寧波南站空調(diào)子系統(tǒng)建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)設計

劉 園

[同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司, 上海 200092]

寧波南站空調(diào)子系統(tǒng)建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)設計

劉 園

[同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司, 上海 200092]

介紹了寧波南站建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)的構成、組網(wǎng)形式及其子系統(tǒng),著重分析了空調(diào)子系統(tǒng)的監(jiān)控實現(xiàn)方式。指出空調(diào)建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)就地操作,并結合能源管理系統(tǒng)對站房內(nèi)各子系統(tǒng)進行用電監(jiān)控。

空調(diào)系統(tǒng); 建筑設備監(jiān)控系統(tǒng); PID控制; 直接數(shù)字控制器

0 引 言

近年來,我國鐵路建設快速發(fā)展,并已建成一批大型鐵路客運站。隨著這些車站規(guī)模的擴大和運輸工作量的增加,其生產(chǎn)性耗能也急劇增大。本文結合寧波南站設計實例,介紹了其空調(diào)子系統(tǒng)建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)(Building Automation System,BAS)的監(jiān)控實現(xiàn)方式,以期為類似車站建筑智能化設計提供參考。

1 工程概況

寧波南站總建筑面積為119 634 m2,中央監(jiān)控室設在東南側消防控制室內(nèi)。

1.1 BAS組成

寧波南站BAS由中央監(jiān)控工作站、通信前置機、樓宇自動化服務器、后臺交換機、工業(yè)以太網(wǎng)交換機、不間斷電源、現(xiàn)場直接數(shù)字控制器(Direct Digital Controller,DDC)、通信網(wǎng)關、設備末端傳感器/執(zhí)行器組成。

主系統(tǒng)KT4000為一個集中管理、分散控制的分層、分布式系統(tǒng),具有以下特點:

(1) 高效可靠,提高了系統(tǒng)容錯能力。

(2) 模塊化系統(tǒng),易于擴展。

(3) 很強的聯(lián)網(wǎng)能力,與其他開放通信協(xié)議的產(chǎn)品或系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng),使用戶方便對所有設備或子系統(tǒng)進行監(jiān)控,大大提高管理水平及工作效率。

智能DDC KT90J為小型可編程邏輯控制器模式設計,使用RS-485通信服務技術,具有傳送速度快、穩(wěn)定可靠、安裝方便等特點,實現(xiàn)電流、電壓、溫/濕度傳感器、閥門開度、流量等的測量及供電設備(接觸器、斷路器等)控制和狀態(tài)監(jiān)測,支持Modbus規(guī)約,全面實現(xiàn)“四遙”。

KT4000后臺程序擴展靈活,編程方式?jīng)]有限制,可滿足各種不同要求。

1.2 BAS網(wǎng)絡通信

在現(xiàn)場控制器集中的區(qū)域設置環(huán)網(wǎng)光纖交換機,作為站房內(nèi)的區(qū)域通信節(jié)點。交換機通過光纖連接在一起,具備環(huán)網(wǎng)自愈功能,構成BAS系統(tǒng)的現(xiàn)場通信主網(wǎng)絡?，F(xiàn)場DDC具備RS-485通信接口,通過通信線就近接入光纖交換機。

BAS組網(wǎng)如圖1所示。

1.3 第三方數(shù)據(jù)集成

各種具備通信接口的機電設備或第三方子系統(tǒng)通過通信設備就近接入BAS通信網(wǎng)絡,實現(xiàn)與中央監(jiān)控系統(tǒng)的通信,如電動扶梯、應急電源、變制冷劑流量室外空調(diào)、機房專用節(jié)能空調(diào)、綜合變電所、柴油發(fā)電機、商業(yè)變電所、南/北站房冷凍站/換熱站冷水機組、智能照明及火災自動報警系統(tǒng)等。

圖1 BAS組網(wǎng)

2 監(jiān)控子系統(tǒng)

BAS采用分層、分級、分布式結構,各子系統(tǒng)之間是既獨立又關聯(lián)的關系。整個系統(tǒng)由六大子系統(tǒng)(包括空調(diào)監(jiān)控子系統(tǒng)、智能照明控制子系統(tǒng)、配電監(jiān)控子系統(tǒng)、電梯監(jiān)控子系統(tǒng)、給排水監(jiān)控子系統(tǒng)、變配電監(jiān)控子系統(tǒng))及一套中央集控系統(tǒng)組成。

