第四章建筑设备自动化系统监控原理

1、第四章第四章 建筑设备自动化系统监控原理建筑设备自动化系统监控原理 v4.1 空调系统的监控原理空调系统的监控原理 v4.2 热冷源系统监控原理热冷源系统监控原理 v4.3 给排水系统监控原理给排水系统监控原理 v4.4 供配电系统监控原理供配电系统监控原理 v4.5 照明系统监控原理照明系统监控原理 4.1 空调系统的监控原理空调系统的监控原理 空调系统主要是调节室内空气的冷热干湿，并起到空调系统主要是调节室内空气的冷热干湿，并起到 净化空气的作用，使人们工作、生活在比较舒适的净化空气的作用，使人们工作、生活在比较舒适的 环境中。环境中。 分类：分类： 按照承担空调负荷的介质分类：按照承担空

2、调负荷的介质分类： 全空气空调系统全空气空调系统 全水空调系统全水空调系统 空气空气-水空调系统水空调系统 制冷剂空调系统制冷剂空调系统 4.1.1 空调分类空调分类 v 按照空气处理设备的集中程度按照空气处理设备的集中程度 集中式空调系统集中式空调系统 半集中式空调系统半集中式空调系统 分散式空调系统分散式空调系统 v 按照处理空气来源分：按照处理空气来源分： 封闭式空调系统（全回风）封闭式空调系统（全回风） 直流式空调系统（半回风）直流式空调系统（半回风） 混合式空调系统（新风与一次回风或二次回风混合）混合式空调系统（新风与一次回风或二次回风混合） v 此外还分：此外还分： 定风量、变风量

3、空调系统定风量、变风量空调系统 低速、高速空调系统低速、高速空调系统 工艺性、舒适性空调系统工艺性、舒适性空调系统 恒温恒湿性空调系统恒温恒湿性空调系统 4.1.2 常见空气处理方式常见空气处理方式 v冷却减湿处理冷却减湿处理 v等湿加热处理等湿加热处理 v等温加湿处理等温加湿处理 v降温升焓加湿过程降温升焓加湿过程 v等焓加湿过程等焓加湿过程 4.1.3 空气调节系统监控原理空气调节系统监控原理 v新风机组监控原理新风机组监控原理 v组成：组成： 进口挡板、加热器、表冷器、过滤器、加湿器、送风机及各进口挡板、加热器、表冷器、过滤器、加湿器、送风机及各 种传感器、执行器。种传感器、执行器。 监

4、控内容：监控内容： 监控送风温度；送风湿度；过滤器压差、及时报警；风机起监控送风温度；送风湿度；过滤器压差、及时报警；风机起 停；连锁保护。停；连锁保护。 监控功能：监控功能： 送风温度监控；送风湿度监控；过滤器堵塞监控与报警；机送风温度监控；送风湿度监控；过滤器堵塞监控与报警；机 组定时启停；联锁保护控制（送风机启动后新风阀关；表冷组定时启停；联锁保护控制（送风机启动后新风阀关；表冷 器调节阀关；加湿器阀门关，加热器阀门关。表冷器的后风器调节阀关；加湿器阀门关，加热器阀门关。表冷器的后风 低于低于5度，防冻开关接通，向度，防冻开关接通，向DDC发送信号，控制加热器热发送信号，控制加热器热 水

5、阀开启。风机压差过低，系统报警，水阀开启。风机压差过低，系统报警，DDC发出停机指令。）发出停机指令。） 2.新风新风/排风监控原理排风监控原理 监控功能：监控功能： 回风温度监控回风温度监控 回风湿度监控回风湿度监控 新风新风/回风比例监控回风比例监控 排烟系统监控排烟系统监控 2.新风新风/排风监控原理排风监控原理 设计过程设计过程 v分析需求分析需求 v出出CAD监控原理图监控原理图 v出监控点表出监控点表 v出设备采购表出设备采购表 v出出CAD电气原理图电气原理图 v出出CAD接线端子图接线端子图 v出现场大样图出现场大样图 v根据功能要求，编写监控软件根据功能要求，编写监控软件 v

6、计算造价计算造价 4.2.1 制冷系统的监控原理制冷系统的监控原理 制冷冷媒：氟利昂、溴化锂、氨制冷冷媒：氟利昂、溴化锂、氨 制冷方式：压缩式、热力制冷、冰储冷制冷方式：压缩式、热力制冷、冰储冷 压缩式：以氟利昂或氨为制冷剂的电力制冷压缩式：以氟利昂或氨为制冷剂的电力制冷 热力制冷：以水为媒介，溴化锂溶液为吸收剂的热热力制冷：以水为媒介，溴化锂溶液为吸收剂的热 力制冷力制冷 冰储冷：让制冷设备在电网低负荷时候工作，将冷冰储冷：让制冷设备在电网低负荷时候工作，将冷 量储存起来，供用电高峰时候使用量储存起来，供用电高峰时候使用 作业作业 v画出空气调节系统监控原理图并阐述监控原理画出空气调节系统监

