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一、總體介紹

樓宇自控管理系統是將大樓內的建筑設備管理與控制子系統(冷熱源系統、空調通風系統、給排水系統、變配電系統、照明系統、電梯系統等)進行分散控制、集中監視、管理,從而提供一個舒適、安全的生活和工作環境。通過優化控制提高管理水平,達到節約能源和運行成本,并能方便地實現物業管理自動化。

整個樓宇自控管理系統設計成一套完整的分布式集散控制系統,它采用標準化局域網技術和眾多子系統集成技術實施對樓內所有實時監控系統的集成監控、聯動和管理,系統既可相對獨立運轉,又可聯合成為一個有機整體,對不同工作站及現場控制器的控制權限的設定,由網絡管理服務器完成。

二、需求分析

建成后系統功能

2 對機電設備實現以最優控制為中心的過程控制自動化;

2 以運行狀態監視和積算為中心的設備管理自動化;

2 以安全狀態監視和災害控制為中心的安全管理自動化;

2 以節能運行為中心的能量管理自動化。

2 樓宇自動化系統樓宇(BAS)是智能大廈系統中最重要的子系統之一,這可以從以下幾方面看出:

ü 智能大廈眾多功能都是通過BAS來實現的,BAS技術較復雜,涉及自動控制、通信、計算機、圖形及顯示技術等。

ü BAS在智能大廈系統中牽涉面十分廣泛,它不僅涉及對大廈的電、風、水等設備進行控制,而且與大廈的IT(信息技術)應用了有緊密的聯系。

ü BAS技術發展十分迅速,控制網絡技術的突破性進展給樓宇控制領域帶來巨大的影響。

ü BAS系統是智能化工程中投資較大的部分。



三、設計原則

智能化系統建設工程是面向二十一世紀的高技術高標準的工程,其智能化系統在符合實際需要的前提下,應有適當的超前性,以滿足未來的需求。其BA系統的設計應遵循以下原則:

實用性

樓宇自控系統的設計應以實用為第一原則。在符合需要的前提下,合理平衡系統的經濟性與超前性,以避免片面追求超前性而脫離實際,或片面追求經濟性而損害區檢綜合樓的智能性。

可靠性

系統必須保持每天24小時連續工作。子系統故障不影響其他子系統運行,也不影響集成系統除該子系統之外的其他功能的運行。

經濟性

本樓宇自控系統方案所選用的設備與系統,以現有成熟的設備和系統為基礎,是我們開發研制最成熟,先進的系統。在樓宇自控系統工程投資中,以總體目標為方向,局部服從全局,力求系統在初次投入和整個運行生命周期獲得最佳的性能/價格比。

易維護性

因為本系統極為復雜,要保證日常運行,系統必須具有高度的可維護性和易維護性,盡量做到所需維護人員少,維護工作量小,維護強度低,維護費用低。

開放可擴展性

本樓宇自控系統設計盡量采用國家和國際標準及規范,兼容不同廠商、不同協議的設備和系統的信號傳輸,各子系統可方便進出系統。

四、設計依據

電氣裝置安裝工程施工及驗收規范(GBJ232-82

建筑設計防火規范(GBJ 116-88

區檢綜合樓的弱電設計圖紙和招標項目要求

JOHNSON CONTROLS 產品設計手冊

智能建筑設計標準(GB/T50314-2000

五、系統監控內容

本樓宇自控系統之設計是跟據樓宇的設計要求配置的,主體的設計思想是以標書要求結合設計圖紙為準。

整個區檢綜合樓樓宇自控系統的監測和控制包括下列系統:

1.柜式空調機系統

2.風機盤管

3.新風機系統

4.冷凍站系統

5.計算機中心機房專用空調

6.通風系統

7.供配電系統

8.新聞中心燈光音響

9.照明控制系統

10.給排水系統

11.電梯控制

12.消防系統

13.其它系統

1.柜式空調機系統

1)控制說明

每臺柜式空調機在送風口及回風口均設溫度傳感器1個共2個、壓差開關1個(作探測過濾器淤塞報警用)、冷凍水開度比例調節閥及其驅動裝置一套。DDC通過對以上的數據采集裝置及執行機構的控制,實現對空調機的監控,其監控功能功能主要有:

風機開關控制

風機的開關控制主要是通過BA系統預設的時間表來進行啟??刂频?/span>. 在一些特別的情況, 如加班情況, 風機有需要在預先設定時間表之外的時間啟動, 用戶可選擇在BAS操作站上操作啟停風機或用音頻式電話遙控風機啟停(關于電話遙控系統在本節后有詳細介紹). BA 系統允許用戶自行設定風機狀態與控制之間的聯鎖監察功能. 在設定此功能后, BA 系統會自動監察風機的狀態是否與控制要求一致, 如果不一致,則說明此控制點的設備有故障, BA 系統會以聲光報警形式在操作站上顯示, 以提醒操作人員做出相應的處理. 另外,BA 系統會將有關的事項一一記錄, 以作日后檢查之用. 還有, BA 系統允許用戶自行設定測量設備的累積運行時間, 以便維修人員在設備運行至一定時間后, 進行維修工作.

手動/自動轉換顯示

DDC控制器通過對手動/自動轉換裝置狀態的檢測,把信號讀回來分析來確定控制算法,并把信號送回中央監控系統并顯示。

送風、回風溫度檢測

DDC控制器通過安裝在送風口和回風口的溫度傳感器,把送風及回風的溫度讀回來,以做為控制算法的原始參數,并把檢測回來的溫度送回中央監控系統顯示。

冷凍水閥門開度控制及顯示、回風溫度控制

DDC 控制器通過溫度傳感器可以檢測到回風溫度并將它與預設的溫度值(可供用戶調較)作比較, 進行PID運算, 然后把控制信號輸出至冷凍水閥來對閥門進行開度調節,以控制冷凍水的進水量,進而達到溫度調節的目的. 另外此冷凍水閥會與風機狀態聯鎖, 在風機關閉的情況下, 將冷凍水閥關死. 冷凍水閥同時返回閥門開度的百分比數值給中央監控系統.

濾網狀態監察

BA 系統通過壓差開關, 監測過濾網的前后壓差. 當壓差超過壓差開關的預設值(在壓差開關上可調), BA 系統會以聲光報警形式在操作站上顯示, 以提醒操作人員安排有關人員做濾網清洗工作. BA 系統也會將有關的事項一一記錄, 以作日后檢查之用.

運行時間累計

BA系統利用軟件統計記時功能,可以實時的累計風機的運行時間,并記錄顯示。

此外,由于柜式空調機組沒有風速控制及加濕裝置,故招標書上對應的有關招標項目要求無法實現。另外,為了方便系統的管理及維護,根據以往的經驗,在招標項目要求的基礎上,我們添置了以下采集點:

風機跳閘報警監察

DDC 控制器會監察風機熱繼電器跳閘報警. 在有報警時, 停下風機并以聲光報警形式在操作站上顯示, 以提醒操作人員安排有關人員做檢修工作. BA 系統也會將有關的事項一一記錄, 以作日后檢查之用.

風機運行狀態

BA 系統通過風機主接觸器測量風機的運行狀態,以便操作人員實時了解風機的運行狀態。

2.風機盤管

1)控制說明

根據我們多年的工程經驗以及結合招標項目要求的控制功能進行綜合分析,我們認為對風機盤管的控制最好采取BA遠程控制與現場設定控制相結合的方式。因為大廈的風機盤管數量眾多,采用此控制方式可大幅度降低工程投資成本。

采用BA系統的DDC現場控制器控制風機盤管的程序啟停并顯示其運行狀態及故障告警,具體配置詳情請參閱本標書附件中的BA系統監控點表。

風機盤管的現場溫度控制仍采用常規的墻裝式溫控器與電動二通閥進行控制,以方便人員在現場根據自己的喜好進行溫度點的設定。(墻裝式溫控器與電動二通閥在空調專業工程中已有設計配置,不需重復投資)

