设备管理_楼宇设备监控系统概述

第二章楼宇设备监控系统概述 楼宇机电设备监控系统 作为智能大厦楼字自动化系统的一部分 而且是非常重要的一部分 担负着对整座大厦内机电设备的集中监测与控制 保证所有设备的正常运行 并达到最佳状态 同时 在计算机软件的支持下进行信息处理 数据计算 数据分析 逻辑判断 图形识别等 从而提高了智能大厦的高水平的现代化管理和服务 在现代建筑中 楼层不断增加 功能要求日益增多 其中包括了对环境空间的要求 因此广泛使用了各种各样的机械和电子设备 如空调 电梯 给水排水 防火防盗等设备 而且都要求对这些设备具有自动控制 使之处于最佳状态下运行 以提高工作效率和服务质量 确保有一个舒适 清洁的生活与工作环境 监控系统主要内容 楼宇机电设备监控系统包括下列主要内容 空调通风监控系统给水排水监控系统供配电系统照明与动力系统电梯系统 2 空调通风监控系统 随着科学技术的不断发展和进步以及人类生活水平的提高 人们在日常的生活和劳动生产中对空气环境的要求也不断提高 特别是对空气的温度 湿度 通风以及洁净度的要求 以利于提高人们生活的质量 空调通风工程就是为满足人们对空气质量要求的技术 它的主要功能是对建筑物 包括智能建筑物或房间内的空气进行调节 为人们的生活与工作造就一个温度适宜 湿度恰当 空气洁净的舒适环境 一般而言 空调的内容包括如下几个方面 温度调节 湿度调节 空气洁净度的调节 2 1 1空调系统 空气调节设备 空气加热设备 空气减湿冷却设备 空气加湿设备 空气状态调节 冬季新空气加热加湿处理 夏季新空气减温去湿处理 空调系统组成 进风部分 空气过滤部分 空气热湿处理部分 空气输送和分配部分 冷热源部分 空调系统中一部分取自室外的风 称为新风 新风必须经过过滤 除去颗粒较大的尘埃 空气加热 冷却 加湿 减湿 由风机和管道组成 将调节好的空气输入和分配到空调房间内 主要包括冷却水 冷冻水及热水制备系统 空调系统分类 按系统的集中程度分 集中式空调系统又称中央空调系统 是将所有的空气处理设备都安装在一个集中的空调机房内 将空气按要求处理 然后由送风机把处理后的空气经风道送到各空调房间 分散式空调系统 将空调设备直接或就近安装于要求空调的房间 比如壁挂式分体空调器 半集中式空调系统 对空气既有集中处理又有局部处理装置 中央空调系统 中央空调系统 按照所处理的空气来源可分为 直流式系统 封闭式系统和混合式系统 直流式系统 全部采用新风 也称为全新风空调系统 全新风运行空气质量好 但冷热量利用率低 不利于节能 一般只在一楼大厅采用 全新风式空调系统工艺流程 新风空调机监控 新风阀及风机的监控 过滤网的监测 监视新风过滤器两侧的压差 以了解过滤器是否要求清洗 更换 新风温度监控 由新风通道的温度传感器实测新风温度 通过调节冷热水阀开度 使新风温度在设定的范围内 使室内的温度保持相对恒定 新风湿度监控 由新风通道的湿度传感器实测新风的湿度信号 通过调节加湿阀的开度 使新风湿度在设定的范围内 送风温度检测 送风湿度检测 封闭式系统 新风量为零 全部使用回风 冷热消耗最省 但空气质量较差 混合式系统 采用比例适当的新风 回风相混合的系统 即新回风混合系统 空气质量好 又节约能源 是目前应用最广的一类中央空调系统 新回风混合空调系统比全新风空调系统增加了回风系统和排风系统 与全新风系统比较 需增加监控点 1 回风温度监控 2 回风湿度监控 3 新风 回风比例监控 