7、控原理图并阐述监控原理 v设计空气调节系统监控点表设计空气调节系统监控点表 v设计空气调节系统电气控制原理图设计空气调节系统电气控制原理图 制冷工作原理制冷工作原理 压缩式制冷原理图压缩式制冷原理图 制冷系统监控原理制冷系统监控原理 v冷冻机组的监测与控制冷冻机组的监测与控制 v冷却水的监测与控制冷却水的监测与控制 v冷冻水系统的检测与控制冷冻水系统的检测与控制 冷水机组连锁控制冷水机组连锁控制 程序控制，首先冷却水、冷冻水先工作，冷水机组才起动程序控制，首先冷却水、冷冻水先工作，冷水机组才起动 启动顺序：启动顺序： 停止顺序：停止顺序： 冷水机组冷水机组冷冻水泵冷冻水泵冷冻水电动阀冷冻水电动

8、阀 冷却水泵冷却水泵冷却水电动阀冷却水电动阀冷却塔风机、电动阀冷却塔风机、电动阀 v冷冻水供回水温度检测冷冻水供回水温度检测 v冷水机组开启台数控制冷水机组开启台数控制 v压差旁路控制压差旁路控制 v水流检测、水泵控制水流检测、水泵控制 v冷却水温度监测冷却水温度监测 v工作状态、报警显示及打印工作状态、报警显示及打印 v水箱补水控制水箱补水控制 v机组运行时间自动累计机组运行时间自动累计 供热系统监控原理供热系统监控原理 v 供热系统应用广泛的传统方式：锅炉供热系统供热系统应用广泛的传统方式：锅炉供热系统 分为热水锅炉、蒸汽锅炉。分为热水锅炉、蒸汽锅炉。 热媒：自备锅炉房、城市热力网热媒：自

9、备锅炉房、城市热力网 监控对象：燃烧系统、水系统监控对象：燃烧系统、水系统 采用采用DDC进行监控，将数据实时进入中央监控站，根据供热进行监控，将数据实时进入中央监控站，根据供热 实际情况决定开启台数，设定供水温度及循环流量。监控实际情况决定开启台数，设定供水温度及循环流量。监控 内容包括：内容包括： 锅炉水位检测、蒸汽压力、炉膛温度、炉膛负压、蒸汽流量、锅炉水位检测、蒸汽压力、炉膛温度、炉膛负压、蒸汽流量、 给水流量、排烟温度给水流量、排烟温度 自动控制电机的起停自动控制电机的起停 自动保护与自动调节监控环节自动保护与自动调节监控环节 锅炉燃烧系统的监控原理锅炉燃烧系统的监控原理 v燃料：燃

10、油、燃气、燃煤燃料：燃油、燃气、燃煤 v燃烧原理不同，监控也不同。燃油燃气为室燃烧燃烧原理不同，监控也不同。燃油燃气为室燃烧 燃料随着空气流喷入炉室混合后燃烧燃料随着空气流喷入炉室混合后燃烧 燃煤：燃料被层铺在炉排上燃烧燃煤：燃料被层铺在炉排上燃烧 当前民用建筑多采用燃油燃气当前民用建筑多采用燃油燃气 燃油燃气锅炉监控燃油燃气锅炉监控 v为了保证燃气燃油的安全运行，必须设置油压、为了保证燃气燃油的安全运行，必须设置油压、 气压上下限及越限报警装置气压上下限及越限报警装置 v还要有熄灭保护装置，用于检测火焰是否继续存还要有熄灭保护装置，用于检测火焰是否继续存 在。在。 v为保护燃料燃烧的经济、可

11、靠、还要设置空气、为保护燃料燃烧的经济、可靠、还要设置空气、 燃料比控制，并实时监测加热温度、炉膛压力等燃料比控制，并实时监测加热温度、炉膛压力等 参数。参数。 燃煤锅炉燃烧系统监测原理燃煤锅炉燃烧系统监测原理 为保证产热与外界负荷相匹配，则要控制风煤比和监测烟气为保证产热与外界负荷相匹配，则要控制风煤比和监测烟气 的含氧量，具体需要监测的内容包括：的含氧量，具体需要监测的内容包括： v监测温度信号监测温度信号 包括炉膛温度、炉膛出口、省煤器及空气包括炉膛温度、炉膛出口、省煤器及空气 预热器出口温度、供水温度预热器出口温度、供水温度 v监测压力信号监测压力信号 包括炉膛、省煤器、空气预热器前后

