第1章 楼宇自控系统

1. 系统概述

楼宇设备自动控制系统是将建筑物内的电力、照明、空调、电梯、给排水、送排风等设备，进行集中监视、控制和管理，而构成的一个综合系统。它的目的是保证建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活环境和高效的工作环境，并保证系统运行的经济性和管理的智能化。

2. 需求分析

XXX大厦楼宇自控系统主要管理区域内升降设备监视，电力设备监控，照明设备监控，冷源系统监控，空调机组监控，新风系统监控，风机盘管系统监控，送/排风系统监控，给排水监控。采用目前国际上流行的网络结构，合乎最新的市场走向，具有结构简单、选型简单和施工简单的优点。系统采用全modbus的通讯方式，控制器与控制器之间采用手拉手进行连接，现场设备通过分布在各个区域的DDC控制器来控制，控制器通过modbus与上位机绘图软件进行通讯。

楼宇设备自动化系统包括以下子系统，它们包括的范围如下表所示：

 

楼宇自控系统采用的是集散型计算机控制系统，也称分布式控制系统。它的特征是“集中管理，分散控制”，即以分布在现场被控设备处的微型计算机控制装置（DDC），完成被控设备的实时检测和控制任务，克服了计算机集中控制带来的危险性高度集中和常规仪表控制功能单一的局限性。安装于中央控制室的具有很强的数字通信、LCD显示、打印输出和丰富管理软件功能的中央管理计算机，完成集中操作、显示、报警、打印与优化控制等功能，避免了常规仪表控制分散后人机联系困难，无法统一管理的缺点。楼宇自控系统采用的是集散型计算机控制系统，也称分布式控制系统。它的特征是“集中管理，分散控制”，即以分布在现场被控设备处的微型计算机控制装置（DDC），完成被控设备的实时检测和控制任务，克服了计算机集中控制带来的危险性高度集中和常规仪表控制功能单一的局限性。安装于中央控制室的具有很强的数字通信、LCD显示、打印输出和丰富管理软件功能的中央管理计算机，完成集中操作、显示、报警、打印与优化控制等功能，避免了常规仪表控制分散后人机联系困难，无法统一管理的缺点。

3. 系统设计说明

楼宇自控系统（或称楼宇管理系统）是由中央管理站、各种DDC控制器及各类传感器、执行机构组成，并能够完成多种控制及管理功能的网络系统。它是随着计算机在环境控制中的应用而发展起来的一种智能化控制管理网络。

楼宇自控（BA）系统的选择要遵循“高性价比”原则，要充分考虑其技术的先进性、系统的开放性、可靠性及可扩展性（或灵活性）。

在选用产品时，首先应从该XXX项目的要求出发，要充分分析和考虑市场可供商品的特性及其产品的市场定位，选择适合于自己特性的产品。业主在选择楼宇自控系统产品时首先要对产品进行性能/价格比较，其次一定要与自控集成商和使用单位一起对XXX的自控系统方案进行优化，根据自己的投资预算和实际需求，合理选择最具有节能功能、方便管理的自控方案，使自控系统达到先进、完善、易用的水平。

3.1 系统架构

系统采用了多层网络结构（区域、系统、设备、点），是彻头彻尾的集散系统；DDC之间采用同层对等通讯方式（Peer To Peer）；全部DDC采用32位CPU，这些特点使得系统集散系统无论在可靠性和技术上都是世界领先的水平。

ü  管理级（可选）

通过国际互连网建立虚拟数据通道，这样可以在世界各地查询、操作多个楼控系统。只需要普通的网页浏览器软件即可。

ü  监控和系统级

采用以太网进行数据交换，实现区域性高速数据联网。在这一级中配置系统级控制器（DSC），对点数相对集中的机组进行监测和控制；同时，中央监控站通过交换机以以太网（通讯速率10M）方式与系统级控制器连接，进而与整个BA系统进行通讯。

ü  应用级

通过Peer To Peer Network（同层总线共享无主从方式），可以连接多台控制器组成一个区域性应用。在系统级控制器下面下挂应用级控制器，分别监测和控制系统中的空调、新风机组、送排风机、水泵水箱、照明等，他们之间以485无主从（Peer To Peer）方式进行通讯，速率为76.8K。变配电系统采用智能型电量检测设备，它也属应用级。

ü  网络拓扑图

 

3.2 操作软件

操作员工作站软件（OWS），针对使用者而言，它的图形化人机界面非常简单，但同时也为高级用户准备了强有力的实时系统工具。软件在Windows平台（Windows2000/Win7/Win8）上运行，并结合了许多Windows易于使用的特性，例如：右键下拉菜单和按F1键打开帮助菜单等。使用软件的时候，可以在系统中任何地方通过按键盘上的F1功能键打开与该处相关的帮助。

