楼宇自控系统设计基础讲义

楼宇自控系统设计（初学者必读）楼宇自控系统设计楼宇自控系统是建筑设备自动化控制系统的简称。建筑设备主要是指为建筑服务的、那些提供人们基本生存环境(风、水、电)所需的大量机电设备，如暖通空调设备、照明设备、变配电设备以及给排水设备等，通过实现建筑设备自动化控制，以达到合理利用设备，节省能源、节省人力，确保设备安全运行之目的。前些年人们提到楼宇自控系统，主要所指仅仅是建筑物内暖通空调设备的自动化控制系统，近年来已含盖了建筑中的所有可控的机电设备，并成为“智能建筑”不可缺的基本环节。楼宇自控系统的发展也是经历了从无到有，从低级到高级这一过程，实际上就是一个工业自动化控制系统发展的缩影。随着信息技术、网络技术、计算机技术、通信技术、显示技术、半导体集成技术、控制技术、表面安装技术及其他高新科学技术的发展，楼宇自控系统也将得到长足的发展，可以预见：1)集散控制系统是现阶段楼宇自控系统的主流；2)现场总线技术是集散控制系统发展方向；3)VLAN、TCP／IP等网络技术在楼宇自控系统应用，网络实现Web化；4)通用控制器与智能仪表共存；5)广泛采用以状态空间方法为基础的现代控制理论解决楼宇自控问题，取得成效；6)系统集成技术取得进展，OPC、ODBC等技术被广泛应用；7)人机界面、操作环境改善，符合人机工程学基本机理。按建设部设计深度要求，一般民用建筑(对于具有特殊工艺要求的建筑物可能不完全适用)楼宇自控系统(BAS)设计，设计院至少应做下列工作：1)充分了解受控对象的工艺要求，作出相应的控制原理图；2)受控对象控制种类统计(或称控制器输入／输出状态点表)；3)控制网络规划设计；4)平面布线规划设计；5)设计说明。承包商(或供货商)应按设计院的设计内容要求，做进一步的深化施工图设计，包括提供产品的规格、材料、接线、安装与维护等技术文件，并负责最终的安装(或指导安装)、调试及验收申请。烈但从目前蚁众多实施的工驳程来看效果不幕理想．有调查坛显示：顾客对膊楼宇自控系统派运行情况评价杀，仰“净满万意滥”贵的思占宇3霞0霜％咳，鸭“数一筑般满”惭的牺占撑4购0本％尚，矿“所差意”纽的夜占甩3名0忌％。因此，本琴文旨在从专业姿设计实际出发胆，检讨设计中时易出现的问题欧，以期举一反参三。2若干问题陷2威．瓦1洪对受控对象的鹊工艺要求的了泛解不准确。舌目前，电师气工程御师多(抓或自控工程俩师劲)便对其他专业受倘控对象的工艺梯要求理解上的皮肤浅，甚至存敬在认识上的错洋误，而导云致部BA草S倚运行效果欠佳捧的事例屡屡发杆生，其中暖通远空调系统占较矿大比重，下面药是一些工程中怀易出错的实际缘问题，如：盈(1开)宅、设备专业规丧范《采暖通风纺与空气调节设美计规范巷》世(GBJl9牛-87送)妙中对舒适性空肠调的室内参数尿曾作了总的规生定：寄干球温度宅相对湿度亚空气漉速捆冬季庸t=18嘴℃勉~22未℃扯≥锤4狭0傲％横--6栋0遣％吧v纳≤午0.2吹m耍／扇s牲夏季紫t=24稿℃浸~28偶℃为≥耗40%-6善5抬％饭v论≤纹0.3仁m述／店s汽注：当使用紊由件无特殊要求眉时。舒适性空哪调的相对湿漫全度可不受限制景。殃需要注意的是及，上述数据仅哲指设计基数的损取值范围，不性是指受控对象仔允许变化波动凭的范围，民用稼建筑舒适性空璃调设计一般也利不提空调精度迟要求。空调设吃计基数的选择匹非常重要，实促际工程应由设里备工程师结合浓我国气候特点块和国情分析研岩究慎重确定，谅选择不利不但煤对投资、运行贩、能源消耗起浊负面的影响，拘而且还危及人江员的健康。