回风温度监控 回风通道的温度传感器实测回风温度 通过控制换热器上的调节阀的开度来调节热水 或冷水 流量 使回风温度控制在设定的范围内 回风湿度监控 由回风通道的湿度传感器实测回风通道的湿度信号 通过控制蒸汽阀的开度来调节蒸汽流量 使回风湿度保持在设定的范围内 新风 回风比例监控 根据新风通道中的温度 湿度传感器以及回风通道中的温度 湿度传感器实测出的新风温度及湿度 以及回风温度及湿度 调节新风电动风门和回风电动风门的开度 使新风 回风比例控制在预定值 在不同的气象条件下 应选择不同的新风 回风比例 以减少系统能耗 2 1 2通风系统 通风系统包括送风和排风 送风是将新鲜空气净化成符合卫生标准后送入室内 排风是把不符合卫生标准的污浊空气净化 排至室外 称为排风 通风机启动 停止的控制风机运行状态的监测和故障报警过滤器报警 通风监控系统的监控功能有 按送风量变化状况分类 VAV空调系统示意图 降低运行能耗方面具有很大的优势 优点 实现局部区域 房间 的灵活控制 能自动调节送入各房间冷量 室内无过冷过热现象 变风量的实现方法 1 风机出口阀门控制用传动装置改变风机出口蜗壳形态 从而改变风量 2 风机入口导叶片控制通过风机入口装有的放射可活动叶片来调节叶片的角度 从而改变风量 3 变节距控制改变轴流风机叶片的安装角度 以改变风量 4 风机转速控制通过改变风机的转速 从而改变风机的运行曲线 水是人类赖于生存的必要条件 没有水就没有生命 就没有人类的文明 实现对给水排水系统的监控是提高科学管理水平 减轻劳动强度 保证人们用水质量和节约能源消耗的一项既重要又必要的技术措施 其最终目的是确保管网中各水泵根据用户用水量的变化能及时地改变其运行方式 使水泵房中的水泵处于最佳的运行状态 从而实现管网的合理调度 给排水监控系统是智能大厦中的一个子系统 它的主要功能是通过计算机控制及时地调整系统中水泵的运行台数 以达到供水量和需水量 来水量和排水量之间的平衡 实现泵房的安全运行 实现高效率 低能耗的最优化控制 从而达到经济运行的目的 2 1给排水监控系统 2 2 1给水系统 供水系统 1 重力供水系统 高位水箱供水 重力给水系统是用水泵将水提升到最高处水箱中 再从高位水箱靠其自然压力将水送到各用水点 2 恒压供水系统 应用变频装置改变水泵电机转速 从而改变供水量以及管网压力 恒压供水系统组成 压力传感器 可编程序控制器 PLC 变频器 供水泵组等 变频调速恒压供水系统 1 排水泵起 停监控2 污水池检测与报警 2 2 2排水系统的监控 排水水泵 潜水泵 排水系统主要包括 污水处理池 污水集水井 废水集水井 给排水监控系统的监控内容 水泵的自动启停控制 水位流量 压力的测量与调节 使用水量 排水量的测量 污水处理设备运转的监视 控制 水质检测 节水程序控制 故障及异常状况的记录等 给排水系统的监控点 大厦内的空调系统 给排水系统 照明与动力系统 电梯 甚至于消防 防盗保安系统都要依赖于供配电系统 2 3供配电监控系统 对于智能建筑来说 供配电系统是建筑的动力供应中心 是建筑的心脏 如果没有可靠的供配电系统 一座大厦的所有机电设备和计算机控制系统都将无法正常工作 大厦也将处于瘫痪状态 因此 供配电系统是大厦重要的基础部分 必须利用各种先进技术与智能化系统和设备 保证供配电系统的安全运行 一 智能楼宇的负荷分布和变压器的配置 智能建筑的用电负荷一般可分为空调 动力 电热 照明等 动力负荷主要指电梯 