第1章 楼宇自控系统

1.1 系统概述

       我们采用楼宇自动控制系统对大楼内的机电设备进行监控管理，该系统一方面为大楼提供健康、舒适、洁净的空气环境，另一方面监控和保障各种设备的正常运行。

       从统计数据来看，空调系统占整个大楼的耗能在50％以上，而大楼装有楼宇自动化系统(BA)以后，可节省能耗约25％，节省管理人员约30％。现代化大楼内部的机电设备数量急剧增加，这些设备分散在大楼的各个楼层和角落，若采用分散管理，就地监测和操作将占用大量人力资源，有时几乎难以实现。如采用楼宇自动化系统，利用现代的计算机技术、控制技术、网络技术和图形图像处理技术，便可实现对所有机电设备的集中管理和自动监测，确保楼内所有机电设备的安全运行，提高大楼内工作人员的舒适感和工作效率，长期保持设备的低成本运行。一旦设备出现故障，系统能够及时知道何时何地出现何种故障，使事故消除在萌芽状态。

       为了将XXX号地块项目建成一个具有国内先进水平的现代化服务大楼，向在大楼内的工作人员提供安全、舒适、便利、快捷的服务，建立先进和科学的综合管理机制，提高服务水平，所以我们设计了一套具有最新技术、高运作效率、低维护成本、高可靠性和高性价比的楼宇设备控制系统。我们本着“以人为本”，综合考虑投资效费比与长期使用及维护成本，实际使用效果等因素选用浙大中控公司生产的OPTISYS楼宇控制设备。

       OPTISYS系统对建筑物内的所有空调系统设备、通风排风设备、冷热源设备、给排水系统设备、照明设备、电梯等实行自动监测和控制，并同时收集、记录、保存及管理有关系统的重要信息和数据，达到提高运行效率，保证服务环境的特殊需求，节省能源，节省人力，最大限度延长设备寿命的目的。

2. 设计原则

       本方案所提供的楼宇自控系统，遵循下述原则：

先进性：

       采用国际上先进的“分布式控制系统”，通过中央监控系统的计算机网络将各层的控制器，现场传感器、执行器及远程通信设备进行联网，实现集中管理和分散控制的综合监控及管理功能。系统支持目前业界先进的主流技术。

安全性：

       系统的构成能保证系统和信息的高度安全性,采取必要的防范措施，使整个系统受到非法入侵或意外故障时，对系统破坏限制在最小程度。同时在系统控制方案的设计中，充分考虑安保、消防等方面的要求，采取切实可行的联动措施，保障建筑内人员的健康和安全，以及建筑设备的安全运行。

可靠性和容错性：

       分散控制、集中管理的特点，保证每个子系统都能独立控制，同时在中央工作站上又能做到集中管理，使得整个系统的结构完善、性能可靠。

可扩展性：

       系统方案中的总线能力、软件资源、DDC I/O点均应留有一定的余量，以便根据业主要求灵活增加少量控制点而无需增加额外的费用。另外，我们选用的BA系统，允许在统一的集成监控平台下，扩展新的控制网络总线，所以系统规模可以成倍增加。

可集成性：

       系统具有充分的开放性能。OPTISYS系统，具有与其它建筑设备和系统产品进行数据通讯的能力,，以便建立以BA为基础的建筑设备集成管理系统(BMS)，同时BA系统应能向集成系统提供通信接口，具有和第三方作数据交换和信息共享的能力，以便后期根据业主要求实现管理信息系统集成。

开放性和互操作性：

       系统容许不同厂家的产品组成一个完整的建筑设备自动化系统，并容许不同厂家的标准产品相互替换，以便系统今后的维护、扩展、更新。

经济性：

       以切合大楼的实际情况为出发点，对各设备的监控方案进行优化，充分考虑实际需求，杜绝重复投资，使系统具有较高的性能价格比。

易操作性：

       方案推荐一套完整的具有良好人机界面的软件系统，包括操作系统及应用软件，以支持BA系统的正常工作。系统的操作界面为中文图形界面，采用网页化的浏览方式。

3. 总体设计

3.1 拓扑结构

3.2 设计说明

       我们向业主推荐的OPTISYS系统来实现杭政储出（2013）43号地块项目的楼宇自控系统，主要基于以下考虑：

1) 产品品质的考虑

       对建筑品质的追求无疑是建筑建设的主要目标。

       以优秀的产品品质著称的浙大中控公司，作为国内楼宇管理、暖通空调控制、的市场领导者，为世界各地的客户提供创新解决方案，这些解决方案能够增强住户的舒适性和安全性，并优化楼宇设施的管理，提高能源效率。系统做到可靠性、实用性、经济性，并具有可扩展性。