局(2得)仇、对夏季、冬纲季及过渡季的答认识深度不够序。空调系统所蔽指的夏季、冬粥季及过渡季控预制参数是按照蒜夏季、冬季及沿过渡季三种状障态划分的三种堤工况，对应相款应的温度、湿懂度或焓值等工塘作环境参数，商如果仅仅按照舰夏季、冬季及廊过渡季的实际取季节变化来简狮单的理解，往寨往使得空调系桌统最终获得不食理想的控制效期果。扭(3劣)则、暖通空调自梁控系统，其精剩髓在于把握空周调工艺中惊的已“察定搜”啦和压“钉变棕”也两字上。往往现未能根据不同常管路、不同工茫况下昆的尖“正定似风舱(执或定射流疲)跳量耐”牵或消“馆变宾风够(族或变束流糊)忆量此”选的特性要求设范计自控系统，究如制冷机冷冻良／冷却循环水暗定流量；新风狮处理机组一般形定新风量；变犁风量的空调机居组分变新风左量狐(唇或定新风打比纺)秧和定新风甜量恳(柿或变新风记比弄)躲等。军(4沉)睬、新风处理机炉组大都采休用在“翠定新风咱量薄”跳的设计，这一普点往往没有引骨起电气控制工笨程师的足够重革视，在新风阀铲的控制上一般稼仅要求位式控踢制，新风阀多桌采用双向单咬相草(AC22蔬0粘V项／气AC24膨V屿，三芹线唱)舅电机或电动执叼行机构位式控白制；为盘管防棍冻新风阀设计阳成与送风机联管动；为防止风地阀压差过大无怕法开启，通常恶先打开新风阀醋，后开送风机霞，停风机即关竭阀。会(5捐)覆、只有设有新令风预热器的空趋气处理机组，炉或混合边点赤(瞎或加湿后的状崇态坏点预)雀有可能低倦于躁0周℃茧的空气处理机搂组，或者冬季寻过渡季要求作怖全新风运行且驱新风温度可能煮低治于晕0雄℃杜的空气处理机简组，才有必要倦考虑运行防冻仁问题，采取新削风阀与机组联逗动等防冻措施白。盆(6鲁)哀、为了保证基遣本的室内空气错品质，可采用弯测量与控制室速内吧C油O揭：浓度的方法排来实现。但实企际上暖通空调沟专业往往是以绒设计确定最小匪新风量或换气丑次数来实现的布，若只是采用召简单的启停机家组的方式来控骂制室轧内林C盈O么：浓度则没有楼必要；否则涉蓝及变风量控制退，控制较复杂回，投资较大。休2啊．寒2牺控制原理描述梅不全面，受控耐对象控制种类骂统计不具体。顿设计图中童见到的控制原麻理往往是千篇俩一律，不能根蹈据具体实际工磨程做到有的放止矢。受控对象耕的种类往往不歌能简单的局限后于壳A性I紧、矛A贺O烟、慈D症I处、已D抗O祖四种状态，尤案其是施工图应湿反映每种状态持中不同信号特撇点的电特性，板以便控制模块赖的选配。伸2飘．梅3IBM泳S标和求BA律S摩以及集成概念已模糊。屿杆跟IBM垒S跟和婆BA孙S洽应是两个层次孙的概念坛，肃BA汽S爷体现在控制子杰系统间的网络似通讯的互连禁；来IBM赴S炊则体现在网络较信息系统的整丹合，也就是级说樱IBM游S包体现集成的概凳念比较准确。锹一般在设计中固比较注重控制道子系统间控制顿功能联动的描据述，这往往被陪理解称集成设朋计，从信息系冶统集成来讲。碌设计应以用户败需求为基础，飘做运行维护管多理业务模型的俯规划设计连，植IBM俭S知与晚BA淘S熔共用管理工作助站。析(1烈)酬、服务模筝块堤—络—矛提供性能优越掀的服务环境。标现代智能狡大厦在应用了带楼宇自控系统输之后，可根据工季节、空气状捆态情况的变化嚼，通过调节新孟风阀的开度等陷方式，自动控裕制空调机组、虹新风机组的送牧风温度，并可忆针对不同区域售提供最佳的温镇湿度控制，保穿证各区域环境巧参数。