楼宇自控系统设计方案

2016-11-2 11:15| 编辑:电工学习网| 查看: 3683| 评论: 0

本方案针对楼宇自控系统（BAS）而进行设计，根据该项目的特点，我们将利用BAS系统对建筑物内的公共照明、空调系统、供暖通风、给水排水系统等实行全时间的控制和管理，系统收集、记录、保存有关系统的重要信息及数据，作到一体化管理。

本方案针对楼宇自控系统（BAS）而进行设计，根据该项目的特点，我们将利用BAS系统对建筑物内的公共照明、空调系统、供暖通风、给水排水系统等实行全时间的控制和管理，系统收集、记录、保存有关系统的重要信息及数据，作到一体化管理，达到提高运行效率、保证办公环境需要、节省能源、节省人力的效果，最大限度安全延长设备寿命的目的。

1、设计依据

提供一些标准和规范以及招标文件提供的相关资料及技术文件；

2、需求分析

楼宇自控系统的主要任务是对大厦内的机电设备进行监控和管理。要想管理好大厦内的机电设备，首先必须要知晓它们的运行情况、所处系统中担任的角色以及设备的特性等。楼宇自控系统（BAS）是建立在机电系统的基础上，利用自控技术、计算机软件技术、计算机网络通信技术，将大厦中的不同机电系统设备产生的信息汇集起来，实现各类设备之间的数据、信息交换，并对各种不同类型的信息进行综合处理，以实现对所有被监控机电设备的综合管理。

等现代城市综合体本案需要楼宇自控系统（BAS）监控内容具体描述如下：

空调及动力设备（通过DDC接入BAS）

送/排风机系统

新风系统

排风排烟

给排水系统（通过DDC及接入BAS）

集水井

排水泵

公共照明（通过DDC接入BAS）

公共照明

3、BAS系统监控内容

根据项目要求，本项目楼宇自控系统监控的机电设备包括：公共照明、空调系统、供暖通风、给水排水系统。根据某大厦内各类功能建筑的以上各系统设置情况不同，建筑设备监控系统的设置范围及监控内容如下：

3.1新风机控制

监控内容：控制方法

启停控制空调可以通过BAS系统自动控制启动停止，也可以在现场手动控制；具有定时启停功能，可以根据预定的时间表启停设备；具有联锁功能，送风机启动前，风阀全开，送风机启动后，温度、流量控制回路使能，送风机停止后，风阀关闭，水阀关闭；支持消防联动，接受消防强制信号控制送风机以及风阀。根据消防系统提供的情况实现。

温度监控监测送风、回风的温度，并根据预定的高低限值判断，超限则输出报警信息；我们使用串级控制回路对回风温度进行控制。其内环控制通过PID控制送风温度。送风温度的设定值可以通过操作员手动或BMS自动进行重设。这就是外环控制（设定值重设回路）。当回风温度超出其上限并维持预设的时间死区，则送风温度设定值将自动较少一个偏移量。当回风温度低于其下限并维持预设的时间死区，则送风温度设定值将自动增加一个偏移量。

风阀控制风阀执行器为模拟量控制，通过BAS可控制风阀执行器的任意开度。

压差状态监控在过滤器前后设置压差开关，监测过滤器的堵塞情况，输出报警信号；

报警故障处理监测送风机的故障报警状态、风机压差状态和过滤器的压差报警状态，一旦检测报警状态，空调机停机，按关机步骤执行。

软件控制模式控制软件对送风机的启停提供一个延迟开启的功能，用以保护设备在开启过渡情况下可能造成的损坏；提供时间表控制功能，空调机组可按日夜模式、节假日模式和定制时间模式启停使用。

空调机的控制内容如下：

风阀控制、压差状态监控

3.2送风、排风系统

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。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系统会自动监测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。

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。

风机报警监测

DDC控制器会检测风机热继电器跳闸报警。在有报警时，停下风机并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。而BA系统也会将有关的事项一一记录，以作日后检查之用。

