北京木材大厦楼宇自控系统设计

摘要

本文根据木材大厦中央空调各系统的控制要求，采用分布式控制系统（集散型），对中央空调各设备的现场监控系统进行设计。对DDC控制器进行选型，绘制接线图。再采用WebCTRL楼宇自控系统为控制平台，对各现场监控系统进行网络搭建和系统集成。通过使用ALC产品完成了监控任务。

关键词：分布式控制 奥莱斯 楼宇自控

中图分类号： S611 文献标识码： A

引言

随着时代的变迁，楼宇自动化系统已成为智能建筑不可缺少的一部分，在建筑物内的能源使用、环境进行监测、控制等方面，都能提供一个既安全可靠，又节约能源，而且舒适宜人的工作或居住环境。楼宇自动化系统自上世纪70年代以来在技术领域方面不断发展，至今已经历四个阶段。第一代：CCMS中央监控系统(20世纪70年代产品) ；第二代：DCS集散控制系统(20世纪80年代产品)； 第三代：开放式集散系统(20世纪90年代产品)；在如今的21世纪，随着建筑设备自动化系统采用Web技术，逐渐产生了第四代：网络集成系统。并已广泛应用于项目当中。

其中，以西直门北大街42号的北京木材贸易大厦为例，对重点研究的空调自动控制方面（新风系统）进行方案设计。

1.1 工程概况

北京木材大厦新楼位于西直门北大街，建筑为地下二层，地上九层，机房放在地下二层，有办公区、会客厅、电梯厅、空调机房、网络间、电话机房、地下车库、配电区、锅炉房设备用房等多功能建筑。

1.2 监控对象

监控对象： 新风机组 6台 二～七层

1.3 监控方案论证

一、楼宇自动化系统简介

楼宇自动化系统也叫建筑设备自动化系统(BuidingAutomationSystem简称BAS)，是智能建筑不可缺少的一部分，其任务是对建筑物内的能源使用、环境、安全设施进行监测、控制等，以提供一个既安全可靠，又节约能源，而且舒适宜人的工作或居住环境。

二、楼宇自动化系统设备的特点和方案确定

随着电子技术、计算机技术、通信技术、控制理论的不断发展，计算机控制技术分为集中式、集中控制的分级分布式、分散控制的分级分布式（集散型）等。

集中式常用于小型和被控设备比较集中的较小型系统，仅设一台微处理机，不设分站，组成单机多回路系统，由微处理机直接对现场的多种设备进行控制、测量及监视。

集中控制的分级分布式常用于中型系统及被控设备布局较为分散的较小型系统，操作权集中在中央，由中央控制室设微机（CPU），控制所属设备按时间程序进行启停，按参数进行能量调节，完成显示、记录、生成报表等功能；分站不设CPU，仅完成数据采集、指令转换及传递功能。

分散控制的分级分布式又称集散型控制，常用于大型、较大型系统，其监控范围大、设备数量多、监控状态与参数的类型、数量多且分散。在控制系统方案的选取上，宜坚持“分散控制、集中管理”的原则，即利用DDC对被控对象实施“分散控制”，通过中央监控计算机对被控对象实施统一管理。中央监控计算机担负着系统集中监视、管理、系统生成及诊断等监控与管理的职能。

北京木材大厦新楼是办公为主的建筑物，楼内设备多且控制要求复杂，楼内设备应该实施“分散控制，集中管理”。分布在现场被控设备处的微型计算机控制装置(DDC)完成被控设备的实时检测和控制任务，克服了计算机集中控制带来的危险性高度集中的不足和常规仪表控制功能单一的局限性，提高了管理质量、节省了人力。不但适应了设备分布广和各设备相对独立的控制要求，而且还减少了初次投资，系统扩展也易于实现。

