楼宇自控系统.docx

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楼宇自控系统

楼宇自控系统（BAS）

1概述

根据某大酒店智能工程技术文件及业主所提出对设备智能控制系统的功能和配置要求，并对空调系统、冷水机组、给排水系统、变配电系统、照明系统及电梯系统等相关设备的运行进行实时监控和管理。

实时监控和数据采集，以及操作与节能管理的功能将由设备智能控制系统中的新加坡QA智能控制单元和上位机系统共同完成。

2系统设计目标

根据某大酒店技术文件的要求，设备智能控制系统应采用集散式的结构模式，实现对BAS各专业子系统设备运行参数监测和管理，其监控功能需求包括以下几个方面：

空调、直燃机、给排水、变配电、照明和电梯等设备的实时监控和管理。

控制和信息采集功能将由BAS中的DDC控制器、操作站共同完成。

而BMS网络的监控管理工作站将对上述的机电设备，以及保安系统、消防系统、实行一体化监测和管理，构成了BMS系统。

1）BAS系统总体性能需求

通过BAS系统的优化控制提高某大酒店内机电设备运行的合理性，节省能源消耗，减轻管理人员的劳动强度。

提高可靠的、经济的能源控制和分配方案，实现能源管理的自动化。

通过系统的统一管理和调度，充分发挥某大酒店内机电设备整体协调与配合的再生新功能。

不断地、实时地提供机电设备运行状况的资料、报表进行集中的分析，作出设备管理决策的依据，实现机电设备管理工作的自动化。

设备智能控制系统（BAS）LAN局域网络应遵循BACnet协议，网络设备配置符合分散控制和集中监视的模式，以及资源与信息共享的原则；并提供与IBMS信息与网络集成主干网络的通讯协议和网络接口。

