郯城到青岛的火车:基于浙大中控OPTISYS系统的楼宇自控系统(BAS)

来源:百度文库 编辑:中财网 时间:2024/04/27 15:21:32
基于浙大中控OPTISYS系统的楼宇自控系统(BAS)  
2009-11-21 07:20:00

  [设计要点]

  楼宇控制中心建议设在底层,系统采用浙大中控OPTISYS系统。针对中央空调、送排风、照明系统、电梯、给排水系统等进行全自动集中控制,并对大楼内不同用途的楼层进行分别空调计量,最大限度实现自动化监控及节省能源,减少日常运行费用。

1.1 系统设计说明

  弱电智能化系统因其在楼宇自动化系统中与水、电、汽、风各专业相关,因此最具复杂性,所以选用可靠、先进的系统是非常重要的。浙大中控在楼宇自动化系统设计与实施方面具有丰富的设计经验和强大的实施保障能力,我们始终把我公司自行研发生产的OPTISYS楼控系统作为楼宇自动化系统的首选。

  OPTISYS楼控系统将对大楼内的机电设备的运行进行自动检测、监视、优化控制、数据统计及管理和事故报警记录。并按管理者的要求,自动形成各种设备运行参数报表,或随时变更设备运行参数及控制管理权限。其次可根据每台设备的累计运行时间,确定启停设备,使设备运行均匀,从而提高设备的使用寿命,并在需要时将消防报警系统、保安系统等其他子系统接入本系统内,监测类似系统的运行、报警等状况,使大楼的运行更安全可靠。

1.2 OPTISYS系统特点

  OptiSYS系列分散式可编程控制系统主要面向以分散型数据采集与控制为主的公用工程自动化项目,能够实现逻辑控制、顺序控制、过程控制、数据采集等控制任务,可广泛应用于智能楼宇、智能交通、环境保护、工业自动化等领域。




■ 针对智能建筑、智能交通、SCADA等公用自动化工程特点设计开发,采用工业以太网及CAN总线、LONWORKS等现场总线通讯方式,系统技术先进,性价比高;
■ 沿用SUPCON工业集散控制系统的高可靠性、模块化设计和完善的制造工艺,具有极高的可靠性和完善的系统功能;
■ 控制系统采用模块化结构和现场总线通讯方式,配置灵活、易于扩展,即可集中安装,也可现场分散安装;
■ 22.5mm/45mm的统一厚度,所有模块均能通过总线连接器直接安装在DIN导轨上面,接线端子可以直接连接外部线缆(0.2~2.5mm2),无需增加转接端子,节省安装空间;
■ 符合IEC61131-3标准的全中文界面图形化控制器编程软件,提供指令表(IL)、梯形图(LD)、结构化文本(ST)、功能块图(FBD/CFC)、顺序功能块图(SFC)五种编程语言;
■ 监控系统软件采用纯B/S模式设计,既可本地监控,又能实现基于互联网和浏览器的远程监控;具有OPC、DDE等开放性数据接口,内置VBA语言,集成能力强、扩展方便;

1.3 系统设计架构

  浙大中控OPTISYS楼控系统设计及产品制造都是采用当今世界先进技术,其产品性能和质量均达到世界一流水平。OPTISYS系统采用先进的二层通讯架构,本系统中所有的DDC控制器和中央监控电脑都通过以太网连接,处于平等的地位,和传统的主仆通讯方式不同。每个DDC控制器都能够独立工作,不受中央或其他控制器故障的影响,从而大大提高了整个集控管理系统的可靠性,DDC均有CPU处理器进行数据处理,并且系统可对所有的DDC进行巡检,如有DDC软件丢失,中央管理站可自动下载程序,保证了系统的运行可靠。DDC控制器的CPU主控模块和I/O扩展模块之间采用先进的CANBUS或LONWORKS总线,所有的I/O扩展模块都有自己的处理芯片,可以实现远程放置。