12、压差包括炉膛、省煤器、空气预热器前后压差 v监控排烟含氧量信号：监控排烟含氧量信号： 监测含氧量、反应空气过剩情况、监测含氧量、反应空气过剩情况、 提高燃料的效率提高燃料的效率 v控制送煤调节机构的速度或位置，达到控制送煤量控制送煤调节机构的速度或位置，达到控制送煤量 v控制送风量达到控制风煤比，是燃烧保持最佳状态，燃料控制送风量达到控制风煤比，是燃烧保持最佳状态，燃料 燃烧更充分，节约能耗燃烧更充分，节约能耗 v自动保护与报警装置，如蒸汽超压保护与报警装置自动保护与报警装置，如蒸汽超压保护与报警装置 锅炉水系统监控原理锅炉水系统监控原理 v主要任务：主要任务： v系统安全性：主要保证主循环泵

13、的正常工作及补系统安全性：主要保证主循环泵的正常工作及补 水泵的及时补水，使得锅炉中循环水不至于中断，水泵的及时补水，使得锅炉中循环水不至于中断， 也不会因为欠压缺水而放空。也不会因为欠压缺水而放空。 v流量统计：监测供水锅炉温度、循环水量、补水流量统计：监测供水锅炉温度、循环水量、补水 流量，从而获得实际供热量和累计补水量等统计流量，从而获得实际供热量和累计补水量等统计 信息。信息。 v运行工况调整：根据要求，改变循环水泵运行台运行工况调整：根据要求，改变循环水泵运行台 数或者改变循环泵的转速，调整循环流量，适应数或者改变循环泵的转速，调整循环流量，适应 供暖负荷的变化，节约电能。供暖负荷的

14、变化，节约电能。 锅 炉 锅 炉 补 水 箱 热交换系统监控原理热交换系统监控原理 v以热交换器为主要设备。作用是供给生活、空调以热交换器为主要设备。作用是供给生活、空调 及供暖系统用热水。及供暖系统用热水。 v主要监测水力工况以保证热水系统的正常循环，主要监测水力工况以保证热水系统的正常循环， 控制热交换过程以保证要求的供热水参数控制热交换过程以保证要求的供热水参数 http:/ 热交换系统监控原理热交换系统监控原理 v热量计量系统热量计量系统 v压力监测压力监测 v热交换器二次侧热水出口温度控制热交换器二次侧热水出口温度控制 v热水泵控制联动及连锁热水泵控制联动及连锁 v工况显示及打印工况

15、显示及打印 包括二次热水出口温度、热水泵启停、故障显示、包括二次热水出口温度、热水泵启停、故障显示、 一次侧热水蒸汽进出口温度、压力、流量、二次一次侧热水蒸汽进出口温度、压力、流量、二次 侧热水供、回水温度。并累积运行时间及用电量侧热水供、回水温度。并累积运行时间及用电量 v 一、一、 自动控制原理。自动控制原理。 v 1) 供电采用双路电源，供电方式为三相四线制。系统接地电阻供电采用双路电源，供电方式为三相四线制。系统接地电阻 小于小于4欧姆。采用欧姆。采用YJV22型铠装电缆引入电控室进线柜。型铠装电缆引入电控室进线柜。 v 2) 烟囱防雷接地及电气设备接地均按烟囱防雷接地及电气设备接地均

16、按建筑物防雷设计规范建筑物防雷设计规范 （GB50057-94）规定执行。）规定执行。 v 3) 锅炉房的照明电源用五芯电缆从配电室的配电柜馈出，并设锅炉房的照明电源用五芯电缆从配电室的配电柜馈出，并设 独立计量系统。独立计量系统。 v 4) 锅炉间和计量间的照明设施及系统选用防爆金属卤灯和接线锅炉间和计量间的照明设施及系统选用防爆金属卤灯和接线 盒，其管线敷设按盒，其管线敷设按爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 （GB50058-92）的防爆要求设计。）的防爆要求设计。 v 5) 配电室、控制室及办公室的照明灯选用荧光灯。换热间水处配电室、控制室及办公室的照