3.3给排水系统

给排水系统主要由排污泵、集水坑、空调补水泵等组成。

系统设计内容

监控设备设计内容硬件配置软件设置：集水坑高、低水位监测。高、低水位监测（DI）。设置设备联动参数。

排水泵、空调补水泵启停、运行状态、故障报警、手自动状态。启停（DO）、运行状态、故障报警、手自动状态（DI）。累计运行时间。

系统设计要点

（1）DDC参数采集监测

监测集水坑的高液位超限时报警；

监测潜水排水泵的运行状态和故障状态并可按照设备的累积运行时间，实现设备的轮流运行，提高设备的使用寿命；

监测空调补水泵的运行状态和故障状态并可按照设备的累积运行时间，实现设备的轮流运行，提高设备的使用寿命；

（2）软件控制功能

监测集水井的高、低液位报警状况，并生成动态趋势图；

累计有关设备运行时间；

监测和记录有关水箱、水池的液位报警情况，并生成动态趋势图；

中央管理站软件功能；

三维图象显示每台机组及水泵的系统图；

打印有关报警信号；

3.4照明系统

监控内容控制方法

开关控制DDC输出DO接点控制辅助继电器，实现远程启停。

定时/特种效果控制于预定时间启停照明回路，通过软件实现逻辑控制

运行时间统计软件实现对照明时间进行累计

3.5节能措施

本设计在不影响舒适性的前提下，通过对冷冻水温度的最佳设定值及实际冷负荷计算，对空调系统进行优化启停控制，以缩短设备的运行时间，从而达到节能目的，具体节能措施如下：

冷冻水温度设定

系统节能程序根据不同季节及每天室外温度的变化情况，自动调节冷冻水的出水温度，对系统进行动态控制。

空调场所温度设定

对于办公建筑，在大厅、走道等公共区域，适当提高设定温度可减少能耗。如办公区温度设定在25℃左右，在室内外过渡的前厅，若同样设于25℃左右，则与室外温差过大，人一进门会感觉不适，可设定在28℃~30℃，比室外低（4~5）℃；走道可设定在27℃~28℃；这样逐渐过渡到办公区域，不但人体感觉舒适，还可有效地减少不必要的能耗。

克服设备容量冗余

传统的空调设计，由于季节变化和人员、设备发热量等变数太多，难以精确的计算出空调系统的负荷需求，因此设计中会有一定的设备容量冗余，用人工简单的启停制势必造成能源的浪费。运用BA系统的节能控制算法和群控模式，根据末端实际所需冷负荷，动态调整设备运行时间和投入台数，保证冷量供求平衡，让冷源设备运行在最高效率特性上，避免大马拉小车，有效克服由于设备容量冗余而造成的能源浪费。

新风控制

根据季节变化，合理地进行新风控制是节能的另一个措施。以XXX地区为例，在设计工况（夏季室温26℃，相对湿度60%；冬季室温22℃，相对湿度55%）下，处理一公斤室外新风量需冷量6.5Kw，热量12.7Kw，故在满足室内空气卫生的前提下，减少新风量，有显著的节能效果。新风量控制的措施有以下几种方法：

o在夏季午夜室外温度最低时，开启新风机，将室外低温空气充盈室内，然后关闭风门，从而减少第二天上班前空调系统的预冷时间。

o根据室内人员变动规律，采用统计学的方法，建立新风机启停控制模型，以减少新风机的开启时间和冷负荷损失，如在午餐时间室内人员较少时，可减少新风机的开启台数。

o在过渡性季节，尽量使用室外新风，以减少冷负荷损失。

提高室内温湿度控制精度

大厦内温湿度的变化与大厦节能有着紧密的关系，根据美国国家统计资料，如果在夏季将温度设定值下调10℃，将增加9%的能耗，因此将大厦内温湿度控制在设定值精度范围内是大厦空调节能的又一个有效措施。

4、系统设计

本项目采用XXXBAS系统XX系列来实现楼宇自控相应功能。该系统是目前世界上最为先进的高效能、集成化的BMS系统，该系统根据需要可将大楼的楼宇控制系统、动力监控、消防报警系统及安保自动化系统集成在某系统平台上，并适用于大楼的建筑特点及先进的控制和管理要求，包括选用最先进的LonWorks技术的数字控制器，以及与其他供应商系统及OA系统的开放性接口。

系统设计以满足工程的要求、采用最先进的技术和系统、根据招标文件的要求，以最高价格性能比为原则，采用优化的设备配置、运行方案及管理方式，为大楼提供高效率的系统管理，为大楼的机电设备提供良好的运行环境，为大楼提供舒适的工作及生活环境。

某大厦楼宇自控BAS系统共有2000个左右物理点。在设计本监控方案时，我司亦根据以上的原则，对控制器及其控制模块进行了合理安排，并对系统留有足够的系统扩充容量，使控制器保持冗余的可扩充性。