  1、管理层网络:采用高速工业以太网,符合TCP/IP协议,为系统提供10M/100M波特率通讯,所有的DDC控制器和中央监控计算机都处于同等地位。操作人员可以在任何拥有足够权限的工作站实施监控设备状态、控制设备启停、修正设定值、改变末端设备开度等得到充分授权的操作。目前OPTISYS楼控系统在得到授权的前提下,最多可以通过以太网连接127台DDC控制器或工作站。

  2、现场层网络:DDC控制器的CPU模块与I/O模块之间的通讯协议采用业界先进的CANBUS或LONWORKS协议,远程I/O模块之间的通讯距离可达1000米。每个CPU模块最多可以下挂16个I/O模块。

  3、OPTISYS楼控系统通过我公司开发的OPC或DDE网关,可以与国际名牌消防系统,保安系统,智能卡系统,照明控制系统,冷冻机,锅炉,高低压配电系统直接通讯连网。

1.4 与国外品牌的比较

优势:

△ 系统的稳定性,浙大中控在工业自动化领域已经发展了10年,浙大中控品牌的自动化产品在国内石油化工、电厂、污水治理等自控领域牢牢占有半壁江山,工业级产品的制造工艺保证系统稳定;
△ 技术的先进性,新开发的系统没有兼容以往旧系统的问题,采用目前业界最先进的以太网网络架构,能够支持UTP、光纤甚至无线传输。




△ 价格的合理性,与国外品牌保持合理的差距,系统性价比高,投资回报周期短,详细分析参见后面章节;
△ 全中文产品说明书、软件界面,人性化操作方式;
△ 细致周到的用户培训,我公司在项目完工后,将对物业管理人员提供全面、细致、周到的培训;
△ 可靠的售后服务,作为本土企业我们可以提供快速的售后维护(全天24小时响应,4小时内赶赴现场服务),而且服务费用合理;
△ 建立备品备件库存,针对楼控系统容易发生损坏的设备提供备品备件,保障系统不见断运行,减少业主损失;
缺点和我们的改进措施:
△ 系统的稳定性不如国外品牌,我们在设计系统时,会根据多年的楼宇自控工程设计施工经验,某些关键设备和容易损耗设备选用国外专业厂家产品,提高整个系统的稳定性,保障业主利益;
△ OPTISYS系统在楼宇自控领域的案例不多,但是我们拥有大量工业和公用工程案例,众所周知,工业流程自控的产品性能要求远远高于民用建筑智能化领域,因此,业主完全没有必要担心我公司产品的可靠性;
△ 产品的先进性,OPTISYS系统在设计时就参照最先进的国外技术,硬件芯片均采用国外知名厂家产品(PHILIP、AD、TI等)。

1.5 投资回报分析

1.5.1 节约初期建设投资

  一般情况,楼宇自控系统占弱电系统(不含消防系统,不考虑网络设备)投资的比例大约占建筑工程总造价的0.8~2%。不同的建筑类型及建筑规模,楼宇自控系统的建设投资不同,主要取决于建筑类型、规模以及采用的暖通空调、水、电的工艺。台州数码城大厦的楼宇自控系统如果采用浙大中控的OPTISYS系统,造价预计在160万左右,设计I/O监控点在2000个左右,平均单点800元/点,相比进口品牌(如HONEYWELL)的平均单点1200元,在系统投资方面能够为业主节约80万元。

1.5.2 降低大楼运行费用

  楼宇自动化系统(BAS)与高层建筑节能有着极为密切的关系,检测建筑物各项能耗的各类传感器和仪表是BAS的组成部分之一,建立能量使用数据库是大楼节能管理的基础,是BAS核心软件的组成部分,集散控制系统是完成BAS各子系统控制功能的主要手段,更是实施节能的媒介。根据已往的历史数据,楼宇自控系统对大楼机电设备良好的管理可减少高层建筑能耗10%左右。

  而且中央空调实行计量收费,是建筑节能的一项基本措施。目前在欧美等国热量计量已是成熟的技术,据国外调查资料表明:实行集中空调计量收费后,大厦的节能率在8%-15%,国内一般在5%左右。

  综上所述,数码城大厦如果采用我公司的OPTISYS楼宇自控系统对大楼的中央空调系统、照明系统、给排水系统进行全面监控,并实施空调计量收费系统,能够节约大厦15%左右的能耗。

