楼宇自控系统工程质量控制

楼宇自控系统工程质量控制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。楼宇自控系统通过现场总线技术结合集散控制系统来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。随着国家对节能要求的大力推行，楼宇自控系统实施的质量控制是目前智能化建筑行业关注的重点。为了使其发挥应有的投资效果，本文结合楼宇自控系统设计、施工、调试以及验收等实施中存在的问题并通过全国海关信息中心备份中心的楼宇自控工程案例对实施质量控制进行分析和探讨，以推进楼宇自控系统能更有序、更有效地运行，发挥其应有的效果。1楼宇自控系统组成及实施内容楼宇自控系统组成装置包括检测装置（各类型传感器，如温度传感器、压力、压差传感器等）、直接数位控制器（简称DDC，包括DO、DI、AI、AO点等）以及传输线路与控制主机。楼宇自控是建筑智能化工程的主要系统，通常包括对暖通空调系统、送排风系统、给排水系统、变配电系统、照明系统、电梯系统等系统的监控。集网络、计算机、控制和检测技术于一身，使得建筑内机电设备管理高效、环境获得最佳舒适度、大幅度节约建筑运行能耗。2楼宇自控系统实施现状目前许多现代化大楼尤其是高层大楼内安装了楼宇自控系统，不仅极大改善了大楼的环境效率，而且也使大楼能源消耗在量化控制之下，确保大楼能源成本降低成为可能。但不可否认的是，由于各种原因也确实造成一些楼宇自控项目不太成功甚至完全失败。从目前众多实施的工程来看效果不甚理想。有调查显示：顾客对楼宇自控系统运行情况评价，“满意”的约占30%，“一般”的约占40%，“差”的约占30%。下面结合设计阶段、施工阶段以及调试验收阶段对楼宇自控系统的实施质量进行探讨分析。3深化设计阶段质量控制设计阶段应深入全面了解业主的最新要求，结合设计院对楼宇自控系统的设计内容要求，进行施工图二次深化设计，提出详尽的管线施工图、系统结构图、产品型号规格、设备材料数量、接线安装图、调试以及维护等技术文件，确保设备清单、监控点表与施工图三者完全一致。要把握楼宇自控工程的设计标准和系统的功能定位，从功能需求出发，反映工程的功能特点或某些功能设计亮点。经常出现由于设计者对其他专业受控对象的工艺要求理解上的肤浅，甚至存在认识上的错误而导致的设计失误使楼宇自控运行效果欠佳的事例屡屡发生，其中暖通空调系统占较大比重，下面结合设计中容易出现差错的实际问题进行分析及控制。3.1针对工程地点进行设计由于我国幅员辽阔，南北气候温度等方面存在很大差异，在楼宇自控设计方面的选择差别较大，在系统配置方面要注意区分。南方大多空气温度高且潮湿，要注重在除湿方面控制的考虑，北方空气干燥，要注重在加湿方面控制的考虑。往往设计者依据常规进行设计，没有结合我国各地气候特点和地方要求进行分析研究及慎重确定，使设计方案选择不当，结果不但对投资、运行、能源消耗起负面的影响，而且还危及人员的健康。3.2针对工程实际需求进行设计进行深化设计前要了解工程中被控设备的情况以及被控精度要求，根据实际情况进行系统设计。有些工程，尤其是政府出资兴建的工程，业主方往往从业绩方面考虑进行大而全的要求，工程商也出于为了多赢利的角度出发迎合业主需求扩大设计。但经常由于设计不配套，在使用结果方面大打折扣，真正发挥作用的功能却很少，性价比极低。在这种情况下，就要站在工程实际情况及需要的角度进行设计。3.3系统网络构架设计在楼宇自控系统未招标选定设备前，设计院往往对楼宇控制网络架构规划设计不是很明确，DDC的布置比较随意，只注重控制原理及点表，网络架构形式、执行标准、设备配置标准选用等方面的设计相对来讲比较薄弱。