淺談樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)

楊子江

摘要：本文結(jié)合某建設(shè)工程建筑智能化系統(tǒng)工程實(shí)際，對該樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的節(jié)能控制進(jìn)行詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞：建筑智能化；整體結(jié)構(gòu)；節(jié)能控制

1 前言

樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)旨在通過現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的集散控制，完成相關(guān)建筑的自動(dòng)化管理。其控制涉及樓宇中的變配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯設(shè)備、空調(diào)系統(tǒng)、供暖及給排水等許多方面，通過對這些分散系統(tǒng)的統(tǒng)一集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)樓宇內(nèi)部設(shè)備及能源的最優(yōu)化管理。該系統(tǒng)的運(yùn)用不僅利于提升樓宇的環(huán)境條件，減少了維修人員的數(shù)量，更能達(dá)到節(jié)能降耗的目的[1]。

本文以某建設(shè)工程建筑智能化系統(tǒng)工程為研究對象，該工程采用基于WEB技術(shù)的WEBs（Web-Enable Building solution）建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。1）該控制系統(tǒng)由控制層及管理層兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成，系統(tǒng)的服務(wù)器、操作站、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等借助管理層的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。系統(tǒng)管理層則基于100M BASE-T以太網(wǎng)及標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信；2）系統(tǒng)的控制層則依靠LonWorks現(xiàn)場總線完成各控制器之間的通信，支持點(diǎn)對點(diǎn)通訊及在線增減設(shè)備等操作。

2 樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)的內(nèi)涵

現(xiàn)代樓宇的自動(dòng)控制基于中央計(jì)算機(jī)和相關(guān)控制系統(tǒng)，通過傳感、計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代通信等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對樓宇內(nèi)部采暖、配變電及自備電源的監(jiān)控，火災(zāi)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)，安全保衛(wèi)等方面的綜合監(jiān)管。其中，傳感和數(shù)據(jù)接口控制技術(shù)、管理信息系統(tǒng)是整個(gè)樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵。該系統(tǒng)的主要功能包括為系統(tǒng)的管理、調(diào)度、控制及日常維護(hù)等操作的相關(guān)策略實(shí)施提供支持，能夠?qū)崿F(xiàn)對相關(guān)系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行和控制參數(shù)的存儲(chǔ)，能夠?qū)ψ詣?dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)、圖像及曲線進(jìn)行顯示，能夠提供各類數(shù)據(jù)報(bào)表的打印功能，能夠完成對系統(tǒng)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析。樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)借助建筑的綜合布線系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，以各種開放式的結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議及接口完成系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、規(guī)范化。其集成的主要方式涉及系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集成、信息系統(tǒng)的集成、遠(yuǎn)程系統(tǒng)的集成、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與管理資料的集成等方面。

樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)多級的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該系統(tǒng)控制點(diǎn)的數(shù)量決定了系統(tǒng)的規(guī)模大小。同時(shí)，依據(jù)控制的設(shè)備系統(tǒng)的多少，可以將其分成高速通信網(wǎng)、樓宇級網(wǎng)絡(luò)、局部區(qū)域級網(wǎng)絡(luò)等不同的級別[2]。

3 樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)分析

3.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

對于該樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)，從系統(tǒng)構(gòu)建上，遵循分散控制、集中監(jiān)視、資源及信息共享、標(biāo)準(zhǔn)化等原則；從系統(tǒng)硬件上，主要由中央管理計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)傳輸及控制設(shè)備、直接數(shù)字控制器等構(gòu)成；從系統(tǒng)軟件上，一方面，采用WEBStation-AX軟件中央管理平臺(tái)作為系統(tǒng)的綜合管理平臺(tái)，管理層采用WEBStation-AX軟件平臺(tái)；另一方面，系統(tǒng)的管理層通訊、現(xiàn)場控制分別依靠標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)以太網(wǎng)、LonWorks網(wǎng)絡(luò)完成，其開放和模塊化的結(jié)構(gòu)便于系統(tǒng)各控制器的連接與擴(kuò)展，增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的靈活性。WEBStation-AX管理系統(tǒng)能夠于管理層網(wǎng)絡(luò)透過WEB-600網(wǎng)絡(luò)控制器完成對現(xiàn)場各個(gè)設(shè)備控制器的監(jiān)控，具體內(nèi)容如下表。

