第1章 楼宇自控系统

XXX市人才公寓示范小区项目楼宇自控系统主要设计5#办公楼，设备分布在各楼层内，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。但采用楼宇自动化系统，利用现代的计算机技术和网络系统，实现对所有机电设备的集中管理和自动监测，就能确保大楼所有机电设备的安全运行，同时提高大楼内人员的舒适感和工作效率。

楼宇设备自动化系统包括以下子系统，它们包括的范围如下表所示：

1. 系统概述

楼宇自控系统的建设需要充分体现技术的先进性、系统的专业性、功能的复杂性、投资的可行性、建设的实用性等弱电系统建设所特有的专业要求，确保项目建设的顺利实施和按期正常运行。

楼宇设备控制系统应能自动接收各控制器上传的统计信息及设备状态信息（正常、故障及报警），并能记录、打印、分析和管理。可完成功能集成，实现与智能照明、监控和报警等系统的接口和联动功能，能与其他相关的工作站进行接口，配合集成商建成功能完善的物业管理中心。

根据本工程的特点，采用楼宇设备控制系统来实现对各项设备的管理，并实现实行全时间的自动监测和控制，并同时收集、记录、保存及管理有关系统的重要信息及数据，达到提高运行效率，保证特殊生产环境需要，节省能源10%，节省人力，最大限度安全延长设备寿命的目的。

可靠性

系统具备长期和稳定的工作能力。

在设计上充分体现分散控制、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。

系统当中的各级别设备都可独立完成操作，即在同一时刻组成不同级别的集散系统（或不同级别的结构组织形式），使用界面非常亲切，其全套楼宇自控产品、统一的生产管理体系保证了系统的配套性，同时使系统可靠性大为增加。

先进性

在网络扩展方面提供了强大的功能，可与其他厂家的系统或产品（包括各种形式PLC，消防系统等）联接。

网络结构的开放性和兼容性，确保了它和先进通讯技术结合的能力，并且保证系统结构在产品更新换代时的延续性。

经济性

结构形式为模块化，控制方式极其灵活，控制层的维护和扩展极为方便。使得楼宇管理系统可以很方便地扩展，节省初期投资，系统各部分可分别随调试完成投入使用。

2. 设计原则

随着信息技术和计算机网络技术的高速发展，对智能建筑的结构、系统、服务及管理的最优化组合的要求越来越高，提供一个合理、高效、节能、舒适的工作环境势在必行。

楼宇设备控制系统利用现代的计算机技术和网络系统，实现对所有机电设备的集中管理和自动监测，确保建筑内所有机电设备的安全运行并达到最佳状态，又可以节省系统运行能耗，及时发现故障，同时提高大楼内人员的舒适感和工作效率，并可最大限度的延长设备的使用寿命。

我们在楼宇设备控制系统的设计中，主要遵循以下设计原则：

舒适

建筑功能对室内环境舒适度的强调，要求控制管理系统对楼宇设备高精度地控制和调节，从而能提供最舒适的温度、湿度，满足使用需要。

楼宇设备控制系统根据季节、人员和空气流动情况的变化，将各区域的室内温度控制在设计要求的值上，同时参考国际上的通用标准，如ASHRAE舒适标准、ISO7730的热舒适指标PMV等，使楼内楼内环境达到最适宜。

节能

业主对设备的运行成本、管理成本和管理效率十分重视，控制管理系统自动高效地控制设备能耗，完全能够降低运行成本和设备管理成本，提高管理效率；

在满足舒适性的前提下，楼宇设备控制系统通过合理组织设备运行，使大楼的各项设备运行费用为最低。即以能耗值最低为控制目标，进行优化系统控制。

楼宇设备控制系统软件设有节能程序，可以控制设备得以合理运行。如根据办公时间程序来控制送排风系统的开启，根据室内CO2浓度来控制新风量，根据室内外温度湿度来控制风阀开关实现最优化控制等。

通过各种管理软件、优化控制软件和节能软件达到自动控制，以达到降低能耗，配合自控系统的节能式操作，减少不必要的能源浪费。并在硬件上提供防范性保养，对可能发生的设备问题做出事先维修。

