1、智能建筑中的楼宇设备监控系统设计案例何志议1 ,2 曹素璋1(11 贵州大学MBA04155000121 贵州振华房地产开发有限公司 550001) 摘 要 通过案例,详细阐述了Excel5000楼宇控产品在某大厦宇设备监控系统各子系统中的具体应用,为相关专业设计人员的此类方案设计提供了参考依据。 关键词 Excel5000TCP/ IP 分布控制1 引言现代化的商务大厦是以高度的智能化为其主要功能目标的,而楼宇自动化系统是现代楼宇智能化的体现。楼宇设备监控系统是基于现代控制理论中的分布控制理论而设计的一个集散型控制系统,它通过中央计算机将分布在各监控现场的智能单元连接在一起,构成一个先进而完
2、善的综合监控系统,对整个大厦的机电设备实现集中监测与控制,保证设备在最佳状态下运行,为大厦提供一个舒适、高效、安全、节能的环境。2 设计依据和标准(1)GB/ T503142000智能建筑设计标准(2) J G J/ T1692民用建筑电气设计规范(3)GBJ4281工业企业通信设计规范(4)GBJ23292电气装置安装工程施工及验收规范(5) G B5004595高层民用建筑设计防火规范(6)EBI企业网 Excel5000设计手册3 设计原则楼宇设备监控系统担负着对整个大厦机电设备的集中监测与控制,保证设备的正常运行,并达到最佳状态。因此,不仅要求楼宇自动化控制系统具有可靠性,同时还具有开
3、放性,灵活性,经济性。在整个设计中,对所控制的点、设备进行分区、分块、根据各部分的功能特点,选用相宜的DDC控制器,整个系统充分体现了分散控制集中管理的特性。4 设计选型某大厦建筑面积30000m2地面32层,地下1层,地上第6层为设备层,地下1地上5层为商场,地上731层为办公区域,大楼控制中心位于18层,大厦楼宇设备子系统如图1所示。图1 楼宇设备控制系统示意根据此大厦的建筑特点和应用功能,选用了美国Honeywell公司最新推出的Excel5000系统与EBI系统相结合的方式。该系统根据需要可将大厦的楼宇控制系统,消防报警系统及保安自动化系统集成在EBI平台上,包括选用最先进的Lonwo
4、rks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。411 硬件部分Excel5000系统包括三个部分:机电设备控制系统、火灾报警消防控制系统、保安系统。它是一个集成系统,在管理信息域,可与办公自动化系统相联;在实时控制领域,三种控制系统联接为一个整体,完成数据交换,可实现动作连锁控制。Excel5000也是一个开放系统,其第二级(单元)控制器,采用了行业规范LonMark。数据网络通信协议采用工业标准。TCP/ IP网络结构采用以太网,使网络的联接简便易行,同时,采用Internet04电工技术杂志2004年第11期建筑电气 1995-2006 Tsinghua Tongfa
5、ng Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.图2 分布式系统结构的网络解析技术,使建筑物自动化系统可与企业网互联。Excel5000系统是以现场总线技术为基础的集散型控制系统,主控制器I/ O采用LON总线,部件采用先进的电子技术,使控制器的可靠性达到平均无故障时间MTBF小于12万h ,具有工业过程控制水平。由于火灾报警消防控制系统、保安系统在本大厦中是各自独立的系统,所以在此只介绍机电设备控制系统。412 软件部分Excel5000系统所采用的控制原理是建筑自动化中的分布式控制系统。网络结构网如图2所示。5 各子系统的具体设计511 新风空调
6、系统的监控(1)监控对象 设置121个点实现对14台BFPX系列变风量空调机组远程起停控制、节能控制、实时监视和故障诊断;对2台39G2330型组合式空调进行远程起停控制。(2)远程起停控制 当风机控制箱控制按钮处于自动位置时,在楼控工作站上可远程起动或停止风机,当控制按钮处于手动位置时,可本地起停新风机组/空调机组。(3)节能控制 以新风入口温度、新风出口温度、所处季节等为参量,利用软件编制相应新风机节能管理控制程序,对新风机/空调机进行控制,对水阀的开度进行PID调节;根据各新风机/空调机控制区域作息时间,制定相应的时间表,定时自动控制新风机/空调机的起停,楼控中心可对新风机/空调机和水阀
7、进行软手动控制。(4)实时监视 实时监视各新风机/空调机运行状态及新风机/空调机有无故障报警。(5)故障诊断 当检测到新风机/空调机出现故障时,楼控工作站立即发生故障报警,提醒操作员通知相关人员维修设备。(6)过滤器阻塞报警 空气过滤器两端压差过大时报警,提示清扫。(7)在商场内设置空气质量监测点,根据二氧化碳浓度直接调节变风量空调机,从而调节新风回风,确保商场的新风流量满足空调新风舒适感的要求。监控点分布如图3、表1所示。512 直燃机组的监控2(1)监控对象 设置85个点对2台BZ102( K) B型直燃机组、2台BZ85K) C2H2型直燃机组及冷温、冷却泵、冷却塔风机进行状态及故障监控