從節能的角度來說,當室內的溫度達到設定點時,常規的溫度控制器會將電動二通閥關閉,空調系統冷凍水的流量與壓力變化會實時的反映到中央冷凍站的BA監控系統上,BA系統根據上述參數變化重新計算出大樓的冷負荷需求,實時控制冷凍站相關設備的啟停,達到最佳的節能效果。

3.新風機系統

1)控制說明

每臺新風機在送風口設溫度傳感器1個、壓差開關1個(作探測過濾器淤塞報警用)、冷凍水開度調節閥及其驅動裝置一套。DDC通過對以上的數據采集裝置及執行機構的控制,實現對新風機的監控,其監控功能功能主要有:

風機開關控制

風機的開關控制主要是通過BA系統預設的時間表來進行啟??刂频?/span>. 在一些特別的情況, 如加班情況, 風機有需要在預先設定時間表之外的時間啟動, 用戶可選擇在BAS操作站上操作啟停風機或用音頻式電話遙控風機啟停(關于電話遙控系統在本節后有詳細介紹). BA 系統允許用戶自行設定風機狀態與控制之間的聯鎖監察功能. 在設定此功能后, BA 系統會自動監察風機的狀態是否與控制要求一致, 如果不一致,則說明此控制點的設備有故障, BA 系統會以聲光報警形式在操作站上顯示, 以提醒操作人員做出相應的處理. 另外,BA 系統會將有關的事項一一記錄, 以作日后檢查之用. 還有, BA 系統允許用戶自行設定測量設備的累積運行時間, 以便維修人員在設備運行至一定時間后, 進行維修工作.

風機運行狀態

BA 系統通過風機主接觸器測量風機的實際狀態,以便操作人員實時了解風機的運行狀態。

濾網狀態監察

BA 系統通過壓差開關, 監測過濾網的前后壓差. 當壓差超過壓差開關的預設值(在壓差開關上可調), BA 系統會以聲光報警形式在操作站上顯示, 以提醒操作人員安排有關人員做濾網清洗工作. BA 系統也會將有關的事項一一記錄, 以作日后檢查之用.

運行時間累計

BA系統利用軟件統計記時功能,可以實時的累計風機的運行時間,并記錄顯示。

冷凍水閥門開度控制及顯示、送風溫度控制

DDC 控制器會監察送風溫度并將它與預設的溫度值(可供用戶調較)作比較, 進行PID運算, 然后輸出至冷凍水閥, 以作溫度調節作用. 另外此冷凍水閥會與風機狀態聯鎖, 在風機關閉的情況下, 將冷凍水閥關死. 冷凍水閥同時返回閥門開度的百分比數值給中央監控系統.

風機跳閘報警監察(招標項目要求無此項)

DDC 控制器會監察風機熱繼電器跳閘報警. 在有報警時, 停下風機并以聲光報警形式在操作站上顯示, 以提醒操作人員安排有關人員做檢修工作. BA 系統也會將有關的事項一一記錄, 以作日后檢查之用.

4.冷凍站監控系統

1)數據采集及顯示

冷水機組的工作狀態及故障報警:由BA系統將通過Intergrator集成器與冷凍機系統進行數據交換來實現。

冷凍水的送水、回水溫度:BA系統通過安裝在水管上的水管式溫度傳感器來實現數據的采集,并可通過中央監控系統顯示出來。

冷凍水水的回水流量:BA系統通過安裝在回水管的水流量傳感器來實現數據采集,并可通過中央監控系統顯示出來。

冷卻水的送水、回水溫度:BA系統通過安裝在總水管上的水管式溫度傳感器來實現數據的采集,并可通過中央監控系統顯示出來。

冷凍水供回水壓差:BA系統通過監測安裝在供回水管之間的壓差開關狀態來了解供回水之間的壓差。

冷凍水泵、冷卻水泵及冷卻塔的啟停通過系統的DO輸出來控制其供電回路的繼電器來實現,并通過繼電器的常閉觸點及熱繼電器的狀態來監察水泵、冷卻塔的過載及工作狀態,并結合安裝在水管上的水流開關采集回來的水流狀態來監測水泵的故障。