17、明灯选用荧光灯。换热间水处 理选用光照型节能灯具。理选用光照型节能灯具。 v 6) 锅炉房内的主要电气设备在电控室内集中控制，其运行状态锅炉房内的主要电气设备在电控室内集中控制，其运行状态 在电控室集中显示，电机旁设就地起停按钮及转换开关，实现两在电控室集中显示，电机旁设就地起停按钮及转换开关，实现两 地控制。自动据信号要求实现自动起停。现场设置紧急停止按钮。地控制。自动据信号要求实现自动起停。现场设置紧急停止按钮。 v 7) 补水泵、采暖循环泵和热水泵采用变频控制方式，根据系统补水泵、采暖循环泵和热水泵采用变频控制方式，根据系统 实际工况自动或手动设定调节。实际工况自动或手动设定调节。 v

18、8) 锅炉房的控制与监测根据工艺要求确定，主要包括：采暖热锅炉房的控制与监测根据工艺要求确定，主要包括：采暖热 水温度自动控制系统：辅机控制器采用随动控制方法，根据室外水温度自动控制系统：辅机控制器采用随动控制方法，根据室外 温度变化、输入的供热曲线、热负荷的变化及热源的波动，自动温度变化、输入的供热曲线、热负荷的变化及热源的波动，自动 确定采暖系统供水温度的控制给定值，通过控制电动三通阀的开确定采暖系统供水温度的控制给定值，通过控制电动三通阀的开 度，控制采暖供水温度偏差值为度，控制采暖供水温度偏差值为1。 v 9) 生活热水温度由变频调节，控制偏差值为生活热水温度由变频调节，控制偏差值为1

19、。 v 10) 根据锅炉供、回水温度，锅炉群控；并由锅炉给出开、关根据锅炉供、回水温度，锅炉群控；并由锅炉给出开、关 其水路阀门的信号。其水路阀门的信号。 v 11) 根据锅炉供、回水总管压差，变频控制循环水泵的转速。根据锅炉供、回水总管压差，变频控制循环水泵的转速。 v 12) 根据锅炉循环水泵入口压力，变频控制补水泵的转速。根据锅炉循环水泵入口压力，变频控制补水泵的转速。 v 13) 报警内容包括：采暖供回水压力信号超温超压报警、软化报警内容包括：采暖供回水压力信号超温超压报警、软化 水箱液位超高超低报警、可燃气体泄露报警。水箱液位超高超低报警、可燃气体泄露报警。 v 14) 控制室设一部

20、调度及报警专用直拨电话。控制室设一部调度及报警专用直拨电话。 二、上位机（二、上位机（PC机）人机界面机）人机界面 友好的人机交互。监控人员在上位机设定各种控制友好的人机交互。监控人员在上位机设定各种控制 目标值。显示运行状况和参数，例如温度、压力、目标值。显示运行状况和参数，例如温度、压力、 流量、热量、泵状态、水位、变频器各个参数等。流量、热量、泵状态、水位、变频器各个参数等。 监控人员通过点击菜单实现工况切换和系统启停，监控人员通过点击菜单实现工况切换和系统启停， 实现各相关设备之间的联动与应急操作。自动记实现各相关设备之间的联动与应急操作。自动记 录历史运行参数、打印报表、故障报警等功

21、能。录历史运行参数、打印报表、故障报警等功能。 三、三、 下位机（下位机（PLC）控制）控制 v接收上位机下达的各种控制参数，例如温度控制接收上位机下达的各种控制参数，例如温度控制 目标值、泵启停等；采集现场的各种热工参数，目标值、泵启停等；采集现场的各种热工参数， 例如温度、压力、泵状态、变频器参数。通过预例如温度、压力、泵状态、变频器参数。通过预 先编制好的程序自动运行计算，通过执行机构先编制好的程序自动运行计算，通过执行机构 （如调节阀、变频泵、电磁阀等）实现锅炉的目（如调节阀、变频泵、电磁阀等）实现锅炉的目 标温度值控制。现场触摸屏为操作人员在现场观标温度值控制。现场触摸屏为操作人员在

22、现场观 察各种参数，以及进行就地手动操作提供方便。察各种参数，以及进行就地手动操作提供方便。 水泵的变频器可节省能源，并对系统提供进一步水泵的变频器可节省能源，并对系统提供进一步 优化控制。自动定压补水，保证供回水管道压力优化控制。自动定压补水，保证供回水管道压力 恒定。恒定。 v四、四、 自动控制优点。本自控系统可做到无人职守，自动控制优点。本自控系统可做到无人职守， 节省大量人力资源；平均分配热源，提高热效率；节省大量人力资源；平均分配热源，提高热效率； 及时监视水源，防止水流失。及时监视水源，防止水流失。 v五、五、 现场通讯协议。上位现场通讯协议。上位PC机和现场机和现场PLC之间之间