水泵 风机 洗衣机等设备 普通建筑的动力负荷都比较小 随着建筑高度的增加 在越高层建筑中 由于电梯负荷和水泵容量的增大 动力负荷的比重将会明显增加 全空调的各种商业性楼宇的空调负荷属于大宗用电 约占40 50 负荷分布 变压器配置 空调系统的冷热源设备一般放在大楼的地下室或首层 动力负荷中的水泵 洗衣机等亦大部分放在下部 就负荷的竖向分布来说 负荷大部分集中在下部 因此将变压器设置在建筑物的下部是有利的 40层以上的建筑电梯设备较多 此类负荷大部分集中在大楼的顶部 竖向中段层楼较多 通常设有分区电梯和中间水泵站 在这种情况下 宜将变压器按上下层配置 也可以按上 中 下层分别配置 供电变压器的范围大约为15 20层 负荷中心是供配电设计中一个重要概念 它实际上是一种最佳配电点 需要按所要达到的优化目标的目标函数 以及不同的计算条件来确定 变电所应尽量设在负荷中心 以便于配电 节省导线 也有利于施工 二 智能楼宇供配电系统 低压配电 是指从低压变电所配电屏分路开关到大型用电设备或各楼层的配电盘的一部分线路 高压配电 指从高压送电到低压配电屏的这部分线路 高压配电系统 电力的输送和分配 必须母线 开关 配电线路 变压器等组成一定的供电电路 这个电路就是供电系统的一次结线 即主结线 现代智能楼宇由于功能上的需要 一般都采用双电源进线 也就是要求有两个独立的电源 常用的供电方案如图所示 a 一备一用方案 b 同时供电方案 我国目前最常用的主接线方案 高压侧和低压侧都采用母线分段 可靠性比较高 低压配电 低压配电方式是指低压干线的配线方式 智能楼宇由于负荷的种类很多 低压系统的组织是否得当 将直接影响大楼用电的安全运行和经济管理 低压配电的结线方式可分为放射式和树干式 混合式三类 一级负荷 消防设备 重要业务及管理用计算机及外设 通信设备 保安设备和重要场所的应急照明 二级负荷 客梯 生活供水泵房等 三级负荷 空调 普通照明等 智能建筑用电负荷的三个等级 消防设备主要包括 消防控制室 消防水泵 消防电梯 防排烟设施 火灾自动报警 自动灭火装置 火灾事故照明等等 三 应急电源系统 一级负荷中特别重要负荷 除有两个电源外 还必须增设应急电源 为保证对特别重要负荷的供电 严禁将其他负荷接入应急供电系统 电力负荷根据对供电可靠性的要求及中断供电所造成损失或影响的程度分 四 供电系统设计 用电负荷分组配电的常见方案是 在市电停供时 供一般负荷的各分路开关均因失压而脱扣 这时备用电源或发电机组应投入或启动 但一般负荷应甩掉 以保证余下负荷的供电 为了避免火灾发生时切除一般负荷出现误操作 一级负荷可集中一母线供电 以提高供电的可靠性 如果一级负荷母线与一般负荷母线之间加防火隔间 还可以减小相互影响 发电机组作为大楼的自备应急电源 其配电系统应在正常电源故障停电后 能快速可靠的对重要负荷恢复供电 减小电源故障造成的损失 在低压配电系统中 对不需要由机组供电的一般负荷 不能接在应急母线上 对允许短时间停电但也很重要的负荷可以手动合闸 图所示为一路备用市电与一路自备电源负荷不分组方案 这种方案是负荷不按种类分组 备用电源接到同一母线上 非保证负荷采用失压脱扣方式甩掉 其特点是结线简单 用电设备末端市电和应急电源回路两路自切 正常情况下 两路电源只有市电回路带电 应急回路为备用 常用于一些重要设备较少的建筑 市电后备与自备发电机后备配电系统 图所示为两路市电与自备电源一级负荷单独分组方案 