某建筑中央空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

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　　一、概述該建筑的建筑面積43000平方米，建筑高度95米，由主樓、營業(yè)廳及維修中心組成?？照{(diào)系統(tǒng)采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)及程控機(jī)房專用機(jī)組加新風(fēng)系統(tǒng)的空調(diào)方式。新風(fēng)系統(tǒng)分層分系統(tǒng)設(shè)置，冷熱源集中由動力站的三臺YORK離心機(jī)組（5275KW）及三臺燃油熱水鍋爐（3000KW）供給。冷熱水系統(tǒng)采用一次泵變流量系統(tǒng)，系統(tǒng)壓差由差壓控制器控制，定壓采用膨脹水箱定壓方式，膨脹水箱放于主樓屋面，補(bǔ)水由位于動力站的兩臺補(bǔ)水泵提供。日用油箱放于動力站內(nèi)，油泵位于柴油發(fā)電機(jī)的地下油泵房內(nèi)。冷卻塔位于動力站屋面，控制中心位于動力站的集中控制室內(nèi)。中央空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由廣州鎧星潔凈空調(diào)系統(tǒng)有限公司設(shè)計(jì)施工。系統(tǒng)于2001年6月竣工交付使用。工程驗(yàn)收時(shí)獲郵電部好評，并在建筑安裝行業(yè)質(zhì)量評比中獲得多項(xiàng)等獎(jiǎng)勵(lì)。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的“分散控制、集中管理”控制思想，系統(tǒng)各部分采用直接數(shù)字控制器（Direct Digital Controller，以下簡稱DDC）進(jìn)行現(xiàn)場控制，DDC既能脫離系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，又能通過系統(tǒng)總線與控制中心交換信息?？刂浦行挠删W(wǎng)絡(luò)服務(wù)器及控制主機(jī)組成，與各DDC之間由網(wǎng)絡(luò)接口及RS485總線聯(lián)接。

　　二、設(shè)備選用　　系統(tǒng)控制中心的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)接口、及DDC均采用美國專業(yè)自控公司ASI的控制產(chǎn)品，其中ASI DDC型號為ASIC/2-7040，主要性能如下：

　　16個(gè)通用輸入，8個(gè)模擬輸出，12個(gè)開關(guān)量輸出。內(nèi)部固化最佳啟停，PID循環(huán)，假日調(diào)度等多達(dá)32個(gè)控制程序。

　　ASI網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器型號為ASIC/-Net，具有4個(gè)串行通信接口，采用以太網(wǎng)卡與控制主機(jī)聯(lián)網(wǎng)。三、控制范圍及系統(tǒng)主要功能　　　　1. 控制范圍　?。?）新風(fēng)系統(tǒng)　?。?）冷熱源系統(tǒng)　　（3）樓層水路控制系統(tǒng)　?。?）程控機(jī)房專用機(jī)組系統(tǒng)2. 控制系統(tǒng)的主要功能　　對設(shè)備的實(shí)時(shí)控制與監(jiān)視，設(shè)備的最佳啟?？刂坪凸?jié)能運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測，事故報(bào)警及維修預(yù)報(bào)警；參數(shù)監(jiān)測和顯示，異常狀態(tài)報(bào)警，能量管理功能，事件記錄及顯示功能；系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)顯示功能等等。

　　系統(tǒng)的能量管理和控制功能概括如下：

　　標(biāo)準(zhǔn)控制焓值控制HVAC控制時(shí)間啟動控制最佳啟動事件啟動的控制最佳停止 DDC控制工作循環(huán)比例（P）

　　零能帶比例，積分（PI）

　　負(fù)荷再設(shè)比例，積分，微分（PID）

　　夜間循環(huán)自適應(yīng)控制夜間清潔順序控制四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)1．冷凍機(jī)、冷凍水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