2）BAS系统机电设备监控功能概述

空调系统设备监控功能

空调系统的设备监控管理包括对：

空气处理机、新风机、风机、冷水机组、热交换器等设备的变量参数的监视和自动化的控制。

在BAS的监控管理下，使某大酒店内的温湿控制达到最舒适的环境，同时以最低的能源和电力消耗来维持系统和设备的正常工作。

以求取得最低的某大酒店运作的成本和最高的经济效益。

⇒空气处理机监控功能

－风机控制：

风机按时间程序自动启停，运行时间累计，用风压差开关监视风机运行状态，设备维修预报警。

－温度控制：

夏季送冷风、冬季热风、过渡季节送新风以节能，根据回风温度与设定值的偏差，控制电动阀，调节冷/热水量，使送风温度维持在设定范围内。

－风门控制：

根据回风空气质量（二氧化碳含量）及室外空气温度联锁控制新风风门开度。

－联锁控制：

风机、风门和水阀联锁。

－监测：

回风温度、空气质量、过滤器状态、风机运行状态。

－报警：

过滤器堵塞报警、风机故障报警及维修预报警、温度超限报警。

－显示与打印：

变量参数、状态、报警、动态流程图（设定值，测量值、状态）。

⇒新风机组监控功能

－风机控制：

风机按时间程序自动启停，运行时间累计，用风压差开关监视风机运行状态。

－温度控制：

夏季送冷风、冬季送热风，过渡季节送新风以节能，根据送风温度与设定值的偏差，控制电动阀，调节冷/热水量，使送风温度维持在设定范围内。

－联锁控制：

水阀及风机按程序联锁。

－监测：

送风温度、过滤器状态、风机运行状态。

－报警：

过滤器堵塞报警，风机故障报警及维修预报警，温度超限报警。

－显示与打印：

变量参数、状态、报警、动态流程图（设定值、测量值、状态）。

⇒冷水机组监控功能

－冷负荷控制：

根据供回水温差，供回水压差和回水流量值的变化参数，以确定冷负荷的变化量，以控制冷水机组投入运行台数。

－冷冻水泵差旁通：

根据冷冻水供回水压差检测值，调节其供回水旁通阀的适当开度，以保持所设定的压差值，以达到节能的目地。

－联锁控制：

根据冷冻水供回水温差、压差，联锁控制其旁通调节阀根据冷却水供回水温差，联锁控制其旁通调节阀，冷却塔风扇的启/停。

－监测：

冷冻水供回水温度、压力，冷冻水回水流量，冷却水供回水温度，冷冻水泵的状态、故障、水流，冷却水泵的状态、故障、水流，冷水机组的状态、故障，冷却塔风扇的状态、故障。

－报警：

所有检测的参数过限报警，水流开关报警，所有上述设备的故障报警。

－显示与打印：

变量参数.状态.报警.动态流程图（设定值、测量值、状态）。

⇒热交换器（采暖/生活）监控功能

－供水温度控制：

根据供水传感器的检测值与设定值相比较，其差值决定蒸汽调节阀的开度。

－水泵控制：

根据回水压力检测数据，控制热水加压泵的开启/停止。

以实现热水供水压力在设定范围内。

－联锁控制：

根据负荷（温差＋流量）启动热交换器运行，当热水泵停止后，自动关闭热交换器的蒸汽阀。

－监测：

蒸汽温度和供水温度、供水压力，供水流量、回水温度、回水压力。

－报警：

温度、压力过限报警，水泵故障报警。

－显示与打印：

变量参数、状态、报警、动态流程图（设定值、测量值、状态）。

●给排水系统设备监控功能

给排水系统的监控功能主要体现在检测生活水池、饮用水箱、污水池的水位、水泵的开/关、水压的高低，同时可以由时间程序自动控制各个泵的启停，以及阀门的运行及状态检测，并由系统管理中心制定检测和保养计划，打印检修工作单及故障提示，自动切换备用水泵。

⇒生活和消防水系统监控功能

－监控功能：

生活水箱，水池，以及消防水池低水位时开启水泵、高水位时关停水泵。

－报警：

水箱、水池高、低水位报警、水泵故障报警。

－显示与打印：

水箱、水池高、低水报警、水泵运行状态、故障报警。

⇒排污水系统监控功能

－监控功能：

污水池、集水池高水位时开启水泵，低水位时关停水泵。

－报警：

污水池、集水池高水位报警、水泵故障报警。

－显示与打印：

污水池、集水池高、低水位，高水位报警、水泵运行状态。

●变配电系统设备监视功能

变配电系统的监控功能主要体现在监测和计量两个主要方面。

通常在双回路供电的变压器低压侧监测和计量电压、电流、功率、有功功率以及交连开关切换状态监视；变压器的温度检测；自发电机组的电压、电流、功率、功率因数、相位、频率的监测和计量；以及自发电机组运行状态和故障报警；交连开关的切换状态监视，以及必要的动力设备联动控制。

⇒供电回路监视功能

－监视：

变压器低压侧电压、电流、功率、有功功率。

高压开关状态、交连开关状态，低压配电回路开关状态。

变压器温度。

－计量：

变压器低压侧功率、有功功率。

－显示与打印：

变量参数、状态、报警、计量数据表格、动态流程图（测量值，过限值、状态）。

⇒自发电机组监控功能

－监视：

自发电机组的电压、电流、功率、有功功率、无功功率、功率因素、频率、3相切换开关、机组运行状态、机组温升。

－计量：

自发电机组、功率、有功功率。

－报警：

电压、电流、过限（高限、低限）报警，断电报警、机组温升过限报警。

－显示与打印：

变量参数、状态、报警、计量表格、动态流程图（测量值、过限值、状态）。

●照明设备控制功能

通过照明控制可以将某大酒店内的照明设备按需分成若干组别，以时间程序来设定各分区照明设备的开/关，以达到节能效果。

当某大酒店内有突发事件发生时，照明设备组作出相应的联动配合，例如当有火警时，联动照明系统关闭，打开应急灯；当有保安报警时，联动相应的区域照明灯开启。

照明控制还包括对某大酒店的泛光照明控制、航空障碍灯控制等。

－照明控制：

以时间或事件的程序控制方式，开启或关闭按区域划分的照明组。

－泛光灯控制：

以时间程序控制方式，开启或关闭该照明开关。

－航空障碍灯：

以时间程序控制方式，开启或关闭该照明开关。

●电梯设备监控功能

电梯系统自身已具有运行控制和管理、状态监测、故障记录及报警等多种功能，BAS则主要是通过与电梯的通讯接口（软接口或硬接口）对其进行集中的监测和管理，电梯承包商提供电梯系统的通讯接口协议（或硬接口电气联接图），弱电分包完成彼此通讯所涉及的软、硬件方面的工作。