这种方案是将消防用电等一级负荷单独分出 并集中一段母线上供电 备用发电机组只对此段母线提供备用电源 这种方案适宜于城市电网较为稳定 大楼重要负荷较多的工程 两路市电与自备发电机电源的配电系统 供配电系统设备 高压配电柜 低压配电柜 电力变压器 动力配电柜 应急柴油发电机组 直流操作柜 五 供配电监控系统 在电气设计中 对于采用双回路供电电源和自备发电机组的供配电系统 均设置一整套完整的电气联锁启停和保护装置 当工作电源失电后 备用电源通过联锁装置的切换投入运行 担负起全部负载的供电 当发生二路供电电源都失电时 应急柴油发电机组将在最短的时间内 约10秒 自动启动并投入运行 担负起确保负载的供电 当外部供电电源恢复供电后 电气联锁装置将使柴油发电机组自动停机 因此 大厦供配电监控系统 主要的是监测大厦供配电设备和柴油发电机组的运行状态 供配电监控系统的主要监测参数 1 高压进 出线和中间联络断路器状态监测和故障报警 高压进线电压 电流 有功功率 无功功率 功率因数等参数的检测 3 变压器断路器状态监测和故障报警 变压器温度检测和高温报警 2 低压进线 中间联络和重要出线回路断路器状态监测和故障报警 低压进线电压 电流 有功功率 无功功率 功率因数和电量统计等参数的检测 5 直流操作柜断路器状态监测与报警 直流输出电压 电流等参数的检测 4 发电机运行状态 控制柜断路器状态与故障报警 电压 电流 有功功率 无功功率 功率因数 频率 油箱油位 进口油压等监测和故障 超限报警 供配电监控系统需完成的控制内容 高 低压断路器 开关设备按顺序自动接通 分断 高 低压母线联络断路器按需要自动接通 分断 备用柴油发电机组及其配电屏开关设备按顺序自动合闸 转换为正常供配电方式 大型动力设备定时起动 停止及顺序控制 火灾时 切断相关区域的非消防电源 供配电系统除了实现上述保证安全 正常供配电的控制外 还能根据监控装置中计算机软件设定的功能 以节约电能为目标对系统中的电力设备进行管理 主要包括 变压器运行台数的控制 合约用电量经济值监控 功率因数补偿控制 停电复电的节能控制 配电系统监控图 楼宇照明监控系统 智能大厦是多功能的建筑 不同用途的区域对照明有不同的要求 因此应根据使用的性质及特点 对照明设施进行不同的控制 在系统中应包含一个智能分站 对整个大厦的照明设备进行集中的管理控制 称为照明监控系统 电气照明是建筑物的重要组成部分 照明设计的优劣除了影响建筑物功能外 还影响建筑艺术的效果 室内照明系统由照明装置和电气部分组成 照明装置主要是灯具 电气部分包括照明开关 照明线路 照明配电盘等 照明的基本功能创造一个良好的人工视觉环境 在一般情况下是以明视条件为主的功能性照明 在那些突出建筑艺术的厅堂内 照明的装饰作用需要加强 成为装饰为主的艺术性照明 一 照明分类 按照明方式分 按照明功能分 二 楼宇照明控制 正确的控制方式是实现舒适照明的有效手段 也是节能的有效措施 目前设计中常用的控制方式是有 跷板开关控制方式 断路器控制方式 光电感应开关控制 定时控制方式 智能控制方式 智能控制方式 在智能楼宇中 照明控制系统对整个楼宇的照明系统进行集中的控制和管理 主要完成以下功能 用户可以根据不同场合 不同人流量 对时间段和工作模式进行划分 把不必要的照明灯具关掉 在需要时自动开启 照明设备的联动功能当楼宇内有事件发生时 需要照明各组做出相应的联动配合 当有火警时 联动正常照明系统关闭 