第1章 樓宇自控系統

1.1 系統概述

       我們采用樓宇自動控制系統對大樓內的機電設備進行監控管理，該系統一方面為大樓提供健康、舒適、潔凈的空氣環境，另一方面監控和保障各種設備的正常運行。

       從統計數據來看，空調系統占整個大樓的耗能在50％以上，而大樓裝有樓宇自動化系統(BA)以后，可節省能耗約25％，節省管理人員約30％。現代化大樓內部的機電設備數量急劇增加，這些設備分散在大樓的各個樓層和角落，若采用分散管理，就地監測和操作將占用大量人力資源，有時幾乎難以實現。如采用樓宇自動化系統，利用現代的計算機技術、控制技術、網絡技術和圖形圖像處理技術，便可實現對所有機電設備的集中管理和自動監測，確保樓內所有機電設備的安全運行，提高大樓內工作人員的舒適感和工作效率，長期保持設備的低成本運行。一旦設備出現故障，系統能夠及時知道何時何地出現何種故障，使事故消除在萌芽狀態。

       為了將XXX號地塊項目建成一個具有國內先進水平的現代化服務大樓，向在大樓內的工作人員提供安全、舒適、便利、快捷的服務，建立先進和科學的綜合管理機制，提高服務水平，所以我們設計了一套具有最新技術、高運作效率、低維護成本、高可靠性和高性價比的樓宇設備控制系統。我們本著“以人為本”，綜合考慮投資效費比與長期使用及維護成本，實際使用效果等因素選用浙大中控公司生產的OPTISYS樓宇控制設備。

       OPTISYS系統對建筑物內的所有空調系統設備、通風排風設備、冷熱源設備、給排水系統設備、照明設備、電梯等實行自動監測和控制，并同時收集、記錄、保存及管理有關系統的重要信息和數據，達到提高運行效率，保證服務環境的特殊需求，節省能源，節省人力，最大限度延長設備壽命的目的。

2. 設計原則

       本方案所提供的樓宇自控系統，遵循下述原則：

先進性：

       采用國際上先進的“分布式控制系統”，通過中央監控系統的計算機網絡將各層的控制器，現場傳感器、執行器及遠程通信設備進行聯網，實現集中管理和分散控制的綜合監控及管理功能。系統支持目前業界先進的主流技術。

安全性：

       系統的構成能保證系統和信息的高度安全性,采取必要的防范措施，使整個系統受到非法入侵或意外故障時，對系統破壞限制在最小程度。同時在系統控制方案的設計中，充分考慮安保、消防等方面的要求，采取切實可行的聯動措施，保障建筑內人員的健康和安全，以及建筑設備的安全運行。

可靠性和容錯性：

       分散控制、集中管理的特點，保證每個子系統都能獨立控制，同時在中央工作站上又能做到集中管理，使得整個系統的結構完善、性能可靠。

可擴展性：

       系統方案中的總線能力、軟件資源、DDC I/O點均應留有一定的余量，以便根據業主要求靈活增加少量控制點而無需增加額外的費用。另外，我們選用的BA系統，允許在統一的集成監控平臺下，擴展新的控制網絡總線，所以系統規模可以成倍增加。

可集成性：

       系統具有充分的開放性能。OPTISYS系統，具有與其它建筑設備和系統產品進行數據通訊的能力,，以便建立以BA為基礎的建筑設備集成管理系統(BMS)，同時BA系統應能向集成系統提供通信接口，具有和第三方作數據交換和信息共享的能力，以便后期根據業主要求實現管理信息系統集成。