　?。?）冷凍機(jī)投入方式：

　　冷凍機(jī)的冷凍水電動蝶閥開啟-延時(shí)-冷水泵開啟、冷卻水泵開啟-延時(shí)-冷凍機(jī)開啟，停止順序與上述程序相反。

　?。?）根據(jù)冷凍水供回水溫差及冷凍水量之積計(jì)算冷負(fù)荷并作為冷凍機(jī)運(yùn)行臺數(shù)的控制依據(jù)。

　?。?）根據(jù)冷水供回水管壓差控制相應(yīng)旁通閥的開度。

　?。?）監(jiān)測冷凍機(jī)，水泵狀態(tài)與故障，運(yùn)行時(shí)間記錄及測量旁通管流量，自動均衡各臺設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間。

　　2．冷卻水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

　?。?）冷卻塔與冷卻塔水管上的電動閥，冷卻水泵對應(yīng)開啟和停止。

　?。?）根據(jù)冷凍機(jī)運(yùn)行臺數(shù)及供回水溫度控制冷卻塔的運(yùn)行臺數(shù)。

　?。?）監(jiān)測冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)與故障，運(yùn)行時(shí)間記錄，自動均衡各臺設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間。

　　3. 熱水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

　?。?）根據(jù)熱水供回水溫度及流量計(jì)算熱負(fù)荷，按熱負(fù)荷確定水泵的運(yùn)行臺數(shù)及熱水器的運(yùn)行臺數(shù)。

　　（2）根據(jù)旁通管兩端壓差控制旁通調(diào)節(jié)閥。

　?。?）監(jiān)控?zé)崴?、循環(huán)泵運(yùn)行狀態(tài)及故障、運(yùn)行時(shí)間記錄，均衡各臺設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間。

　?。?）熱水器的開啟順序：打開電動蝶閥——運(yùn)行熱水泵——熱水器運(yùn)行4．補(bǔ)水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

　?。?）根據(jù)主樓屋頂?shù)呐蛎浰渌?，控制補(bǔ)水泵啟停。

　　（2）監(jiān)控動力站補(bǔ)水泵的運(yùn)行狀態(tài)及故障，運(yùn)行時(shí)間記錄，均衡各臺設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間。

　　5. 油路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：（方法同補(bǔ)水控制系統(tǒng)）

　　6. 新風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

　　（1）根據(jù)新風(fēng)送風(fēng)溫度控制各新風(fēng)機(jī)冷熱水電動閥的開度，夏季溫度升高，閥開大，冬季溫度升高閥關(guān)小，控制采用DDC內(nèi)PID循環(huán)程序。

　　（2）新風(fēng)機(jī)關(guān)時(shí)相應(yīng)電動閥關(guān)閉。

　　（3）冬季、夏季轉(zhuǎn)換。

　?。?）新風(fēng)機(jī)空氣過濾器超壓差報(bào)警以請求清洗維修。

　?。?）監(jiān)測新風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)與故障，運(yùn)行時(shí)間記錄。

　　6．其它控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

　?。?）建筑各層各系統(tǒng)的送、回水溫度和流量監(jiān)測。

　?。?）對各主要設(shè)備（含程控交換機(jī)房空調(diào)機(jī)）運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和報(bào)警、記錄運(yùn)行時(shí)間。

　?。?）對機(jī)房和部份重要房間溫、濕度進(jìn)行監(jiān)測并報(bào)警。

　　（4）對程控交換機(jī)房地板內(nèi)的漏水進(jìn)行監(jiān)測并報(bào)警。

　　五、系統(tǒng)組成1. 現(xiàn)場控制器主輔樓及營業(yè)廳、維修中心共設(shè)現(xiàn)場控制器（DDC）109臺，每臺DDC對應(yīng)管理一臺新風(fēng)機(jī)，主樓部分的控制器采用ASIC/2-7040 DDC控制器，它不但管理新風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，還承擔(dān)室內(nèi)外溫、濕度、樓層水路溫度，程控機(jī)房水探頭等的檢測與控制；輔樓部分及營業(yè)廳的控制器采用ASIC/2-7000 D DC控制器，它主要管理新風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，也承擔(dān)房間溫、濕度及樓層水路溫度的監(jiān)控；維修中心皆采用ASIC/2-7040 DDC控制器。冷凍站共設(shè)9臺ASIC/2-7040 DDC控制器，分別管理3臺冷凍機(jī)組，2臺冷卻塔，4臺冷水泵，4臺冷卻水泵，3臺熱水鍋爐，3臺熱水泵及2臺補(bǔ)水泵，2臺油泵等設(shè)備按設(shè)定程序運(yùn)行。