事故照明打开 当有保安报警时 联动相应区域的照明开启 系统还能充分利用自然光 自动调节室内亮度 控制系统实现了不同工作场合的多种照明工作模式 在保证必要照明的同时 有效减少了灯具的工作时间 节省了不必要的能源开支 也延长了灯具的寿命 照明区域控制系统功能图如图所示 照明区域的核心是DDC分站 一个DDC分站所控制的规模可能是一个楼层的照明系统或是整座楼宇的装饰照明 区域可按域划分 也可按功能划分 各照明区域控制系统通过通信系统联成一个整体 形成整个照明控制系统 照明区域控制系统功能图 根据季节变化 按时间程序对不同区域的照明设备分别进行开 停控制 当有保安报警时 将相应区域的照明打开 当发生火灾时 按事件控制程序关闭有关的照明设备 打开应急灯 当正常照明供电出现故障时 该区域的事故照明配电立即投入运行 楼宇照明监控系统监控功能 照明系统监控点 电梯常用的拖动方式 双速拖动采用交流双速电动机 运行速度是有级变化的 舒适感较差 不适于高层建筑中使用 交流调压调速拖动舒适感好 拖动系统的结构简单 晶闸管调压导致主电路三相电压波形严重畸变 影响供电质量 造成电机严重发热 不适用于高速电梯 交流调压调频拖动VVVF方式 高效 节能舒适感好 控制系统体积小 动态品质及抗干扰性能优越等 是现代化高层建筑电梯拖动的理想形式 第五节电梯系统 电梯性能的好坏对人们生活工作的影响越来越显著 因此必须努力提高电梯系统的性能 保证电梯的运行既高效节能又安全可靠 电梯是随着高层建筑兴起而发展起来的一种运输工具 其地位相当于 垂直运动的汽车 电梯的自动化程度体现在两个方面 一是其拖动系统的组成形式 二是其操纵自动化程度 一 电梯分类 按使用用途分 乘客电梯 载货电梯 消防电梯 观光电梯等 按运行速度分 超高速电梯 行速为 m s 高速电梯 行速为 m s及以上 快速电梯 行速为 m s 低速电梯 行速为 m s以下 按拖动方式分 直流电梯 曳引装置为直流电动机 交流电梯 单速电梯 速度一般不高于0 5M S 双速 速度一般不高于1M S 三速 交流调压调速 速度一般不高于1 75M S 交流调频调速电梯 广泛应用于各速度段 液压电梯 靠液压传动的电梯 齿轮齿条电梯 采用电动机 齿轮传动机构 直线电动机驱动电梯 用直线电动机作为动力源 集选电梯 是一种在信号控制基础上发展起来的全自动控制的电梯 与信号控制的主要区别在于能实现无司机操纵 手柄控制 电梯司机在轿厢内控制操纵盘手柄开关 实现电梯的起动 上升 下降 平层 停止的运行状态 按控制方式 操纵方式 分 信号控制 这是一种自动控制程度较高的有司机电梯 厅外上 下呼梯信号 轿厢内指令信号及其它信号加以综合分析 司机只需按下启动按钮 电梯即可自动运行停靠 一般用于客梯或客货两用梯 按钮控制 是一种简单的自动控制电梯 具有自动平层功能 常见有轿厢外按钮控制 轿厢内按钮控制两种控制方式 电梯操纵自动化是指电梯对来自轿厢 厅站 井道 机房等外部控制信号进行自动分析 判断及处理的能力 是其使用性能的重要标志 并联控制电梯两 三台电梯共用厅外召唤信号 由控制系统自动调度电梯运行 当电梯无任务时 一台电梯自动返回基站 另一台电梯则停在其它层楼或停在设定的区域中心 梯群程序控制电梯 三台以上的电梯共用厅外召唤信号 由控制系统自动控制和集中调度电梯的运行 停车及返回基站或区域中心 主要用于高层建筑中 梯群智能控制电梯 由计算机控制系统根据召唤信号 轿厢位置 