BAS以图形的方式反映出电梯的各种运行状态，反映出故障报警状态。

BMS应能自动开列电梯维护的工作单，并与电梯维修公司共同进行远程诊断和设备维护，建立电梯运行档案和维护档案。

2.2.3BAS/江森系统功能描述

QA系列楼宇设备自控（BAS）系统采用先进的多层次、多用户、多任务、可独立工作的集散控制系统结构，可以完成多种不同的楼宇设备自控功能。

本系统也能在监测层和数据层提供容错功能和冗余功能，当控制系统发生错误时能自动切换，最大限度地保证了系统的可靠性，使关健设备和系统能连续不间断地运行。

各子系统通过中央计算机管理系统集中管理，由区域的智能控制单元直接进行控制，智能控制单元与中央计算机管理系统以RS－485接口进行通信。

系统中分散的智能控制单元的操作运行是高度自治的，并不依赖中央控制软件。

当系统通信故障时，智能控制单元，仍然能正常完成监测和调控的功能。

同样也能够利用处理局部化的原则，可以减少各计算机用户终端及区域智能控制单元之间的通讯量。

某大酒店设备智能控制系统采用ICU-C64智能控制单元。

1）智能控制单元（DDC）功能

－以设定的周期对采样点与调控点进行数值和状态的巡回检测，并可将检测结果传送给中央计算机管理系统。

－智能控制单元对监测信号和输出信号进行A/D和D/A转换，设定转换的数值转换率及偏差值。

－对模拟输入量进行正确的测量，确定合理性的数值波动区域，滤除波动值，以使系统得到正确的响应和显示正确读数。

－对于模拟量可设定“预先警告”和“实际警报”界限，并可和实际检测值进行逻辑性比较，越限时发出相应的状态信号，并报警信息以中继方式立刻传送给中央计算机管理系统。

－可消除开关量输入信号反跳，防止可能引起的无意义报警。

－智能控制单元中的内存储器，注入的过程控制的PID算法和完成逻辑运算的控制算法，每一个控制回路的执行，均可由程序员设定控制程序，包括对全部输出所指定的初始值，同时系统管理中央计算机能够完成，对全部控制设定点的程序显示和修改。

全部控制程序均可以由智能控制单元独立的自动执行，也可以由操作员手动执行。

－智能控制单元监控软件具有接通、分断时间积分运算，根据开关量状态进行时间（含接通时间积算和分断时间），并与设备运行极限时间比较，实现设备管理自动化。

积算的时间以1min精度累计，达1×10h以上，当设定运行时间极限积算值超过极限设定值时，系统发出请求设备维修报警。

－由内部程序决定的输出点开/关控制。

－由内部程序决定模拟量的输出值，用于驱动调节阀、变速电机、变频调速器、调节风门的位置。

－智能控制单元接受中央计算机管理系统传送的各种时间程序、事件程序、逻辑控制模式、过程控制模式及控制指令，以具体实施中央计算机管理系统的所有功能。

2）空调系统监控功能

●空气处理机监控原理

－空气处理机的监控原理是根据温度传感器所检测的温度送往智能控制单元与设定点温度相比较，用比例加积分、微分控制，输出相应的控制电压信号，以调节电动调节阀动作，使回风温度保持在所设定的温度范围内。

－根据温度传感器和湿度传感器所检测的温/湿度，送往智能控制单元进行焓值的计算，按回风及新风焓值的比例，分别输出相应的控制电压信号，以控制回风门和新风门的比例开度。

－根据湿度传感器所检测的回风管内的湿度送往智能控制单元与设定的湿度相比较，用来控制加湿阀的动作，使送风湿度保持在所需要的范围内。

－除了以上温、湿度的控制外，变风量机组（包括变风量新风机组）还通过变频调速控制风机转速来实现对其风机出口的静压控制。

●空气处理机监控功能描述

－控制方案中的所有设定点均可调；比例带和控制死区的设定将在现场决定。

－风机的启动和停止的控制。

－设定低温霜冻探测器保护风机。

－根据出口温度设定点调节冷水/热水电动阀来控制室温，具有冬、夏换季的功能。

－根据回风空气湿度的设定点来调节冷水阀以达到除湿的作用。

除此之外，系统还将监测以下参数：

－过滤网阻塞报警。

－电气联锁停车报警。

－室外温度、湿度监测，风向、风速监测。

●新风机组监控功能描述:

－风机的启动和停止的控制。

－设定低温霜冻探测器保护风机。

－根椐送风温度调控电动调节阀。

－控制和显示新风机组风机的启停及状态、故障和压差报警。

－根据送风湿度和室外新风湿度进行湿度调节。

－电气联锁停机报警。

●冷水机组的监控原理

冷却塔与冷水机组自控系统分别由冷却塔和冷水机组成，其自控工作原理如下：

冷水机与冷却水泵、冷却水泵和冷冻水泵以一对一方式运行，由ICU程序或手动起动。

冷水机组投入运行的顺序为冷却水泵→风扇→冷水泵延时启动→冷水机启动。

关停机时，顺序相反。

冷水机混水供水的温度，决定冷水机的启/停。

当温度高于设定值时，第一台冷水机启动。

ICU控制根据混水的供回水温度对冷水总流量进行热量计算，从而实现冷水机优化投入运行的台选控制。

控制顺序，如前所述。

通过供回水压力测量，ICU控制调节旁通水阀，从而使供水与回水实现旁通，以保持所要求的压力差值。

同时，冷却水泵用ICU程序启/停或手动控制方式，冷却水供水温度控制冷水旁通水阀。

当供水温度低于某一设定值时，开大旁通水阀，当回水温度高于某一设定值时关小旁通水阀。

根据冷却水供水温度启/停冷却塔风扇。

当冷却水供水温度低于某一设定值时，关停冷却塔风扇。

系统通过ICU的优化控制使冷却塔与冷水机组系统达到节能的目的。

其监控方式通常为：

－冷水机组的群控功能，根据负荷自动启停冷水机组，并具有设定和修改冷水机组启停顺序功能。

－水泵控制，当旁通流量达到一台泵流量时，关停一台水泵，当压差低于设定值时开启水泵。

并显示冷冻水泵、冷却水泵的运行状态和故障报警。

－冷却塔风机的启停控制，以及风机运行状态显示和故障报警。

－对冷水机、冷却水泵、冷冻水泵、冷水塔风机的启停顺序进行逻辑控制。

－冷水机组停机时，关闭冷水机组的冷冻水双位电动阀；并关停相应的冷冻水泵。

显示各冷水机组的冷冻供回水供回温度；以及冷水机组的运行状态和故障报警。

●冷水机组的的监控功能描述

某大酒店的冷水系统由冷水机组，冷水泵，冷水循环泵，冷却水塔和旁路系统组成。

它们分成两组。

BAS自控系统对冷水机系统的监控功能如下：

－冷水机组的独立控制

各个独立的冷水机组及其相应的冷水泵、冷水循环泵、和冷却塔风扇将构成一个单位，进行各自独立的运行状态监测，有顺序的开/停控制和联锁停机的报警。

－冷水机组的均匀启停控制

冷水机组以星期为单位运行。

在每个星期的开始，系统将进行冷水机组的优先权计算。

上个循环中运行时间最少的机组将会设定为最高的优先权，循次而定。

因而在本星期有最高优先权的机组先开始运行。

如果这台机组有故障，就由次高优先权的机组代替。

－冷水机组的最优化开停控制

BAS监控系统提供一套自适应的监测和计算方案来实现冷水机组的最优化控制。

它将综合室外温度、室内温度和冷媒温度来决定冷水机组的开停时间，以达到节能控制同时又达到空调系统的调节作用。

－冷水机组的节能控制和循环时间优化

BAS监控系统在进行依据优先权控制的同时，也计算冷水机组的运行效率，来控制机组的开停，以提高系统的效率。

系统也设定了最短运行时间（30分钟）、开机延时（30分钟）和足够的转换死区。

－冷水温度设定

冷水温度是根据室外温度来控制的。

控制器的输出是4到20毫安的电流信号。

若冷水机组是用脉宽调制原理控制的，则用一个毫安/脉宽调制转换器。

－紧急状态下的控制

如果冷水机组的自动控制系统失灵，冷水系统可以设定为手动方式控制。

由手动按钮进行开停控制。

如果其中一台冷水机组失灵而其他设备工作正常，操作员可在控制中心切换到其它机组。

－旁通控制旁通控制是根据进、出冷水的差压来控制旁路阀，以维持阀两边的压差。

3）给排水系统监控原理与功能描述

根据系统需求，对空调水系统、生活用水系统的设备运行状态进行监视、故障报警和启停控制,自动切换备用水泵；对水泵、水箱、关健阀门和水池（水箱）的水位进行监视，报警及故障提示。

