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一、总体介绍

楼宇自控管理系统是将大楼内的建筑设备管理与控制子系统(冷热源系统、空调通风系统、给排水系统、变配电系统、照明系统、电梯系统等)进行分散控制、集中监视、管理,从而提供一个舒适、安全的生活和工作环境。通过优化控制提高管理水平,达到节约能源和运行成本,并能方便地实现物业管理自动化。

整个楼宇自控管理系统设计成一套完整的分布式集散控制系统,它采用标准化局域网技术和众多子系统集成技术实施对楼内所有实时监控系统的集成监控、联动和管理,系统既可相对独立运转,又可联合成为一个有机整体,对不同工作站及现场控制器的控制权限的设定,由网络管理服务器完成。

二、需求分析

建成后系统功能

² 对机电设备实现以最优控制为中心的过程控制自动化;

² 以运行状态监视和积算为中心的设备管理自动化;

² 以安全状态监视和灾害控制为中心的安全管理自动化;

² 以节能运行为中心的能量管理自动化。

² 楼宇自动化系统楼宇(BAS)是智能大厦系统中最重要的子系统之一,这可以从以下几方面看出:

ü 智能大厦众多功能都是通过BAS来实现的,BAS技术较复杂,涉及自动控制、通信、计算机、图形及显示技术等。

ü BAS在智能大厦系统中牵涉面十分广泛,它不仅涉及对大厦的电、风、水等设备进行控制,而且与大厦的IT(信息技术)应用了有紧密的联系。

ü BAS技术发展十分迅速,控制网络技术的突破性进展给楼宇控制领域带来巨大的影响。

ü BAS系统是智能化工程中投资较大的部分。



三、设计原则

智能化系统建设工程是面向二十一世纪的高技术高标准的工程,其智能化系统在符合实际需要的前提下,应有适当的超前性,以满足未来的需求。其BA系统的设计应遵循以下原则:

实用性

楼宇自控系统的设计应以实用为第一原则。在符合需要的前提下,合理平衡系统的经济性与超前性,以避免片面追求超前性而脱离实际,或片面追求经济性而损害区检综合楼的智能性。

可靠性

系统必须保持每天24小时连续工作。子系统故障不影响其他子系统运行,也不影响集成系统除该子系统之外的其他功能的运行。

经济性

本楼宇自控系统方案所选用的设备与系统,以现有成熟的设备和系统为基础,是我们开发研制最成熟,先进的系统。在楼宇自控系统工程投资中,以总体目标为方向,局部服从全局,力求系统在初次投入和整个运行生命周期获得最佳的性能/价格比。

易维护性

因为本系统极为复杂,要保证日常运行,系统必须具有高度的可维护性和易维护性,尽量做到所需维护人员少,维护工作量小,维护强度低,维护费用低。

开放可扩展性

本楼宇自控系统设计尽量采用国家和国际标准及规范,兼容不同厂商、不同协议的设备和系统的信号传输,各子系统可方便进出系统。

四、设计依据

电气装置安装工程施工及验收规范(GBJ232-82

建筑设计防火规范(GBJ 116-88

区检综合楼的弱电设计图纸和招标项目要求

JOHNSON CONTROLS 产品设计手册

智能建筑设计标准(GB/T50314-2000

五、系统监控内容

本楼宇自控系统之设计是跟据楼宇的设计要求配置的,主体的设计思想是以标书要求结合设计图纸为准。

整个区检综合楼楼宇自控系统的监测和控制包括下列系统:

1.柜式空调机系统

2.风机盘管

3.新风机系统

4.冷冻站系统

5.计算机中心机房专用空调

6.通风系统

7.供配电系统

8.新闻中心灯光音响

9.照明控制系统

10.给排水系统

11.电梯控制

12.消防系统

13.其它系统

1.柜式空调机系统

1)控制说明

每台柜式空调机在送风口及回风口均设温度传感器1个共2个、压差开关1个(作探测过滤器淤塞报警用)、冷冻水开度比例调节阀及其驱动装置一套。DDC通过对以上的数据采集装置及执行机构的控制,实现对空调机的监控,其监控功能功能主要有:

风机开关控制

风机的开关控制主要是通过BA系统预设的时间表来进行启停控制的. 在一些特别的情况, 如加班情况, 风机有需要在预先设定时间表之外的时间启动, 用户可选择在BAS操作站上操作启停风机或用音频式电话遥控风机启停(关于电话遥控系统在本节后有详细介绍). BA 系统允许用户自行设定风机状态与控制之间的联锁监察功能. 在设定此功能后, BA 系统会自动监察风机的状态是否与控制要求一致, 如果不一致,则说明此控制点的设备有故障, BA 系统会以声光报警形式在操作站上显示, 以提醒操作人员做出相应的处理. 另外,BA 系统会将有关的事项一一记录, 以作日后检查之用. 还有, BA 系统允许用户自行设定测量设备的累积运行时间, 以便维修人员在设备运行至一定时间后, 进行维修工作.

手动/自动转换显示

DDC控制器通过对手动/自动转换装置状态的检测,把信号读回来分析来确定控制算法,并把信号送回中央监控系统并显示。

送风、回风温度检测

DDC控制器通过安装在送风口和回风口的温度传感器,把送风及回风的温度读回来,以做为控制算法的原始参数,并把检测回来的温度送回中央监控系统显示。

冷冻水阀门开度控制及显示、回风温度控制

DDC 控制器通过温度传感器可以检测到回风温度并将它与预设的温度值(可供用户调较)作比较, 进行PID运算, 然后把控制信号输出至冷冻水阀来对阀门进行开度调节,以控制冷冻水的进水量,进而达到温度调节的目的. 另外此冷冻水阀会与风机状态联锁, 在风机关闭的情况下, 将冷冻水阀关死. 冷冻水阀同时返回阀门开度的百分比数值给中央监控系统.

滤网状态监察

BA 系统通过压差开关, 监测过滤网的前后压差. 当压差超过压差开关的预设值(在压差开关上可调), BA 系统会以声光报警形式在操作站上显示, 以提醒操作人员安排有关人员做滤网清洗工作. BA 系统也会将有关的事项一一记录, 以作日后检查之用.

运行时间累计

BA系统利用软件统计记时功能,可以实时的累计风机的运行时间,并记录显示。

此外,由于柜式空调机组没有风速控制及加湿装置,故招标书上对应的有关招标项目要求无法实现。另外,为了方便系统的管理及维护,根据以往的经验,在招标项目要求的基础上,我们添置了以下采集点:

风机跳闸报警监察

DDC 控制器会监察风机热继电器跳闸报警. 在有报警时, 停下风机并以声光报警形式在操作站上显示, 以提醒操作人员安排有关人员做检修工作. BA 系统也会将有关的事项一一记录, 以作日后检查之用.

风机运行状态

BA 系统通过风机主接触器测量风机的运行状态,以便操作人员实时了解风机的运行状态。

2.风机盘管

1)控制说明

根据我们多年的工程经验以及结合招标项目要求的控制功能进行综合分析,我们认为对风机盘管的控制最好采取BA远程控制与现场设定控制相结合的方式。因为大厦的风机盘管数量众多,采用此控制方式可大幅度降低工程投资成本。

采用BA系统的DDC现场控制器控制风机盘管的程序启停并显示其运行状态及故障告警,具体配置详情请参阅本标书附件中的BA系统监控点表。

风机盘管的现场温度控制仍采用常规的墙装式温控器与电动二通阀进行控制,以方便人员在现场根据自己的喜好进行温度点的设定。(墙装式温控器与电动二通阀在空调专业工程中已有设计配置,不需重复投资)

