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一、概述

樓宇自動化(BA)
數據通訊:要求系統具有快速性,并具備較高的可靠性和抗干擾能力；

綜合性管理:要求系統更深層次管理大樓中的機電設備,使設備滿足大樓的基本要求,具有靈活的操作和調配能力、較強的故障和事故預報和處理能力,并最大限度的節約能源。

樓宇自動化涉及的系統包括:
1.集中空調控制系統
2.通風控制系統
3.冷熱源控制系統
4.給排水控制系統
5.污水處理管理系統
6.消防監控系統
7.保安監控系統
8.電力供應管理系統等

集中空調能量管理控制系統(EMCS)

是樓宇自動化系統最重要的組成部分；所管理的機電設備所耗能源幾乎占大廈耗能的50%,另外50%為:照明33%,其他17%；耗能中包括:冷熱源及輸送系統,就一般辦公樓能量使用分析,空調部分占整個辦公樓能量消耗的50%,其中冷熱源使用能量占40%,輸送系統占60%。

空調設備的檢測與控制

組成可分成三類:
1.冷熱源制備部分:指冷熱水機組,鍋爐等；
2.熱交換器部分:指風機盤管,柜式空氣處理機組,組合式空氣處理機組,冷卻塔等；
3.能量輸送部分:指水泵及水輸送管道,風機及空氣輸送管道。
檢測參數包括:溫度、濕度、壓力、壓差、流量等
空調設備的運行工況決定了系統的耗能水平,控制方法非常重要。

一些空調設備的節能控制方法:
室內溫濕度設定值與再設定節能控制;新風量節能控制;
動力設備啟停節能控制;空調與電力負荷預測控制;
過渡季節新風供冷控制;
水輸送系統變速、變流量(VWA)節能控制；
風輸送系統變速、變流量(VWA)節能控制；
制冷機制冷劑變流量(VRV)節能控制；
空調多工況節能控制；
能量回收控制；
能量管理控制等。

系統具有層次性,可將空調控制系統劃分為:
制冷機檢測控制子系統
熱源檢測控制子系統
冷卻水檢測控制子系統
冷凍水檢測控制子系統
空氣處理器檢測控制子系統
新風檢測控制子系統
排風檢測控制子系統等。
各子系統至檢測點和控制輸出點則采用總線形控制
子控制器以廣播方式向各輸入、輸出節點發送數據
各輸入、輸出節點以收聽方式接收數據當信息或命令是針對自己的,則以應答方式送出信息。
在通用的軟件平臺下,能使實現各種復雜的控制規律和高級能量調配控制管理,記錄、分析歷史運行數據,預測空調負荷等。

能量管理的相關內容

設備監督程序:沒有一定深度的設備監督軟件,就不可能有能源管理系統。
主要功能:對設備采樣點進行周期性地巡回采集；
采集值的越限報警,錯誤互鎖報警；
打印記錄報表,打印處于報警狀態采集點的數值,打印采樣值越限狀態等級；
監視設備的運行時間和運行次數；
在監督控制系統控制下,實施局部循環控制；設置閥門、風門控制器設定植,能修改數據通道的上下限,控制器的給定值；
可修改能源管理子程序中的各種參數。溫度和濕度控制:
冬季供暖加濕到舒適區的下限,從22℃-20℃,26-30%,露點溫度10-8,加濕負荷下降5%；
夏季降溫去濕控制到上限,從26℃-28℃,21-23%,露點溫度10-12,除濕負荷下降17%；過渡季節采用設定區的控制方法。
電力負荷的間歇控制:
工作時間表-間歇控制程序運行的日程安排
最長停歇時間-保證環境舒適度不致受到不能允許的破壞
最短投入時間-防止過度頻繁地開/關設備
最長投入時間-保證程序能有效地實施對環境的的控制。
最佳啟/停控制:
程序可以根據室內現行溫度,是外環境條件,建筑物熱特性,供熱/制冷設備的性能,實際所需的冷/熱負荷的大小,溫度設定植的高低,使用時間等因素計算最佳啟動時間,最佳停止時間,到時自動啟停設備。

新風量最優控制:新風與回風混合比

供風溫度調節程序:
夜間冷空氣吸入控制程序-晝夜溫差較大除霜控制
供水溫度控制程序:在滿足環境條件下,盡量
提高排水溫度,達到節能目的。
鍋爐和制冷機的運行調度。
廢熱的回收及儲蓄。
水泵控制。
氣候圖控制。
空氣流動控制。
通風控制。照明控制
能源管理中的數據處理和顯示

二、系統組成

采用我公司的過程控制系統(DCS)又迅樓宇系統方案如下。
能全面實現控制器和上位機的冗余(雙機熱備)功能,IO現場通訊總線冗余,是全面冗余設計的系統,確保用戶設備安全可靠連續運行,所有的部件都可在線更換；可根據客戶要求選擇控制器和上位機的冗余功能。
1、DCS系統網絡結構圖