開放性和互操作性：

       系統容許不同廠家的產品組成一個完整的建筑設備自動化系統，并容許不同廠家的標準產品相互替換，以便系統今后的維護、擴展、更新。

經濟性：

       以切合大樓的實際情況為出發點，對各設備的監控方案進行優化，充分考慮實際需求，杜絕重復投資，使系統具有較高的性能價格比。

易操作性：

       方案推薦一套完整的具有良好人機界面的軟件系統，包括操作系統及應用軟件，以支持BA系統的正常工作。系統的操作界面為中文圖形界面，采用網頁化的瀏覽方式。

3. 總體設計

3.1 拓撲結構

3.2 設計說明

       我們向業主推薦的OPTISYS系統來實現杭政儲出（2013）43號地塊項目的樓宇自控系統，主要基于以下考慮：

1) 產品品質的考慮

       對建筑品質的追求無疑是建筑建設的主要目標。

       以優秀的產品品質著稱的浙大中控公司，作為國內樓宇管理、暖通空調控制、的市場領導者，為世界各地的客戶提供創新解決方案，這些解決方案能夠增強住戶的舒適性和安全性，并優化樓宇設施的管理，提高能源效率。系統做到可靠性、實用性、經濟性，并具有可擴展性。

2) 產品的先進性、適用性

OPTISYS系統采用了單層網絡結構和先進的現場總線控制技術，使得OPTISYS集散系統無論在可靠性和技術上都是世界領先的水平。

4. 工作界面

       系統采用集散式管理模式，“集中管理、分散控制”。

       本系統由監控機房的主計算機、分布在大樓各處的DDC分站、通訊線路、各種現場檢測和執行裝置組成，形成集散控制系統。

       杭政儲出（2013）43號地塊項目樓宇自控系統共配置11臺PCS300系列DDC控制器，通過以太網交換機組成控制主網絡，通過CAN總線分別另擴展了DDC箱，以滿足空調系統設備、送風排風設備、冷熱源設備、給排水系統設備、照明設備等設施的監控、管理要求。

5. 系統設計說明

5.1 冷熱源系統

1) 監控內容

?  冷水機組手/自動狀態、運行狀態和故障狀態、啟停控制；

?  冷凍水泵/冷卻水泵的手/自動狀態、運行狀態、故障狀態、啟停控制；

?  冷凍水總管（冷凍水/空調熱水）供、回水溫度壓力和回水流量；

?  分集水器溫度、壓差，旁通閥開度調節；

?  冷卻塔風機的運行狀態、故障報警、手/自動狀態、啟停控制；

2) 控制內容

?  定時控制：按照預先編排的時間程序控制系統啟停；

?  對冷水機組臺數進行控制；對冷水機組運行順序的轉換進行控制；根據水系統的供回水溫差和流量計算空調系統的冷(或熱)負荷，以此來對冷水機組、冷/熱水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機、冷卻塔進水閥及相關的水閥實現聯動控制,同時監視其運行狀態及故障狀態。根據實際的冷/熱負荷來決定機組的后停臺數，以達到最佳的節能效果。根據控制器內部存儲的機組累計運行時間，對機組進行時間均衡調節，系統為優先權設計：需要啟動時，開啟累計運行時間最短的機組；需要關閉時，關閉累計運行時間最長的機組；

?  按照正確順序一次連鎖啟停設備

?  啟動順序為：對應冷卻水、冷凍水管路上的閥門立即開啟；冷卻塔風機、冷

?  卻水泵、冷凍水泵的啟動延遲2~3min啟動；制冷主機延遲3~4min執行。

?  停止順序為：立即切斷主機電源；冷卻塔風機、冷卻水泵、冷凍水泵的啟動

?  延遲2-3min關閉；對應冷卻水、冷凍水管路上的閥門立即關閉。

?  根據空調水供、回水總管壓差，PID調節旁通閥開度，保持集分水器供水壓力穩定；

?  中央站彩色動態圖形顯示、記錄各種參數、狀態、報警，記錄累計運行時間及其他的歷史數據等。

3) 通過接口技術來監測冷水機組的各項參數。我們要求冷水機組廠家提供OPC SERVER、MODBUS，通過該OPC SERVER、MODBUS能控制冷水機組，并返回冷水機組檢測參數。

