動控制排煙風機及正壓送風機,樓控系統只進行狀態檢測而不進行控制。514 給排水系統的監控(1)監控對象 需監控的設備包括生活水泵、消防泵、噴淋泵、地下水池、頂層水箱水位。水泵及污水坑水位共設置監控點22點。圖4 直燃機組監控原理34智能建筑中的樓宇設備監控系統設計案例電工技術雜志2004年第11期 1995-2006 Tsinghua T14、ongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.圖6 生活排水系統監控原理圖5 生活給水系統監控原理(2)具體監控內容 實時監視 對地下水池和屋頂水箱的高低水位、生活水泵、消防水泵及污水泵運行狀態進行監控。 故障診斷 各生活水泵、消防水泵及污水泵一旦出現故障,或水池、水箱、集水坑水位出現超限報警,立即產生報告,提醒操作人員,通知檢修。監控點分布如圖5、圖6所示。515 供配電系統的監控(1)監控對象 需監控的設備包括1DP、2DP低壓進線柜; 4DP聯絡柜。共設置監控點21點。(2)具體監控內容 遠程控制 通過編制相應控制程序,實現市電雙回15、路供電電源母線開關的遠程監測。 實時監視 樓控中心可對空氣斷路器狀態、市電電壓電流進行實時監視。 故障診斷 當市電供電電源出現故障(如缺相、斷電等)時,作出相應保護,并立即產生報告,提醒操作人員,通知維護人員進行維修。監控點分布如表5、圖7所示。表 5受控設備控制點數量AIDIDO/ AO電壓電流功率因素設備狀態設備故障分閘開關合閘開關風閥調節風機調速設備開/關控制合計供配電系統母線開關3663321小計663321516 照明系統的監控(1)監控對象 設置58個點對各樓層總照明配電箱進行監控。(2)監控內容 遠程定時控制 根據各樓層辦公作息時間,制定相應控制時間表,編制相應軟件控制程序,定時16、開關控制29路照明控制箱的開關。狀態監視 樓控工作站可對各路照明配電狀態進行監視,一旦出現異常情況,立即產生報警,提醒操作人員,通知維護人員進行維修。監控點分布如表6、圖8所示。表 6受控設備控制點數量AIDIDO/ AO電壓電流功率因素設備狀態設備故障設備分開關設備合開關風閥調節風機調速設備開/關控制合計照明箱29292958小計292958517 電梯系統的監控(1)監控對象 設置20個點,對10臺電梯運行工況進行監控。(2)監控內容 可對電梯運行狀態進行實時監測,一旦出現異常,立即產生報警,提醒操作人員,通知維護人員進行維修。監控點分布如表7、圖9所示。表 7受控設備控制點數量AIDID17、O/ AO電壓電流功率因素設備狀態設備故障設備分開關設備合開關風閥調節風機調速設備開/關控制合計電梯照明箱1010 1020小計10 102044電工技術雜志2004年第11期智能建筑中的樓宇設備監控系統設計案例 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.圖7 低壓配電系統監控原理圖8 照明控制箱接線原理示意6 系統控制方案說明根據大樓的實際狀況,采用了6個控制器構成整個大樓樓控系統的控制網絡,分布在1層、4層、6層、18層。見圖10樓宇控制系統原理圖。611樓宇設備分布特點該大廈地下1層5層每18、層有兩臺變風量空調機組,根據機組在設置位置對稱的特點,將控制器分為兩大控制區域,最大限度地節約了工程材料,其中在1層設置兩臺DDC控制器1FXL8011和1FXL8012 ,實現對地下1層及1層變風量空調機組的檢測與控制, 4層設置兩臺XL100控制器,對室外溫度和3、4兩層右側區域變風量機組的檢測與控制,對25五層的用電、扶梯狀態和故障變風量空調機組的集中管理。6層為設備層,大樓重要機電設備均集中在此層,有4臺直燃機組,空調水系統、供配電系統、所需監控點較多,故在6層設置一臺6FXL500控制器,實現對6層的空調系統、供配電系統及地下1層地上13層樓層配電箱的狀態采集和遠程控制。54智能建筑19、中的樓宇設備監控系統設計案例電工技術雜志2004年第11期 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.圖9 電梯運行狀態監視原理圖10 樓宇控制系統原理圖 在大樓18層設置一臺XL500控制器對一臺組合式空調機組和地上1423層樓層配電箱的狀態采集和開關控制。在28層設置18FXL500的遠端I/O箱,實現地上24層至32層的樓層配電箱的狀態采集和開關控制,同時也對32層的一臺組合式空調的啟停進行控制。612 具體說明各信號點、被控點分別就近連接至控制器XL500/ XL100/ XL80DDC20、控制器上,所有DDC控制器之間通信線選用RVVP (20175) ,模擬信號線選用RVVP (2015) ,所有數字信號(DI、DO)控制通信線纜選用BV110 :因大樓六層機電設備眾多,控制線纜數量較多,因此在6層設置CT(10050)的水平橋架。同時,在弱電井732層設置一路PVC32的垂直線管,以便于樓層配電箱的狀態及控制線的走線敷設。7 結束語本文重點對智能建筑中樓宇監控系統中各子系統作了詳盡的描述。對其中各子系統中的關鍵技術性問題進行了重點剖析。在智能建筑中,由于樓宇控制系統本身已經具備了完善的自動監測、自動調節、自診斷、自動報警等功能,可以大大減少設備管理人員,降低運作成本,提高大廈的管理效率。參考文獻1 胡崇岳.智能建筑自動化技術.北京:機械工業出版社, 19992 李林.智能大廈系統工程.北京:電子工業出版社, 19993 楊守權.建筑物自動化技術綜述.Honey2well中國分公司出版, 2000收稿日期: 2004073064電工技術雜志2004年第11期智能建筑中的樓宇設備監控系統設計案例 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.