　　2．檢測與控制點(diǎn)及監(jiān)測器件的選擇檢測與控制點(diǎn)2106個(gè)，其中Di點(diǎn)1326個(gè)、Do點(diǎn)361個(gè)、Ai點(diǎn)317個(gè)、Ao點(diǎn)102個(gè)。系統(tǒng)使用的所有傳感器及變送器均采用KELE公司產(chǎn)品。

　　3．控制器接線ASIC/2型控制器輸出接線均采用聚氯乙烯絕緣及護(hù)套軟線，線芯截面為1.0mm2，其中模擬輸入輸出為屏蔽線，數(shù)字輸入輸出為非屏蔽線，每個(gè)輸入點(diǎn)均采用3芯（備用1芯）線，輸出點(diǎn)采用2-3芯線。

　　4．DAK-002顯示控制器DAK-002顯示控制器為便攜式的顯示器與鍵盤組合，通過與DDC的接口，可現(xiàn)場查看DDC的工作狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)，并可修改其設(shè)定參數(shù)，強(qiáng)行介入其運(yùn)行程序，當(dāng)然這些工作都受到用戶操作權(quán)限級別的限制。本系統(tǒng)配置有4臺DAK-002顯示控制器。

　　5. 控制器與變送器供電控制器與變送器的電源均由現(xiàn)場控制器箱內(nèi)供電器獲得，供電器根據(jù)中國市電制式及控制器與變送器的要求選配。六、DDC主要控制程序設(shè)計(jì)1. 電力分配需求控制系統(tǒng)有電力需求控制功能，通過軟件的設(shè)定，可在峰值電力需求出現(xiàn)前，按照先定的原則順序切斷設(shè)備，使高峰時(shí)的電力負(fù)荷限制在控制范圍內(nèi)。

　　2. 假日調(diào)度對于節(jié)假日及特殊日期，能提供全年的日期和時(shí)間調(diào)度表，中斷系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)處理過程，以滿足系統(tǒng)對各種非標(biāo)準(zhǔn)控制的要求。這一過程和控制要求的實(shí)現(xiàn)是事先通過一名有一定權(quán)限的管理人員利用DAK-002顯示控制器對現(xiàn)場DDC配置進(jìn)行調(diào)整來完成的?！　　　?. 時(shí)間/事件程序監(jiān)控點(diǎn)報(bào)警或監(jiān)控狀態(tài)必須改變時(shí)，可以發(fā)出監(jiān)控命令，并開啟標(biāo)準(zhǔn)的或用戶的DDC程序。

　　時(shí)制自動轉(zhuǎn)換：操作人員可以預(yù)先設(shè)定某月某日某時(shí)起到某月某日某時(shí)止，系統(tǒng)時(shí)鐘向前或向后調(diào)整幾個(gè)小時(shí)而成為新的時(shí)制，以便更好地利用日光節(jié)能。時(shí)間轉(zhuǎn)換及調(diào)整均自動進(jìn)行，無需人工干預(yù)。

　　4. 最佳啟動在工作時(shí)間開始前，先啟動空調(diào)系統(tǒng)，以便先行改變工作區(qū)內(nèi)溫度，令其到工作時(shí)間時(shí)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)入舒適（或要求）范圍內(nèi)，程序按一定的時(shí)間間隔不停地采樣溫度計(jì)算到達(dá)設(shè)定的舒適極限所需的時(shí)間，以此確定最佳啟動時(shí)間。

　　5. 最佳停止在工作結(jié)束前的某一時(shí)間切斷系統(tǒng)，這一時(shí)間既不能太早，也不能太遲，太早了就難以保證環(huán)境的舒適水平，太遲則達(dá)不到節(jié)能的目的。這一最佳停止時(shí)間的計(jì)算以及控制均由系統(tǒng)自動完成。