安全、可靠

如果楼内的机电设备突然发生故障而停机，将会产生严重后果。楼宇设备控制系统可以从以下几个方面预防这种局面的出现：

随时检查设备的实际负载和额定负载，一旦发现设备过载，立即自动卸载同时向中央控制室发出报警信号，以防损坏贵重设备；

监视设备运行状况，一旦发现其中某台设备运行异常，立即报警通知检修人员前去检查，以防引起更大范围的设备故障；

自动记录设备的累计运行小时数，当累计值达到规定的维修时间时，自动报告中央控制室，及时提醒进行设备检修；

当一组设备中的某台设备出现故障不能继续运转时，自动切换到备用设备；

对于临时停电的情况，当恢复供电后，系统自动执行顺序启动程序，可保证设备投运顺利，避免启动失败对设备的损害。

通过这些检测、报警和处理方式，使大楼对机电设备突发故障具备有效的预防手段，以确保设备和财产安全。

开放

系统结构必须是开放式的，系统支持TCP/IP、BACnet/IP等总线方式，方便今后接入其他系统。

高效

通过对设备运行状况的监测、诊断和记录，早期发现和排除故障，及时发出维护和保养的通知，保证设备始终处于良好的工作状态和大楼的正常运营。

楼宇设备控制系统对设备的有效监控，可使设备的故障率大大降低，同时也使维修工人可以更有效的工作，及时解决设备出现的问题，因此可以减少维修人员的数量；一体化管理方式，使操作、值班和管理人员减少。

3. 总体设计

3.1 拓扑结构

3.2 设计说明

设计本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。

设计的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

系统所配置的网络结构采用星型网络构架，中央控制工作站与现场控制器之间或各个现场控制器之间，均能在同层网络上直接进行通讯。

楼控系统中央管理软件操作系统采用Windows操作系统，配有相关系统软件和开发软件。系统软件由模块化的功能模块组成为便于系统扩展。

系统应提供图形化编程工具，用图形化的操作方法设计控制顺序，编制符合现场要求的应用控制程序。

系统应具有多种操作权限级别和用户口令，只有经过授权的操作人员才能完成系统有关程序和运行参数的增/删和修改。

集中监控和管理机电设备的工作状态，及时诊断、显示设备的故障，进行报警、存储、统计和打印。

现场数字控制器(DDC)具有独立的工作能力。

4. 软件功能

软件支持本方案所阐明的操作及监控系统。这些软件可在每个现场控制器中运行而不仅限于最高级的计算机工作方式。

4.1 控制软件

网络控制器及直接数字式控制器能进行下列各项标准及完备的控制模式：

                                            

两态控制

比例控制

比例加积分控制

比例加微积分控制

控制回路的自动调节

控制软件提供一个备用功能，用以限制每小时装置被控制周期次数。

控制软件对重型装置提供一个延迟开启的功能，用以保护重型装置在过度开启情况下可能造成的损坏。

当停电回复正常后，控制软件将会根据每一个装置的个别启 / 停时间表，对装置发出启/ 停的指令。

4.2 节能软件

提供的节能软件程序能在系统内自动运作而不需要操作人员的介入。同时软件有足够的灵活性，让用户根据现场情况而作出修定。

－每日的预定时间表

－每年的预定日程表

－假期的安排表

－临时超控安排表

－最佳启/ 停功能

－夜间设定点自动调节控制

－焓值切换功能

－用电量高峰期的限制

－温度设定点的重置

4.3 报警管理

报警的管理包括监察、缓冲，储存及将报警显示在操作站上。所有报警应显示有关报警监控点的详细资料，包括发生的时间及日期。

报警根据严重性最少分为三级，以便更有效及快速处理严重的报警。用户可以为不同的报警自行决定严重性的级别。

4.4 监控点历史及动向趋势记录

监控点历史记录

楼宇自控系统内所有监控点的历史都自动存放在有关的网络控制器内。模拟量输入监控点应该每半小时取样本一次，而过去24小时的记录随时可以被用户提出来分析研究。至于两态的输出及输入在过去十次的改变亦记录在网络控制器内以便随时用作参考之用。

动态趋势记录

用户可根据需要利用动向趋势软件应用在系统内任何的监控点，抽取样本的时间可从一分钟一次至两小时一次，由用户根据需要自行选择。每个网络控制器最少可以储存五千个样本资料。