软件内置被控对象的导航和操作工具，被称作导航器（NAVIGATOR）。它可对控制器进行程序的实时编制和编辑，并且通过托拽和链接技术同Delta的图形编辑器一起使用。

3.3 DDC控制器

Delta的控制器种类较多，这样可以使用户有充分的选择余地，做到物尽其用，现场控制器的综合特点如下：

Ø  DDC种类丰富

    管理级、系统级、应用级、扩展级。

Ø  点数设置合理

    适合各种被控对象，甚至只监不控。

Ø  具备本地/远程 I/O 扩展功能

    增加DDC虚拟I/O，远程可达1200m。

Ø  具有通用 I/O 接口

    便于设计和现场调整，增强系统灵活性，即使修改了现场信号类型，也不至于重新订货。

Ø  具备服务端口且使用通用便携设备

    便于编程调试和系统维护维修。

Ø  CPU的处理能力强

全部为32位CPU，领先于同类产品。

4. 系统功能描述

规避风险

物业可对京地大厦楼宇自控系统下的楼宇自控系统等众多分散设备的运行、安全状况以及能源使用状况、节能管理实行集中监视、管理和控制。所有机电设备的使用状态进行监控，能够有效规避由设备故障或其他风险造成经济上的损失。

1.运行优化控制，降低能耗

对京地大厦内楼宇自控管辖下的机电设备或机电系统按需运行，根据控制策略确定运行模式，运行数量，运行负荷，启停时间。

2.降低劳动强度

楼宇自控管辖下的各个机电设备或机电系统实现由电脑根据程序实现集中管理（监测、远程控制）。可大大降低维护员工的劳动强度和减少设备管理人员，有效降低劳动力成本。

3.设备运行参数管理

楼宇自控实现电子化管理，设备运行记录，报警记录，操作日志，历史曲线可形成电子分类报表，可任意查询和打印。

4.设备电子台帐明细记录

应包含设备属性，维修保养情况，设计寿命，启用时间，更换情况等报表。

5. 系统设计

冷水机组系统

监测内容

冷水、热水机组启停次数，累计运行时间，发出定时检修提示；

冷水机组回水流量；

冷水机组工作状态，故障报警，手动自动状态；

冷冻水供，回水温度；

冷冻水供回水压力检测；

监测冷却水泵运行状态,故障报警及手自动状态;

监测冷冻水泵运行状态,故障报警及手自动状态;

监测冷却塔风机运行状态、故障报警及手/自动状态；

控制内容

冷水机组、热水机组启停；

通过冷冻水的总供／回水温度和回水流量，计算出空调系统的冷负荷，

根据总供或者回水温度值决定冷冻机的启停组合及台数,以便达至最佳的节能状态；

根据冷却塔运行台数及运行方式控制相关碟阀开关；

冷冻、冷却、热水水泵的启停；

根据供回水压差，调节旁通阀开度，使供回水压差稳定；

 

控制

启停控制

按程序编制的时间和顺序控制直燃机、冷冻水泵、冷却水泵、和管路上的电动蝶阀、冷却塔风机的启、停和电气联锁：

● 启动：

机组启动时，首先开冷却塔蝶阀、启动冷却塔风机，再开冷却水蝶阀、启动冷却水泵，开冷冻水蝶阀、启动冷冻水泵，根据冷却水流信号和冷冻水流信号启动冷水机组。

● 停机：

当停机命令发出时，首先停冷水机组，接着关冷却塔风机，再关冷却水泵和冷冻水泵。

压差控制

根据分水器和集水器的压差，调节分水器和集水器间的旁通调节阀的开度，使分、集水器的压力差保持在设定值附近。

冷水机组群控

Delta控制系统可以对系统编程，通过完成特定的操作顺序，如：设备自动操作、设备保护、数据转发和报警，来实现冷水机组的高效运行。为机组提供适当的控制，其中包括：

⑴自适应启/停

根据冷冻水温度和过去的冷负荷惯性/反应时间，来自动调节冷水机---泵---冷却塔的启/停时间，来逐个控制冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔和冷水机组。

⑵冷水机排序/选择

DDC自动预测冷负荷需求/趋势，并根据过去的能效、负荷需求、冷水机---泵---冷却塔的功率和待命冷水机的情况来自动选择设备的最优组合。用户可以交替的选择最优/同等的冷水机组运行时间。冷冻水和冷却水阀将根据冷水机的选定情况来开/关。任何冷水机得到开机命令却未能启动的，应按指定要求发出报警。控制器得到报警后，启动下一台最合适的机组。