23、 采采MODBUS通讯协议。通过专用通信电缆进行联通讯协议。通过专用通信电缆进行联 网。节省电缆、系统运行可靠。网。节省电缆、系统运行可靠。 4.3 给排水系统监控原理给排水系统监控原理 智能建筑给排水自动化系统的任务：智能建筑给排水自动化系统的任务： 保证供水质量、节约能耗、实现供需水量、进排水保证供水质量、节约能耗、实现供需水量、进排水 的平衡。实现管网的科学管理、营造安全舒适的的平衡。实现管网的科学管理、营造安全舒适的 工作生活环境。工作生活环境。 本章介绍生活给排水系统监控。本章介绍生活给排水系统监控。 4.3.1 给水系统监控原理给水系统监控原理 v采用恒压供水。采用恒压供水。 应用

24、变频装置改变水泵电机转速，以适应用水变化。应用变频装置改变水泵电机转速，以适应用水变化。 供水系统有水泵、低位储水池、及管网构成。供水系统有水泵、低位储水池、及管网构成。 参考图参考图4-9 v采用高位水箱、低位水池给水系统采用高位水箱、低位水池给水系统 v对于超高建筑，还设置接力泵、中区水箱。对于超高建筑，还设置接力泵、中区水箱。 生活恒压供水系统监控原理生活恒压供水系统监控原理 v水泵起停监控水泵起停监控 通过水泵出水口压力通过水泵出水口压力P监测，可以知道流量变化，监测，可以知道流量变化， 从而控制变频器恒压供水从而控制变频器恒压供水 v自动监测报警自动监测报警 高水位报警、低水位报警高

25、水位报警、低水位报警 排水监控排水监控 水泵起停监控水泵起停监控 自动监测报警自动监测报警 4.4 供配电系统监控供配电系统监控 常见的高压供电方式常见的高压供电方式 两路高压电源、一用一备两路高压电源、一用一备 三路高压，两用一备三路高压，两用一备 一路高压，一路低压备用电源一路高压，一路低压备用电源 一路高压、一路柴油发电机、一路一路高压、一路柴油发电机、一路UPS 供电方式：供电方式： 放射式放射式 和树干市和树干市 供配电系统供配电系统 v 供配电系统是为建筑物提供能源。为了保证供电供配电系统是为建筑物提供能源。为了保证供电 可靠性，对一级负荷都设两路独立电源，互为备可靠性，对一级负荷

26、都设两路独立电源，互为备 用，并且装设应急备用发电机组，以便在用，并且装设应急备用发电机组，以便在15s内内 保证事故照明、消防用电等。配电部分也分为保证事故照明、消防用电等。配电部分也分为 “工作工作”和和“事故事故”两个独立的系统，并在干线两个独立的系统，并在干线 之间设有联络开关，故障、检修时可以互为备用。之间设有联络开关，故障、检修时可以互为备用。 变电所只需定期巡视，不必设专人值班。变电所只需定期巡视，不必设专人值班。 供配电系统的监控内容供配电系统的监控内容 （1）检测运行参数）检测运行参数 电压、电流、功率和变压器的温度等，为正常运行时的电压、电流、功率和变压器的温度等，为正常运

27、行时的 计量管理、事故发生时的故障原因分析提供数据。计量管理、事故发生时的故障原因分析提供数据。 （2）监视电气设备运行状态）监视电气设备运行状态 高低压进线断路器、主线联络断路器等各种类型开关的当前高低压进线断路器、主线联络断路器等各种类型开关的当前 分分/合状态；合状态； 提供电气主接线图开关状态画面；提供电气主接线图开关状态画面； 发现故障自动报警，并显示故障位置、相关电压和电流数值发现故障自动报警，并显示故障位置、相关电压和电流数值 等。等。 供配电系统的监控内容供配电系统的监控内容 (3)对建筑物内所有用电设备的用电量进行统计及电量计算与管理对建筑物内所有用电设备的用电量进行统计及电量计算与管理 空调、电梯、给排水和消防喷淋等动力电和照明用电；空调、电梯、给排水和消防喷淋等动力电和照明用电； 绘制用电负荷曲线如日负荷、年负荷曲线；绘制用电负荷曲线如日负荷、年负荷曲线； 实现自动秒表、输出用户电费单据等。实现自动秒表、输出用户电费单据等。 (4)对各种电气设备的检修、保养维护进行管理对各种电气设备的检修、保养维护进行管理 建立设备档案，包括设备配置、参数档案、设备运行、事故和检修档建立设备档案，包括设备配置、参数档案、设备运行、事故和检修档 案，生成定期维修操作单并存档，避免维修操