BA系統通過對冷卻塔的低水位開關的狀態進行監察,可以實時的了解冷卻塔的水位情況。(要求空調設計安裝專業提供電子式水位開關)

BA系統通過對冷凍水膨脹水箱的高、低水位開關的狀態進行監察,可以實時的了解冷凍水膨脹水箱的水位情況。(要求空調設計安裝專業提供電子式水位開關)

通過BA系統系統的軟件功能,能準確的累計并顯示柜式空調機、風機盤管、新風機、冷凍主機、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔等設備的運行時間、啟停次數的累計并顯示。

為節省系統投資,考慮到招標項目要求的冷卻塔的進出水溫度檢測對節能控制及管理沒有多大的作用,故本設計方案不做以上項目的數據采集。另外,為實現節能的優化控制及提高操作管理的效率,在冷卻塔冷卻水的進出口進行添加電動蝶閥(共6套)以實現對冷卻水的控制。

2)控制說明

啟??刂疲?span>BA系統將通過Intergrator集成器與冷凍機系統進行數據交換來實現。

冷凍主機啟停臺數控制:網絡控制器及直接數字控制器將預先編寫的軟件程序來控制冷凍主機的啟停臺數,并聯動控制相關設備(如冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔等)?;镜目刂圃砣缦拢?span>BA系統通過量度冷凍水的總供、回水、溫差及回水流量而計算出空調系統的冷負荷,然后根據冷負荷來決定冷凍主機的啟停組合及臺數,并通過BA系統的控制算法,來聯動相關的水泵、冷卻塔,以便達到最佳的節能狀態。

冷凍站各設備(冷凍機、冷卻泵、冷凍泵、冷卻塔、蝶閥等)通過程序實現群控功能,即,根據冷負荷決定設備開啟臺數,根據累計運行時間選擇開啟設備,運行中自動進行故障切換,實現設備起停的時間聯鎖關系。

對于冷凍水旁通閥的控制, BA 系統會監察冷凍水的供回水壓差, 將它與預設的設定值(可供用戶修改)作比較, 通過DDCPID計算, 輸出控制要求給冷凍水旁通閥,以維持供回水間壓力平衡。

系統會對上述各返回數值做記錄, 預設值為24小時. 如有需要, 可用Trend的功能對有關的監察對象作長時間的監察記錄, 有關數據可輸出至其它第三方的軟件, Excel , 以作數據管理及分析用途. 同時系統也允許用戶對各監察對象預設上下報警值, 上下預警值, 報警提示, 及報警等級, 當監察的對象超出預設值, BA 系統會以聲光報警形式在操作站上顯示, 以提醒操作人員做出相應的處理工作. BA 系統也會將有關的事項一一記錄, 以作日后檢查之用. 至于配電柜的開關狀態, 故障. 系統會對各返回數值做記錄, 預設值為對上十次狀態改變. 對于每個報警點, BA系統允許用戶預設報警提示, 及報警等級, 當監察點報警時, BA 系統會以聲光報警形式在操作站上顯示, 以提醒操作人員做出相應的處理工作. BA 系統也會將有關的事項一一記錄, 以作日后檢查之用.

5.計算機中心機房專用空調

1)控制設備內容

BA 系統將會對以下機房專用空調設備進行監控:

計算機網絡中心:1

BA系統通過集成器與制冷主機進行數據交換,實現機房專用空調的自動起停與機房溫濕度控制。

6.通風系統

1)控制說明

風機開關控制

風機的開關控制主要是通過BA系統預設的時間表來進行啟??刂频?/span>. 在一些特別的情況, 如加班情況,風機有需要在預先設定時間表之外的時間啟動, 用戶可選擇在BAS操作站上操作啟停風機或用音頻式電話遙控風機啟停(關于電話遙控系統在本節后有詳細介紹). BA 系統允許用戶自行設定風機狀態與控制之間的聯鎖監察功能. 在設定此功能后, BA 系統會自動監察風機的狀態是否與控制要求一致, 如果不一致,則說明此控制點的設備有故障, BA 系統會以聲光報警形式在操作站上顯示, 以提醒操作人員做出相應的處理. 另外,BA 系統會將有關的事項一一記錄, 以作日后檢查之用. 還有, BA 系統允許用戶自行設定測量設備的累積運行時間, 以便維修人員在設備運行至一定時間后, 進行維修工作.