⑶低负荷控制

不允许单台冷水机在低于可选工况点（如30%的负荷）下运行，除非只有单台冷水机用于承担负荷。当冷负荷低于25%时，将选择冷水机启停控制，以便充分发挥其能效；或根据冷负荷惯性/反应时间和档案数据来选择连续运行。

⑷断电后自动启动

当发生断电时，所有设备将停机一段时间，这段时间的长短可以选定。然后，设备将依次启停，以最大幅度的减少功率的峰值需求。

⑸冷却塔控制

冷却塔风机将按照冷水机组的运行来自动启停。为了实现能效最优，冷却塔风机的启/停可根据冷却水供回水温度、室外温湿度参数来自动选择。

根据冷温水供水总管温度、回水总管温度和回水总管的流量，计算出大楼的平均负荷，确定机组及水泵的启停组合及运行台数自动减载、加载，实现优化运行，以适应冷机负荷的变化、达到最佳节能的目的。

    冷热负荷Q的计算:    Q=C*M*(T1-T2)

    其中T1:回水温度, T2:出水温度, M:回水流量

加载流程

（1）运行机组的负载大于某个设定值(比如该机组负荷的80%)。

（2）当系统所测的冷冻水供水温度高于当前的冷冻水供水温度设定点与一个可调整的温度偏差值相加后的所得值。

以上要求（1）~（2）均能满足，才进入以下机组加载程序。

（3）新冷水机组启动的延迟时间已经结束（延迟时间可以设定）。

（4）新冷水机组禁止运行的命令未激活。

（5）新冷水机组没有处于出错或断电重启阶段。

以上要求（3）~（4)均能满足，新冷水机组立即启动。

卸载流程

（1）目前运行的机组台数多于一台。

（2）运行机组的平均负载小于某个设定值(比如机组负荷的30%)。

（3）当系统温度传感器所测的冷冻水供水温度小于当前的冷冻水供水温度设定点与一个可调整的温度偏差值相加后的所得值。

以上要求（1）~（3）均能满足，才进入以下机组卸载程序。

（4）机组停机的延迟时间已经结束（延迟时间可以设定）。

以上要求（4）能满足，设定机组马上停机。

系统将自动记录单台冷水机组的累积运行时间，根据机组的累积运行状况来采取超前或滞后控制，尽量使冷水机组达到平均使用，来达到冷水机组的群控，便于用户进行统一的维护和保养。

空调机组

监测内容：

送、回风温度检测；

空调机组送风机运行状态、故障报警、风机手/自动状态及风机压差检测；

空调机组新、回风阀开度；

空调机组过滤器堵塞状态，提醒运行操作人员及时清洗或更换；

空调机组防冻报警状态；

空调机组风道CO2浓度检测；

控制内容

通过对测量所得新/回风温湿度计算确定室内/外空气焓值,根据室内外新风情况，联合调节新、回风阀及排风开度，保证全年节能调节，最大限度利用自然冷源；

根据回风温度设定值，调节表冷器电动调节阀开度，以使送风温度保持设定要求，减少能源浪费；

通过对安装于水盘管回水侧电动调节阀的自动调整，实现对回风温度设定点（可调整）的控制，保证空调机组供冷/热量与所需冷/热负荷相当，减少能源浪费；

采用最佳启停控制程序对空调机组进行最佳时区启停控制，保证上班前对房间进行预冷（夏季）或预热（冬季）；

新风阀与送风机连锁，风机停止时自动关闭新风阀。

防冻报警保护，冬季表冷器温度过低防冻报警后关闭新风阀、打开热水阀以防止表冷器冻坏；

新风机组

监测内容

新风机组送风温/湿度；

新风机组风机运行状态、故障报警、风机手/自动状态，确认空调机组是否处于楼宇自控系统控制之下，当机组处于楼宇自控系统控制时，可控制风机的启停；

过滤器堵塞状态，提醒运行操作人员及时清洗或更换；

新风机组防冻报警状态；

控制内容

根据送风温度控制表冷器电动调节阀开度，以满足室内温度精度及节能的最佳平衡，减少能源浪费；

对安装于水盘管回水侧电动调节阀的自动调整，实现对送风温度设定点（可调整）的控制，保证新风机组供冷/热量与所需冷/热负荷相当，减少能源浪费.

