土木工程畢業(yè)論文-現代化大廈的樓宇自動(dòng)控制

樓宇自動(dòng)控制系統 （BAS Building Automation System），簡(jiǎn)稱(chēng)為樓控系統，又稱(chēng)為建筑設備自動(dòng)化系統，是建筑智能的重要組成部分，將對整座建筑的空調系統、新風(fēng)機組、制冷機組、冷卻塔、風(fēng)機盤(pán)管、水箱水位、照明回路等系統進(jìn)行信號采集和控制，實(shí)現大廈設備管理自動(dòng)化，起到集中管理、分散控制、節約能耗的作用�！　�1、工程概況沈陽(yáng)房地產(chǎn)交易中心位于沈陽(yáng)市中心地帶，總建筑面積53000m2，總投資為6.2億元，樓宇自動(dòng)控制投資為312萬(wàn)元。大廈地上19層，地下2層。其中，地下兩層為停車(chē)場(chǎng)，地上1-9層為房地產(chǎn)交易市場(chǎng)，10-19層為高級寫(xiě)字間。是一座對辦公環(huán)境要求較高的化建筑�！　�2、需要控制的機電設備統計　�。�1）空調機組，共23臺，分布于1-10層、17層、18層和地下1層。采用組合式空調機，室內回風(fēng)與新風(fēng)混合，經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾，加熱（或冷卻）、加濕后送入室內；　�。�2）新風(fēng)機組，共22臺，分布于9~19層，將新風(fēng)經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾，加熱（或冷卻）、加濕后送人室內；　�。�3）送風(fēng)機組，共8臺，分布于地下1層和地下2層，夏天送風(fēng)，冬天送熱風(fēng)，將新風(fēng)經(jīng)過(guò)濾器，加熱（僅限于冬天）后送人室內　�。�4）冷凍／冷卻水系統：冷凍站系統共有4臺冷水機組、4臺冷卻泵、4臺冷凍泵、1個(gè)分水器、1個(gè)集水器位于地下2層，還有4臺冷卻水塔（每臺有三個(gè)風(fēng)機）位于樓頂屋面；　�。�5）換熱站：在地下2層，有2臺平板式換熱器，兩臺空調熱水循環(huán)泵；　�。�6）給排水：有一個(gè)生活水池、6臺生活水泵位于地下2層，11個(gè)積水坑（每個(gè)積水坑有兩個(gè)污水泵，一用一備），分布于地下1層和地下2層；　�。�7）熱風(fēng)幕：共36臺熱風(fēng)幕，分布于地下1層、地上1層和3層；　�。�8）照明：照明分為樓內照明和泛光照明，樓內照明控制84個(gè)回路，泛光照明控制20回路；　�。�9）變配電：變電所在地下1層，共有4臺變壓器。需要監測每臺參數；　�。�10）風(fēng)機盤(pán)管：共有362個(gè)風(fēng)機盤(pán)管，分布于9~19層；（11）排風(fēng)機：共有16臺排風(fēng)機，分布于地下1層和地下2層�！　�3、樓宇自控工程實(shí)施我們選擇西門(mén)子的頂峰產(chǎn)品來(lái)完成沈陽(yáng)房地產(chǎn)交易中心的樓宇控制工作，購置了2臺MBC、28臺MEC、22臺DPU及若干模塊和前端設備。其中MBC和模塊分別用于冷站和變電所，每臺MEC用來(lái)控制兩臺自主機組。DPU用來(lái)控制排污泵、照明回路、排風(fēng)機等。前端設備分別用于空調機、新風(fēng)機、冷／熱站、積水坑等處，為了便于對各種設備的集中管理，我們在樓宇控制中心安裝了1臺康柏電腦、1臺LQl600KⅢ打印機�！　“从嘘P(guān)標準和規定完成布線(xiàn)和設備安裝I作以后，就可以實(shí)施對各種設備的監控了。下面分別說(shuō)明各種設備的監控情況�！　