3 空調(diào)BAS子系統(tǒng)

空調(diào)系統(tǒng)由冷熱源、冷卻裝置、水系統(tǒng)及空調(diào)末端設備及變制冷劑流量系統(tǒng)、機房專用空調(diào)、分體空調(diào)等組成。

在南/北站房分別設置一個冷凍/換熱站,兩套冷熱源系統(tǒng)各自獨立。每個主機房內(nèi)設置的三臺冷卻水泵,與冷水機組、冷卻塔一一對應。進站廣廳、基本站臺候車區(qū)、高架候車區(qū)等區(qū)域等均采用組合式空調(diào)機組。各層因使用方式的不同而采用不同的氣流組織及回風方式。

冷熱源系統(tǒng)設備多、情況復雜,常采用兩個或多個DDC對其進行監(jiān)控,包含冷水機組、冷卻塔、換熱系統(tǒng)等。冷水機組包含冷水機組主機、蝶閥、冷水泵、冷卻泵、集水器、分水器、補水系統(tǒng)及各類傳感器等;冷卻塔包含冷卻塔風機、蝶閥等;換熱系統(tǒng)主要由板式換熱器、水循環(huán)泵及相關傳感器等組成。

4 監(jiān)控實現(xiàn)方式

DDC依據(jù)站內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)設備的分布情況進行選擇,通常某區(qū)域內(nèi)的空調(diào)為集中成組監(jiān)控。當監(jiān)控點位較多、邏輯較復雜時,選用單DDC監(jiān)控單空調(diào)的方式。DDC的選擇方式從系統(tǒng)完整性、模塊性能集中性、實際操作方便性、后期維護可行性等方面考慮。DDC分層控制圖如圖2所示。

圖2 分層監(jiān)控圖

4.1 實時就地監(jiān)控

寧波南站BAS在常規(guī)DDC遠程及現(xiàn)場手動控制相結合方式的基礎上,新增了實地觸摸屏監(jiān)控操作功能。在空調(diào)、冷熱源等系統(tǒng)DDC上配置了新型的KT90JM模塊,可以實現(xiàn)就地操作、邏輯判斷、信息預覽、故障解析等功能。

冷熱源及空調(diào)系統(tǒng)共采用26套DDC監(jiān)控,其中冷熱源系統(tǒng)使用A-DDC7-1、A-DDC7-2、A-DDC8-1、A-DDC8-2等4套DDC;站臺夾層、高架層、高架商業(yè)層的空調(diào)采用22套DDC監(jiān)控?？照{(diào)系統(tǒng)中的邏輯關系可在觸摸屏中實現(xiàn)。

DDC、觸摸屏及遠程后臺控制結合具有以下功能:

(1) 信息采集的分級性。DDC、觸摸屏及遠程后臺可將現(xiàn)場冷熱源系統(tǒng)中各設備的信息分層、分級進行采集、上傳及整合、處理。因其在整個BAS系統(tǒng)中所處的位置不同而顯示其分級的明顯性,在金字塔式的結構中越向頂端時其信息越豐富,整合及決策的方式越可靠。

(2) 信息整合的靈活性。設備系統(tǒng)信息常由DDC、傳感器、監(jiān)測單元等采集而來。在整合的過程中可采用就地、遠程等方式將信息集中處理,因此DDC、觸摸屏及遠程后臺在信息采集、整合的過程中,從不同的角度,采用不同手段將信息完備、全面地收集起來,具有很強的自由度及防干擾性。

(3) 系統(tǒng)操作的可靠性及應用多樣性。多級、多點式的操作方式,在實際應用中顯示出可靠性,后臺、監(jiān)控箱、設備附近均可實現(xiàn)系統(tǒng)的控制及操作,因此多系統(tǒng)間信息共享的多樣性有一定的增強及提升。

4.2 空調(diào)PID控制調(diào)節(jié)

該系統(tǒng)中使用的自動控制原理就是經(jīng)典控制理論中的一種單回路閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)原理。PID原理如圖3所示,其中,Kp為比例常數(shù)值;Ti為積分時間;S為演算子;Td為微分時間。

