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一套完整的楼宇自控(BA)系统解决方案

   2022-05-18 1080
导读

有不少朋友反映,对楼宇自控系统比较陌生,但项目中经常的在接触这个系统,在我们弱电VIP技术群中也不断的有朋友问到相关内容。

有不少朋友反映,对楼宇自控系统比较陌生,但项目中经常的在接触这个系统,在我们弱电VIP技术群中也不断的有朋友问到相关内容。


楼宇设备自控系统也称BA系统。楼宇设备自控系统主要包括:冷热源系统、空调通风系统、风机盘系统、照明系统、电梯系统、给排水系统等系统的一个集成统称。系统主要通过运行状态监控与故障监测,对建筑物内各类设备进行高效率的管理与控制,在提供最佳舒适环境、现代化管理模式的同时,大大降低能量消耗。


本期我们一起来通过这个全面的楼宇自控系统设计方案,以及楼宇自控配置清单,彻底了解楼宇自控系统设计。


一、项目概述

本项目分为艺术馆、图书馆及公园三个部分,艺术馆建筑面积34268平方米,图书馆建筑面积为30473平方米。高低公园主体为停车场及配套商业。


大楼建筑智能化工程的楼宇自动控制系统的网络配置遵循分散控制、集中监视、资源和信息共享的基本原则,是一个工业化标准的集散型控制系统。


使建筑具有智能建筑的特性。楼宇自动化系统是利用电脑控制技术对建筑物内诸如供暖、照明、空气调节、给排水等现代化设施、设备的运行参数、状态及能源消耗进行集中管理,以达到统一管理、分散控制,同时做到节能和延长设备使用寿命的目的。采用楼宇自控系统,就可以合理利用设备,节约能源,节省人力,确保设备的安全运行,加强楼内机电设备的现代化管理, 并创造安全、舒适与便利的工作环境,提高经济效益。其主要功能如下:

对机电设备进行实时监测和参数报警

提高楼宇内部的环境舒适性

节约能源,降低系统运行成本,延长设备使用寿命

降低操作人员的劳动强度,大量节省劳动力

提高整个建筑物的管理水平和效率,保障建筑物与人身的安全


二、设计依据

为了保证系统既能适应当今网络技术的发展,又具有极高的可靠性,本方案设计遵从以下标准:

民用建筑设计通则(GB50352-2005)

高层民用建筑设计防火规范(GB50045-2014)

火灾自动报謷系统设计规范(GB50116-2013)

消防联动控制系统(GB 16806-2006/XG1-2016)

汽车库、修车库、停车场设计防火规范(GB50067-2014)

民用建筑电气设计规范(JGJ/T16-2008)

建筑电气安装工程施工质量验收规范(GB50303-2015)

供配电系统设计规范(GB50052-2016)

低压配电设计规范(GB50054-2011)

20kV及以下变电所设计规范(GB50053-2013)

电气装置安装工程-接地装置施工及验收规范(GB50169-2016)

公共建筑节能设计标准(GB50189-2015)

建筑节能工程施工验收规范(GB50411-2014)

电子计算机机房设计规范(GB50174-2016)

智能建筑设计标准(GB50314-2015)

大楼智能化系统工程招标文件

大楼智能化招标图纸


三、系统方案设计

一、系统需求分析

本项目机电设备功能复杂、且比较分散,物业管理者无法对众多机电设备进行集中的监视和控制,作为群众活动场所,人员在某些时间又会相对比较密集,因此对建筑物内环境又有着比较严苛的要求;同时考虑到运营的成本,降低设备管理人员数量,减少能耗,因此需要建立一套机电设备监控系统来实现对场馆内机电设备的运行状态、各种运行参数进行统一的检测、及对机电进行控制;


本项目项目智能化系统工程楼宇自控系统主要监控对象为:

- 制冷系统(预留网关接口)

- 通风系统

- 空调系统

- 给排水系统

- 电梯系统

- 柴油发电机系统

系统总体技术需求如下:

1)先进的、集散型网络结构可以实现楼宇自控系统的实时集中监控管理功能,既能符合国际标准,又符合建筑特点,其设备较分散,作为集散性控制分站的控制器通信网络,应能实现各分站间,分站与中央站之间的数据通信。

2) 监控的界面为全中文 Windows 界面,简洁明了的人机交互,便于操作员的学习和掌握,监控界面直观形象。

3)需采用灵活的模块化具有 BACnet 技术现场控制器,对于不同楼层的现场设备分布配置相应的输入/输出模块,保证系统良好的集散性和今后的扩展性

4)系统具有高度开放性,通过网关能与酒店内各个系统实现集成并进行监控。


二、系统架构

考虑到本项目机电设备众多,建筑面积大,使用周期较长,故我们考虑为项目保留足够的技术先进性、开放性和升级能力,因此楼宇自控系统采用了主流最先进的基于Bacnet开放协议的产品。


系统按以下层次配置设计:

管理级网络(MLN)

控制级网络(CLN)


管理级网络

在本项目的楼宇自控系统中央控制室设立楼宇自控系统管理站,采用标准的TCP/IP联入以太网局域网,通过以太网及相应的通讯接口实现管理站、现场控制器、及第三方设备、相关子系统间的及上位IBMS系统的数据通信、资源共享和综合管理功能。数据库支持ODBC,SQL,OPC,DDE,NetDDE网络API函数库。最高级系统报警可直接通过拨号系统联入电话网,将报警信息进行远程传送。数据库的分层管理和软件的模块化设计,使数据访问的安全性得到了保证。没有得到授权将不能访问系统的任何数据,不同级别的授权,只能访问不同级别的数据。


控制级网络

楼宇自控系统控制层设备通过BACNET MS/TP总线进行连接,连入网络控制器,从而实现与中央站的数据交换及通讯。系统能实现控制器间的通讯,即同层通讯,便于系统参数的共享及不同控制器间的联动控制。中央可通过网络控制器以信息传送至任何指定的分站。


在系统的两层结构中,无论是管理层还是控制层,均具有同层资源共享功能(Peer to Peer)。在系统主机发生故障时,所有网络控制引擎仍保持通讯和数据的交换,而倘若网络控制引擎掉线,其控制网络的全部现场控制器之间亦能保持点对点无主从的方式进行直接通讯,从而保障系统不间断的可靠运行。


三、楼宇自动化控制系统网络架构

本系统采用两层架构,高低公园管理层中央工作站及网络控制器放置于首层管控中心,群艺馆管理层中央工作站及网络控制器放置于二层安防监控室,图书馆中央工作站及网络控制器放置于本楼一层消防安全控制室,中央管理工作站与网络控制器通过TCP/IP协议接入设备网,控制层设备放置于被控设备附近,各DDC控制器之间采用RVSP线缆通过BACNET总线协议进行连接,管理层与控制层之间通过网络控制器进行数据的交换,系统网络构架图如下:

图片



四、系统功能

1.4.1 系统监控范围

根据本项目业主提供的相关资料,在本次方案中,对以下系统实行监控:

- 制冷系统(预留网关接口)

- 通风系统

- 空调系统

- 给排水系统

- 电梯系统

- 柴油发电机系统


1、冷源系统


a、制冷系统设计控制方式设计:

本项目制冷系统群控暂不予考虑,楼宇自控系统只为冷源系统预留网关。


2、空调系统

控制对象:电动调节阀、风机启停、变频、新风阀、回风阀。

检测内容:送/回风温湿度、回风CO2、过滤器堵塞信号、风速、室内风压、风机启停、工作、故障及手/自动状态。


控制方式:

空调机组设计送风风机由DDC远距离及现场手动控制启停。温度、湿度、风阀、水阀等控制环路与风机连锁, 风机停止运行连锁温度、湿度控制环路停止工作,水阀全闭,新风阀全闭;


季节控制:

冬季,当室内或送风温度 (T) 高于设定值, 通过PID 控制关小水阀, 当室内或送风温度低于设定值时。夏季,当室内或送风温度(T)高于设定值,通过PID 控制开大水阀开度,当室内或送风温度低于设定值时关小水阀;


风阀控制:

调节新/回阀门,冬夏季节在保证满足空调空间新风量需求的前提下,尽量减少室外新风的引入,以达到充分节能的目的;在过渡季节,通过调节新、回风阀门,充分利用室外新风,一方面可推迟用冷/热水的时间可达到节能的目的,另一方面可增加空调区域内人员的舒适感,同时,根据回风CO2浓度检测值增加或减少新风量,调节新排风比。


变频:

控制器根据区域温度及其设定值通过PI调节计算出所需一次风量,并监测当前风速并计算风量,通过PI调节风阀以使当前一次风量满足需求风量(界于最大和最小设定风量之间)。当区域温度处于制热设定值与制冷设定值之间时,调节风阀以保持一次风至最小风量设定值;当区域温度高于制冷设定值时,调节风阀以增加一次风量,最高增加到最大风量设定值;当区域温度低于制热设定值时,调节风阀以保持一次风至最小风量设定。


排风(适用于带排风的空调机组):排风阀与排风机在本地与配电箱就地连锁,风机打开,排风机与排风阀工作,风机关闭,排风机与排风阀关闭。


压差报警:过滤器阻力增大到限定值时, 自动报警提示更换或清洗过滤器,同时,在风机开启时监测风机两端压差开关的开闭,此信号通过DDC控制器反映在中央控制器中,在中控室工作站上提示并打印,通知维护人员进行清理;


防冻报警:当温度低于5度时报警,以防盘管冻裂;

通过楼宇自控软件进行机组的运行时间的累计计量,启动次数、运行时间显示,并自动定期提示检修设备;


在工作站彩色图形显示、记录及打印各种参数、状态、报警、运行时间、趋势图、动态流程图,以便物业管理人员日常维护。

空调系统示意图

3、新风系统

新风机组的控制设计:

控制对象:电动调节阀、风机启停。

检测内容:新风温湿度、送风温湿度、风速、过滤器堵塞信号、风机启停、工作、故障及手/自动状态。


控制方式:

风机由DDC远距离及现场手动控制启停。温度、风阀、水阀等控制环路与风机连锁, 风机停止运行连锁温度、湿度控制环路停止工作,水阀全闭,新风阀全闭;


季节控制:冬季,当室内或送风温度 (T) 高于设定值, 通过PID 控制关小水阀, 当室内或送风温度低于设定值时。夏季,当室内或送风温度(T)高于设定值,通过PID 控制开大水阀开度,当室内或送风温度低于设定值时关小水阀;


过滤器阻力增大到限定值时, 自动报警提示更换或清洗过滤器,此信号通过DDC控制器反映在中央控制器中,在中控室工作站上提示并打印,通知维护人员进行清理;

当温度低于5度时报警,以防盘管冻裂;


通过楼宇自控软件进行机组的运行时间的累计计量,启动次数、运行时间显示,并自动定期提示检修设备;


在工作站彩色图形显示、记录及打印各种参数、状态、报警、运行时间、趋势图、动态流程图,以便物业管理人员日常维护。


4、送排风系统

风机的启动和关机均有预先时间程序控制;

风机运行状态、手自动状态和故障状态的监测;

5、给排水系统

A 给水系统具有如下功能: 

1 自动检测生活水箱超高、超低水位状态并在楼控管理主机上做出报警。    

2 自动检测供水泵的运行状态、故障报警

3 根据供水总管压力,自动启停水泵及调节频率,使管道压力维持在设定值。

4 根据水箱水位自动启停补水泵。

B 排污系统具有如下功能: 

1 自动检测污水池的超限液位状态。 

2 自动检测排污泵的运行状态、故障报警。 

3 可通过中央管理工作站对其进行监视报警,并通知楼控管理人员到现场排查故障。


6、电梯系统

电梯运行状态、故障报警和上下行状态及电梯紧急报警状态的监测。


7、柴油发电机系统

本系统对柴油发电机进行如下点位监控:  