综上所述，北京木材大厦新楼监控方案适宜采用集散式控制系统。

2. 北京木材大厦新楼中央空调设备现场监控设计

2.1新风机组现场监控设计

图2-1 新风机组监控原理图

（1）监控内容：

1）送风温度监测

2）送风湿度监测

3）送风机启停控制、运行状态、故障报警、手自动转换

4）送风机压差开关监测

5）加湿阀控制

6）冷热盘管水阀调节

7）防冻监测

8）过滤器堵塞报警

9）新风阀监测/控制

（2）监控功能：

1）温度传感器取采集到的送风温度，把信号传入DDC。

2）湿度传感器取采集到的送风湿度，把信号传入DDC。

3）对送风机故障，状态，手自动转换进行监测，通过电控柜，再将信号传入DDC。通过DDC控制送风机的启停。

4）压差开关将会监查送风机的状况，若风机过滤网灰尘逐渐增多，送风机两侧的压差逐渐增大，当达到某一数值后输出报警信号，以催促维护人员清洗过滤网。

5）根据房间湿度与湿度设定值进行比较，经过PID调节加湿阀，使湿度满足设定要求。

6）根据设置在送风风管上的温/湿度传感器所测的送风温/湿度与设定值比较，通过PID作用调节阀的开度来控制冷/热水管回水流量和加湿器开关，以达到恒温恒湿的目的。

7）防冻开关防止盘管温度太低，起保护作用，当盘管温度过低时，发出报警信号，并且关闭风机和风阀，同时打开冷热水调节阀。

8）主要监测过滤器是否出现堵塞现象，通过压差控制器监测过滤器状态，将信号传入DDC，提醒清理过滤器。

9）根据房间温度与温度设定值进行比较，经过PID调节水阀开度，使得实际温度达到设定值。

新风机组监控点表见下表2-1。

表2-1新风机组监控点表

3中央空调网络化控制系统的设计

木材大厦的自控系统采用美国ALC公司推出的楼宇自控系统产品---WebCTRL系统的平台进行设计，用Sitebuilder进行系统搭建数据库。如下对Webctrl系统做一个简单介绍。

3.1 Webctrl楼宇自控系统

3.1.1系统集成能力

系统结构为WEB 结构：即系统采用Bowser/Server 和 Internet 相结合的方式，以WebServer为中心对各弱电子系统进行集中的管理，可集成管理空调、给排水、发电机、电梯、照明、机房、消防、安保、门禁、停车场等系统。进而与办公自动化系统、酒店管理系统集成。

整个系统的通讯协议均采用标准的开放式通讯协议：在上位网络层采用BACnet-TCP/IP通讯协议，保证了与其它系统的有效通讯。在控制网络层，同样采用BACnet 标准开放式通讯协议，应此可以和各家弱电子系统在控制网络层进行无缝集成。

3.1.2 图形化操作功能

WebCTRL 是功能强大的图形化操作系统，使管理所有的设备异常轻松。不出房门仅仅点击鼠标就可浏览本地或远程的房间、楼层、大楼甚至整个楼群。通过动态的、具有色彩标记的图形组成的直观的图形界面，能简捷、快速地反映房间舒适程度和设备运行状态。

WebCTRL对设备的操作极其简单。采用定制的图形表示楼宇的构成和子系统，如空气调节、集中采暖、电力、照明、保安等，通过点击按钮可浏览任意建筑或子系统的细节。色彩被创造性地用来实现更先进的功能，局部的或整体的设定值调整非常直观。WebCTRL的时间表设定被公认为是业内最好的，可进行灵活的时间设定，可以在几秒钟内对一个区域或区域群，一个设备或多个设备进行设定。见下图3-1 WebCTRL系统结构图。

图3-1 WebCTRL系统结构图

3.1.3 图形化编程工具EIKON

EIKON是行业内最先进的图形化编程工具。通过点击按钮，就能构造复杂的控制算法、诊断故障、通过实时或模拟的运行参数来检验控制程序的性能。EIKON并不采用逐行的深奥的计算机代码，所以控制程序很容易理解。