　　6. PID和自適應(yīng)控制軟件提供的DDC運(yùn)算程序包括比例，積分，微分和自適應(yīng)控制，標(biāo)準(zhǔn)DDC程序庫的運(yùn)算程序能夠讀取傳感器的值，也能對監(jiān)控點(diǎn)發(fā)控制指令，完成HVAC控制，程序可以執(zhí)行完整的PID運(yùn)算，也可以完成只有P或PI的部分PID運(yùn)算，使之與各種過程要求相符合，達(dá)到最佳控制的目的，自適應(yīng)控制運(yùn)算可對系統(tǒng)控制參數(shù)進(jìn)行自動調(diào)整，以便在無人干預(yù)時(shí)對環(huán)境的變化作出響應(yīng)，這些經(jīng)過驗(yàn)證的PID和自適應(yīng)控制運(yùn)算，保證了系統(tǒng)的運(yùn)行滿足工藝要求。

　　7. 夜間吹洗在用冷季節(jié)，夜間開啟新風(fēng)機(jī)組利用室外的涼爽空氣，通過吹洗程序，可以作到設(shè)備節(jié)能運(yùn)行，清晨時(shí)利用涼爽空氣吹洗大樓，可使大樓預(yù)冷，從而降低啟動設(shè)備的負(fù)荷。

　　8. 零能帶有冷卻和加熱兩個(gè)設(shè)定點(diǎn)，形成一個(gè)既不用冷也不用熱的區(qū)域，可以用最小的能耗使溫度維持在舒適范圍內(nèi)。

　　9. 負(fù)荷再設(shè)對于多區(qū)空調(diào)系統(tǒng)，可通過再設(shè)冷卻或加熱設(shè)定值，以正好滿足最大負(fù)荷區(qū)的要求。

　　10. 工作循環(huán)按一定的原則交錯(cuò)設(shè)備的工作間歇狀態(tài)，減少設(shè)備的工作時(shí)間，達(dá)到節(jié)能的目的，設(shè)備的間歇時(shí)間不宜太長或過短；太長會影響環(huán)境的舒適水平，過短會影響設(shè)備的安全運(yùn)行。

　　11. 運(yùn)行時(shí)間對所有設(shè)備的監(jiān)控包括統(tǒng)計(jì)其運(yùn)行時(shí)間（啟停時(shí)間、循環(huán)次數(shù)），當(dāng)機(jī)械的使用達(dá)到一定程度將產(chǎn)生一個(gè)報(bào)表，如果設(shè)備的使用超出了預(yù)定的運(yùn)行時(shí)間極限，將發(fā)出報(bào)警。

　　總之，該控制系統(tǒng)可為大樓的管理者解決下述問題：

　?。?）能源管理（2）設(shè)施管理（3）維護(hù)管理（4）能耗計(jì)費(fèi)（5）與現(xiàn)有制冷機(jī)、熱水器、程控機(jī)房專用空調(diào)機(jī)、大型風(fēng)機(jī)盤管聯(lián)網(wǎng)。

　?。?）與其它子系統(tǒng)通過專用接口聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息共享。

　?。?）保證室內(nèi)環(huán)境的最佳舒適度。

　　七、系統(tǒng)具體監(jiān)控內(nèi)容1．冷凍站、冷熱水系統(tǒng)監(jiān)控：

　　檢測：

　?。?）制冷機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)信號、故障信號。

　　（2）制冷機(jī)組隔離閥狀態(tài)。

　?。?）制冷機(jī)組冷水送、回水水流開關(guān)狀態(tài)溫度。

　?。?）通過YORK接口與ASI DDC接口聯(lián)接，將制冷機(jī)組的信號納入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