2) 产品的先进性、适用性

OPTISYS系统采用了单层网络结构和先进的现场总线控制技术，使得OPTISYS集散系统无论在可靠性和技术上都是世界领先的水平。

4. 工作界面

       系统采用集散式管理模式，“集中管理、分散控制”。

       本系统由监控机房的主计算机、分布在大楼各处的DDC分站、通讯线路、各种现场检测和执行装置组成，形成集散控制系统。

       杭政储出（2013）43号地块项目楼宇自控系统共配置11台PCS300系列DDC控制器，通过以太网交换机组成控制主网络，通过CAN总线分别另扩展了DDC箱，以满足空调系统设备、送风排风设备、冷热源设备、给排水系统设备、照明设备等设施的监控、管理要求。

5. 系统设计说明

5.1 冷热源系统

1) 监控内容

Ø  冷水机组手/自动状态、运行状态和故障状态、启停控制；

Ø  冷冻水泵/冷却水泵的手/自动状态、运行状态、故障状态、启停控制；

Ø  冷冻水总管（冷冻水/空调热水）供、回水温度压力和回水流量；

Ø  分集水器温度、压差，旁通阀开度调节；

Ø  冷却塔风机的运行状态、故障报警、手/自动状态、启停控制；

2) 控制内容

Ø  定时控制：按照预先编排的时间程序控制系统启停；

Ø  对冷水机组台数进行控制；对冷水机组运行顺序的转换进行控制；根据水系统的供回水温差和流量计算空调系统的冷(或热)负荷，以此来对冷水机组、冷/热水泵、冷却水泵、冷却塔风机、冷却塔进水阀及相关的水阀实现联动控制,同时监视其运行状态及故障状态。根据实际的冷/热负荷来决定机组的后停台数，以达到最佳的节能效果。根据控制器内部存储的机组累计运行时间，对机组进行时间均衡调节，系统为优先权设计：需要启动时，开启累计运行时间最短的机组；需要关闭时，关闭累计运行时间最长的机组；

Ø  按照正确顺序一次连锁启停设备

Ø  启动顺序为：对应冷却水、冷冻水管路上的阀门立即开启；冷却塔风机、冷

Ø  却水泵、冷冻水泵的启动延迟2~3min启动；制冷主机延迟3~4min执行。

Ø  停止顺序为：立即切断主机电源；冷却塔风机、冷却水泵、冷冻水泵的启动

Ø  延迟2-3min关闭；对应冷却水、冷冻水管路上的阀门立即关闭。

Ø  根据空调水供、回水总管压差，PID调节旁通阀开度，保持集分水器供水压力稳定；

Ø  中央站彩色动态图形显示、记录各种参数、状态、报警，记录累计运行时间及其他的历史数据等。

3) 通过接口技术来监测冷水机组的各项参数。我们要求冷水机组厂家提供OPC SERVER、MODBUS，通过该OPC SERVER、MODBUS能控制冷水机组，并返回冷水机组检测参数。

图1 冷热源系统人机界面

冷热源群控系统由第三方实施，楼控系统配置接口集成。

5.2 空调/新风系统

1)   监控内容

Ø  风机运行状态、故障报警、手/自动状态、过滤网压差监测

Ø  新风温湿度、回风温湿度、回风CO2浓度、新/回风阀反馈、水阀开度反馈

Ø  水阀开度控制、变频控制、新/回风门控制

Ø  风机启停控制

2)   控制内容

Ø  机组定时启停控制：根据事先排定的工作及节假日作息时间表，定时启停机组。自动统计机组运行时间，提示定时维修。

Ø  监测机组的运行状态、手自动状态、风机故障报警、温度、湿度。

Ø  过滤网堵塞报警：当过滤网两端压差过大时报警，提示清扫。

Ø  回风温度自动控制：以回风温度设定值作为控制目标，以回风温度测量值作为过程变量，以控制阀门作为执行器，采用闭环控制方案一进行PID调节，使回风温度保持在设定值的附近。在夏季工况时，当回风温度高于设定值时，增大阀门开度；当回风温度低于设定值时，减少阀门开度。在冬季工况时，当送风温度高于设定值时，减少阀门开度；当回风温度低于设定值时，增大阀门开度。使回风温度始终控制在设定值范围内。