4.5 累积记录

每个网络控制器拥有下列的累积记录，若累积记录超过用户所定下的限额，系统将自动把用户指定的警告讯息发放出来。

运行累积记录－－例如水泵的运行累积时间记录

发生事项的累积记录-例如水泵、风机启/停的累积次数

5. 系统设计说明

5.1 风冷热泵机组

监测内容：

1)机组启停次数，累计运行时间，发出定时检修提示；

2)机组工作状态，故障报警，手动自动状态；

3)冷冻水供回水温度；

4)冷冻水供回水压力检测；

5)监测冷却水泵运行状态,故障报警及手自动状态;

6)监测冷冻水泵运行状态,故障报警及手自动状态;

控制内容：

1)机组启停；

2)通过冷冻水的总供／回水温度，计算出空调系统的冷负荷，

3)根据总供或者回水温度值决定冷冻机的启停组合及台数,以便达至最佳的节能状态；

4)循环水泵的启停；

5.2 热回收型新风换气机组

本项目中新风机组都是两管制机组，主要是为房间空间提供处理后的新风。

1)控制对象：电动调节冷热水阀、风机启停、新风风阀。

2)检测内容：空气过滤器以及风机堵塞信号、风机状态、故障及手/自动状态、送风温湿度等。

3)联锁运行：新风风阀、调节水阀、风机启停联动。

4)报警保护机制：空气过滤器两侧压差超过设定值时自动报警；风机运行发生故障时自动报警并停机。

5)控制方法：根据送风温度的实际值与设定值来调节水阀。

5.3 送排风系统

1)控制对象：风机.

2)检测内容：风机状态、故障及手/自动状态。

3)控制方法：对风机进行自动启、停控制并监测运行状态。按照预先排定的工作程序表启停机组。

4)联锁运行：对送、排风机联锁（或各自独立手动强制）启停；

5)报警保护机制：风机运行发生故障时自动报警并停机。

5.4 电梯系统

电梯系统的检测：对电梯的运行状态、故障及手/自动状态、上/下行状态进行监视。

5.5 风机盘管控制

1)联网控制，本控制系统每套包括一风机盘管控制器和一电动二通阀；

2)由温控器内置式温度传感器测得的实际房间温度和人工调整温控器上房间温度设定点的差值，自动开关电动二通水阀，使房间温度等于设定值；

3)人工调整温控器上风机三速开关和设备启停。

4)采用联网型温控器可以实现控制中心对风机盘管工作状态进行控制，在办公区采用温控器可以实现定时启停风机盘管，可以由控制中心强制设定房间温度，从而实现最大程度的节约能耗。在办公区，联网型温控器可以与办公区的使用关联起来。当上班前，系统会自动控制相应房间的温控器使其进入节能工作方式，工作中，可以按个人的意愿随意调节温度，下班则进入关闭模式 。

5)温控器工作原理：温控器依据设定的工作状态、风速及温度，根据当前的环境温度，控制中央空调末端风机及电动水阀的开关，从而达到控制室温的目的。

6)应能够通过带网络控制接口的风机盘管系统实现在控制中心设定和控制盘管工作状态。系统采用分散控制、集中管理的结构。系统通过对风机盘管的控制，控制出风量及温度设定值：根据实际施用情况起动风机，达到节省电量、水量，以求达到更高的经济效益。

5.6 给排水系统

生活水泵：自动监测控制箱手/自动控制状态、水泵运行及故障状态，提示定时维修。生活热水泵的启停控制由设备自带的控制箱（柜）完成。

5.7 第三方接口

1)电梯系统高阶接口

2)冷热源系统高阶接口

3)智能照明系统高阶接口

4)变配电系统高阶接口

6. 主要设备技术参数

6.1 紧凑型系列

PXC16

除了有楼宇和系统管理的基本功能外，PXC16 控制器提供16 个输入输出点，其中包括8 个可软件配置的通用输入输出点。这些点有：3 个通用输入（UI），5 个通用输入输出（U），2 个数字量输出（DI），3 个模拟量输出（AOV）和3 个数字量输出（DO）。