EIKON能提供复杂的编程功能，使楼宇系统的操作更简单。通过EIKON可以对控制算法进行模拟或实时的显示和检测，以确保对昂贵的机械设备和用户环境进行精确的控制，同时使诊断和解决故障更加简单。EIKON界面 如下图3-2。

图3-2EIKON界面

3.2 硬件产品

（1）网络路由器LGELGE是基于微处理器的高性能网络路由器，用于M系列、S系列、UNI、WebPRTL系列控制器与以太网通讯。LGRM-E基于10Base-T以太网，负责所在控制器子网下的控制器、其它网络路由器及其下面所在控制器子网下的控制器、服务器上运行的上位机软件WebCTRL Server之间传送信息。网络路由器LGE见下图3-3。

图3-3 网络路由器LGE

（2）ME/M/Mnx 系列控制器它是适合多设备控制的现场控制器。是ALC公司WebCTRL系统的一部分, 系统还包括SE-系列和ZN-系列控制器。ME/M/Mnx系列控制器结构坚固、具独立运作能力，采用BACnet 通讯协议，在弧网156K 波特的网络上通讯，性能卓越。应用于多设备控制场合中十分理想。ME-line及M-line具备可扩展性，做为主板使用，可支持不可点数的扩充板，进行控制点扩充。Mnx-lines不具备扩展性。不可接扩充板。Mecpu见下图3-4。

图3-4MEcpu(ME-lines中的一个产品)

（3）SE系列现场控制器SE系列独立控制器适合单一设备控制，为单设备应用场合提供高度的可靠性，超强的设计使控制器能经受各种环境条件。它支持控制程序远程下载，控制程序可使用图形化程序编译软件进行程序编译。SE6104见下图3-5。

图3-5SE6104(SE-lines中的一个产品)

3.3搭建控制网络

利用软件SiteBuilder创建数据库，搭建出相应的控制网络。如图3-6。

图3-6 中央空调的控制网络

3.4 WEBCTRL 系统硬件的安装接线

北京木材大厦新楼的主要控制硬件的接线方式， DDC接线图、LGE接线图

见下图3-2、图3-3。

图3-2 新风机组DDC接线图

图3-3 LGE接线图

4.1控制器的选型

美国奥莱斯产品比较适用于本项目。它的优势如下：1.结合高新IT技术，成就全功能互联网平台运作2.系统支持多操作系统软件及数据格式3.具同时多通讯协议支持4.采用上位机资料共享接口5.开放标准的集成平台6.最佳化的能源管理7.精确可靠的控制实现等等。除此之外美国奥莱斯产品的价格也比较合理。所以本项目采用奥莱斯产品的自控元件。

4.1.2 S系列现场控制器

S系列控制器适合单一设备控制，该系统还包括M系列（多设备应用）和U系列（单元系统应用）控制器。S系列独立控制器为单设备应用场合提供高度的可靠性，超强的设计使控制器能经受各种环境条件，甚至屋顶安装。S系列控制器采用156K波特ARCNET之上的BACnet通讯标准以保证超强的性能。由于采用了32位微处理器技术、通用的输入、数字和模拟的输出，S系列控制器能很好地满足各种类型的单设备控制场合。

根据本项目特点，北京木材大厦系统中新风机组需要的AI输入点12个、DI输入点36个、AO输入点6个、DO输入点12个！共计72个点。参照附录中产品参数选型表对多设备现场控制器进行选型。见下表4-1。

表4-1 新风机组DDC选型

结论

通过对木材大厦的实际情况分析，在众多的网络结构中选用了集散式控制，并采用了ALC推出的楼宇自控系统---WebCTRL系统的平台进行设计。根据本项目的控制要求，确定了系统监控内容，提供了详细的控制点表，分析了控制原理，对中央空调自控元件及软硬件做了选型，并对空调新风系统进行了集成设计。

本自控方案符合空调专业的自控要求，设计结果具有一定的可实施性，对中央空调全系统的自动控制和节能运行，具有一定的借鉴价值。

参考文献

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