昆山某中心楼宇自控系统方案.doc

目录
第1卷 系统概述 2
第2卷 设计依据 3
第3卷 设计原则 3
第4卷 设计方案 4

系统概述
本系统是为昆山科技文化博览中心实现智能化楼宇管理而设计的一个集散控制系统，该系统能使管理者在中央控制室内就可实现对整座建筑内机电设备的监控和相应的各种现代化管理。
我公司推荐采用瑞典TAC VISTA楼宇自控系统。
作为清华同方所倡导的“数字化人居环境”新概念的应用，TAC VISTA自控系统具备诸多全新的、超前和开放特点。
TAC VISTA建筑物自动化系统，是一个由高效能PC机和微处理器组成的开放性网络系统－LonWorks。它为整个大楼的管理提供了简便、有效的手段。该系统遵守LonWorks网络协议，是一套集散型网络系统。本系统使用的控制器包括有TAC VISTA 300、400控制器以及TAC VISTA 411、421、451、471、491等扩展模块，并配置适当的现场设备，满足BAS设计的需要。
TAC VISTA系统的产品为瑞典TAC公司生产。瑞典TAC公司全名为TOUR & ANDERSSON，是欧洲最早的楼宇自控公司，具有近百年历史。其总部设在瑞典，在全世界设有14家分公司，负责在世界各地的销售业务。亚太地区分公司设在新加坡。
TAC公司是由瑞典第一家族威伦伯格控股的SEP属下的一家独立的子公司，SEP还拥有ERICSSON、VOLVO、ABB、SAAB、Electrolux、SKF、Atlas、Copco等瑞典其他一流的大公司。由Percy Briarnevik（现任ABB总裁）组成的高级董事会对其进行管理。
TAC公司生产从DDC子站到阀门、执行器机构、传感器、变频器等全部产品，系统成套性高，为用户提供高质量、高可靠性的楼宇自动化系统。加上清华同方获得ISO9001认证的设计、生产和工程体系，TAC VISTA系统在售后服务和今后系统的升级和扩展方面有良好的保证。

设计依据
设计依据：
昆山科技文化博览中心工程招标文件；
甲方提供的昆山科技文化博览中心设备及平面图；
1)《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16－92
2)《民用建筑照明设计标准》GBJ 133－1990
3)《供电系统设计规范》 GB 50052－95
4)《低压配电装置及线路设计规范》GBJ 54－1983
5)《电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ 232－92
6)《高层民用建筑防火规范》 GB 50045－95
7)《电子计算机机房设计规范》 GB 50174－93
8)《工业企业通信接地设计规范》 GBJ 79－85
9)《中国采暖通风与空气调节设计规范》 GBJ 19－87
10) 建筑智能化系统工程设计管理暂行规定（建设部1997—290）
11)《智能建筑设计标准》 GB/T 50314-2000

设计原则
工程设计本着“技术先进、设备可靠、节约资金、经济实用、功能完备”的原则，坚持清华同方公司“自强不息厚德载物”的理念，考虑甲方的投资效益及长远经济利益，兼顾未来发展技术空间、合理配置、优化设计。

设计方案
设备选型
楼宇自控系统能使管理者在中央控制室内就可实现对整座大厦内所有设备的监控和相应的各种现代化管理，并且本设计也为将来系统的扩容和升级做了必要的准备。考虑系统的先进性和档次要求，我们选用了最新推出的TAC VISTA2000自控系统。TAC VISTA系统具备诸多全新的特点，包括：
----集散控制体系结构，具备高度可靠性,符合中国国家行业标准规范；
----Lontalk通讯协议，具有良好的开放性和互操作性；
----子站为模块化结构，组态灵活方便；墙挂式导轨安装；
----图形化编程，专家控制模块；
----电话网远程通讯；WWW方式数据传送；
系统中主要的设备包括中央管理站和现场区域控制器等。
中央管理工作站
本系统采用TAC VISTA系统，在软件配置、网络配置和控制器配置上，我们采用TAC VISTA 2000软件包、一条FTT-10总线，同时控制器点数留有约10%的备用量。
中央管理站硬件配置：
硬件组成品牌：DELL速马电脑
微机处理器：PIII933
内存：128MB
硬盘：20GB
显示器：17”
磁盘驱动器：1.44MB 3.5”
键盘：101键通用键盘及专用功能键盘
定位器：鼠标器
总线接口板：PCLTA-20
不间断电源：1000VA，后备式
打印机：HP 6L激光打印机
软件配置
操作系统： WINDOWS 98
网络通讯协议：TCP/IP；IPX/SPX ；LONTALK
采用最新技术的视窗图形用户界面，形象地监控大厦机电设备，有关的图形是动态显示，将采集到的模拟量/数字量等数据在图形相应位置中实时显示运行工况。
采用多任务、多用户操作系统方式，操作员可在屏幕上观察不同的任务视窗信息，并在视窗之间进行切换。收集和分析采样数据，系统自动生成图表，包括历史数据、进行数据传输。
区域控制器
昆山科技文化博览中心的TAC VISTA系统的区域控制器采用以下几种：
TAC VISTA 300 控制器
TAC VISTA 300 是一类可自由编程控制器的统称，是为中小型供暖和空调系统而设计的,具有独立通讯功能。TAC VISTA 300 控制器提供HVAC暖通空调的全部功能，包括循环控制、控制曲线、时间控制、报警管理等等。