从节能的角度来说,当室内的温度达到设定点时,常规的温度控制器会将电动二通阀关闭,空调系统冷冻水的流量与压力变化会实时的反映到中央冷冻站的BA监控系统上,BA系统根据上述参数变化重新计算出大楼的冷负荷需求,实时控制冷冻站相关设备的启停,达到最佳的节能效果。

3.新风机系统

1)控制说明

每台新风机在送风口设温度传感器1个、压差开关1个(作探测过滤器淤塞报警用)、冷冻水开度调节阀及其驱动装置一套。DDC通过对以上的数据采集装置及执行机构的控制,实现对新风机的监控,其监控功能功能主要有:

风机开关控制

风机的开关控制主要是通过BA系统预设的时间表来进行启停控制的. 在一些特别的情况, 如加班情况, 风机有需要在预先设定时间表之外的时间启动, 用户可选择在BAS操作站上操作启停风机或用音频式电话遥控风机启停(关于电话遥控系统在本节后有详细介绍). BA 系统允许用户自行设定风机状态与控制之间的联锁监察功能. 在设定此功能后, BA 系统会自动监察风机的状态是否与控制要求一致, 如果不一致,则说明此控制点的设备有故障, BA 系统会以声光报警形式在操作站上显示, 以提醒操作人员做出相应的处理. 另外,BA 系统会将有关的事项一一记录, 以作日后检查之用. 还有, BA 系统允许用户自行设定测量设备的累积运行时间, 以便维修人员在设备运行至一定时间后, 进行维修工作.

风机运行状态

BA 系统通过风机主接触器测量风机的实际状态,以便操作人员实时了解风机的运行状态。

滤网状态监察

BA 系统通过压差开关, 监测过滤网的前后压差. 当压差超过压差开关的预设值(在压差开关上可调), BA 系统会以声光报警形式在操作站上显示, 以提醒操作人员安排有关人员做滤网清洗工作. BA 系统也会将有关的事项一一记录, 以作日后检查之用.

运行时间累计

BA系统利用软件统计记时功能,可以实时的累计风机的运行时间,并记录显示。

冷冻水阀门开度控制及显示、送风温度控制

DDC 控制器会监察送风温度并将它与预设的温度值(可供用户调较)作比较, 进行PID运算, 然后输出至冷冻水阀, 以作温度调节作用. 另外此冷冻水阀会与风机状态联锁, 在风机关闭的情况下, 将冷冻水阀关死. 冷冻水阀同时返回阀门开度的百分比数值给中央监控系统.

风机跳闸报警监察(招标项目要求无此项)

DDC 控制器会监察风机热继电器跳闸报警. 在有报警时, 停下风机并以声光报警形式在操作站上显示, 以提醒操作人员安排有关人员做检修工作. BA 系统也会将有关的事项一一记录, 以作日后检查之用.

4.冷冻站监控系统

1)数据采集及显示

冷水机组的工作状态及故障报警:由BA系统将通过Intergrator集成器与冷冻机系统进行数据交换来实现。

冷冻水的送水、回水温度:BA系统通过安装在水管上的水管式温度传感器来实现数据的采集,并可通过中央监控系统显示出来。

冷冻水水的回水流量:BA系统通过安装在回水管的水流量传感器来实现数据采集,并可通过中央监控系统显示出来。

冷却水的送水、回水温度:BA系统通过安装在总水管上的水管式温度传感器来实现数据的采集,并可通过中央监控系统显示出来。

冷冻水供回水压差:BA系统通过监测安装在供回水管之间的压差开关状态来了解供回水之间的压差。

冷冻水泵、冷却水泵及冷却塔的启停通过系统的DO输出来控制其供电回路的继电器来实现,并通过继电器的常闭触点及热继电器的状态来监察水泵、冷却塔的过载及工作状态,并结合安装在水管上的水流开关采集回来的水流状态来监测水泵的故障。