Ø  二氧化碳控制：二氧化碳传感器测得CO2升高，调节新风和回风阀开度，确保CO2浓度在设定点以下。

Ø  连锁控制，风机启动：回风风阀打开、水阀执行自动控制；风机停止：回风风阀关闭、水阀关闭，在冬季水阀则保持30%的开度，防止冻裂。

Ø  报警功能：风机启停失败、风机故障任一报警均可发出风机系统故障报警，这些硬件故障报警和软件报警都能在手操器和监控中心电脑上显示出来，以提醒操作员及时处理。待故障排除，将系统报警复位后，风机才能投入正常运行。回风空气质量超弛控制新风门、回风门。当回风CO2浓度超过设计值时，超弛打开新风阀，关闭回风门。此控制优先级最高。

图2：空调机组人机界面

5.3 送排风系统

1)  监控内容

      风机开/关控制

      风机运行状态，手/自动状态，故障报警

      地下车库CO浓度监测

2)   控制内容

      根据监测CO浓度与风机实时联动，当CO浓度高于设定值时启动送/排风机；反之则关闭送/排风机。

      时间程序自动启/停送/排风机，具有任意周期的实时时间控制功能。

      监测送/排风机的运行状态、故障信号、手/自动状态，并累计运行时间。

      中央站彩色图形显示，记录各种参数，包括状态、报警、启停时间、累计运行时间及其历史数据等。

图3 排风机人机界面

5.4 PM2.5探测器建设方案

1)  PM2.5：系统可监测环境中的PM2.5浓度，通过健康空气指数带给用户直观的展现，同时具备有害气体自动报警功能。

2)  空调联动功能：空气监测系统会根据数据空气的PM2.5污染程度对空调设备下达指令。

5.5 全热交换机优化方案及系统图

1)   控制方案：

Ø  通过安装在送风风管上的风管温度传感器测量送风温度(AI)。

Ø  通过安装在送风风管上的风管湿度传感器测量送风湿度(AI)。

Ø  通过安装在送风风管上的风量传感器测量送风量(AI)。

Ø  送风机、排风机与相应的各类电动比例二通阀及CAVBOX风阀联锁。

Ø  在各办公层排风风管设二氧化碳测点,根据其浓度调节CAVBOX风阀开度。

Ø  通过安装在送风风管上的风管压力传感器测量风管压力(AI)，根据风管压力调节风机的转速，保持风管微正压。

Ø  中央上位机对全热交换器的启停控制，运行状态显示，新风温度，送风温度,送风压力,，显示电动比例二通阀阀门反馈与控制，各CAVBOX的阀位开度,空气质量显示,变频器频率.

2)   系统原理图：

5.6 风机盘管控制

      通过RS485通讯与OptiSYS系统联网集中监测各FCU302系统的启停状态、制冷/制热状态、电磁阀开关状态、温度设定值、风速状态、统计各档风速的运行时间，控制FCU302系统的启停、风速调节、温度设定等。

      FCU302系统具有阀开阀关两个工作位置，可装设于其温度需加以控制的场所内，温控器打开、关闭电动阀，使室内温度保持在所需的范围（温控范围：5~35℃）。

      FCU302系统的拨动开关是用以对风机及系统进行切换的手动开关。设定为制冷工况时，当设定温度超过室内温度１℃时，自动进入通风状态；设定为制热工况时，当设定温度低于室内温度１℃时，自动进入通风状态。

      FCU302系统开关机可手动实现，也可通过定时功能实现；关机时，显示当前室内温度；开机时，显示设定温度，室内温度，运行模式，风速控制状态等；系统首次加电处于关机状态。

      FCU302系统关机状态下，按“定时”键一次，进入定时开机设定状态；开机状态下按“定时”键一次，进入定时关机设定状态；开机状态下按“温度”键一次，进入定时关机设定状态。

      FCU302型风机盘管温控器图示：

5.7 给排水系统

1、监控内容

      给水泵运行状态，故障报警

      各水箱的高/中/低液位报警

      潜水泵运行状态，故障报警

      集水井的超高/低液位检测报警

2、控制内容

      监视水泵的运行状态，故障报警状态；

      监视集水井的超高、超低液位状态，超过设定液位时，进行液位报警；

      监视生活水箱的高、中、低液位状态，如液位高于设定的高水位时，进行超高液位报警；

      中央站用彩色图形显示上述各参数，记录各参数、状态、报警、启停时间、累计时间和其历史参数，且可通过打印机输出。

                                                                             