風機跳閘報警監察

DDC 控制器會監察風機熱繼電器跳閘報警. 在有報警時, 停下風機并以聲光報警形式在操作站上顯示, 以提醒操作人員安排有關人員做檢修工作. BA 系統也會將有關的事項一一記錄, 以作日后檢查之用.

風機運行狀態

BA 系統通過風機主接觸器測量風機的實際狀態.

7.供配電系統

1)監測說明

BAS對于區檢綜合樓供配電系統的監測,主要采用各種變送器,通過電路分析儀與BASDDC進行數據交換,收集電流、電壓、功率因數、頻率、點度量等數據。 BA 系統主要的功能是做監察、記錄、報警的用途. 系統會對各返回數值做記錄, 預設值為24小時. 并可用Trend的功能對有關的監察對象作長時間的監察記錄, 有關數據可輸出至其它第三方的軟件, Excel , 以作數據管理及分析用途. 同時系統也允許用戶對各監察對象預設上下報警值, 上下預警值, 報警提示, 及報警等級, 當監察的對象超出預設值, BA 系統會以聲光報警形式在操作站上顯示, 以提醒操作人員做出相應的處理工作. BA 系統也會將有關的事項一一記錄, 以作日后檢查之用.

對于區檢綜合樓供配電系統中的開關狀態, 電源狀態, 故障報警, 等開關量輸入點,我們設計中,主要的功能是做監察, 記錄, 報警的用途.

對于干式變壓器的監控,我們的設計主要是監測變壓器的溫度狀態,當變壓器溫度過高報警時,我們的BA系統將以聲光報警形式在操作站上顯示,以提醒操作人員做出相應的處理工作。而 BA 系統也會將有關的事項一一記錄,以作日后檢查之用。 另外 BA 系統允許用戶自行設定測量設備的累積運行時間,以便維修人員在設備運行至一定時間后,進行維修工作.

8.照明控制系統

1)控制說明

BAS的直接數字控制器DDC通過對照明供電回路的繼電器進行控制及其狀態的監察,可以實現對照明系統的智能控制及系統狀況的了解。

BAS對照明系統的監控可分為三種控制模式:按時間程序控制模式、隨機控制模式以及強制性控制模式。

時間程序控制:可按每天預先編排的時間程序來進行照明開關控制及監視其狀態。例如可按不同季節的時間表、上下班時間表來自動時控開關;這種模式通常用于正常上班時間的公共照明控制。

隨機控制:在節假日、加班等非正常上班時間,大樓里公共場所的活動人員較少,從節能的角度考慮,共照明控制應達到人到燈亮,人走燈滅的智能控制效果。本系統利用節假日及非上班時間大樓的保安監控系統處于布防狀態,一旦有人在系統防區內出現,保安監控系統便立刻探測到并報警,然后通過閉路電視監控系統的多媒體主控把報警信號送至BMS,由BMS來聯動照明系統。該模式也是應急照明、事故照明及疏散照明的主要控制模式,是一種被動的控制模式,一般通過BMS來集成。

強制性控制:操作員可以根據需要,通過BAS管理工作站來開/關任一路系統監控的燈。

9.給排水系統

1)控制說明

集水坑及其水泵監控

通過水位開關監察集水坑的高低水位報警

DDC通過高水位報警來啟動水泵,把集水坑里的水抽走;當低水位報警時,DDC則停止水泵的工作

通過安裝在水管上的水流開關,系統可以了解到水流的狀態,并結合DDC從水泵供電回路的繼電器狀態,BA系統可以判斷水泵的狀態及故障

生活給水系統監控

通過水位開關監察屋頂水箱、地下水池的高低水位報警

DDC通過屋頂水箱低水位報警來啟動水泵向屋頂水箱供水;當屋頂水箱高水位報警時,DDC則停止水泵的工作

通過安裝在水管上的水流開關,系統可以了解到水流的狀態,并結合DDC從水泵供電回路的繼電器狀態,BA系統可以判斷水泵的狀態及故障,一旦有故障警報時,DDC立刻把對應的備用泵投入工作,以提高供水的可靠性