4.1设计思路

该项目设置一套某系统BAS管理软件，并与31个网络控制器进行连接，直接接入某大厦的局域网。网络控制器将LonWorks总线中的数据通过IP网络进行传输，将236个台LonWorks扩展模块连接起来。此外，控制器控制器是一个多协议集成平台，支持包括Modbus,LonWorks等在内的多种协议。某系统可以灵活地以多种方式实现系统集成，既可直接与现场控制器互连，也可以通过以太网接入系统。

使用这套BAS系统即可方便完成楼宇的设备管理作业的全部工作，给用户提供舒适、安全的环境，在满足用户的各种使用要求的同时，亦能够最大限度节省能量消耗，从而更好地发挥建筑物的潜能。

4.2通讯网络

本BAS系统为分布式智能系统（DISTRIBUTEDINTELLIGENCESYSTEM），其网络结构分为三层：网络管理层、自动控制层和现场控制层。管理层为IP控制器，采用TCP/IP通讯协议；自动控制层为数字控制器（DDC），采用LonTalk标准通讯协议与数字控制器之间的通信。在Xenta701网络控制器失效时，各现场数字控制器的DDC均能独自继续其正常运行。现场控制层是各种传感器、执行器，接入DDC中，实现信号采集与实时控制。

a.以太网（TCP/IP）：国家标准推荐用总线拓扑结构的以太网作为局域网的干线，以实现网络资源的共享。

b.现场总线：由双绞线连接各分站与中央控制室，组成的区域网络，构成分站总线，以数字形式进行传输，通信协议采用标准LonTalk总线形式。

BAS系统的设计/结构符合以下技术规格要求：

DDC至DDC之间的通讯通讯速率为78.6Kbps。

IP设备至各DDC之间的通讯速率为78.6Kbps。

IP设备之间通讯为10Mbps。

IP设备和工作站之间的通讯在同一个层面上为10Mbps。工作站只作为操作人员接口之用，即使工作站失效时，网络通讯亦可以正常运行。

4.3控制中心

中央控制中心直接接入大楼内部局域网，它是系统的主管–远程监视、控制、数据处理和中央管理的中心。此外，中央控制站对来自各分站的数据和报警信息进行实时监测，向各分站发出各种控制指令，进行数据处理、报表打印，通过屏幕以文字和图形方式来控制设备运行或确定报警信息等。

硬件包括原装商用PC机、在线式不间断电源不间断电源（带有自动关闭/运行功能的软件）、打印机、网络控制器等；软件包括基于某系统的多种操作软件。

4.4网络控制器(DDC)

网络控制器（DDC）直接对某大厦内的冷水机组系统、空调系统、供暖通风、给水排水、公共区域照明、景观照明、配电系统以及电梯系统等设备进行监视和控制。针对本项目的建筑特点，我们对DDC的选择配置遵循根据不同区域受控设备数量及分布配置DDC的数量，依据某系统DDC特色，灵活配置，既保证受控点数的要求余量，又方便安装接线。Xenta系列网络控制器功能完善可靠性高，控制器还可就近就地实现现场编程、修改，给调试维修带来方便。当外界断电时，DDC可永久的保存数据；当外电重新供应时，DDC能自动恢复正常工作，而不需要人工干预。一旦DDC存放的数据非正常丢失时，用户可通过网络操作站将数据重新写入。DDC既可导轨挂墙安装，实现就地现场布置；也安装在控制箱内，简单方便，减少现场布缆。

4.5现场末端设备

XXXBAS系统提供完善、匹配的现场末端设备，包括各种传感器、阀门、执行器等。

4.6基本网络结构和系统构成

基本网络结构

某5楼宇自控系统由中央站计算机Xenta网络控制器及现场数字控制器构成，组成分布式体系结构。管理级由中央监控电脑配以某系列软件和Xenta网络控制器组成；智能控制级则由各种控制子站(DDC)连接而成，控制器包括多系列Xenta控制器。控制器之间以LonWorksFTT-10总线方式互联，控制器与中央计算机以普通双绞线通过TCP/IP接口连接；Xenta网络服务器及控制器与中央计算机通过以太网(Ethernet)方式互连。智能控制级则直接与现场控制元件（阀门执行器，继电器接点）、传感元件（温度、压力压差、流量等传感器）连接。某系列系统的这种网络结构实现了目前流行于楼宇自控系统中“分散控制，集中管理”的控制模式。这种自控模式不仅便于系统的扩充，而且每个子站的工作都是独立的，这样就大大减少了系统故障的几率和范围。具有高可靠性、灵活性、先进性。