图4：排水系统人机界面

5.8 公共照明控制系统

1、监控内容

      运行状态、手/自动状态

      启停控制

      室内/室外照度监测

2、控制内容

      车库等大面积照明区域，通过合理的回路划分，使用控制开关，实现全开、半开、等多种控制模式。

      根据室内/室外照度自动控制照明回路。

      中央工作站实时显示各回路照明运行状态，实现公共照明的统一管理，节省管理人员，节约照明用电。

5.9 第三方接口

冷热源系统、给水泵组、柴油发电机、变配电管理系统、电力监测系统、智能照明系统、能源管理系统、景观照明、泛光照明由第三方实施，本系统配置接口集成。

6. 主要设备技术参数

6.1 CPU模块PAC314-1

      PAC314-1模块是PCS-300楼宇控制系统的CPU模块，可以通过CAN总线使CANOpen协议下挂32个I/O模块，与上位机连接通过10M/100Mbps以太网，另外，该模块还带有1个RS232接口、1个RS485接口（预留），可以支持ISP、Modbus协议和自由协议。本模块可以跟其他不同厂商采用CANOpen协议的I/O模块通讯。

      模块的塑料外壳符合安全标准IP20等级要求，紧凑型设计为装配节约出更多的空间。PAC314-1模块安装容易、维护更换方便，能为系统的二次开发和维护减少很多开支。

技术参数

序号	项目	指标
1	电源	DC18～35V
2	功耗	＜4W
3	背部总线	有，5芯电源和CAN总线
4	处理器	32位RISC处理器，45MIPS
5	实时时钟	内置
6	最多可连接的总线I/O模块数量	32，CANopen协议
7	最大可扩展的数字量输入/输出范围	512点
8	最大可扩展的模拟量输入/输出范围	256点
9	用户程序区	128KB
10	数据存储区	8KB
11	数据掉电保护区	2KB
12	数据掉电保存时间	＞10年，Flash存储
13	编程软件	OpenPCS V5.50符合IEC61131-3标准中文图形化编程；指令表（1L）梯形图（LD）结构化文本（ST）功能块图（FBD/CFC）顺序功能块图（SFC）
14	编程调试口	10/100M以太网
15	每1000条指令执行时间	＜8ms
16	通讯及存储接口	1个以太网；10/100Mbps自适应；1个CAN；最大1Mbps；1个RS485，最大115.2Kbps；1个RS232，最大115.2Kbps；
17	支持的通讯协议	CANopen总线通讯； Modbus UDP/TCP；Modbus RTU； SUPCON FCU通讯；可编程串口通讯；

6.2 数字输入模块DI308-1

      DI308-1为8点无源开关量数字量输入模块，是一个通过CAN总线使用CANOpen协议来传送输入数字量的解决方案。

      DI308-1为PCS300分散式可编程控制器系列之一。

      由于模块采用标准的CANOpen协议，所以可以跟其他采用CANOpen协议的产品兼容。本模块可以应用在楼宇自动化及其他领域。

      DI308-1模块按照DS-401规范来设计。模块的塑料外壳符合安全标准IP20，紧凑型设计为装配节约出更多的空间。DI308-1模块安装容易、维护更换方便，为系统的开发和维护减少了很多开支。

性能指标

型号性能指标		DI308-1
电源		DC 18～35V
CPU刷新频率		100 ms
接线规格		0.5-2.5 mm2
输入信号类型		最大频率：15Hz;最小脉冲宽度：20ms; 最小脉冲间隔：33 ms;最大抖动时间：5 ms;
输入点数		8
隔离方式		光耦隔离
ON条件		触点闭合/输入电压<1V
OFF条件		触点断开/输入电压>2V
输入阻抗		ON：约650ohm OFF：约10.7ohm
最多同步输入点数		全部
公共端配置		全部
功耗	所有输入为ON	1.2W（72.1mA/24V）
	所有输入为OFF	0.7W（33.1mA/23.5V）
状态指示		ON状态指示

6.3 数字输出模块DO304-2

      DO304-2为4点继电器数字量输出模块，是一个通过CAN总线使用CANOpen协议来传送输出数字量的解决方案。DO304-2为PCS300分散式可编程控制器系列之一。

      由于模块采用标准的CANOpen协议，所以可以跟其他采用CANOpen协议的产品兼容。本模块可以应用在楼宇自动化及其他领域。

      DO304-2模块按照DS-401规范来设计。模块的塑料外壳符合安全标准IP20，紧凑型设计为装配节约出更多的空间。DO304-2模块安装容易、维护更换方便，为系统的开发和维护减少了很多开支。

