浅论智能建筑的楼宇自动化系统

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　　摘要：作者结合自己的工作实际，主要从楼宇自动化系统设计的目的、特点、实现功能等方面阐述了楼宇自控系统及应用方案。
　　关键词：楼宇自动化机电设备控制
　　中图分类号：TU85 文献标识码：A
　　一、前言
　　高档写字楼或五星级酒店为打造安全、环保、节能的办公、运营环境，对大楼弱电设计时通常按5A级标准进行建设，涵盖了安全自动化系统（SAS）、办公自动化(OAS)、通讯自动化系统（CAS）、楼宇自动化系统（BAS）、消防自动化系统（FAS）等五大系统，而其中能最大程度节省能耗,创造最佳舒适环境的就是楼宇自动化系统了。
　　二、BA系统设计目的
　　2．1 最大程度地节省能源运用计算机系统中的能源管理程序，通过各种监测数据的采集，分析，自动控制大楼内机电设备的运转，从而最大程度地节省能源，在设计合理、运转正常及维护及时的情况下，最大可节能30％。
　　 2．2 有效的楼宇管理及设施保护
　　在中央系统，可以清楚地知道所控设施设备的运转情况和故障发生，通过对设施的有效管理及正确的保修管理，可以维持设施及装备的最适合的状态，延长设备的寿命，使管理人员的最少化，从而对建筑物的设施进行有效地管理及保护。
　　2．3高效率及环保性
　　将建筑内的温湿度、空气质量、环境自动控制在最佳的状态，提供舒适的工作环境，从而提高了人员的工作效率。
　　三、设计方案详述
　　机电设备监控系统对各种设备进行集中监测和控制，提高楼宇管理现代化水平，本系统装置直接监控楼宇内变配电及照明、供水排水、空调采暖、通风等设备，同时收集、记录、保存及管理各系统中重要讯息及资料，并且具备节能管理及报警处理的能力，实现对各机电设备集中统筹的、科学有序的、综合协调的智能管理，现以地处常州市的某五星级酒店为例，对楼宇自动化系统（BAS）设计合理性进行详细介绍。
　　3．1设计特点
　　BA系统主要的设备包括中央站/操作站、DDC、传感器、执行器、网关设备、交换机、监控/开发软件平台等。一般采用分散式集中控制系统，在网络控制器失效时，各DDC均能独自继续其正常运作；系统采用国际通用性及开放式通讯协议，包括BACnet、 LonWorks、TCP/IP等；整个系统充分考虑后期的扩展性，扩容只需增加相应的硬件费用；且具有多用户同时访问功能，其他用户只需通过WEB方式进行登录和访问，无需安装额外的软硬件，操作简便。
　　3．2 设计内容和功能详述
　　BAS主要监控范围包括冷热源系统、空调机组、新风机组、送排风机组、给排水机组、公共照明等。
　　根据酒店项目特点，机电设备的配置，及能源系统的整体运行要求，除了实现智能化群体控制和设备的高效运行外，更提供多种特定的管理功能，现重点以冷冻机房为例作重点阐述，冷冻机房采用小群控方式，对设备运行数据趋势分析、数据保存，为用户记录并分析各机电设备的使用状况、能源统计和变化趋势等。
　　冷冻机房设备主要实现制冷机组优化控制、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、电动阀等的控制，系统温度、压力、流量、压差、温湿度信号监测，并具有故障报警功能。
　　冷冻机房：共3台离心式冷水机组；冷冻水泵4台，冷却水循环泵4台，2台软水箱补水泵，冷却塔风机3套以及其他配套设备和管路,系统拓扑图如下。
　　
　　
　　
　　3.2.1 制冷机组控制
　　BAS系统和制冷机组通过RS485接口通讯，采集运行及报警数据信息，控制系统实现远程对机组进行开关机控制，包括程序自动控制方式、手动控制方式及预定时间表启停控制方式。控制系统通过监测系统的温度、压力、流量、主机的运行情况，决定开启主机台数的数量和组合。具体设计状况：
　　系统启动控制：控制系统将根据季节月份及室外温度自动判断，确定开启机组数量。也可由操作人员进行预先设定。
　　系统运行控制：当系统启动后，通过实时监测总供回水温度、流量以及机组负荷的变化，控制自动增加或减少机组开启的台数：当总供水温度持续大于设定供水温度5℃五分钟，并且已运行的机组的负载都持续大于95％时，增加开启1台机组；当总回水温度持续低于设定回水温度12℃五分钟，并且已运行的机组的负载持续小于某一数值时，程序自动判断将停止一台机组，当只剩余一台小机组时，控制系统不允许再减机。因为机组的启动后达到稳定的时间比较长，因此程序在一次自动加减机组后将间隔30分钟再做下次判断。温度偏差值和时间都可以设置和调整。