TAC VISTA 300控制器有两种不同的I/O配置，TAC VISTA 301和TAC VISTA 302。如果需要还可以加入单独的I/O模块。扩展的I/O单元也可连接至网上并可根据需要增加，一个I/O单元仅与一个控制器相连。TAC VISTA 300控制器和I/O模块均设计为控制柜安装。
TAC VISTA 300以微处理器为基础，它由安装在一起的端子部分和电子部分组成。TAC VISTA 300可与多种前端传感器/变送器和被控装置连接。终端负载的线缆仅与端子部分连接，因此可根据需要移去电子部分，而不会影响端子连接。
TAC VISTA 300每一个数字输入点DI都可用于脉冲计数，例如水量和电量测量。另一个应用是作为报警监视，每次发出报警时，相应的计数器可以自动累加，提供数据用于运行统计。数字输入电路使用内置电源。
DI TI UI D0 AO 扩展模块
Desba 301: 4 4 4 6 2 2Modules
Desba 302: 4 4 4 4 4 2 Modules

TAC VISTA 400 控制器

TAC VISTA 400是一类可编程控制器的统称，具有通讯功能，是为暖通和空调系统控制设计的。TAC VISTA 400 控制器提供全面的HVAC暖通空调功能，包括循环控制、控制曲线、时间控制、报警管理等等。TAC VISTA 400控制器本身没有输入和输出点，需与Desba 400系列I/O模块配合使用。TAC VISTA 401 可支持多达10个I/O模块。扩展的I/O单元也连接至网上，一个I/O单元仅与一个控制器相连。
设计范围
BAS系统对昆山科技文化博览中心内各类设备的监控（监视、测量、控制）做到运行可靠、安全、节省能源、节省人力。包括：
冷热源系统
进行冷冻站内的设备的监测和控制，主要包括：
2台蒸汽双效吸收式冷水机组，1台螺杆式冷水机组，5台冷冻水泵，5台冷却水泵，3组冷却塔，3台二次冷暖水泵，2台一次暖水泵，2台凝结水排水泵
空调通风系统
共包括：
23台空调机组， 12台送风机，28台排风机

给排水系统
共包括：
生活水池1个， 2台生活水泵，3台给水泵，6台排污泵
集水坑3个，每个集水坑两个排污泵
变配电系统
共包括：
2路高压进线，2台变压器，5个断路器，一路联络开关
要求监测变压器的温度和风机的状态，监测进线和出线的电压、电流、功率因数、有功功率，有功电度，监测断路器和联络开关的状态等
其他机电系统
监测展览馆内的电梯和扶梯的状态，故障报警，上行和下行方向；
应急照明系统的监测和控制暂时不在此次投标范围内。
控制方案冷冻机组控制
冷冻机组一次水侧设备，包括冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵，冷却塔、电动蝶阀等均可由BAS来控制，也可由机组自带的DDC来控制。机组DDC可完成冷水机组出水温度控制和机组自保护。
当冷冻站安装多台制冷机时，根据冷负荷情况适当地确定冷冻机的运行台数使冷量满足负荷要求，系统工作效率高，同时又不使某台冷冻机频繁启停，这对于保障机组安全可靠和节能地运行有重要意义。
一般制冷机组都具备较好的冷量调节手段，使机组可以在部分负荷下工作。然而，不论采用哪种调节手段，制冷机的COP总随冷量变化，在最大制冷量附近出现效率最高点。当冷冻机出口温度不变，并且通过蒸发器的水量也不变时，不同的冷负荷相当于具有不同的蒸发器进口温度。较低的部分负荷时蒸发器进口水温较低，这也导致COP降低。因此若两台冷冻机均工作在50％的负荷时，改为一台冷冻机运行，冷冻机本身的COP提高，尚可停止一台冷冻水循环泵和冷却水循环泵。因此，少开一台冷冻机，使各台运行的机组均处于全负荷状态比多开一台冷冻机，使各台机组都处于部分负荷要好。这就是BAS冷机群控节能意义所在。
冷机一般控制过程如下：
设冷源与空调机组协调及要求水量为Q，水温为t，此处可计算出基本供冷要求E=PCQDt。（Dt取5℃）。每台冷机容量可查得，设为Ei, 每台冷冻水泵供水量可查得，设为Qi。
如水泵为变频泵，冷机可通过温度设定独立调节,变频泵根据总供水流量设定及测量值即可实现。冷机部分如算得1台冷机容量已大于E，启动1台开关,同时给出冷机设定温度,即可实现冷源控制。
如水泵不是变频泵，冷机也无法进行温度调节，同时一冷机对应一台泵，此时必在供回水干管加旁通阀门，冷机部分如算得2台冷机容量已大于E，那么开启2台冷机及对应2台泵，通过调节旁通阀调节供水流量。由于旁通阀调节，冷冻水与回水混合，冷机回水温度降低，借此节约能源，如此处冷机可进行温度设定，节能效果更好。
如水泵不是变频泵，同时冷机与泵不足一一对应，此时也应加旁通阀门，水泵部分计算如2台水泵容量已大于Q，开启两台水泵，旁通调节供水流量，冷却部分如计算2台容量已大于E，开启两台冷机，其节能过程同b。
如空调机组采用三通调水温阀门，其控制方法基本相关，只是不需供回水干管旁通阀门。
冷热部分有许多形式，应根据具体情况具体解决，但其总体方式相同。