3.2 系統(tǒng)的節(jié)能控制分析

在實(shí)際的樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)中，中央空調(diào)耗費(fèi)了很大一部分電能，因此，對中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能控制是很有必要的。由于中央空調(diào)系統(tǒng)的冷水泵和冷卻水泵的容量一般依據(jù)最大熱負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)，而實(shí)際運(yùn)行過程中，其負(fù)荷會(huì)隨著季節(jié)和用戶負(fù)荷的變化而改變，故很難保證空調(diào)系統(tǒng)一直處于額定的運(yùn)行條件。這種與設(shè)計(jì)運(yùn)行條件的差距導(dǎo)致了空調(diào)系統(tǒng)管路及水泵的能量損耗。變頻控制不僅能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能降耗的要求，更能借助其動(dòng)態(tài)的速凍控制及軟啟動(dòng)功能降低設(shè)備的振動(dòng)及磨損，從而利于設(shè)備使用壽命的延長。此外，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中對冷水機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行數(shù)量進(jìn)行調(diào)整也利于節(jié)能的實(shí)現(xiàn)[3]。

3.2.1冷水泵變頻控制技術(shù)

實(shí)際中，中央空調(diào)系統(tǒng)的電能消耗主要由冷水機(jī)組和冷水、冷卻水及冷卻塔的風(fēng)機(jī)產(chǎn)生。若各個(gè)冷水的末端用戶均能實(shí)現(xiàn)良好的自動(dòng)控制，則冷水機(jī)組的制冷量就應(yīng)當(dāng)隨用戶實(shí)際需求的改變而變化。此時(shí)，通過合理的對冷水機(jī)組的運(yùn)行數(shù)量進(jìn)行調(diào)控，就能夠提高系統(tǒng)的能耗比，降低冷水泵、冷卻水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)的電能消耗。

系統(tǒng)的冷水機(jī)能夠根據(jù)負(fù)荷的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)自身的功率，在負(fù)載功率較小的情況下，若水溫達(dá)到預(yù)設(shè)值，則冷水機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)停機(jī)操作。然而，減少冷水的流量會(huì)對系統(tǒng)主機(jī)的開機(jī)時(shí)間造成影響，主機(jī)的功率相對水泵較大，且冷卻泵和冷卻塔仍需運(yùn)行，這樣反而容易增加了系統(tǒng)的電能損耗。所以系統(tǒng)的冷水泵一定要當(dāng)冷水機(jī)組運(yùn)行于高效率區(qū)間時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的變頻調(diào)速操作，使得冷水流量高于冷水機(jī)高效率運(yùn)行所需的流量。同時(shí)，為了避免水泵工作過程中喘振現(xiàn)象的發(fā)生，并保證冷水機(jī)組正常運(yùn)行的最小流量，應(yīng)當(dāng)對冷卻水泵的變頻控制進(jìn)行限制，例如，將最低頻率限制在30HZ。

3.2.2冷卻水泵變頻控制技術(shù)

對于系統(tǒng)冷卻水泵的變頻控制，應(yīng)當(dāng)在保證冷水機(jī)組高效率區(qū)間工作所需冷卻水流量的條件下，以冷水機(jī)組的負(fù)荷、冷卻水的溫度變化為依據(jù)進(jìn)行。例如，可以將冷卻水總管供回水溫差作為相應(yīng)的控制變量，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載條件發(fā)生變化時(shí)，冷水機(jī)組加、減載，冷卻水供回水溫差產(chǎn)生變化，此時(shí)控制冷卻水泵運(yùn)行頻率做出相應(yīng)變化。依據(jù)相關(guān)技術(shù)要求，該溫差一般是5℃，通過將設(shè)定的5℃溫差和冷卻水供回水溫差進(jìn)行對比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對冷卻水泵的變頻控制，能夠?qū)崿F(xiàn)最大程度的節(jié)能效果。

具體的控制過程是：相應(yīng)的控制器通過不斷的采集冷卻水供回水溫度的數(shù)據(jù)，對溫差進(jìn)行計(jì)算，并和預(yù)設(shè)值5℃進(jìn)行比較操作，經(jīng)過相應(yīng)的比例、微分、積分調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對水泵運(yùn)行速度的閉環(huán)控制。與此同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)軟件則對冷卻水泵的綜合效率進(jìn)行分析，給出最優(yōu)的運(yùn)行模式，并把相應(yīng)的控制策略以指令的形式發(fā)送給變頻設(shè)備及電機(jī)，確保電機(jī)達(dá)到最優(yōu)的節(jié)能運(yùn)行效果。

4 總結(jié)

在實(shí)際的樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)中，為了充分發(fā)揮系統(tǒng)的性能，需要相關(guān)單位對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃、現(xiàn)場施工等環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)。隨著現(xiàn)代信息和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的日益發(fā)展，集成化、智能化及網(wǎng)絡(luò)化成為樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，而系統(tǒng)集成和通信網(wǎng)絡(luò)更是相關(guān)研究的重中之重。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙正奕.樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)工程應(yīng)用簡介.水運(yùn)工程.2002（5）

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[3]杜星. 樓宇控制系統(tǒng)優(yōu)化與改進(jìn)設(shè)計(jì). 武漢科技大學(xué). 2012（4）