圖3 PID原理

PID調(diào)節(jié)是依據(jù)目標值與被測值間的差值,利用比例、積分、微分的手段對被控物理量進行調(diào)整,直到反饋量與目標量基本相等,最終達到預期的效果。

BAS利用PID原理分析整合后提取以下幾個參數(shù)作為遠程控制的因子:比例系數(shù)、微分系數(shù)、積分系數(shù)、可定期望值、PID定時處理周期及控制間隔參數(shù)等。

對于空調(diào)系統(tǒng),房間內(nèi)舒適環(huán)境是BAS系統(tǒng)調(diào)整及控制的主要目標。寧波南站空調(diào)系統(tǒng)采用Perix類PT1000型傳感器,返回信號可選4～20 mA或0～10 V。在過程控制中,按偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)等參數(shù)進行控制。

KT4000可通過參數(shù)的設置進行實時的PID調(diào)節(jié)及周期調(diào)節(jié)。PID中控制測量對象(傳感器)有溫度、濕度、CO2及空氣質量等參數(shù)(傳感器);控制執(zhí)行器主要指風閥及水閥的調(diào)節(jié)器、頻率控制器等。常規(guī)測試后P、I、D可分別采用1.0、0.2、0.2。期望值可根據(jù)被測區(qū)域的目標值設定,如可設置候車廳室內(nèi)溫度為20 ℃。

在KT4000后臺中可直接設置“開啟PID”和“關閉PID”按鈕進行暖通系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)。在具體的應用中,車站操作人員可依據(jù)季節(jié)、區(qū)域、人流等各種因素來選擇性地進行PID的開啟與關閉。某空調(diào)設備運行圖如圖4所示。

圖4 某空調(diào)設備運行圖

5 改進及建議

空調(diào)系統(tǒng)因包含的設備種類繁多、功能復雜、耗電量大,已成為鐵路站房內(nèi)功能亟待優(yōu)化、實用效率需加強以及節(jié)能減排性能迫切提升的一個重大系統(tǒng)。

(1) 該工程增強了觸摸屏的現(xiàn)場操作,對信息的采集、整合、分析與處理的效率起到了促進作用。

(2) 結合能源管理系統(tǒng),對站房內(nèi)各子系統(tǒng)進行各項用電的監(jiān)控,為站房人員提供有力的使用保障,特別是在冷熱源、空調(diào)系統(tǒng)上的節(jié)能探索空間仍然很大。

(3) 需進一步加強建筑設備內(nèi)各子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)、合作、分析與處理,以便車站整體大系統(tǒng)運作,產(chǎn)生更大的效益與價值。

6 結 語

隨著信息、控制、自動化技術的不斷發(fā)展,BAS已成為建筑設備未來集成整合發(fā)展的大趨勢。能源集成系統(tǒng)的出現(xiàn),為BAS在建筑設備中的節(jié)能提供了可靠的前提與保證。今后,應盡可能地挖掘BAS系統(tǒng)的優(yōu)化潛力,不僅能提高鐵路客站的管理服務水平,更能節(jié)省人力、物力及資源能耗。

[1] GB 50348—2004 安全防范工程技術規(guī)范[S].

[2] 寧永生,王琪輝,張英.大型空調(diào)中央監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].暖通空調(diào),2004,34(3):35-37.

[3] 王安華.智能大廈空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的研究和設計[D].重慶:重慶大學,2005.

Design of Building Automation System of Air Conditioning System for Ningbo South Railway Station

LIUYuan

[Architectural Design & Research Institute(Group) Co., Ltd.,Tongji University, Shanghai 200092, China]

As an example of Ningbo south railway station,this paper introduced the system composition,network,and each subsystem of building automation system (BAS).The monitoring implementation modes of air conditioning BAS were analyzed.It is pointed out that the air conditioning BAS can realize the local operating and monitor the each subsystem in station building which combined with the energy management system.

air conditionng system; building automation system(BAS); PID control; direct digital controller(DDC)

劉 園(1981—),男,工程師,從事建筑電氣方面的研究。

TU 855

B

1674-8417(2015)07-0006-03

2015-04-23