BA系统通过对冷却塔的低水位开关的状态进行监察,可以实时的了解冷却塔的水位情况。(要求空调设计安装专业提供电子式水位开关)

BA系统通过对冷冻水膨胀水箱的高、低水位开关的状态进行监察,可以实时的了解冷冻水膨胀水箱的水位情况。(要求空调设计安装专业提供电子式水位开关)

通过BA系统系统的软件功能,能准确的累计并显示柜式空调机、风机盘管、新风机、冷冻主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔等设备的运行时间、启停次数的累计并显示。

为节省系统投资,考虑到招标项目要求的冷却塔的进出水温度检测对节能控制及管理没有多大的作用,故本设计方案不做以上项目的数据采集。另外,为实现节能的优化控制及提高操作管理的效率,在冷却塔冷却水的进出口进行添加电动蝶阀(共6套)以实现对冷却水的控制。

2)控制说明

启停控制:BA系统将通过Intergrator集成器与冷冻机系统进行数据交换来实现。

冷冻主机启停台数控制:网络控制器及直接数字控制器将预先编写的软件程序来控制冷冻主机的启停台数,并联动控制相关设备(如冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔等)。基本的控制原理如下:BA系统通过量度冷冻水的总供、回水、温差及回水流量而计算出空调系统的冷负荷,然后根据冷负荷来决定冷冻主机的启停组合及台数,并通过BA系统的控制算法,来联动相关的水泵、冷却塔,以便达到最佳的节能状态。

冷冻站各设备(冷冻机、冷却泵、冷冻泵、冷却塔、蝶阀等)通过程序实现群控功能,即,根据冷负荷决定设备开启台数,根据累计运行时间选择开启设备,运行中自动进行故障切换,实现设备起停的时间联锁关系。

对于冷冻水旁通阀的控制, BA 系统会监察冷冻水的供回水压差, 将它与预设的设定值(可供用户修改)作比较, 通过DDCPID计算, 输出控制要求给冷冻水旁通阀,以维持供回水间压力平衡。

系统会对上述各返回数值做记录, 预设值为24小时. 如有需要, 可用Trend的功能对有关的监察对象作长时间的监察记录, 有关数据可输出至其它第三方的软件, Excel , 以作数据管理及分析用途. 同时系统也允许用户对各监察对象预设上下报警值, 上下预警值, 报警提示, 及报警等级, 当监察的对象超出预设值, BA 系统会以声光报警形式在操作站上显示, 以提醒操作人员做出相应的处理工作. BA 系统也会将有关的事项一一记录, 以作日后检查之用. 至于配电柜的开关状态, 故障. 系统会对各返回数值做记录, 预设值为对上十次状态改变. 对于每个报警点, BA系统允许用户预设报警提示, 及报警等级, 当监察点报警时, BA 系统会以声光报警形式在操作站上显示, 以提醒操作人员做出相应的处理工作. BA 系统也会将有关的事项一一记录, 以作日后检查之用.

5.计算机中心机房专用空调

1)控制设备内容

BA 系统将会对以下机房专用空调设备进行监控:

计算机网络中心:1

BA系统通过集成器与制冷主机进行数据交换,实现机房专用空调的自动起停与机房温湿度控制。

6.通风系统

1)控制说明

风机开关控制

风机的开关控制主要是通过BA系统预设的时间表来进行启停控制的. 在一些特别的情况, 如加班情况,风机有需要在预先设定时间表之外的时间启动, 用户可选择在BAS操作站上操作启停风机或用音频式电话遥控风机启停(关于电话遥控系统在本节后有详细介绍). BA 系统允许用户自行设定风机状态与控制之间的联锁监察功能. 在设定此功能后, BA 系统会自动监察风机的状态是否与控制要求一致, 如果不一致,则说明此控制点的设备有故障, BA 系统会以声光报警形式在操作站上显示, 以提醒操作人员做出相应的处理. 另外,BA 系统会将有关的事项一一记录, 以作日后检查之用. 还有, BA 系统允许用户自行设定测量设备的累积运行时间, 以便维修人员在设备运行至一定时间后, 进行维修工作.