�3.1 空調機組當空調機組工作時(shí)，控制程序將利用風(fēng)道溫度和 濕度傳感器cPM65采集的回風(fēng)溫度和濕度與設定的溫度和濕度進(jìn)行比較，利用先進(jìn)的比例積分微分（PID）算法閉環(huán)調節盤(pán)管供水閥門(mén)的開(kāi)度（按冬季模式和夏季模式分別調節）和加濕器。由于算法先進(jìn)，可使振蕩最小，并保持精密的控制，始終使室內的溫度和濕度接近于設定值。因為室外新風(fēng)溫度在大多數情況下都與設定值相差較多，無(wú)論升溫還是降溫，都要消耗能量：為此，我們根據空氣質(zhì)量檢測的結果，由程序自行調節新風(fēng)閥的開(kāi)度，既可保證室內空氣質(zhì)量，又可避免能量的浪費。在春秋過(guò)渡季節，因無(wú)需溫度調節，可將新風(fēng)閥全開(kāi)，以獲得盡可能多的新鮮的空氣。通過(guò)和軟件，可以實(shí)現在中央控制室對各空調機組進(jìn)行控制和管理。還可以將各空調機組的風(fēng)機運行狀態(tài)、風(fēng)機故障報警、過(guò)濾阻塞報警、盤(pán)管低溫報警等傳到中央控制室的控制主機上，一旦有報警發(fā)生，程序將使現場(chǎng)控制器做出關(guān)機和開(kāi)水閥等保護動(dòng)作，以免設備受損�！　�3.2　新風(fēng)機組因為新風(fēng)機組和送風(fēng)機組無(wú)回風(fēng)，所以風(fēng)道溫度和濕度傳感器GFM65安裝在送風(fēng)管道上。對新風(fēng)機組和送風(fēng)機組來(lái)說(shuō)，只要機組工作，新風(fēng)閥就得全開(kāi)，不需要調節，所以選用開(kāi)關(guān)式風(fēng)閥驅動(dòng)器。因為進(jìn)來(lái)的都是新風(fēng)，所以不用監測空氣質(zhì)量。其它情況與空調機組相同�！　�3.3 送風(fēng)機組送風(fēng)機組工作情況與新風(fēng)機組大體相同。區別只有兩點(diǎn)：其一，送風(fēng)機是為地下車(chē)庫送新風(fēng)的，不需要調節濕度；其二，送風(fēng)機組在發(fā)生火災事故時(shí)必須啟動(dòng)，當消防系統啟動(dòng)送風(fēng)機時(shí)，新風(fēng)閥必須隨之全開(kāi)。為此，我們使用控制風(fēng)機啟／停的主接觸器的輔助觸點(diǎn)的開(kāi)／閉來(lái)控制新風(fēng)閥的開(kāi)／關(guān)�！　�3.4 冷凍與冷卻水系統冷凍／冷卻水系統由冷卻塔、冷卻水泵、冷凍水泵、分水器、集水器和冷凍機組等組成。要監控的數據點(diǎn)數量多、類(lèi)型復雜。我們利用一臺MEC-40、若干模塊、若干前端設備加上我們在Insigh基礎上開(kāi)發(fā)的軟件完成這些設備的監控工作。具體控制情況如下：冷凍／冷卻水系統由軟件控制，嚴格按規定的順序和時(shí)間間隔啟／停各種設備，我們的控制順序如下：開(kāi)機：開(kāi)冷卻水閥門(mén)—開(kāi)冷卻塔風(fēng)機—開(kāi)冷卻水泵—開(kāi)冷凍水閥門(mén)—開(kāi)冷凍水循環(huán)泵—開(kāi)冷凍機組�！　￡P(guān)機：關(guān)冷凍機組—關(guān)冷凍水循環(huán)泵—關(guān)冷凍水閥門(mén)—關(guān)冷卻塔風(fēng)機—關(guān)冷卻水泵—關(guān)冷卻水閥門(mén)。
　　冷凍機組運行時(shí)，隨時(shí)檢測冷凍／冷卻水的水流狀態(tài)，一旦有冷凍或冷卻水停止流動(dòng)，立即停止冷凍機組運行，以免結冰，造成冷凍機組損壞的嚴重后果。我們的程序不但可以控制每臺冷凍機組的啟／停，而且還可以使整個(gè)冷站達到最低能耗，達到最低的主機折舊率。在管道的適當位置設置溫度傳感器，以測量空調水供／回水溫度，根據程序或管理的日程安排自動(dòng)開(kāi)關(guān)冷凍機組；根據管理的要求自動(dòng)切換4臺機組的運行次序，累計每臺機組運行時(shí)間，自動(dòng)選擇運行時(shí)間最短的機組運行，使每臺機組運行時(shí)間基本相等，以延長(cháng)機組使用壽命。