  参照类似规模和用途的大楼,预计台州数码城大厦每年的电费约为800万元,楼宇自控系统每年为业主节约15%的能耗,就能带来120万元的直接经济收益,正常运行一至二年就能收回楼宇自控系统的投资。

1.5.3 其他方面的回报

  采用了浙大中控的OPTISYS楼宇自控系统将对台州数码城大厦产生长远的影响。客户因为享受了高程度的自动化楼宇设备,包括智能化的中央空调、准确的空调计量收费、智能化的照明控制、以及人性化的物业管理,他们对大楼的满意度不断提高,大厦的出租率和租金也会随之水涨船高,为数码城大厦带来长远的收益

1.6 功能设计说明

1.6.1 系统管理软件

  浙大中控推出的智能建筑信息监控系统AdvBMS(Building Information Management System)面向建筑自动化行业、采用子系统集成模式的,集数据采集、网络通信、自动控制和信息管理于一体,是一种可二次开发的监控管理平台软件。AdvBMS系统的整体目标是要对建筑物内所有建筑设备采用现代化技术进行全面有效的监控和管理,确保大厦内所有设备处于高效、节能、最佳运行状态,提供一个安全、舒适、快捷的工作环境。

作为一套先进的综合集成管理软件,AdvBMS具有以下功能:
△ 集成大楼内的楼宇自控系统、消防报警系统、电视监控系统等弱电系统。
△ 具备流程监视、数据浏览、报警记录、实时趋势、历史趋势、分析报表、系统联动等全面功能应用。
△ 强大的实时性,实时数据的滞后时间小于3秒。系统具有操作报警、生成各种生产报表等功能。
△ 按照B/S、C/S模式设计,在内部网络或Internet上均可运行。系统对客户端访问数据的数量没有限制。
△ 彻底解决智能建筑中多种、多套弱电系统的联网、集成、管理问题。
△ 采用实时数据库技术,满足企业多工段、多车间、多过程集成需要。
△ 符合ODBC/SQL工业标准的数据库系统,能够与物业管理信息系统紧密集成。
△ 采用OPC、COM/DCOM、VBA等先进技术和开放结构,方便用户开发应用和嵌入第三方产品。
△ 操作界面友好,易学易用,其数据管理和分析工具能满足物业管理人员的需要。
本软件已经在多个项目中得到成功应用。





1.6.2 中央空调冷热源系统



详细监控内容如下:参照冷冻水系统和冷却水系统的控制原理图

(1) 冷水机组台数控制

―根据供水管的流量及集水器、分水器的温差,计算负荷,对冷冻机组进行群控。

-机组启动后通过彩色图形显示,显示不同的状态和报警,显示每个参数的值,通过鼠标任意修改设定值,以达到最佳的工况
-机组的每一点都有列表汇报,趋势显示图,报警显示
-设备发生故障时,自动切换
-程序控制冷冻水系统,目的是达到最低的能耗,最低的主机折旧
-根据程序或大楼的日程安排自动开关冷冻机组
-根据大楼的要求自动切换机组的运行时间,累积每台冷冻机组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

a) 根据冷源系统总负荷量(供回水温差X总流量)进行冷水机组台数控制。

  运行台数需与负荷相匹配,实现机组最优启停时间控制,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,根据送水分水器和回水集水器的温差进行调节。
负 荷 计 算: Q=K× M× (T1-T2)
Q: 负 荷
K: 常 数
M: 流 量
T1:回 水 总 管 温 度
T2:供 水 总 管 温 度

b) 冷冻水系统控制方案

  所有冷冻机组的启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PCS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/热水泵、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。