对给排水系统进行节能控制，系统管理中心制定检修和保养计划，并按照系统运行状况自动开列设备维护和管理工作单。

4）变配电系统监控原理与功能描述

对高低压控制柜切换开关的电压、电流、功率、功率因素、相位、频率的数值进行统计、过限报警以及状态监视。

对变压器的进行温度监视。

对系统进行节能控制，交连开关的切换状态监视，以及动力设备联动控制。

故障报警和负荷记录分析，对自发电机组的参数、工作状态进行监测，显示故障和过载报警。

5）公共照明系统监控原理与功能描述

可以将建筑物内的照明设备按需分成若干组别，以时间区域程序来设定设备的开/关，以达到节能效果。

当建筑物内有事件发生时，照明设备组作出相应的联动配合，如火警时，联动照明系统关闭，打开应急灯；当有保安报警时，相应区域的照明灯开启。

建筑物的艺术照明和室外照明的自动控制。

6）电梯系统监控原理与功能描述

联接与电梯系统的网络通讯，对其进行集中监测和管理。

通过系统管理中心，以图形方式显示电梯的运行状态，当电梯发生故障时，向系统管理中心报警。

建立电梯运行档案和维护档案，对系统自动作出维护工作单。

此外某大酒店还采用读卡机对电梯进行夜间和节假日的使用管理.

7）综合节能原理与管理功能

综合节能管理在智能建筑物设备管理内容中是一个重要的课题，这是由于智能建筑物的机电设备都采用了自动化的监视和控制，使得智能建筑物利用BAS系统的综合节能技术变为现实。

同时实现智能建筑物的节能也是建设智能建筑物的追求目标。

通过节能管理，节省建筑物的运行和管理费用和成本，是智能建筑物高效率和高回报率的具体体现。

因此智能建筑物的节能管理是智能建筑物管理的重要内容。

而我们所提供的设计,不仅仅包括软硬件的集成设计,同时也充分考虑到某大酒店弱电智能工程对建筑物今后运作、酒店及物业、维修等综合管理方面的支持。

某大酒店的节能管理不但包括原有传统建筑物所采用的节能方法，更重要的是采用先进的科技来达到更准确的调整和控制，使能源的消耗更趋合理。

其内容和对象包括建筑设计、空调系统、照明与设备等。

传统的建筑物由于没有采用楼宇设备自控系统（BAS）或者有些建筑物也采用了BAS系统，但是由于自动控制精度及联动控制程度不高，往往造成夏季室温过冷（低于标准设定值）或冬季室温过热（高于标准设定值）。

这种温度过冷和过热的现象，不但对人体的健康和舒适性来讲都是不适宜的，同时也浪费了能源，因此选择高控制精度的楼宇设备自控系统（BAS）是满足建筑物室内温湿控制精度的前提要求。

根据研究结果，当空调系统对温度的控制精度相对超过1℃范围时，所造成的能耗损失将在10％以上。

可以这样来理解，空调系统温湿度控制精度越高，不但舒适性越好，同时节能效果也越明显。

对空调系统最远端和最近端（相对于空调系统供回水集水器而言）的空调机在不同供能状态和不同运行状态下的流量和控制效果测量参数分析可知，空调系统具有强烈的动态特点，运行状态中自控系统按照热交换的实际需要动态地调节着各台空调机的电磁阀，控制流量进行相应变化，因此总的供回水流量值也始终处于不断变化之中，为了响应这种变化，供回水压力差必须随之有所调整以求得到新的平衡。