8、。(2)远程自动控制 在楼控工作站上可以实现直燃机组远程控制。(3)故障及工况监测 对直燃机组、空调水泵、冷却塔风机进行状态检测及故障报警。一旦检测到故障,即发生报警提示维修人员对设备进行维修;直燃机组其他更详细的参数的监测,通过集成平台对直燃机组进行信息系统集成加以实现,这样可节省业主投资,避免重复建设。表 1空调末端数量AIDIDO/ AO外界温度送风温度室内温度二氧化碳浓度风机状态风机故障变频器状态风压报警空气滤网报警手动/自动状态水阀门调节新风阀调节回风阀控制风机控制变频控制合计变风量空调机、新风机16 3 16616 16161632121小计16 3 16616 161616321
9、2114智能建筑中的楼宇设备监控系统设计案例电工技术杂志2004年第11期 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.图3 新风空调机监控原理 根据大楼的要求,累积每台冷冻机组运行时间,自动切换到运行时间最短的机组,使每台机组运行时间基本相等,目的是延长机组使用寿命。 根据冷源系统总负荷量(一次供回水温差 总流量)进行冷水机组台数控制。运行台数需与负荷相匹配,实现机组最优起停时间控制,使设备交替运行,平均分配各设备运行时间。对各季节的优先使用设备进行指定,发生故障时自动切换,根据送水分水器温度进
10、行减少,回水集水器进行增加的冷源运行台数补充控制。负荷计算:Q= KM(T1T2)式中 Q 负荷K 常数M 流量T1 回水总管温度T2 供水总管温度 冷冻水系统控制方案 所有冷冻机组的起停与相关的负荷控制连锁,用户可以根据现场的具体情况和用户的要求对这些程式中的参数及连锁点自行修改和设定。BAS系统通过安装在冷冻机房内的Exce15000系列直接数字控制器来完成对冷冻机组的控制要求:冷冻机台数控制、运行顺序的转换控制根据水系统的供回水温差和流量计算空调系统的冷(或热)负荷,以此来对冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、冷却塔进水阀及相关的水阀实现联动控制,同时监视其运行状态及故障状态。冷水
11、机组开机台数控制方案如表2所示。表 2负荷开机台数0 负荷 50 %1台50 % 负荷 100 %2台 旁通调节阀控制 在系统出现低流量的情况时,通过软件计算旁通阀开度,保证直燃机组的安全运行。 定时起停控制 可以根据用户实际情况,制定相应时间表,定时控制直燃机组的起停。监控点分布如表3、图4所示。513 送排风机系统的监控(1)监控对象 监控设备包括5台强排烟风机(P1P5) , 4台送风机(S1S4) ,具体型号为4台468N08C离心风机, 2台468N0613C离心风机及3台SJ G415F斜流风机。共设置监控点18点。(2)具体监控内容 实时监视 对各风机24电工技术杂志2004年第
12、11期智能建筑中的楼宇设备监控系统设计案例 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.运行状态进行监视。 故障诊断 一旦检测到送排风机出现故障,立即产生报警提示,提醒操作人员,通知检修。监控点分布如表4所示。表 3受控设备控制点数量AIDIDO/ AO湿度供回水温度压差流量设备状态设备故障楼宇/本机运转/本机阀状态阀故障稀释中/结束启停控制阀门开阀门关旁通阀控制合计直燃 机 组系统(套)3直燃机组464483 25冷冻水泵777721冷却水泵999927冷却塔风机444412小计6 20 202
13、83 85表 4受控设备控制点数量DIDO/ AO风机状态风机故障变频器状态风压报警空气滤网报警手动/自动状态设备启停控制水阀门调节新风阀调节回风阀调节风机调速变频控制合计送排风系统送风机4448排烟风机55510小计9918 注:在送排风系统中,由消防系统联动控制排烟风机及正压送风机,楼控系统只进行状态检测而不进行控制。514 给排水系统的监控(1)监控对象 需监控的设备包括生活水泵、消防泵、喷淋泵、地下水池、顶层水箱水位。水泵及污水坑水位共设置监控点22点。图4 直燃机组监控原理34智能建筑中的楼宇设备监控系统设计案例电工技术杂志2004年第11期 1995-2006 Tsinghua T
14、ongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.图6 生活排水系统监控原理图5 生活给水系统监控原理(2)具体监控内容 实时监视 对地下水池和屋顶水箱的高低水位、生活水泵、消防水泵及污水泵运行状态进行监控。 故障诊断 各生活水泵、消防水泵及污水泵一旦出现故障,或水池、水箱、集水坑水位出现超限报警,立即产生报告,提醒操作人员,通知检修。监控点分布如图5、图6所示。515 供配电系统的监控(1)监控对象 需监控的设备包括1DP、2DP低压进线柜; 4DP联络柜。共设置监控点21点。(2)具体监控内容 远程控制 通过编制相应控制程序,实现市电双回