联 动 起 动 顺 序

→冷却塔风机→冷却塔电动蝶阀→冷冻机电动蝶阀→冷却水泵→冷冻水泵→水流开关信号指示→制冷机。

联 动 停 止 顺 序
→制冷机→(延时5分钟)冷冻水泵→冷冻机电动蝶阀→冷却水泵→冷却塔电动蝶阀→冷却塔风机。

冷冻水泵、冷却水泵

  备用冷冻,冷却水泵切换:在自动运行模式下,常用泵如发生故障,备用泵将自动切入。

  根据室外温度和昨日负荷对启动负荷进行预测。

  累计运行时间,开列保养及维修报告。通过计算机网络将报告直接传送至有关部门。

  中央监控对系统中各种温度、设备运行状态和报警及各种设备的启停进行监控。中央可编制节假日上、下班等时间运行程序,在不同时间段合理地运行设备,节约能源。

(2)冷却塔控制

  监测风机运行状态、故障状态,手/自动状态,启停控制冷却塔运行台数按冷却水供水温度进行控制。当供水水温低于设定值时减少冷却塔运行台数,反之则增加运行台数,以降低能耗。




  冷却塔数量为0时,代表冷却塔的风机不需开启,冷却水仅需通过自然冷却即可达到要求,此时,相应的冷却塔的水阀需打开。DT-为避免冷却塔的冷却水供水温度在设定值附近变化时冷却塔频繁开启,所设定的一个调节死区温度值。

(3).压差旁通监控内容

  -在总进水管和总回水管上设置压力传感器(AI)-通过计算供回水之间的压差,将压差与设定值进行比较,用PI方式调节电动两通阀,使压差保持在设定的范围内。




  考虑业主的需求,冷水机组和热水锅炉设备可以通过通讯接口进行监控。OPTISYS系统可以通过OPC接口与冷水机组和热水锅炉自带的控制系统进行通讯,如果机组厂家能够提供通讯协议的话,我们可以开发OPC接口,获取冷水机组或锅炉的运行参数。

1.6.3 空调及新风系统






监控内容:

室外空气温度监测;
回风温度监测(空调机组);
送风温度监测(新风机组);
新风阀和回风阀的启停控制和阀位反馈;
过滤网两侧压差监测(过滤网堵塞报警);
冷热水电动调节阀的开度控制(调节送风温度);
空调机组运行状态、电机故障监测、手/自动工况转换和风机启停控制。

控制手段:

  将回风管内的温湿度与系统设定的值进行比较,用PID方式(比例加积分,微分)调节冷水/热水电动阀开度,调节冷冻水或热水的流量,使回风的温度保持在设定的范围之内;




开关顺序:启动时,先开水阀,再开风阀,然后启动风机,停机时按相反顺序进行;

联锁控制:新风风阀与回风阀比例调节,并与风机、水阀联锁控制。停风机时自动关闭新风阀和水阀。根据《高层民用建筑设计防火规范》要求,一旦出现防火阀关闭的情况,应立即停止风机运行并报警;

编制时间程序自动控制风机启停,并积累和分析运行数据。

1.6.4 风机盘管系统

  数码广场内有大量的风机盘管,假如由BA系统控制到具体房间,会大大地增加系统的I/O点数,提高系统造价;如果完全不加管理,有可能会造成能源的浪费,因此,我们在BA系统的设计过程中,对1~4层商场和办公楼层的风机盘管系统楼层总电源的增加启停控制,在下班时间或者节假日,可以由中央监控系统关闭该楼层的风机盘管电源,体现了节约能耗和便于集中管理的设计思想。

1.6.5 照明监控系统




监控手段:

  本方案为数码广场的每个楼层的室内公共区域照明作为多个回路控制,因此可以实现对大厦内部公共照明亮度的调节,达到节能的目的。(需要强电专业配合,对公共区域照明的配电线路进行改造)
例如:如果将1/3的公共照明灯具作为一个控制回路,另2/3的公共照明灯具作为一个控制回路,就可以产生全关、1/3亮、2/3亮和全开共四种亮度。

  对大厦楼顶的航空障碍灯监测其运行状态和启停控制。
  
  数码广场作为一幢高档写字楼,室外泛光照明是必不可少的,我们为大厦的泛光照明预留了控制点数。

1.6.6 变配电监测系统




监控手段:

  数码广场的变配电系统暂时按照硬接点的方式计算监测点位。假如数码广场采用智能化变配电集中监控系统,OPTISYS系统可以和电力监控系统的中央管理主机之间实现通讯,通过OPC或者其他的接口方式就能够获取其下层采集模块的实时数据。