轿厢负载等自动选择最佳运行控制方式的群控电梯 电梯有数据采集 交换 存储 分析 筛选 报告等功能 群控电梯 是用微机控制和统一调度多台集中并列的电梯 群控有梯群的程序控制 梯群智能控制等形式 二 电梯结构 早期采用鼓轮式电梯 由于提升高度 载重量 安全运行等方面都存在局限性 现在已不再使用 目前使用的电梯都是曳引式电梯 最大提升高度 46M钢丝绳根数最多不超过3根载重量不大安全性差 鼓轮式电梯 曳引系统 引导系统 对重系统 电气设备及控制装置 轿厢和厅门 最大提升高度 800M钢丝绳根数不受限制载重量大大增加安全性增加 曳引式传动电梯 重要装置 三 电梯工作原理 工作过程 电动机一转动就带动曳引轮转动 驱动钢丝绳 拖动轿厢和对重作相对运动 即轿厢上升对重下降 轿厢下降对重上升 于是 轿厢在井道中沿导轨上下往复运动 电梯就能执行竖直升降任务 曳引系统 由曳引机组 曳引轮 曳引钢丝绳等组成 曳引机组由曳引电动机 制动器 减速器组成 其作用是产生动力并负责传送 对重系统 包括对重及平衡补偿装置 对重的作用是平衡轿厢自重及载重 减轻曳引电动机的负担 平衡补偿装置是为使轿厢侧与对重侧在电梯运行过程中始终都保持相对平衡 四 电梯交流调速 调速控制是指对电梯从启动到平层整个过程中速度的变化规律进行控制 从而减轻人在乘坐电梯时由于启 制动过程中加 减速产生的不舒适感 上浮 下沉感 并保证平层停车准确可靠 五 电梯的电气保护 防止电梯超速运行 过载保护 短路保护 超速保护装置 错相 缺相保护 互锁保护 对应每台电梯应装设一个能切断该电梯总电源的主开关 报警装置 六 电梯监控系统 集选控制的VVVF电梯由于自动化程度要求高 一般都采用计算机为核心的控制系统 计算机系统带有通讯接口 可以与分布在电梯各处的智能化装置 如各层呼梯装置和轿厢操纵盘等 进行数据通讯 组成分布式电梯控制系统 也可以与上位监控管理计算机联网 构成电梯监控网络 电梯监控系统的主要功能 升降控制器作为BAS系统的一个分站 它控制和扫描电梯升降楼层的信号 并将其传送到中央控制站 对各部电梯的运行状态进行检测 它控制和扫描电梯升降楼层和信号 检测和报警 包括厅门 厢门故障检测和报警 限速器故障检测和报警 轿厢上下限超限故障报警 以及钢绳轮超速故障报警 电梯的开 停控制 电梯群控 当任一层用户按叫电梯时 最接近用户的同方向电梯 将率先到达用户层 以节省用户等待的时间 自动检测电梯运行的繁忙度 以及控制电梯组的开启停止的台数 以便节约能源 发生火灾时 由电梯升降控制器控制所有的电梯 包括直升客梯和货梯降到首层并切断电梯的供电电源 主控制器以32位微机为核心 一般为CPU冗余结构 因而可靠性较高 它与设在各电梯机房的控制屏进行串行通信 对各电梯监控 采用高清晰度的大屏幕彩色显示器 监视 操作都很方便 电梯监控系统的构成 根据上述电梯监控系统的功能可知 必须以计算机为核心 组成一个智能化的监控系统才能完成所要求的监控任务 同时 作为智能建筑BAS的子系统 它必须与中央管理计算机以及消防控制系统进行通讯 以便与BAS系统成为有机整体 整个系统由主控制器 电梯控制屏 DDC 显示装置CRT 打印机 远程操作台及串行通讯网络组成 系统具有较强的显示功能 除了正常情况下显示各电梯的运行状态之外 当发生灾害或故障时 用专用画面代替正常显示图面 并且当必须管制运行或发生异常时 能把操作顺序和必要的措施显示在图面上 因此可迅速地处理灾害和