　?。?）冷水泵、冷卻水泵運(yùn)行狀態(tài)，故障信號。

　　（6）冷水總送、回水管溫度。

　?。?）冷水旁通管壓差。

　?。?）冷卻水總送、回水管溫度。

　?。?）冷卻塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，故障信號。

　?。?0）冷卻水隔離閥狀態(tài)。

　　（11）熱水泵運(yùn)行狀態(tài)、故障信號。

　?。?2）熱水總送、回水管溫度、回水流量。

　?。?3）熱水旁通管壓差。

　?。?4）熱水隔離閥狀態(tài)。

　?。?5）補(bǔ)給水泵運(yùn)行狀態(tài)，故障信號。

　?。?6）熱水鍋爐運(yùn)行狀態(tài)，故障信號。

　　（17）補(bǔ)給水轉(zhuǎn)換閥狀態(tài)。

　?。?8）冷熱水送回水轉(zhuǎn)換閥狀態(tài)。

　?。?9）膨脹水箱液位狀態(tài)。

　?。?0）油泵運(yùn)行狀態(tài)、故障信號。

　?。?1）油箱液位狀態(tài)。

　　時(shí)序控制：

　?。?）程序控制循環(huán)水泵、補(bǔ)給水泵、油泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)、冷水機(jī)給、熱水鍋爐啟/停。

　?。?）各種隔離閥、轉(zhuǎn)換閥開關(guān)。

　?。?）冷、熱水旁通管閥門的開度。

　?。?）根據(jù)負(fù)荷要求控制機(jī)組運(yùn)行數(shù)量。

　　（5）均衡各臺設(shè)備運(yùn)行時(shí)間。

　　報(bào)警：

　?。?）參數(shù)超限報(bào)警。

　　（2）設(shè)備故障報(bào)警。

　　顯示及打?。?/p>

　?。?）設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)。

　　（2）設(shè)備報(bào)警信號。

　?。?）系統(tǒng)動態(tài)流程圖。

　　2. 新風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)控檢測：

　?。?）室內(nèi)外溫、濕度信號。

　?。?）送新風(fēng)溫度信號。

　?。?）過濾器堵塞報(bào)警信號。

　?。?）水溫調(diào)節(jié)閥閥位信號。

　　控制：

　?。?）根據(jù)軟件程序控制空調(diào)機(jī)組啟/停。

　?。?）熱氣送新風(fēng)溫度控制水溫調(diào)節(jié)閥開度。

　?。?）當(dāng)消防聯(lián)動信號送來時(shí)，停止風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

　　（4）根據(jù)室外溫度濕度進(jìn)工況轉(zhuǎn)換。

　　報(bào)警：

　　（1）風(fēng)機(jī)故障信號報(bào)警。

　?。?）過濾器堵塞信號報(bào)警。

　?。?）溫度超限報(bào)警。

　　顯示及打?。?/p>

　?。?）空調(diào)機(jī)組參數(shù)、狀態(tài)。

　?。?）機(jī)組報(bào)警信號。

　?。?）設(shè)定值、閥位值。

　　（4）系統(tǒng)動態(tài)流程圖。

　　3. 程控機(jī)房空調(diào)機(jī)組檢測：

　?。?）機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)信號。

　　（2）地板下漏水檢測報(bào)警信號。

　　控制：根據(jù)軟件程序控制空調(diào)機(jī)組啟/停。

　　報(bào)警：

　?。?）機(jī)組故障報(bào)警。

　?。?）地板下漏水報(bào)警。

　　顯示及打?。?/p>

　?。?）空調(diào)機(jī)組參數(shù)、狀態(tài)。

　?。?）機(jī)組報(bào)警信號。

　　（3）系統(tǒng)動態(tài)流程圖。

　　4. 樓層水路系統(tǒng)檢測：樓層回水溫度顯示及打?。?/p>

　?。?）溫度參數(shù)。

　?。?）系統(tǒng)動態(tài)流程圖。

　　該系統(tǒng)自2001年6月竣工以后，已穩(wěn)定運(yùn)行二年，其“分散控制，集中管理”的運(yùn)行方式，使其在個(gè)別DDC，或其它設(shè)備損壞時(shí)整個(gè)系統(tǒng)依然安全運(yùn)行，甚至在控制中心出故障時(shí)，各現(xiàn)場DDC仍能正常工作，保證了整個(gè)系統(tǒng)的可靠工作。故該系統(tǒng)的確不失為中央空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)較為合理的一個(gè)系統(tǒng)，并由于其開放性設(shè)計(jì)使其擴(kuò)展變得簡單、方便。