自動(dòng)監測各關(guān)鍵設備的運行狀態(tài)，故障報警，并按照實(shí)際情況自動(dòng)啟動(dòng)備用設備；根據總管水流量及供／回溫度，系統總負荷來(lái)控制空調機組的運行臺數。當負荷大于一臺機組的15%，則第二臺機組運行�！　∥覀冊诜炙�器和集水器之間安裝了旁通調節閥，并在供／回水管路上分別安裝了壓力傳感器，根據冷凍機組供／回水壓力差來(lái)調節冷凍水旁通閥開(kāi)度。確保冷凍水系統供水壓力穩定�！　∥覀冊诶鋮s水的供／回水總管之間安裝了旁通調節閥，通過(guò)調整冷卻塔風(fēng)機運行臺數和冷卻水供／回水旁通閥開(kāi)度，使冷卻水供／回水溫度保持在設定的范圍內�！　⊙a水泵的啟停也是由程序控制的。監測膨脹水箱水位，當水位降到低限時(shí)啟動(dòng)補水泵，當水位上升到標準水位時(shí)停補水泵。在實(shí)現自動(dòng)控制的同時(shí)，在中央控制計算機上顯示膨脹水箱的水位和補水泵的運行狀態(tài)，并可做到超低水位報警�！　�3.5　熱換站熱換站與冷凍系統共用一個(gè)MBC-40.我們在管路的適當位置安裝了溫度傳感器和熱水調節閥。監測熱換器二次側的供水溫度，程序將此溫度和設定值進(jìn)行比較，采用比例積分微分算法閉環(huán)調節換熱器一次側的供水流量。在保證供熱要求的情況下，盡可能地節約能量�！　�3.6 給排水用水位開(kāi)關(guān)監測生活水池的水位，根據設定的高低水位控制供水閥的開(kāi)／關(guān)。水位降到低水位時(shí)開(kāi)閥，升到高水位時(shí)關(guān)閥，并做到超低水位（水池將無(wú)水）和超高水位（水將溢出）報警。 根據供水管路的壓力，控制供水泵的啟停，監測供水泵的運行狀態(tài)，故障時(shí)報警。用水位開(kāi)關(guān)監測各積水坑的水位高／低，當達到高水位時(shí)啟動(dòng)排污泵，當水位下降到低位時(shí)停泵。每個(gè)積水坑中有兩個(gè)排污泵，程序每次都選擇累計運行時(shí)間少的泵運行，以確保設備使用均衡。為防止因排污泵等故障，造成污水溢出，我們監測了超限報警水位，當達到此水位時(shí)，系統將報警，以便工作人員及時(shí)處理�！　�3.7 熱風(fēng)幕沈陽(yáng)房地產(chǎn)交易中心大廈采用的是電熱幕，這種電熱幕要求電熱器關(guān)閉后，風(fēng)扇要繼續工作2-3min，以免余熱散發(fā)不出來(lái)，造成損壞。廠(chǎng)家提供的電熱幕有兩個(gè)按鍵，分別控制電熱器和風(fēng)扇，可在現場(chǎng)手動(dòng)操作。 樓控系統若想控制熱風(fēng)幕有兩種：其一是用控制器分別控制電熱器和風(fēng)扇。從技術(shù)上講很容易，但要增加一倍的控制點(diǎn)，而控制器的價(jià)格又很高，每增加一個(gè)控制點(diǎn)，將增加一千元左右的投資，建設方難以接受。另一種方法是將熱風(fēng)幕的供電回路分為主回路和輔助回路，主回路為電熱器供電，輔助回路為風(fēng)扇供電。重新設計一套控制回路，使主回路一接通，輔助回路隨之立即接通，而當主回路繼開(kāi)時(shí)，輔助回路延遲一段時(shí)間才斷開(kāi)。這樣做既達到了控制要求，也節省了投資，所以我們選擇了這種方法。僅此一項，就為沈陽(yáng)房地產(chǎn)交易中心節省了近四萬(wàn)元。在樓控中心計算機上，程序首先采集環(huán)境溫度，當環(huán)境溫度低于設定值（我們定為IOC）時(shí)，根據預先設定的時(shí)間表控制每臺熱風(fēng)幕的啟停，并顯示熱風(fēng)幕的工作狀態(tài)。當有特殊情況時(shí)，在現場(chǎng)和樓控計算機上都可對熱風(fēng)幕進(jìn)行手動(dòng)啟停�！　