所有設備的運行時間、報警、啟停等,BA系統都進行記錄,以便查看

10. 電梯控制

BA系統通過集成器與電梯系統進行數據交換,以獲得電梯運行的狀態信息如:升降狀態、停梯狀態、故障告警、消防狀態等,通過集成器,還可對電梯進行遠程復位、程序啟停等。

11.消防系統

BA系統通過集成器與消防系統進行數據交換。

13.電話遙控系統(選項)

(A)通過員工臺上的電話可控制所屬區的設備啟停,如照明,風機等設備的控制。平時設備是按M5系統預先編寫的時間假日程序自動完成啟??刂?,當下班后或假日需加班工作時,由于該設備已按時間程序關掉,員工可拿起電話后通過按鍵輸入密碼發出開啟指令,該狀態下的設備之運行時間可預先在M5設定,如三小時后,設備會自動關掉,若再需要開啟,可重復輸入延長工作時間程序。

(B)在區檢綜合樓以外,工作人員可通過電話進入M5系統,可發出啟停指令,如開關照明系統,啟??照{系統,設定值調校等。因此,無論在任何地方,被授權,都能對區檢綜合樓內各設備控制功能,方便了對區檢綜合樓之管理。

六、區檢綜合樓樓宇自控系統結構

區檢綜合樓樓宇設備自動化控制系統結構示意圖

由于建筑面積大,受控設備分布廣,所以我們本著集中管理、分散控制這種集散式監控結構的設計原則來實現整體功能。從樓宇設備自動化控制系統結構示意圖可知此系統是由中央操作站、網絡控制器、直接數字控制器(DDC)等組成,中央操作站及網絡控制器是通過Ethernet(N1)將各節點連接起來,同時安裝在建筑物各處的直接數字控制器(DDC),將通過RS485現場總線(N2網)連接到網絡控制器上,與其它網絡控制器上的直接數字控制器及中央操作站保持緊密聯系。傳感器及執行器等連接至以上各直接數字控制器內。

七、系統DDC配置

區檢綜合樓的特點是受控設備多,且比較分散,如何合理的配置DDC就成為方案設計中最重要的問題。J根據實際特點,結合多年的工程經驗,設計中不僅保證系統功能全面實現,又減少施工中的不必要浪費,并且DDC的配置為以后的擴展留有足夠的余量。DDC分布以就近控制設備為原則,每個DDC箱均有一個主控器,主控器帶有操作鍵盤及顯示裝置,因此,當網絡或操作站有故障時,每個DDC均能完成各自所有的就地控制功能。DDC的配置可參看本標書附件中的系統監控點表。

八、節能軟件

我們提供以下節能軟件,這些軟件程序能在區檢綜合樓樓宇自控系統內自動運作而不需要操作人員的介入。同時軟件有足夠的靈活性,允許用戶根據現場情況而作出相應的修定。

1.每日的預定時間表

2.每年的預定日程表

3.假期的安排表

4.臨時超越控制安排表

5.最佳啟/停功能

6.夜間設定點自動調節控制

7.焓值切換功能

8.溫度設定點的重置

9.制冷機的組合及次序控制

10.用電量高峰期的限制等

九、報警管理

報警管理包括監查、緩沖、儲存及將報警送至指定的操作站上。

1.顯示所有報警監控點的有關詳細資料,包括發生的時間及日期。

2.根據嚴重性報警可分為三級,以便更有效及快速處理嚴重的報警。用戶可以為報警決定嚴重性的級別。

3.報警發生后根據用戶的事前安排,自動導向至指定的操作站上,若原來的操作站發生故障,報警自動導向至其它指定的后備裝置上。

4.在嚴重性級別最高的報警或特定的報警發生后,這些報警可以通過電話系統自動傳到其它地方,包括建筑物以外的有關單位, 使報警得到適當及時的處理。整個傳送程序是自動進行的,不需操作員的介入。

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