规格说明：

通用输入和通用输入输出点，可以通过软件设定信号的类型，包括：

0-10V输入；

4-20mA输入；

数字量输入；

脉冲累积输入；

1K（32oF）镍电阻温度传感器（L&G镍1K）；

1K（32oF）铂电阻温度传感器（375或385alpha）；

10K 2型负温度系数热敏电阻；

100K 2型负温度系数热敏电阻；

0-10V 模拟量输出（仅通用输入输出点）。

超级通用点（仅PXC-24）可以通过软件设定信号的类型，包括：

0-10V输入；

4-20mA输入；

数字量输入；

脉冲累积输入；

1K（32oF）镍电阻温度传感器（L&G镍1K）；

1K（32oF）铂电阻温度传感器（375或385alpha）；

10K 2型负温度系数热敏电阻；

100K 2型负温度系数热敏电阻；

0-10V模拟量输出；

4-20mA模拟量输出；

数字量输出（用于外部继电器）。

数字输入点（仅PXC-16）为干结点；

数字输出点为100/200V 4 Amp C型继电器；有LED灯指示每个继电器的状态；

模拟量输出点为0-10V；

电源：24V直流电源为输入输出点和传感器可靠供电。电源安装在PXC内部，无需外接电源，安装及维护方便；

电源同处理器协同工作，保证了I/O所控设备的平稳功率升降，甚至在持续低电压的情况下；

尺寸（长×宽×深）：10.7"×5.9"×2.45"（272mm×150mm×62mm）；

处理器，电池和内存：

处理器：Motorola MPC852T（PowerPC®）；

处理器时钟频率：100 MHz；

内存容量：24 MB（16 MB SDRAM，8 MB Flash ROM）SDRAM。

通讯：

模数转换（A/D）分辨率（模拟输入）  16位；

数模转换（D/A）分辨率（模拟输出）  10位；

以太网/IP自控层网络（EALN）：10Base-T or 100Base-TX compliant；

RS485自控层网络（ALN）：1200 bps to 115.2 Kbps；

RS485 P1 自控层网络（FLN），限于特定的型号，需额外的许可4800 bps to 38.4 Kbps；

人机接口（HMI）：RS-232 compliant，1200 bps to 115.2 Kbps；

USB设备接口：1.1和2.0标准USB设备接口，全速12 Mbps，低速1.5 Mbps，B 型母接口。

电气：

电源要求：24 Vac ±20% 输入50或60 Hz；

功耗：20 VA（24 Vac时）。

运行环境：

工作环境温度：32°F到122°F（0°C到50°C）；

室外型（扩展温度范围）工作环境温度：-40°F到158°F（-40°C到70°C）；

运输和存储环境：-40°F到185°F（-40°C到85°C）；

安装表面：直接装于设备表面，楼宇墙面或结构上。

6.2 硬件

输入输出点

控制器包括多个输入输出点，这些点执行A/D 或D/A 转换、信号处理、点命令输出、与中央处理器通讯。接线端子可插拔，便于接线。

通用输入输出点使用西门子TX-I/O 技术，可以通过软件设定信号的类型，包括0-10V，4-20mA，Ni1000，1K RTD，10K RTD，10K 或100K 的热敏电阻，数字或脉冲输入。通用的输入输出点能提供0-10V 的模拟量输出。模拟量输出点输出0-10V，数字量输入为干接点，数字量输出为110/220V 4Amp C 型继电器输出。

电源

为输入输出点和传感器提供24V 直流电源。电源安装在控制器里面，避免了外接电源，安装及维护方便。

处理器与电源配合工作保证I/O 点平稳的起停设备，尤其是在特殊的情况下。

控制器中央处理器

控制器包含一个多任务的微型处理器，用于程序执行、与I/O 点和网络中其他控制器的通讯。

控制器提供一个RS232 的编程口，该端口支持很多操作设备（例如就地操作面板或CRT 终端）。

RJ45 插头可快速方便的插入。控制器还提供调制解调器的接口用于拨号接入。

PXC 控制器中RAM内存中的程序和数据库受到电池保护。在外部电源断电的情况下，不必重新。

编写程序和录入数据库。如果需要更换电池，控制器上的LED 指示灯会提示“低电量”。

固件版本程序（Firmware），包括操作系统存储在不可擦写的ROM 内存中。现场对ROM 内存的升级非常方便。这样使得对控制器的升级成为可能。

电压不足以及功率保护电路可以很好的保护控制器不受电源波动的影响。

LED 灯还指示控制器的运行状态。可编程控制，应用更灵活。

PXC 系列控制器是高性能的控制器，允许用户对每台控制器针对不同的应用编写程序。每台控制器的程序因为控制对象的不同而不同，经过无数次验证的PPCL 编程语言是一种类似于BASIC 的编程语言，提供直接的数字控制和能源管理逻辑，使得对设备的控制更精确、更节能。

