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某建筑中央空調(diào)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
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。
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