�3.8 照明我們利用MBC、DPU、計算機和軟件配合，對每一回路按預先設定的時(shí)間表進(jìn)行控制。必要的時(shí)候，在現場(chǎng)和樓控計算機上都可對每一路燈進(jìn)行手動(dòng)開(kāi)／關(guān)。對公共走廊和泛光照明也實(shí)現了光控制。即：當該處較亮時(shí)不開(kāi)燈。每一路燈的狀態(tài)可在計算機上顯示，并可累計開(kāi)燈時(shí)間。為防止突然燈滅，我們用數字輸出點(diǎn)的常閉觸點(diǎn)控制燈回路�！　�3.9 變配電我們監測了全部4臺變壓器的輸出功率、功率因數、用電量和次級回路每相電壓、電流，并可按時(shí)間累計這些數值。當出現過(guò)壓、欠壓、過(guò)流等異常情況時(shí)報警。所監測的各項參數均可在樓控計算機上顯示�！　�3.10 風(fēng)機盤(pán)管由于風(fēng)機盤(pán)管在空調系統中只起微調作用，各個(gè)房間對溫度的要求也不統一，很難集中控制。而且，可通訊的風(fēng)機盤(pán)管控制器的價(jià)格是普通型的數倍（362個(gè)風(fēng)機盤(pán)管控制器將增加相當多的投資），從性能價(jià)格比來(lái)看，至少在現階段，采用連網(wǎng)集中管理分散控制風(fēng)機盤(pán)管的方式意義不大。所以我們在風(fēng)機盤(pán)管所在房間安裝了手動(dòng)風(fēng)機盤(pán)管控制器，由各房間人員自行調節。但考慮到節能，我們將這些風(fēng)機盤(pán)管分為4組，每組由計算機來(lái)控制其電源和水閥，避免樓內無(wú)人時(shí)還有許多風(fēng)機盤(pán)管開(kāi)著(zhù)造成浪費�！　�3.11 排風(fēng)機這些排風(fēng)機平時(shí)用作排風(fēng)，火災時(shí)用作排煙。為了便于設備的集中管理，我們在不消防系統的情況下，對每臺排風(fēng)機進(jìn)行啟�？刂�，使其按一定的時(shí)間間隔定時(shí)啟／停。必要的時(shí)候，在現場(chǎng)和樓控計算機上都可讓每臺風(fēng)機進(jìn)行手動(dòng)啟／停。計算機上可對每臺風(fēng)機的運行狀態(tài)和故障狀態(tài)進(jìn)行監視，累計運行時(shí)間�！　�4、樓宇自控中央管理計算機樓控中央控制計算機上安裝了樓控管理軟件，我們在此軟件基礎上進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，使其和各控制器實(shí)現通訊，完成對各控制器的管理。各種機電設備都是在現場(chǎng)控制器MBC、MEC的程序控制下工作的，但必要時(shí)，在樓控中央控制計算機上可以隨時(shí)改變任意設備的啟停狀態(tài)。在屏幕上可以實(shí)現三維圖像顯示每臺設備的系統圖，如：冷水機組、水泵、空調機組等�，F場(chǎng)控制器隨時(shí)與樓控中央控制計算機交換數據，樓控中央控制計算機可顯示所有測量點(diǎn)如溫度、流量、壓力、壓差等動(dòng)態(tài)趨勢圖，可監視各設備的工作狀態(tài)和故障報警。一旦有報警發(fā)生，現場(chǎng)控制器將做好保護動(dòng)作，計算機發(fā)出聲音，同時(shí)在屏幕上顯示出報警位置和性質(zhì)，以提醒工作人員及時(shí)處理�？纱蛴≥敵鲎詣�(dòng)記錄及空調系統負荷，并可根據管理部門(mén)要求以不同時(shí)段累計負荷情況并打印�！　�5、所取得的效果與同等規模，不采用樓宇自動(dòng)化控制的大廈相比　�。�1）可節約電能30%以上；　�。�2）可節約60%人力；　�。�3）延長(cháng)設備使用壽命；　�。�4）可以更充分地滿(mǎn)足用戶(hù)需求。

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