在中控庄室，提供给用华户一个观察整识个系统运行状放态的窗口，通胃过测量实际信帐息，可对温度主、压力、流量辽等重要信息进炮行实时显示和防存储，操作人代员可以查看某歉个变量一段时刘间的变化统计惰曲线作出趋势池预测，提前作某出有效响应，仰进而保障整个敢系统的平稳远嘉行。软件规划愤多种运行服务迟功能。比(2厨)息、节能模戚块墙—个—另降低能耗和管止理成本。谷在满足舒年适性的前提下扶，楼宇自控系购统通过合理组王织设备运行，清使大楼的运行浙费用为最低，助也就是进行系首统优化控制，爹降低能耗值。瓜系统软件设有狡节能程序，可剑以根据季节、爆人员和空气流患动情况的变化申，将各区域的礼温度加以合理内调整，控制设醋备合理运行，启使大楼的能耗更降至最低，而伏且系统可以在组运行一到两年捕后分析历史运宜行数据，提供究优化调整，使纯大楼能耗进一已步下降。软件捏规划多种运行俯节能措施。洗(3研)遇、安全模春块职—危—需提供突发故障物的预防手段。管如果现代询智能大厦的机绕电设备突然发传生故障而停机衰，将对大厦产谦生严重后果。贞楼宇自控系统始可从以下几个乞方面预防这种金局面的出现：盏①钓、随时检查设抬备的实际负载瓜和额定负载，泄一旦发现设备营过载，立即自奶动卸载同时向讽中央控制室发暮出报警信号，尾以防损坏贵重丈设备。陵②斩、监视设备运朝行状况，一旦凭发现其中某台碗设备运行异常腿，立即报警通床知检修人员前固去检查，以防匀引起更大范围免的设备故障。重③铅、自动记录设掀备的累计运行罚小时数。当累袜计值达到规定追的维修时间时地，自动报告中砖央控制室，及困时提醒进行设弟备检修。嘱④永、当一组设备糊中的某台设备乐出现故障不能皆继续运转时，雨自动切换到备冶用设备；同时蚂，对于临时停锐电的情况，当色恢复供电后，旺系统自动执行搏顺序启动程序纪，可保证设备项投运顺利，避哨免对设备的损问害。售通过上述钉检测、报警和可处理方式，使辜现代智能大厦椅对机电设备突提发故障具备有霉效的预防手段概，以确保设备节和财产安全。睬(4偏)泳维护模嗽块区—牺—扔提高设备运行荒效率、减少管勾理人员数量。正通过对设迟备运行状况的盏监测、诊断和萄记录．早期发津现和排除故障陕，及时通知维先护和保养，保租证设备始终处谊于良好的工作念状态。州楼宇自控洪系统对设备的炒有效监控，可铲使设备的故障窝率大大降低，馆同时也使维修臭工人可以更有毙效的工作，减扁少维修人员的弓数量；一体化便管理方式，使肉操作、值班和储管理人员尽可若能地减少。声(5梁)遮扩展模呢块茧—阶—训系统具有良好滩的扩展性，保喂证今后扩展的贱需要。滩系统选用锹时应始终遵循丈标准化、开放虽性的原则，系贡统容量可以有北适当的冗余，宗以适应日后的挂扩展。且应保榨证与其它系统欧的兼容性，可城方便实现网络桂的信息共享。懒(6延)锡、仿真模捧块尿—驻—击系统具有自学文习功能，可进踩行人员培训、溜资料管理等。桥2席．航4冤各系统设计界妹面不够周到、邪清晰。类楼宇自控赚系统作为大楼贷内的一个重要替组成系统，其责实现自身的功并能设计已经比理较成熟和完善奸，但在系统实捡施过程中，经蔽常由于系统界貌面的问题而导术致系统的最终净功能不够完善野，丢项、甩项缘等事情经常发秆生。局由于设计晌界面的问题牵未扯的面比较多碌，涉及到工程财实施中的暖通劝空调、给排水飞、变配电等多在个专业。因此忆，在工程的前撑期将设计界面溜的问题进行明株确，非常必要低。币从另一个餐角度讲，将设焰计界面的问题送进行明确，可尿以使业主在工胶程的前期或在絮设备定货之前香，就明确提出葵界面接口要求策，从而可以实吵现楼宇自控系磁统的完整性。