對小的、性價比高的系統網絡結構圖

對大的系統(1000點以上)網絡結構圖

2、DCS系統又迅IO組件

圖2配置又迅IO組件的系統實物圖(工程調試中照片)

又迅IO組件的雙冗余通訊保證了通信的可靠性。

三、控制方案

總的控制思路:總質量守恒,總能量守恒。

由于水在質量上的利用、外漏比較直觀,總質量守恒的在控制上比較容易實現,而對于能量來說,計量及控制上的滯后都比較復雜,是控制的重點。

用戶端計算熱量JSQuse=KuseX(Tuseset-Tuseout)
Kuse:用戶端熱量換熱系數,Tuseset用戶端設定溫度,Tuseout:用戶端室外溫度

用戶端實際熱量SJQuse=FuseinXHusin-FuseinXHuseout

Fusein:用戶端進口流量,Husin用戶端進口水焓,

Fuseout:用戶端出口流量,Husout用戶端出口水焓,

通過用戶端實際熱量SJQuse與用戶端計算熱量JSQuse比較來調整Kuse及Tuseset,使用戶端計算熱量JSQuse模型趨于理想化(與每天的小時,節假日,下雨,下雪,刮風(風力大小),天氣預報的等因素建立聯系)。
由于系統比較復雜,要保證系統穩定、高效、合理、節能的運行,控制方案必須遵循如下原則:

1.最大限度的利用又迅樓宇資源,盡量節約輔助加熱系統能量。

·在最大負荷變小時,優先減少輔助加熱量。

·在負荷有很大減少后,逐級關停冷水機組。

2.采用質和量并調的調節方式。

3.多參數、多工況判斷切換不同的供暖工況。

4.采用室外溫度補償動態負荷調節,供暖溫度再設定,既可保證住戶室溫的舒適性又可節省能源。

5.采用模型預測控制及最小二乘優化算法,考慮氣象預報、電價計費等因素,使得舒適度、運行成本兩方面都達到最優化。

四、DCS軟件部分
1.操作管理軟件
上位機含有工藝圖形制作軟件,上位的工藝顯示、報警顯示、趨勢記錄、報表畫面、參數一覽畫面、系統的自診斷畫面(可診斷到通道級)；DCS集散控制系統具有虛擬CSM功能,實現了離線的組態和模擬調試；DCS集散控制系統可以實現在線的軟件上下裝、功能模塊的增減、各種算法的修改等功能,該操作不影響整個系統的正常運行。

圖5MMI人機界面

圖6MMI手操器圖形

圖7趨勢顯示功能

圖8報警記錄功能

2.控制軟件

含有100多種功能模塊算法；有512頁功能塊作圖；具有虛擬CSM功能；所見即所得的全圖形化組態方式；在線的上、下裝,在線的模塊增減,在線的參數修改功能。

圖9控制策略組態調試工具

3.又迅的軟件介紹及優勢

本控制系統軟件是可靠的、全面的軟件:

以圖形化、模塊化的可視編程方法,可實現回路調節、邏輯控制、順序控制、數據采集和管理、先進控制、MMI畫面、歷史記錄、報表生成、用戶管理等功能；有高級編程語言接口,可實現用戶自定義的控制,實現各種高級控制。

3.2.有空氣、水及蒸汽熱力計算所需要參數的功能塊,如下:

編程簡單、PID調試方便,如下:

3.4.有查表式模糊控制器:

3.5.成熟的復雜回路智能控制策略:規則+差量控制。

應采用規則+差量控制(此方法本人已成功用于多臺大型鍋爐的控制),規則+差量控制的重點在控制對象的規則模型的建立,規則模型的建立主要應由過程控制專家或系統的設計人員來提供,或由控制對象的歷史運行數據分析得來；如鍋爐的減溫水流量與鍋爐負荷的函數關系應由鍋爐的性能設計人員來提供。

規則+差量控制中的差量(設定值與測量值之差)控制,主要用于在系統運行時在線調整規則模型內的參數(調整哪些參數由過程控制專家或系統的設計人員定),使規則模型更接近真實系統。

差量控制方法的選擇:對大滯后系統用模糊控制法,一般系統可采用常規PID方法。

規則+差量控制方法可用于多輸入多輸出復雜系統。

規則+差量控制的特點:有自學習功能(對被調整參數的記憶),對操作人員的經驗依賴性不強,控制精度高,響應快,抗干擾能力強。

結論:

1根據系統工藝設備配置和負荷需求,劃分多個工況,最大限度的梯級利用資源,盡量節約能量。

2工況切換時,采用多參數判定,保證系統穩定性。

3引入預測機制,采用多種調節方式,對多種熱源、換熱設備等進行資源總體優化控制,最大限度降低運行成本。

4針對自控系統監控對象相對分散的情況,采用分布式控制系統和可靠的通訊傳輸介質保證系統穩定。