BAS监控点包括:
----冷冻水供/回水温度；
----冷冻水供水压力；
----冷冻水总流量；
----冷却水供/回水温度；
----冷冻水泵的启停状态、故障状态、开关指令；
----冷却水泵的启停状态、故障状态、开关指令；
----冷水机组的启停状态、故障状态、开关指令；
----冷却水蝶阀开关控制；
----冷冻水、冷却水水流状态监测；
----冷冻水旁通阀PI控制器调节；
----冷却塔蝶阀的开关控制；
----冷却塔风机启停状态、故障状态、开关指令；

控制与管理：
----由BAS的时间程序来控制冷水机组的开关。
开机过程：
冷却塔蝶阀开启冷却水蝶阀开启冷冻水泵启动冷冻水蝶阀开启开冷冻水泵开启冷机。
关机过程：
关冷机关冷冻水泵关冷冻水蝶阀关冷却水泵关冷却水蝶阀关冷却塔风机、蝶阀。
----冷冻机组控制主要是通过检测冷水总供水、回水温度及流量，经现场处理机运算大厦的冷负荷量而控制冷水机群组的开关程序。如果制冷机包含自控单元，则可完成制冷机与系统之间的通讯功能。
----系统负荷调节除台数控制外，如果制冷机自控单元纳入BAS，则在一定的范围内，BAS可自动调整冷机出水温度设定值；提高冷机出水温度设定值即意味着冷机效率的提高；
----水泵启动后，水流开关检测水流状态，如故障则自动停机；水泵运行故障时，备用泵自动投入运行；
----根据冷冻水供回水压差，自动调节旁通阀开度，维持压差恒定；
----根据补水管压力大小，控制补水泵的启停和变频器的频率；
----显示各测量参数；BAS可通过系统的数据转换成各种图象，使用户可迅速直接地掌握系统各方面情况；
----记录设备运行时间；
----设定故障报警和紧急停机；
----系统专家诊断；
----水箱补水控制：可自动控制进水电磁阀的开启和闭合，使膨胀水箱水位维持在允许的范围内，水位超限则报警。
空调系统
风系统一般控制思想：
基于协调级送风参数设定，空调机组控制就是如何将新风、回风空气处理到送风参数过程。
空调机组控制与新风、回风、送风参数以及新风阀、回风阀、排风阀、冷热盘管阀门、加湿器以及风机有关，因此空调机组控制应是一个综合考虑上述问题的方法，如何进行空调机组控制，这包括两个方面，一是水力工况即风量控制，一是热力工况即送风温、湿度等控制。对于风量控制较简单，即通过变频器调节相应转速即可，对于送风温、湿度则较为复杂，其包括空调系统分区及单回路调节两部分。
A：测量参数：新风、回风、送风温、湿度，各种风阀反馈
其它如过滤器压差，水盘管回水温度等为观察值
B：被控设备：新、回、排风阀、热盘管、表冷器、加湿器阀门
假设控制时间：每10秒钟循回测量一次参数
每10秒钟单回路控制一次
每60秒多工况分区一次