目前，在楼宇各自动化控制系统中底层流行采用现场总线控制网络，随着工控计算机及网络技术发展在建筑业广泛普遍的应用，现场总线技术必将成为智能建筑领域主要的发展方向之一。3.4系统设备选型设计在满足功能要求的基础上，针对被控对象要求控制精度进行设备选型，这样才能保证系统的性价比达到最佳，也不会造成因为设备选择的失误对使用造成影响。在设备选型中最主要的是电动水阀的选择，包括特性选择及口径选择。电动水阀的口径决定了阀门的调节精度。常规设计中电动水阀口径确定是根据被控设备管径缩小一个级别进行的，水阀口径选择过大，不仅增大业主投资成本，而且使阀门基本行程变大导致阀门调节精度降低，达不到节能目的。水阀口径选择过小，往往会出现即使水阀全部打开时系统也难以达到设定温度值，无法实现控制目标。根据在全国海关信息中心备份中心楼宇自控中的设计经验，对电动水阀型号的选择可采用下述办法进行。电动调节水阀的流量特性是指空调水流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的函数关系，目前工程上常用的主要有直线流量特性、等百分比流量特性的电动水阀。等百分比流量特性水阀可调范围相对较宽，比较适合具有自平衡能力的空调水系统，因此楼宇自控系统中大量应用的是等百分比流量特性的电动水阀。工程上我们常用的是通过计算电动阀门的流量系数Cv值来推导电动水阀口径，因为流量系数和水阀口径是成对应关系的，也就是说，流量系数定了，水阀口径大小也就确定7°Cv值是当调节阀全开时，阀两端的压差AP为100KPa，流体重度r为1gf/cm3（即常温水）时，每小时流经调节阀的流量数，以m7h或T/h计。水阀流量系数Cv值可采用公式计算：Cv=Q/MP其中：Q为设备（空调/新风机组）的冷量/热量；△P为调节阀门前后压差比。理论上讲，在不同的空调回路中，AP值是不同的，是一个动态变化的值，取值范围一般在1〜7之间。但由于在流量系数的计算过程中AP是开根号取值，所以对Cv计算影响并不是很大。因此，在工程设计中一般选AP值为4。然后用计算出来的流量系数Cv来选用与其相应口径的调节水阀。4施工阶段质量控制施工阶段按施工工艺和相关的施工及验收规范分阶段进行施工，按质量保证体系进行质量控制。做好电管、线槽、电缆敷设及隐蔽工程的施工记录和验收。表现在了解现场楼宇自控系统工程的建设环境以及其他各专业的施工进度基础上，按设计图纸及施工规范进行施工。除了常规的工程施工质量管理外，对楼宇自控系统更应重点抓好以下几个方面的质量控制。4.1图纸会审与技术交底图纸会审是楼宇自控系统施工重要的环节之一，通过图纸会审可以发现本专业与其他专业图纸有冲突的地方，及时进行调整。并通过技术交底将施工方法及施工要点传授给直接进行施工的人员，保证施工要求的连续性，确保施工质量。4.2施工过程中接口方面楼宇自控系统与被控设备间的接口包括两种，一种是将监控信号采用干接点的方式接人DDC，另一种是采用通信接口点对点或总线的方式接入楼宇自控系统。干接点的方式实现起来比较简单，也比较可靠，不足之处是采集的信息量比较少，采用通信接口的方式可以克服干接点的不足，但实现起来比较困难，受通信协议是否标准、厂家是否开放编码表等因素的制约。4.2.1硬件接口的实现由于楼宇自控系统接口涉及到暖通空调、给排水、照明、变配电等多个专业，因此，在相关设备订货前即向业主提出接口要求并积极与各设备商探讨接口的解决方案，避免资金的浪费，同时明确各方的责任及工作内容，避免出现问题时，互相扯皮，从而实现楼宇自控系统的完整性。下面就与配电控制箱的设计接口为例来说明。配电控制箱内设本地与远程转换开关和控制用隔离中间继电器（无源或有源AC220V）,本地手动控制，远程靠楼宇自控系统的DDC向配电控制装置发出遥控启/停信号，并接收配电控制箱返回的运行状态、热继电器过负荷信号及本地/远程控制转换开关状态信号。