新风阀与风机连锁，风机停止时自动关闭新风阀；

防冻报警保护，冬季表冷器温度过低防冻报警后关闭新风阀、打开热水阀以防止表冷器冻坏；

送排风系统

监测内容

送、排风机运行状态及故障报警；

送、排风机累计运行时间。当累计值达到设定值时，发出检修报警信号。

控制内容

送、排风机启停；

给排水系统

排水监测内容

水泵工作状态、故障报警；

集水坑超高液位检测和报警；

给水监测内容

水泵工作状态、故障报警、变频器故障；

水箱高、低液位检测和报警；

供水压力检测；

供配电系统

高压柜监测要求：

开关状态（合或断）

开关跳闸报警

测量电压

变压器监测要求

测量变压器的温度和风机的运行状态

低压柜检测要求

低压柜开关状态

开关控制

变压器的超温度报警

低压出线电流检测

低压出线电压检测

低压出线功率因子检测

低压出线功率检测

 

电梯系统

电梯系统的检测：对电梯的运行状态、故障报警、上/下行状态进行监视。

 

照明系统

室外照明

 对总体范围内的建筑物外形泛光照明按时间设定进行自动控制。

室内照明

办公室照明系统：根据业主对大空间办公室划分的区域，实行办公室照明系统自动控制。

公共照明实行按时间设定的自动控制。

楼宇自控系统与机电设备的联网

ORCA系统可以通过预留的网关实现与其他系统进行联网通信，实现控制要求；

节能及能源控制

主要控制功能：

焓值控制：对每种空气源进行全热值计算，并进行比较决策，自动选择空气源，使被冷却盘管除取的冷量或增加的热量最少，来达到所希望的冷却或加热温度。焓值就是单位质量空气含有的总热量，包括显热和汽化潜热，其中显热直接与空气温度有关，汽化潜热与湿度有关。Delta Controls的DDC内部包含成熟的焓值计算模块。

焓值控制的目的是在保证舒适度的前提下节约能源。空气越干燥，维持在舒适温度所花费的能源越少。

在春秋季节的很多日子里建筑物需要制冷，而室外的空气比室内温度低而且更干燥（焓值低）。在这种状况下，新风比例可以提高（经常开到100%）来提供部分或全部冷量。在节能程序中，新风比例可以从最小新风量到100%之间调整。通过合理利用室外新风，冷水机组的能耗可以节省10% 到15%。

焓值控制的优点：

温度节能控制程序在建筑需要制冷并且室外空气温度比室内低时把新风开到最大。这种面向温度的控制策略没有考虑湿度。结果是当室外空气湿度大时反而更加浪费能源，或者当室外空气比较干燥时浪费了节能的机会。焓值控制同时测量室内和室外空气的温度和湿度，根据加热/冷却室外、室内混合空气所需的能源总和来决定节能程序运行方式。焓值控制程序可以在DDC中独立运行，也可以作为能源管理系统（EMS）的一部分。焓值控制程序可以使业主和物业人员精确的达到节能目的，这是手动操作无法实现的。

最佳启动：根据人员使用情况，提前开启HVAC设备。在保证人员进入时环境舒适的前提下，提前时间最短为最佳启动时间。

最佳关机：根据人员使用情况，在人员离开之前的最佳时间，关闭HVAC设备，既能在人员离开之前维持舒适的水平，又能尽早地关闭设备，减少设备能耗。

减小再加热控制：对于使用集中供冷、分区再加热方法进行温度控制多区单位空调系统，根据区域状态计算再加热需要量，并据此进行优化，重新设定冷冻水最佳温度（或冷盘管出口最佳温度）的控制算法，最大程度地减少冷热抵消所引起的能源消耗。

设定值再设定：根据室外空气的温度、湿度的变化对新风机组和空调机组的送风或回风温度设定值进行再设定，使之恰好满足区域的最大需要，以将空调设备的能耗降至最低。

负荷间隙运行：在满足舒适性要求的极限范围内，按实测温度和负荷确定循环周期与分断时间，通过固定周期性或可变周期性间隙运行某些设备来减少设备开启时间，减少能耗。

分散功率控制：在需要功率峰值到来之前，关闭一些事先选择好的设备，以减少高峰功率负荷。

夜间循环程序：分别设定低温极限和高温极限，按采样温度决定是否发出“供热”或“制冷”命令，实现加热循环控制或冷却循环控制。在凉爽季节，夜间只送新风，以节约空调能耗。

零能量区域：设置冷却和加热两个设定值，有一个既不用冷也不用热的区域，实现空间温度在该舒适范围内不消耗冷、热能源的控制。

循环启停程序：自动按时间循环启停工作泵及备用泵，维护设备。

非占用期程序：在非占用期编制专门的非占用期程序，自动停止一些可以停止运行的设备，以节约能源。

例外日程序：为特殊日期、如假日提供时间例外日程序安排计划，中断标准系统处理，只运行少数必须运行的设备。

临时日编程：如遇特殊情况可编制临时日编程，提前编制下一天的临时日程序，停止运行一些不必要运行的设备。临时日程序优先于其他时间程序。