6.3 主要功能

(1)可编程控制，具有灵活的应用

  PXC是高性能的控制器，允许用户根据为每个控制器配置适当的硬件和程序。

  各控制器的控制程序都是特定编写的，可精确配合应用，已经验证的可程控语言（PPCL）是一种“BASIC”类型的编写语言。它可提供直接数字控制和能源管理，且可精确控制设备并充分利用能源。

(2)全局信息访问

控制器配有一个RS-232通讯端口，该端口支持很多操作设备（例如CRT终端或就地操作面板）。RJ45插头可快速方便的插入。控制器还提供调制解调器的接口用于拨号接入。通过该端口连接的设备可以获取控制器所有的信息。

(3)多操作员访问

多个操作员可同时地进入网络。当本地操作员正在操作系统，而另一个远程操作员经由调制解调器也正在访问系统时，这个功能很有用处。多个操作员访问的功能确保当一个操作员通过本地存取信息时，报警会传送至报警打印机。

当使用以太网ALN时，多个操作员可通过同时的Telnet会话或本地操作员的端口访问控制器。

(4)菜单式操作界面

模块化现场控制器有一简单明了的菜单提供的操作界面。该界面提供诸如以下一些功能：

  监控点监视和显示

  监控点命令

  多个监控点的历史趋势记录和显示

  设备时间表

  可编程语言（PPCL）的程序编辑和修改

  报警报表和应答

  动态信息的连续显示

(5)内置直接数字控制程序

  PXC现场控制器采用独立的直接数字控制（DDC），可提供正确地HVAC控制及有关系统操作的全面性信息。控制器在现场中从传感器接收信息并直接控制设备。控制器具有以下功能：

  自适应控制，一种自学习和调整的闭环控制算法。比传统的PID算法更高效、适应性更强、响应速度更快、控制更稳定。尤其是在响应时间和维持状态上更加有优势。并且能减少误差、振荡和驱动器的磨损。

  闭环回路比例，积分和微分（PID）控制

  逻辑顺序控制

  报警监测及报告

  复位控制时间表

(6)内置能源管理程序

  以下应用已在PXC控制器中编辑，输入简单参数后即可执行：

  尖峰负载控制（PDL）

  设备激活－停止时间最佳化控制（SSTO）

  设备时程表控制（TOD）

  节约能源周期控制（DC）

  自动日光节约时间切换，无须每年调整。

6.4 传感器和驱动器

(1)温度传感器

金属电阻型温度传感器，根据使用的金属材料不同可分为100欧姆铂RTD传感器、1000欧姆铂RTD传感器、热敏电阻室内温度传感器、100000欧姆热敏电阻传感器等，无论何种传感器都经过厂商校对而且不需要额外对接线线缆进行数值补偿。

浸入式温度传感器：有一个完整的浸入罩，测试范围为－40~116℃。

测量误差±0.3℃.

(2)压差开关

QBM81压差探测器用来监控通风空调系统中的压差，低压或过压。通过测量压差，监测空气过滤器，主导气流，被损坏皮带以及洁净室和厨房等房间的过压等。

适用于通风空调系统

  用于监测空气过滤器，气流，风扇皮带

  用于监测洁净室，厨房等压强

  安装简便

不同压强相连处产生的压差偏转弹性振动膜。这种特殊的隔膜确保了转换点长期的稳定性。每种型号都刻有适合高精度调节的单独刻度。可选调节功能。

(3)压力传感器

用于检测液体介质的系统压力。

压阻测量系统

DC 0 ...10 V 输出信号

测量不受温度变化影响

高温下的稳定性高

无机械老化和漏电

卓越的EMC 特性

精度：±2％MR（包括回滯）。

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