发电机油温、油压、发电频率、启动电瓶电压、油箱液位。  

监视燃油泵的运行状态、故障报警,并根据液位设定自动启停燃油泵补油。 


8、供配电、电梯设备的监控

供配电、电梯设备的监控主要是对设备进行监视,而不参与对设备的控制,对电梯可以进行上下班管理,    如上班可以全开,下班后或晚上可以关闭部分电梯,以节省电能和延长设备使用寿命。由于业主准备采用具有通讯接口的自动化配电、电梯设备,因系统采用第三方接口软件和设备进行通讯,进行数据采集,进行管理。



四、管理功能实现

本次楼宇自动控制系统主要实现以下功能:

1. 实时控制

   主要用于实时性较强,人工无法控制的设备,可以实现系统的最佳控制,使之工作于最优工况。如空调系统的温/湿度控制、焓值控制、压差旁通等。


2. 逻辑控制

    主要用于实时性不强,人工可以控制但工作较繁重的设备,实现设备的自动最优管理,避免人工操作的失误。如:空调/照明/通风系统的定时开关、制冷站设备的顺序起动等。其特点为:人工可控但工作繁重,采用自动控制可自动进行,输入输出一般皆为数字量(DI/DO)。


3. 状态监视

主要用于对各种设备运行状态的监视,以便于及时了解设备的故障状态,方便维修。如:空调机、风机、照明开/关、滤网状态等,其特点为:人员可通过巡视来了解其状态但工作繁重.皆为数字量输入(DI)。


4. 数据统计

主要用于对各种设备运行参数进行采集、记录.存档及生成各种数据库.报表等,提供给决策者作为管理、维修、决策的依据。如:设备运行次数、运行时间、用电量统计等。


5. 时间计划表控制

   大部分的空调机及新风机根据其控制区域的作业要求和特点,都有启停方面的时间要求,这类设备就可以通过程序预先设定启停时间表,按照设定的启停时间启停设备,包括日常、周末及特殊节假日等不同的运行时间计划。


6. PID算法模块

PID算法模块主要完成模拟执行设备的开度调节,如水阀、压差平衡阀等。对算法的人工干预可以通过给定值SP、比例带PB、积分时间TI、控制死区等参数进行。这个算法的控制对象为各个空调机的水阀和冷、热站的压差旁通阀。由于压差旁通阀是冷热站共同调节的对象,其PID算法的终止和设备的关闭与其它设备有所不同,它是在冷站和热站均未运行时停止。


7. 位式控制模块

位式调节是一种ON/OFF控制,主要针对通断类型的阀门,应用于被控对象控制精度要求较低的场合。位式控制主要是通过两个过程的状态进行控制。位式控制的对象为各个水箱的水位调节,它们的控制是通过高水位报警和低水位报警来决定控制动作的,并且它们的控制动作不取决于任何系统的运行状态。


8. 负荷控制

在制热和制冷模式中,根据大楼总体负荷的情况,对所投入的热交换机及冷机的台数进行控制,以达到节能降耗的目的,称之为负荷控制。负荷计算是按周期,并且在新启动或停止的设备稳定30分钟以后进行。


9. 密码系统

系统提供5个级别的密码保护,不同的级别允许完成不同权限的操作,提高系统的安全性,为建管系统提供一个全面的保护功能,是操作员达到操作站及网络终端(NT)。在操作站中,密码有以下功能:

  •  通过密码控制用户使用系统

  •  容许操作员增加、取消或修改密码

  • 储存个别人士的密码,使用的水平及使用的组别


10. 报警管理

当紧急报警状态发生时,工作站立即把通知提供给操作员。操作员在对报警进行确认的同时有两种选择,一是把报警记录放进提醒文件(再次提醒操作员,报警状态依然存在);二是放进跟踪文件(对报警报告和改正情况进行跟踪)。这就防止一个报警状态完全被忘记的危险。非紧急报警被保存在工作站上,操作员可以方便的进行处理。


11. 趋势分析

通过表格的或者图形的趋势图,用户可以从一个集成数据库中检查任意数据源的组合。图形显示可以是单个的或层叠的,具有可选择的显示特性。另外,使操作员可以快速获得详细的趋势源焦点窗口信息并把任一图形显示放大,以便进行精确的分析。




 
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