1.6.7 电梯系统




监控内容:

-监测电梯的运行状态、故障报警、紧急报警和上行/下行状态
-电梯的楼层显示
-电梯的其它运行参数

对电梯接口要求:

  设置电梯群控管理监控,有关设备及群控管理程序由电梯供货商提供。

  电梯设备端的通信接口类型采用通讯接口,系统管理层采用以太网,BAS系统连接采用C/S方式获取电梯运行参数,只监不控。

  要求供货商提供服务端接口,BAS系统负责提供客户端接口,并要求提供电梯设备的详细通信协议,如怎样与设备端连接、命令字符、对应状态等。

与消防报警及联动控制系统连锁能够满足火灾自动报警系统设计的要求。

1.6.8 给排水系统及其它




采用DDC采集给排水系统中的水池、集水坑高低液位,各种水泵的参数。具体如下:

设备监控内容
水箱的高低液位监测(DI)
消防水泵、喷淋水泵、生活水泵、排水泵的运行状态,故障状态(DI)
消防水泵、喷淋水泵、生活水泵、排水泵开关控制(DO)
集水井的高低液位指示(DI)
软件控制功能
监测水池液位,并作高低限报警,当高限报警时,打开水泵直至低限
监测水箱液位,并作高低限报警,当低限报警时,打开水泵直至高限
监测集水井液位,并且将低液位与排水泵的运行状态连锁
累计有关设备运行时间
给水泵每天自动切换运行
按照物业管理部门要求,定时开关其他水泵
当水泵发生故障时,自动切换到备用水泵
监测和记录有关水箱、水池的液位报警情况,并生成动态趋势图

1.6.9 中央空调计费系统

1.6.9.1 计量系统概述

  台州数码城作为现代化的智能大厦,一般都是由物业管理公司进行大厦的物业管理,采用租赁或出售的方式来经营大厦,其中大厦物业管理费用的合理收取既是物业管理公司的难处,也是广大承租户最关心的问题,尤其是中央空调的收费。目前空调计费大多采用事后按户分摊的方法,用户因无法事先控制各自的空调费用,在相互攀比各不吃亏的心理作用下,将导致用户滥用空调,一方面使整个大厦的空调费用居高不下造成社会能源浪费,另一方面住户因压力太大而怨声载道,造成一种恶性循环。本着“多用多收,少用少收”的原则,我方建议台州数码城的业主投资建设中央空调计费系统,按需使用,按用量收费。这样不仅可以使用户在缴费问题上有据可依,减轻物业管理工作量,提高物业管理公司的工作效率;同时,提高计费工作的准确性、合理性,还可以引导用户树立正确的消费观念,促使用户节约能源,减小中央空调系统的工作负荷,延长设备的使用寿命,降低运行费用,树立良好的物业形象。

  数码城大厦中央空调计量系统的主要思路是:对大楼内办公室、会议室、食堂、大楼大厅等区域的空调能耗量进行自动计量,数据分析、平衡、分摊,最终可通过能源计量中心计算机对各用户所使用的能耗情况进行跟踪,并且自动生成帐单,为用户提供空调收费数据,方便物业管理。1-4楼商场考虑按楼层计费,5~16层宾馆考虑统一计费,商住楼考虑每套单独计费,17层办公区考虑统一计费。