某系统管理总线采用10M高速以太网，保证了整个系统的高速运行。

除对标准及以往的设备的网络管理功能外还提供：

完整的图形化用户界面；

同步、保存和备份控制器的数据库；

密码保护；

数据收集并提供企业级的信息交换；

全局时间及中央时间表的同步功能；

报警的处理及传递；

对所有的标准能量管理功能的广泛支持；

支持通过IP地址网络与正在运行的工作站之间的在线通信；

支持通过直接读取工作站的数据库而达到的离线通信；

基于磁碟的程序库，支持网络及本地浏览，包含建立工作站数据库的节点、图像等资源；

拥有基于文本格式的帮助系统，包含一整套在线或离线系统文件。

网络层组成部分

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。同时，操作人员还能够采用浏览器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，所有联网用户数据能够实时更新。

★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。

★数据传输速率不低于10Mbps。

控制层网络

采用TP/FT-10网络时，每个TAC网段可以包含60个网络节点或30台控制器，通讯速率78Kbps，总线长度可达到2700米；可以使用一个延伸器连接两个TAC网段来扩展系统容量，使每条总线可以达到60台控制器；每台工作站可以有四个LonTalk适配器以支持四条总线和240台控制器。

采用TP/XF-1250主干网络时，每条总线可以通过路由器连接到通讯速率为1.25Mbps的LonWorks主干上，路由器的数量可以达到63个，整个网络可以达到400台控制器；主干通过LonTalk适配器连接到工作站上，并支持大量先进的网络特性，如：虚拟子网、工作组、域等概念和先进的寻址方式。

l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。

l控制器具有4个CPU,3个8位的神经元芯片负责lonworks通讯，1个32位的CPU负责应用程序，并且A/D和D/A转化分辨率均为12位。

l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、接口设备的数据通信。

l中央站可以通过这层网络把信息传送到任何指定的数据通信。

l所有分站以同等地位即点到点方式彼此互通信息。

l监控层网络可以根据实际需要建立其子网。

l数据传输速率不低于78Kbps，并且可以根据需要提高到1.25Mbps。总线通讯距离不低于2700米。

适用于所有DDC控制器统一、图形化的编程工具－Menta

XXX的某系统除Xenta100系列之外的所有DDC控制器都可通过Menta进行编程与输入输出设置。整个系统采用分散智能控制方式，合理的设计保证了系统运行的稳定可靠，这样系统中任何一个节点的故障就不会影响到系统其他部分的正常工作。在大型系统中，Menta编程工作可在中央与现场同时进行，大大提高编程、调试效率。

l通过上位机Workstation直接下载程序，调试方便

l控制器数据库管理有上传下载应用程序的功能

l基于项目编制应用程序，简化各种数据库管理任务

l提供方便的使用指导

Menta软件是图形化的控制器组态工具软件，用于创建、修改、下载和上载Xenta280/300/401/700系列控制器的控制程序。Menta可在安装在手提式或台式电脑上运行。它可以通过进入应用软件，修改应用参数，和打印应用文件以及下载数据库，节点选择等方法实现对文件的管理。Menta软件通过LonWorks通讯卡或以太网与某Xenta系列控制器连接。

系统主要特点

从医院到高层建筑，从学校到摩天大楼，各式各样、不同规模的建筑现在都可以达到更高层次的运行功效。通过使用XXX真正开放的、互操作，功能强大的某智能楼宇自动化系统，我们已经使这一切变成可能。

现在，从一个简单的工作站，您就可以收集到各种所需信息，从而使您的设施变得更加稳定、舒适、安全，而且更为重要的是，在运营成本上变得更加具有效益。XXX的某系统通过使用开放的网络架构，使您的投资风险大大降低。

某系列产品多次获得专利大奖，其中的HVAC控制系统和配套装置更是全行业中最具革新理念的尖端产品。出色的工程技术、FDA认证，保证了我们的产品达到国际公认的最高水准，使我们的客户享受到稳定可靠的产品性能、无与伦比的产品价值以及独一无二的产品质量。

便于访问

-互联网提供了舒适的操作环境，用户普遍熟悉互联网并了解如何应用

-用户可从任何地方访问他们的系统

成本更低

-比传统的客户/服务器型应用程序具有优势

-当客户数量增加时，优势更为明显

-真正的集成平台

-构造可与不同硬件设备兼容