风机跳闸报警监察

DDC 控制器会监察风机热继电器跳闸报警. 在有报警时, 停下风机并以声光报警形式在操作站上显示, 以提醒操作人员安排有关人员做检修工作. BA 系统也会将有关的事项一一记录, 以作日后检查之用.

风机运行状态

BA 系统通过风机主接触器测量风机的实际状态.

7.供配电系统

1)监测说明

BAS对于区检综合楼供配电系统的监测,主要采用各种变送器,通过电路分析仪与BASDDC进行数据交换,收集电流、电压、功率因数、频率、点度量等数据。 BA 系统主要的功能是做监察、记录、报警的用途. 系统会对各返回数值做记录, 预设值为24小时. 并可用Trend的功能对有关的监察对象作长时间的监察记录, 有关数据可输出至其它第三方的软件, Excel , 以作数据管理及分析用途. 同时系统也允许用户对各监察对象预设上下报警值, 上下预警值, 报警提示, 及报警等级, 当监察的对象超出预设值, BA 系统会以声光报警形式在操作站上显示, 以提醒操作人员做出相应的处理工作. BA 系统也会将有关的事项一一记录, 以作日后检查之用.

对于区检综合楼供配电系统中的开关状态, 电源状态, 故障报警, 等开关量输入点,我们设计中,主要的功能是做监察, 记录, 报警的用途.

对于干式变压器的监控,我们的设计主要是监测变压器的温度状态,当变压器温度过高报警时,我们的BA系统将以声光报警形式在操作站上显示,以提醒操作人员做出相应的处理工作。而 BA 系统也会将有关的事项一一记录,以作日后检查之用。 另外 BA 系统允许用户自行设定测量设备的累积运行时间,以便维修人员在设备运行至一定时间后,进行维修工作.

8.照明控制系统

1)控制说明

BAS的直接数字控制器DDC通过对照明供电回路的继电器进行控制及其状态的监察,可以实现对照明系统的智能控制及系统状况的了解。

BAS对照明系统的监控可分为三种控制模式:按时间程序控制模式、随机控制模式以及强制性控制模式。

时间程序控制:可按每天预先编排的时间程序来进行照明开关控制及监视其状态。例如可按不同季节的时间表、上下班时间表来自动时控开关;这种模式通常用于正常上班时间的公共照明控制。

随机控制:在节假日、加班等非正常上班时间,大楼里公共场所的活动人员较少,从节能的角度考虑,共照明控制应达到人到灯亮,人走灯灭的智能控制效果。本系统利用节假日及非上班时间大楼的保安监控系统处于布防状态,一旦有人在系统防区内出现,保安监控系统便立刻探测到并报警,然后通过闭路电视监控系统的多媒体主控把报警信号送至BMS,由BMS来联动照明系统。该模式也是应急照明、事故照明及疏散照明的主要控制模式,是一种被动的控制模式,一般通过BMS来集成。

强制性控制:操作员可以根据需要,通过BAS管理工作站来开/关任一路系统监控的灯。

9.给排水系统

1)控制说明

集水坑及其水泵监控

通过水位开关监察集水坑的高低水位报警

DDC通过高水位报警来启动水泵,把集水坑里的水抽走;当低水位报警时,DDC则停止水泵的工作

通过安装在水管上的水流开关,系统可以了解到水流的状态,并结合DDC从水泵供电回路的继电器状态,BA系统可以判断水泵的状态及故障

生活给水系统监控

通过水位开关监察屋顶水箱、地下水池的高低水位报警

DDC通过屋顶水箱低水位报警来启动水泵向屋顶水箱供水;当屋顶水箱高水位报警时,DDC则停止水泵的工作

通过安装在水管上的水流开关,系统可以了解到水流的状态,并结合DDC从水泵供电回路的继电器状态,BA系统可以判断水泵的状态及故障,一旦有故障警报时,DDC立刻把对应的备用泵投入工作,以提高供水的可靠性