1.6.9.2 计量方案详述

  台州数码城大厦作为一个高档的综合性大楼,采用中央空调系统集中供冷供热,我方建议对大楼内不同用途的楼层进行分别计量。1-4楼商场考虑按楼层计费,5~16层宾馆考虑统一计费,商住楼考虑每套单独计费,17层办公区考虑统一计费。结合本大楼的暖通设计特点和浙大中控OPTISYS楼控系统特性,我们在获取大楼总的冷量消耗基础上,采用热量表采集1~4层商场每层冷冻水总流量;5~7层宾馆娱乐和餐饮楼层也采用热量表对各个楼层的冷冻水总量计量;8~16层的计量方式与设计院的暖通设计有关,如果设计院能够将宾馆客房和商住楼部分的冷冻水回路分开设计,那么我们可以采用热量表分别对宾馆客房部分和商住楼部分的冷冻水总流量进行计量,再对商住楼部分每个房间的风机盘管采用计时方式进行计量;如果宾馆客房和商住楼部分的冷冻水回路是统一设计的话,我们建议首先对整个楼层的冷冻水流量进行计量,再对宾馆客房和商住楼房间全部采用风机盘管计时方式进行计量,根据比例进行分摊;8~16的新风机组同时在为宾馆客房部分和商住楼部分供应新风,由于两部分的面积基本相当,可以将新风机组的能耗平摊给宾馆和商住楼。17层作为开发商或者物业公司的办公楼层,可以采用热量表对整个楼层的冷冻水总流量进行计量。这样就得到了各个楼层的能耗数据,再去加权分摊整个大楼总的空调能耗,便可达到计量和按用量收费的目的。

●大楼空调总能耗计算

  通过上述分析设计,大楼内部已经计量出了各楼层的空调能耗,然而由于种种原因,能量在转化和传输的过程中会产生各种各样的损耗,各楼层总能耗还要进一步按照各自消耗量的大小去加权分摊大楼空调总能耗。大楼空调系统正常运行,在空调主机部分的总的能耗费用表现为:

  a.冷冻机组、冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵等制冷设备所用电能的电费,也包括新风机、空调机的夏季用电费用或热水泵、热水炉、等致热设备所用电能的电费,油费,也包括新风机、空调机的冬季用电费用。

  b.空调系统补充用水的水费。可忽略不计或由附加费用来体现。

  c.冷源系统、空调系统等设备的折旧费、维护维修费。

  d.其他附加费用。

  以上各类费用中,a类费用可以通过准确的计量用电量计算出来。其他两项基本上是一个固定值,可以根据实际情况通过预置的方式输入计费系统,求出冷气系统每月每日每时的平均费用。

冷气系统的总费用=∑冷气系统用电量x电费单价+设备折旧费+维护维修费+其他费用

致热系统的总费用=∑致热系统用电量x电费单价+油费+设备折旧费+维护维修费+其他费用

● 风机盘管的计时计量原理

  业主要求对商住楼的每个房间空调用量进行计量,我们建议采用在获取商住楼部分总体能耗数据的基础上,对每个写字间的风机盘管分别进行有效运行时间的累计,即对每个风机盘管分别累计三速开关三个档位的运行时间,然后把三速开关有效时间按照各风机盘管高、中、低三档不同风量比例进行归一,再累加,形成单个风机盘管运行归一时间,再累计各层所有风机盘管的归一运行时间,形成各层总的盘管归一运行时间,通过与各楼层总的空调能耗比较,按照比例去计算分摊每台风机盘管的空调费用,这样就实现了对每个房间进行空调计量的目的。

  风机盘管信号的采集和处理是通过在每个楼层安装若干个数据采集模块,对风机盘管的运行时间和档位进行采集,并实时送到监控中心,进行数据的分析和累积,并可以增加远程控制模块,对风机盘管的启停进行远程控制,对拖欠空调使用费用的用户实施停用空调的强制措施。

  采用我公司的OPTISYS系统产品,可以直接监控到每个风机盘管,优点在于当大楼在租售过程中格局发生变更时,只要对软件的业主设置和计费设置作相应的变更即可,运用方便、灵活;另外采用数据采集模块对用户进行计费,对管路无特殊要求,施工维护特别方便,管路不需要开孔,施工材料和人工费用的支出相当低。

本方案已经在多个项目中得到应用。

台州第一人民医院能源管理系统运行界面:





1.6.10 商场电表抄送系统

  数码城大厦的1~4层将来作为商场用途出租或出售,需要对用电量进行计量,便于物业管理部门对商场的承租者收取电费。我方建议业主采用脉冲电表,通过OPTISYS楼控系统的脉冲计数模块采集电表发出的数据,对各个楼层区域的用电量进行准确的计量,从而达到物业管理的效果。

1.7 主要设备简介
参见产品手册相关内容。