本地DDC的电源（AC220V）由配电控制箱提供，包括DDC有源控制和无源控制两种方式，应该优先选择有源控制，因为有时配电控制回路并未设控制隔离变压器，这样无源控制触点有可能直接接入AC220V回路，造成对其他控制线路的干扰。另一方面，楼宇自控系统的控制电源宜由自己提供，避免造成扯皮现象。以上这些需要在业主订购配电控制箱之前提出来，便于厂家加工。但在系统实施过程中，经常出现由于系统硬件接口的问题而导致系统的最终功能不够完善，丢项、甩项等事情经常发生。4.2.2软件接口的实现楼宇自控系统与制冷机组、电梯、变配电、C-BUS照明控制等自带控制装置设备的接口现在基本上都是通过通信协议方式来实现的。在以上设备订货时要及时向业主提出书面的接口协议要求，以免造成协议间不能正常通信的后果。4.3设备安装过程中的质量控制楼宇自控系统前端设备多为检测信号设备，对安装位置有着严格的要求。施工过程中一定要严格遵照设备安装图纸以及设备说明书要求进行安装，并重点注意设备的可靠接地。在空调控制中，测温点位置的选择尤为重要，测温点应该设在具有典型代表的位置。尤其是在大堂等公共部位温度调节时，不能守旧的安装在空调机组的送风管道上，而是要选择具有代表性位置点进行测温，这样才能真正满足业主的需求。如位置选择不当，则达不到温度调节的目的，同时也造成了能量的极大浪费。5调试及验收阶段质量控制楼宇自控系统在调试阶段，要严格进行施工文档检查以及现场施工检查，检查合格后编制调试大纲，经审查确认后才能进行加电调试。调试过程中要准确记录测试数据，发现问题及时处理并采取有效措施解决。验收阶段严格按照规范和调试大纲要求进行验收，科学客观的检查验收是保证楼宇自控系统成败的关键。楼宇自控调试的难点在于闭环控制PID调节参数的选择方面以及对空调控制参数的认识。调试过程中经常出现对夏季、冬季及过渡季的认识深度不够。空调系统所指的夏季、冬季及过渡季控制参数是按照夏季、冬季及过渡季三种状态划分的三种工况，对应相应的温度、湿度或焓值等工作环境参数，如果仅仅按照夏季、冬季及过渡季的实际季节变化来简单的理解，往往使得空调系统最终不能获得理想的控制效果。在楼宇自控系统的调试过程中，遇到了这样的情况，空调控制系统在运行过程中按照回风、新风的温湿度与设定参数的差值，不停地改变着各台空调机组电动调节阀的开启度，也就是常说的“振荡”情况，最终形成了冷热水管总流量值处于不停的变化之中。为了解决阀门的振荡问题，笔者在现场做了几天的实验，结合基础控制理论，总结出解决的技术办法。整个空调系统在运行中是存在着极其复杂的动态扰动的，外来的扰动使得空调系统原有的平衡被破坏。智能化系统发挥调节作用，让系统重新建立新的平衡。在旧平衡转入到新的平衡所经历的过程在自动控制系统中称为“过渡过程”。如果这个“过渡过程”是振荡不收敛的，那么被调节量始终会在设定值的上下波动，达不到新的平衡稳态。这种振荡是由于PID参数整定不好所造成的。因此，PID参数的选择就变成了解决问题的关键。实际的舒适性空调系统是个大惯性系统，对控制精度要求也不是特别高，主要以人体感觉舒适为主。而控制精度越高，系统越容易引起振荡。调节时间过短，也容易引起振荡，过快的调整反而会产生反弹超调现象。所以，在现场的实验过程中，笔者参照人体工程学的观点，选择5°C的固定偏差值，同时根据室内温湿度与室外自然气温之间的差值作为设定值选择的参照。略微放宽调节时间要求，选择恰当的采样周期和控制函数，使系统实现最小调整时间，快速趋于稳态。采样时间的选择：采样时间的选择取决于被控空调机组的响应过程特性曲线。比例增益P参数和积分I参数确定：这两个参数的选择应根据每台空调机组不同的动态特性（传