所有设备的运行时间、报警、启停等,BA系统都进行记录,以便查看

10. 电梯控制

BA系统通过集成器与电梯系统进行数据交换,以获得电梯运行的状态信息如:升降状态、停梯状态、故障告警、消防状态等,通过集成器,还可对电梯进行远程复位、程序启停等。

11.消防系统

BA系统通过集成器与消防系统进行数据交换。

13.电话遥控系统(选项)

(A)通过员工台上的电话可控制所属区的设备启停,如照明,风机等设备的控制。平时设备是按M5系统预先编写的时间假日程序自动完成启停控制,当下班后或假日需加班工作时,由于该设备已按时间程序关掉,员工可拿起电话后通过按键输入密码发出开启指令,该状态下的设备之运行时间可预先在M5设定,如三小时后,设备会自动关掉,若再需要开启,可重复输入延长工作时间程序。

(B)在区检综合楼以外,工作人员可通过电话进入M5系统,可发出启停指令,如开关照明系统,启停空调系统,设定值调校等。因此,无论在任何地方,被授权,都能对区检综合楼内各设备控制功能,方便了对区检综合楼之管理。

六、区检综合楼楼宇自控系统结构

区检综合楼楼宇设备自动化控制系统结构示意图

由于建筑面积大,受控设备分布广,所以我们本着集中管理、分散控制这种集散式监控结构的设计原则来实现整体功能。从楼宇设备自动化控制系统结构示意图可知此系统是由中央操作站、网络控制器、直接数字控制器(DDC)等组成,中央操作站及网络控制器是通过Ethernet(N1)将各节点连接起来,同时安装在建筑物各处的直接数字控制器(DDC),将通过RS485现场总线(N2网)连接到网络控制器上,与其它网络控制器上的直接数字控制器及中央操作站保持紧密联系。传感器及执行器等连接至以上各直接数字控制器内。

七、系统DDC配置

区检综合楼的特点是受控设备多,且比较分散,如何合理的配置DDC就成为方案设计中最重要的问题。J根据实际特点,结合多年的工程经验,设计中不仅保证系统功能全面实现,又减少施工中的不必要浪费,并且DDC的配置为以后的扩展留有足够的余量。DDC分布以就近控制设备为原则,每个DDC箱均有一个主控器,主控器带有操作键盘及显示装置,因此,当网络或操作站有故障时,每个DDC均能完成各自所有的就地控制功能。DDC的配置可参看本标书附件中的系统监控点表。

八、节能软件

我们提供以下节能软件,这些软件程序能在区检综合楼楼宇自控系统内自动运作而不需要操作人员的介入。同时软件有足够的灵活性,允许用户根据现场情况而作出相应的修定。

1.每日的预定时间表

2.每年的预定日程表

3.假期的安排表

4.临时超越控制安排表

5.最佳启/停功能

6.夜间设定点自动调节控制

7.焓值切换功能

8.温度设定点的重置

9.制冷机的组合及次序控制

10.用电量高峰期的限制等

九、报警管理

报警管理包括监查、缓冲、储存及将报警送至指定的操作站上。

1.显示所有报警监控点的有关详细资料,包括发生的时间及日期。

2.根据严重性报警可分为三级,以便更有效及快速处理严重的报警。用户可以为报警决定严重性的级别。

3.报警发生后根据用户的事前安排,自动导向至指定的操作站上,若原来的操作站发生故障,报警自动导向至其它指定的后备装置上。

4.在严重性级别最高的报警或特定的报警发生后,这些报警可以通过电话系统自动传到其它地方,包括建筑物以外的有关单位, 使报警得到适当及时的处理。整个传送程序是自动进行的,不需操作员的介入。

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