性能指标

型号 性能指标		DO304-2
输出方式		继电器输出
输出点数		4点
额定触点电压/电流		24VDC，2A/点;     220VAC，2A/点
最大触点电压		250VAC，30VDC
最小触点容量		5VDC，10mA
响应时间	OFFàON	最大10ms
	ONàOFF	最大10ms
最大开关频率（额定负载）		1800次/小时
继电器寿命		额定电压电流下大于300，000
状态指示		ON状态指示
电源功耗	输出全为OFF时	1.0W
	输出全为ON时	2.7W
状态指示		ON指示
CPU刷新频率		<10ms
电气隔离		>3000V
接线规格		0.5-2.5 mm2
隔离方式		继电器隔离
电源		DC18～35V

1.6.4  模拟输入模块AI304-1

AI304-1模块是一个通过CAN总线使用CANOpen协议来传送通用模拟量输入的解决方案。作为PCS300系统的I/O模块。AI304-1为热电阻、电压电流模拟输入模块。

由于模块采用标准的CANOpen协议，所以可以跟其他采用CANOpen协议的产品兼容。本模块可以应用在楼宇自动化及其他领域。

AI304-1模块按照DS-401规范来设计。模块的塑料外壳符合安全标准IP20，紧凑型设计为装配节约出更多的空间。AI304-1模块安装容易、维护更换方便，为系统的开发和维护减少了很多开支。

性能指标

6.5 模拟输出模块AO304-1

      AO304-1模块是一个通过CAN总线使用CANOpen协议来传送输出模拟量的解决方案。作为PCS300系统的I/O模块，AO304-1可有如下的配置 ： AO304-1：4点、输出类型0—10V，2—10V，10—0V，10—2V（可选）。由于模块采用标准的CANOpen协议，所以可以跟其他不同厂商采用CANOpen协议的产品兼容。本模块可以应用在楼宇自动化及其他领域。AO304-1模块按照DS-401规范来设计。模块的塑料外壳符合安全标准IP20，紧凑型设计为装配节约出更多的空间。AO304-1模块安装容易、维护更换方便，为系统的开发和维护减少了很多开支。

技术参数

6.6 风管式CO2传感器C02F-10

      CO2F-10是一款安装方便、操作简单、成本低廉的风管式二氧化碳传感器。它是专门为智能化楼宇以及其他需要检测二氧化碳含量的场所而设计的变送器。该传感器适用于风管安装，其外型具体如下图：

产品特点

      1. 高性能NDIR数字式传感器及电路，保证精确测量和温度补偿；

      2. 良好的长期稳定性和可靠性；

      3. 响应速度快；

      4. 轻巧外壳，美观大方；

      5. 多种输出方式可选；

技术指标

      传感器：NDIR传感器，带ABC校验功能主动气体扩散；

      精度：3%~5%；

      迟滞：<±1%RH；

      响应时间：<10s （30cc/min,慢流速空气）；

      年漂移：<±10ppm；

      量程：0~2000ppm；

      输出：4~20mA或0~10V；

      电源：24VAC或24VDC，±10%；

      工作环境：0~50℃，0~95%RH（非冷凝）；

      储运温度：-20~80℃；

      材料：ABS外壳；

      防护：IP65；

6.7 风道温度传感器TFR1

      TFR1系列风道温度传感器，适用于通风空调系统，能用于排风、回风、送风、新风等风道空气温度的测量。

      可以精确测量动态的温度，Pt-1000铂电阻输出，125mm长度，带有6mm黄铜探测元件。

技术参数：

      精度：±0.2℃；

      输出信号类型：Pt-1000铂电阻输出；

      传感器探针长度：125mm长度；

      高精度传感器，具有良好长期稳定性；

      轻巧外壳设计，美观大方；

      较高等级防护，可达IP65

6.8 液位开关LI-1

      液位开关是利用塑胶射出一体成型，所以结构坚固，性能稳定可靠，安装方便，对长距离多点控制、沉水泵、有波动的液体或有杂质的液体控制效果佳。构造简单、不需保养、污水净水皆可使用。

技术参数

      微型开关接点容量：10(8)A 250V  10(4)A 400V；

      开关寿命：≥ 50000次 （按VDE标准测试）；

      保护连接：T70U；

      防护等级：IP68；

      工作温度：－10～60℃；

      最大工作压力：1 Bar。