从这一点出发在硬件一定的条件下流量的监控是节能的关键，必须随动调节。

通过实验数据建立相应的变流量节能控制数学模型（算法），将空调供回水系统由开环系统变为闭环系统。

通过杭州博物馆空调系统的实际运用证明，采用以流量为主的空调能源随动控制算法后，温度控制精度为±1℃,湿度控制精度为±2％，节能效果为40％以上。

我们将在广场某大酒店BAS系统中采用以下节能措施:

●提高室内温湿度控制精度

建筑物内温湿度的变化与建筑物节能有着紧密的相关性，据美国国家标准局统计资料表明，如果在夏季将设定值温度下调1℃，将增加9％的能耗。

如果在冬季将设定值温度上调1℃，将增加12％的能耗。

因此将建筑物内温湿度控制在设定值精度范围内是建筑物空调节能的有效措施。

下表是外国对不同建筑物内温度设定值，并要求其控制精度为：

温度为±1.5℃，湿度为60±5％的变化范围。

因此我们在方案中将稳度控制精度定为<=±2℃。

建筑物类型季节

医院/博物馆

酒店

写字楼

公共场所

夏季

220C

23.50C

250C

26.50C

冬季

220C

20.50C

190C

180C

外国对不同建筑物内（夏季/冬季）温度设定值

●新风量控制

从卫生的要求出发，建筑物内每人都必须保证有一定的新风量，但新风量取得过多，将增加新风耗能量，以邻近地区酒店为倒，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6.5kwh，热量12.7kwh，故在满足室内卫生及舒适性要求的前提下，减少新风量，有显著的节能效果。

新风量的大小主要根据室内允许CO2浓度来确定，CO2允许浓度值取0.1％（1000ppm），每人所需新风量约为30m/h左右。

但是，以CO2浓度作为指标，不仅考虑了CO2的人体的有害影响，也综合考虑温湿度、废气和粉尘等其他污染因素的影响，因而在除了CO2气体之外的其他因素良好的情况下，可以考虑减少新风量。

规定，有回风的空调系统可以使新风量减少到33％，可以实施新风量控制的措施有以下几种方法：

－在回风道上设置CO2检测器，根据回风中CO2气体浓度自动调节新风风门的开启度。

－根据建筑物内人员变动规律，并采用统计学的方法，建立新风风阀控制模型，以相应的时间而确定的运行程式进行程序控制新风风阀，以达到对新风量的控制。

●空调设备最佳启停控制

通过BAS系统对空调设备进行建筑物预冷、预热的最佳启停时间的计算和控制，以缩短不必要的预冷、预热的宽容时间，达到节能的目的。

同时在建筑物预冷、预热时，关闭室外新风风阀，不仅可以减少设备容量，而且可以减少获取新风而带来冷却或加热的能量消耗。

●空调水系统平衡与变流量控制

空调系统的节能控制算法是智能建筑物节能的核心，通过科学合理的节能控制算法，不但可以达到温湿度环境的自动控制，同时可以得到相当可观的节能效果。

空调系统的热交换本质是一定流量的水通过表冷器与风机驱动的送风气流进行能量交换，因此能量交换的效率不但与风速和表冷器温度对热效率的影响有关，同时更与冷热供水流量与热效率相关。

通常在没有采用对空调系统进行有效的空调供水系统平衡与变流量管理时，常规的做法是以恒定供回水压力差的方式来设定空调控制算法，结果温湿度控制精度很差，能量浪费也是极其明显的。

这是由于在恒定的供回水压力差之下，自平衡能力很差，流量值与实际热交换的需要量相差甚远，因而往往造成温湿度失控，能量浪费和设备受损。

通过对空调系统最远端和最近端的空调机在不同供能状态和不同运行状态下的流量和控制效果测量参数分析可知空调系统具有强烈的动态特点，运行状态中自控系统按照热交换的实际需要动态地调节着各台空调机的电磁阀，控制流量进行相应变化，因此总的供回水流量值也始终处于不断变化之中，为了响应这种变化，供回水压力差必须随之有所调整以求得新的平衡。

从这一点出发在硬件一定的条件下流量的监控是节能的关键，必须随动调节，通过实验数据建立相应的变流量节能控制数学模型。

将空调供回水系统由开环系统变为闭环系统。

通过以上我们所采取的节能措施,可以确保某大酒店总的能耗节约达25%以上。