15、路供电电源母线开关的远程监测。 实时监视 楼控中心可对空气断路器状态、市电电压电流进行实时监视。 故障诊断 当市电供电电源出现故障(如缺相、断电等)时,作出相应保护,并立即产生报告,提醒操作人员,通知维护人员进行维修。监控点分布如表5、图7所示。表 5受控设备控制点数量AIDIDO/ AO电压电流功率因素设备状态设备故障分闸开关合闸开关风阀调节风机调速设备开/关控制合计供配电系统母线开关3663321小计663321516 照明系统的监控(1)监控对象 设置58个点对各楼层总照明配电箱进行监控。(2)监控内容 远程定时控制 根据各楼层办公作息时间,制定相应控制时间表,编制相应软件控制程序,定时
16、开关控制29路照明控制箱的开关。状态监视 楼控工作站可对各路照明配电状态进行监视,一旦出现异常情况,立即产生报警,提醒操作人员,通知维护人员进行维修。监控点分布如表6、图8所示。表 6受控设备控制点数量AIDIDO/ AO电压电流功率因素设备状态设备故障设备分开关设备合开关风阀调节风机调速设备开/关控制合计照明箱29292958小计292958517 电梯系统的监控(1)监控对象 设置20个点,对10台电梯运行工况进行监控。(2)监控内容 可对电梯运行状态进行实时监测,一旦出现异常,立即产生报警,提醒操作人员,通知维护人员进行维修。监控点分布如表7、图9所示。表 7受控设备控制点数量AIDID
17、O/ AO电压电流功率因素设备状态设备故障设备分开关设备合开关风阀调节风机调速设备开/关控制合计电梯照明箱1010 1020小计10 102044电工技术杂志2004年第11期智能建筑中的楼宇设备监控系统设计案例 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.图7 低压配电系统监控原理图8 照明控制箱接线原理示意6 系统控制方案说明根据大楼的实际状况,采用了6个控制器构成整个大楼楼控系统的控制网络,分布在1层、4层、6层、18层。见图10楼宇控制系统原理图。611楼宇设备分布特点该大厦地下1层5层每
18、层有两台变风量空调机组,根据机组在设置位置对称的特点,将控制器分为两大控制区域,最大限度地节约了工程材料,其中在1层设置两台DDC控制器1FXL8011和1FXL8012 ,实现对地下1层及1层变风量空调机组的检测与控制, 4层设置两台XL100控制器,对室外温度和3、4两层右侧区域变风量机组的检测与控制,对25五层的用电、扶梯状态和故障变风量空调机组的集中管理。6层为设备层,大楼重要机电设备均集中在此层,有4台直燃机组,空调水系统、供配电系统、所需监控点较多,故在6层设置一台6FXL500控制器,实现对6层的空调系统、供配电系统及地下1层地上13层楼层配电箱的状态采集和远程控制。54智能建筑
19、中的楼宇设备监控系统设计案例电工技术杂志2004年第11期 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.图9 电梯运行状态监视原理图10 楼宇控制系统原理图 在大楼18层设置一台XL500控制器对一台组合式空调机组和地上1423层楼层配电箱的状态采集和开关控制。在28层设置18FXL500的远端I/O箱,实现地上24层至32层的楼层配电箱的状态采集和开关控制,同时也对32层的一台组合式空调的启停进行控制。612 具体说明各信号点、被控点分别就近连接至控制器XL500/ XL100/ XL80DDC
20、控制器上,所有DDC控制器之间通信线选用RVVP (20175) ,模拟信号线选用RVVP (2015) ,所有数字信号(DI、DO)控制通信线缆选用BV110 :因大楼六层机电设备众多,控制线缆数量较多,因此在6层设置CT(10050)的水平桥架。同时,在弱电井732层设置一路PVC32的垂直线管,以便于楼层配电箱的状态及控制线的走线敷设。7 结束语本文重点对智能建筑中楼宇监控系统中各子系统作了详尽的描述。对其中各子系统中的关键技术性问题进行了重点剖析。在智能建筑中,由于楼宇控制系统本身已经具备了完善的自动监测、自动调节、自诊断、自动报警等功能,可以大大减少设备管理人员,降低运作成本,提高大厦的管理效率。参考文献1 胡崇岳.智能建筑自动化技术.北京:机械工业出版社, 19992 李林.智能大厦系统工程.北京:电子工业出版社, 19993 杨守权.建筑物自动化技术综述.Honey2well中国分公司出版, 2000收稿日期: 2004073064电工技术杂志2004年第11期智能建筑中的楼宇设备监控系统设计案例 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
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