对◎凯明确各方的责对任及工作内容祸，避免出现问碰题时，互相扯虾皮。兄◎似确保实现系统称设计的全部功巴能，避免资金朗的浪费。港(1丽)炸、与调节／控黄制的风阀及水欲阀的设计界面惯一般系统遥中风阀与水阀趟的规格及控制身模式，由设备余工程师根据工挨况条件计算确塞定。因此，风膜阀与水阀调节宿／控制设计应竟与设备工程师芽配合，了解风良阀与水阀的电涛动操作机构，免配置相适应控济制器。实际工侍程设计中，设练备招标前风阀这与水阀的电动岛操作机构往往纽难以准确确定楼，纤DD吓C阅输出类型。浸还存在另遗一种情况，调造节阀由控制工膝程师选配，这们时需设备工程失师提出控制工伙况要求，控制谋工程师应根据职管径计算选择突调节阀规格及券控制模式。样风阀的控红制应根据工况猛要求选择电动记操作机构或配颂电子定位装置舍。屡(2普)淘、与配电控制势箱的设计界面察◎域配电控制箱内侦设本地与远程负转换开关和控奥制用隔离中间地继电国器盐(竿无源或有长源鸡AC220指V间，见下坐图首)根，本地手动控煮制，远程研靠荡BA秀S爽的栽DD薯C醋向配电控制装厨置发出遥控启景／停信号，并直接收风机运行参状态、过负荷股及本地／远程搭控制转换开关门状态信号。神◎孙本保地脆DD忧C耽的电秧源凝(AC22形0V布)集由配电控制箱肠提供，上器图浓DD贫C研有源控制和无认源控制两种方孔式，笔者认为倾优选有源控制靠，因有时配电烘控制回路并未多设控制隔离变扩压器，这样无嘱源控制触点有苏可能直接接唐人么AC220附V宏回路，造成与焰其他控制线路抱不能共管敷设迟；另一方面，葬自控系统的控肥制电源宜由自叠己提供，避免办造成扯皮现象她。玻以上这些需要欢在采购配电控沙制箱之前提出蹲来，便于厂家布加工。秩(3佛)育、与制冷机组初、电梯等自带毕控制装置的设镰计界面小一种是将哲监控信号采用呈干接点的方式园接竖人俯BA蒜S苗的熟DD哲C胸；一种是采用膜通信接口点对要点或总线的方恩式接叔入贯BA菊S纽。干接点的方徒式实现起来比呜较简单，也比哪较可靠，不足食之处是采集的怪信息量比较少季；采用通信接难口的方式可以盖克服干接点的愁不足，但实现臭起来比较难，弹受通信协议是走否标准、厂家创是否开放编码樱表等因素的制杜约。震(4帽)钩、与变配电、家照明等系统的壮设计界面系统亲中的遥控单元婶、智能化仪表混或开关、照明冤控制单元、电释参数变送器等盲自动化器件，短应配合强电设每计选配，预置裤在配电柜或照纤明箱中。容2勿．禁5某缺乏合理的网堵络架构规划设筛计。秧在楼宇自证控系统未招标须选定设备前，钓设计院往往对泡楼宇控制网络冷架构规划设计俘不是很明确窜，朴DD细C岔的布置比较随身意，只注重控堪制原理及点表孟，网络架构形吩式、执行标准虑、设备配置标者准选用等方面陈的设计相对来朱讲比较薄弱。颤现在提概起句“信Bus遥(判总逗线厚)恭”步、降“翅Networ切k勺(锤网卫络娱)证”湿可谓名目繁多很，令人眼花燎尾乱。胡但勺“扎Field币Bus鬼(货现场总炸线功)竞”晓因其对工控宫机乒(在包站括笋DC鸣S咏、口PL缸C用、工泄业拣P扰C欣、数控葱等贡)吓、自动化仪表启和过程控制自线动化产生的巨龄大影响，已成严为世人嘱迁目现“渗热席点蚂”栋。早已有人把献现场总线描述煎成搅“堆2雾1慈世纪的过程控荒制总黑线牧”吵，竹“多自动控制领域按开创了一个新冠的时代一一现阀场总线控制系赢统御(FC公S付，拜Fieldb骂usCon塞trolS郊ystem