多工况分区控制思想：多工况分区的任务就是根据已知新、回、送风参数及已有被控设备决定用哪个设备控制温度，哪个设备控制湿度，如下图情况。

图中1点为新风点，2点为回风点，S点为送风点，C点为S过含湿量线与1-2点连线交点。L点为过S点等d线与j=95%相对湿度线交点。从此图分析可看出，共有三种可能处理方式
新、回风阀调节混合至C点，加热器阀门调节至S点
混风在(2，C)点之间， 表冷器阀门调节至L点，加热器调节至S点。
混风在(1，C)点之间，加热至过S等温线，加湿至S点。
从能耗比较可以看出方案能耗最小，通过此分区给出了在此情况下应采用混风至C，再加热至S点方式，即给出了选择被控设备及设定值（此方式通过证明是最小能耗，没有比此方案更小能耗。,也可做为空调处理方式）。有了被控设备及设备设定值，就可以进行单回路调节了。单回路调节任务就是在已有被控设备及设备设定值前提下如何控制操作。
这里值得说明的是，此处仅给出了一种新、回、送风关系情况下分区策略，新、回、送风关系一共仅有20种，每种情况下进行分析，就可以得出任何情况下分区方案及逻辑表达。在清华大学的博士论文《建筑能源管理控制应用研究》第31～32页为该方法详细介绍，将此处方法编写为程序输入计算机即可用计算机实现该方法。
单回路调节：空调系统多工况分区给出了某一时刻所选取设备及该设备控制设定值，那么单回路控制可采用PI调节或人工智能控制方法等。一般讲，PI控制足可以解决空调单回路控制问题。
选择设备即是选择了阀门， 设为V
设该设备控制设定值为P
送风参数为S
那么阀门控制算法 Vt=Vt-1+kp(et-et-1)+kiet
其中 t为现时刻 t-1为前一时刻（前10秒）
et=Pt-St
et-1=Pt-1-St-1
kp为比例系数
Ki为积分系数
空调机组
空调机组控制点：
----送/回风温度；
----风机启停状态、故障状态、开关控制；
----过滤器压差状态；
----冷热水阀的开度控制；
----新、回风阀的开度控制；

控制与管理：
----当风机启动时，机组自控系统执行开机程序自动投入各设备；
----当风机关机时，机组自控系统执行关机程序，电动风阀、电动水阀可自动关闭；
----自动调节冷/热水阀开度，保证回风温度为设定值；
----过渡季根据新风温度计算焓值，自动调节新、回风阀的开度从而调节混风比；
----监视并调整机组的运行情况；
----显示各测量参数，修改各设定值；
----提供冬/夏季节能转换，时间控制程序，事故报警专家诊断等功能；
----空气过滤器两端压差过大时报警，提示清扫。
送、排风机
送、排风机控制点：
---- 风机运行状态、故障报警状态、开关控制；
---- 进风机的的进风阀门与风机联锁控制；

控制与管理：
---- 风机按程序开/关；
---- 累计运行时间，开列维修、保养报告；
---- 按不同时段及楼层属性自动时序控制风机启停。
---- 送排风机节电周期运转。
---- 火警发生时自动开闭送排风机。

给排水系统
给水、排水系统无论缺水或溢出都是很大的故障。监测系统可对给排水系统进行全面监控。电脑屏幕以动画图形显示给排水系统的运行状况，一有异状，自动调出报警画面显示故障位置及原因并提供声响报警的报警打印。在不满足负荷时可轮流使用各台水泵。以延长水泵的寿命。
给排水系统包括：生活水泵、水池、污水泵、污水池等。BAS监控水泵的工作状态，检测水池、水箱的液位。当设备发生故障，液位异常时，BAS将马上发出声光报警，记录备案，并自动显示故障的情况和区域，提示工作人员进行解决。

监控内容　
生活热水：
----热水循环泵的启停状态、故障状态、开关指令；
----热水箱的高低水位监测

生活冷水：
----生活水泵的启停状态、故障状态、开关指令；
----生活水池和水箱的高低水位检测；

污水：
----排污水泵启停状态、故障状态、开关指令；
　----自动检测污水池水位信号；
----可根据水位信号或由时间程序自动控制各个水泵的启/停，且监视水泵的运行状态及故障报警。
----自动切换备用水泵；水泵循环投入。
变配电系统
变配电系统监测点：
----BAS监测高压主供线路的三相电压、三相电流、功率因数、无功功率、开关状态，故障报警；监测高压联络开关状态，故障报警；
----低压配电屏二路进线的三相电压、三相电流、功率因数、有功功率，开关状态，故障报警；
----变压器的超温报警，变压器风机的状态和故障报警；
----低压母线联络开关的开关状态，故障报警；

管理：
----通过检测到的电力参数，自动计算有功功率、无功功率、统计动力、照明等各回路耗电量。
其他机电系统
BAS监控功能包括：
----BAS自动监测电梯和扶梯的运行状态、故障报警、上行下行的状态。

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