　　
　　3.2.2冷冻水循环泵和冷却水循环泵控制
　　对冷冻水循环泵和冷却水循环泵控制，水泵带变频控制柜，泵的工频、变频运行状态、设备故障点的无源干接点引至控制柜的接线端子排， BA系统通过与控制柜通讯来监测和控制状态：对循环泵运行状态，故障状态、手/自动状态进行监视；冷冻水循环泵和其对应的机组，阀门联动控制；对每台水泵的运行时间进行累计，据此对设备进行优化排序，均衡水泵的运行，从而延长水泵的使用寿命；冷冻水泵根据温差或者压差进行变频控制。
　　3.2.3冷却塔控制
　　通过监测冷却泵运行状态，冷却水供/回水温度判断是否开启冷却塔，具体为监测并控制3台冷却塔的启停。控制方式采用通过监测循环水回水温超过设定温度控制冷却系统启动，每组冷却塔进回水的温差不超过5℃，逐个开启风机，每台冷却塔设备状态、设备故障、手自动状态的信号反馈点等由相应的配电控制箱为BA系统提供相关的无源干接点进行监测，设备启停的信号控制点在相应的配电控制箱为BA系统提供能接受交流24V的信号输入点，并且配电箱可以单独启停这些设备，配置手自动转换开关，既能手动控制又能BA自动控制。
　　同时可对每台风机的运行时间进行累计，据此对设备进行优化排序，均衡风机的运行，从而延长水泵的使用寿命。
　　3.2.4冷/热水旁通控制
　　 控制系统采集冷/热水总管供回水压力，当冷/热水总管供回水压力低于设定的底限压力值时，控制旁通阀门的开度。
　　3.2.5冷冻机房管理控制系统控制流程
　　
　　
　　
　　3.2.6锅炉状态监测
　　由锅炉提供带有TCP/IP协议通过网络接口与BA工作站进行通讯，BA系统只监不控，监测范围包括锅炉水位、灌水温度、蒸馏温度、压力、设备状态、故障等。能及时动态地观测设备状态，及时发现故障、液位报警。
　　3.2.7空调机组控制
　　包括启停控制、温湿度控制，状态监测、及故障、限值报警等。
　　 (1) 启停控制：利用DDC远程或现场手动控制启停，控制启动顺序，先开水阀、再开风阀，最后启动风机，当室外温度低于零度时，新风阀关闭；
　　(2)温湿度控制。通过安装在回风管和送风管上的风管温湿度传感器测量回风温湿度，根据系统的设定参数回风温度冷热调节水阀开度，以达到降温或加热的目的，满足控制区域内温度以及节能的要求。冬季时，DDC起用加湿控制作用，根据回风温湿度，当低于设定值时，开启加湿器，反之关闭。根据室外温湿度和恰值计算对空调机设定温度进行修正。
　　(3)状态监测。通过空调控制柜的二次回路监测空调机组的手、自动状态、运行状态、故障警报等，通过压差开关监测过滤网两侧压差，根据设定值产生的阻塞报警信号如过滤器阻力大于限定值100Pa时自动报警提示清洗或更换过滤网以提高过滤效率。
　　变频空调机组还兼有变频器的频率反馈、频率控制等功能。新风机组、送排风机组的控制功能和方式也是同样控制原理
　　3.2.8公共照明控制
　　公共照明系统的控制包括室内公共部位及室外景观和泛光照明的控制,室内主要对公共走廊和电梯厅的照明开关进行集中控制，以杜绝常明灯、不同回路全开等浪费能源现象,BA系统可根据设定时间表方式或设置各种情景状态进行照明开关控制及监视照明回路运行状态、故障状态及手自动状态。室外景观和泛光照明采用第三方专用控制系统，该系统与机电设备监控系统通过网络连接的通信接口协议传输数据。
　　四、总结
　　大楼的节能和管理是一项综合性系统工程，BA系统要保证楼宇内所控机电设备的正常运行，并达到最佳节能状态，与整个系统设计的合理性、安装的规范、调试功能到位等息息相关，首先要在暖通设计合理的前提下，结合合理有效的BA自动控制设计；其次安装过程中应严格按照自控系统设备安装规范，并同时满足设备安装说明书规定，与机电设备安装密切配合；调试应先对单台被控对象进行逐点调试再进行联网运行调试，要达到良好的运行应经过采暖期和制冷期两种工况的调试；另外严格按设计功能的验收和后期的使用培训、有效的维护，都是确保BA系统正常运转的必要措施，控制好工程的每个环节才能真正达到节省人力、节约能源、使BA系统担负起整座大厦内机电设备集中控制管理的重任。
　　
　　参考文献
　　[1〕黄从利楼宇自控系统的节能设计与实现[D] 湖南大学，2005
　　[2] 桑杭武智能建筑楼宇自控系统集成技术研究仁D]武汉华中科技大学，2008

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