圖1 冷熱源系統人機界面

冷熱源群控系統由第三方實施，樓控系統配置接口集成。

5.2 空調/新風系統

1)   監控內容

?  風機運行狀態、故障報警、手/自動狀態、過濾網壓差監測

?  新風溫濕度、回風溫濕度、回風CO2濃度、新/回風閥反饋、水閥開度反饋

?  水閥開度控制、變頻控制、新/回風門控制

?  風機啟停控制

2)   控制內容

?  機組定時啟停控制：根據事先排定的工作及節假日作息時間表，定時啟停機組。自動統計機組運行時間，提示定時維修。

?  監測機組的運行狀態、手自動狀態、風機故障報警、溫度、濕度。

?  過濾網堵塞報警：當過濾網兩端壓差過大時報警，提示清掃。

?  回風溫度自動控制：以回風溫度設定值作為控制目標，以回風溫度測量值作為過程變量，以控制閥門作為執行器，采用閉環控制方案一進行PID調節，使回風溫度保持在設定值的附近。在夏季工況時，當回風溫度高于設定值時，增大閥門開度；當回風溫度低于設定值時，減少閥門開度。在冬季工況時，當送風溫度高于設定值時，減少閥門開度；當回風溫度低于設定值時，增大閥門開度。使回風溫度始終控制在設定值范圍內。

?  二氧化碳控制：二氧化碳傳感器測得CO2升高，調節新風和回風閥開度，確保CO2濃度在設定點以下。

?  連鎖控制，風機啟動：回風風閥打開、水閥執行自動控制；風機停止：回風風閥關閉、水閥關閉，在冬季水閥則保持30%的開度，防止凍裂。

?  報警功能：風機啟停失敗、風機故障任一報警均可發出風機系統故障報警，這些硬件故障報警和軟件報警都能在手操器和監控中心電腦上顯示出來，以提醒操作員及時處理。待故障排除，將系統報警復位后，風機才能投入正常運行。回風空氣質量超弛控制新風門、回風門。當回風CO2濃度超過設計值時，超弛打開新風閥，關閉回風門。此控制優先級最高。

圖2：空調機組人機界面

5.3 送排風系統

1)  監控內容

      風機開/關控制

      風機運行狀態，手/自動狀態，故障報警

      地下車庫CO濃度監測

2)   控制內容

      根據監測CO濃度與風機實時聯動，當CO濃度高于設定值時啟動送/排風機；反之則關閉送/排風機。

      時間程序自動啟/停送/排風機，具有任意周期的實時時間控制功能。

      監測送/排風機的運行狀態、故障信號、手/自動狀態，并累計運行時間。

      中央站彩色圖形顯示，記錄各種參數，包括狀態、報警、啟停時間、累計運行時間及其歷史數據等。

圖3 排風機人機界面

5.4 PM2.5探測器建設方案

1)  PM2.5：系統可監測環境中的PM2.5濃度，通過健康空氣指數帶給用戶直觀的展現，同時具備有害氣體自動報警功能。

2)  空調聯動功能：空氣監測系統會根據數據空氣的PM2.5污染程度對空調設備下達指令。

5.5 全熱交換機優化方案及系統圖

1)   控制方案：

?  通過安裝在送風風管上的風管溫度傳感器測量送風溫度(AI)。

?  通過安裝在送風風管上的風管濕度傳感器測量送風濕度(AI)。

?  通過安裝在送風風管上的風量傳感器測量送風量(AI)。

?  送風機、排風機與相應的各類電動比例二通閥及CAVBOX風閥聯鎖。

?  在各辦公層排風風管設二氧化碳測點,根據其濃度調節CAVBOX風閥開度。

?  通過安裝在送風風管上的風管壓力傳感器測量風管壓力(AI)，根據風管壓力調節風機的轉速，保持風管微正壓。

?  中央上位機對全熱交換器的啟停控制，運行狀態顯示，新風溫度，送風溫度,送風壓力,，顯示電動比例二通閥閥門反饋與控制，各CAVBOX的閥位開度,空氣質量顯示,變頻器頻率.

2)   系統原理圖：

5.6 風機盤管控制

      通過RS485通訊與OptiSYS系統聯網集中監測各FCU302系統的啟停狀態、制冷/制熱狀態、電磁閥開關狀態、溫度設定值、風速狀態、統計各檔風速的運行時間，控制FCU302系統的啟停、風速調節、溫度設定等。

      FCU302系統具有閥開閥關兩個工作位置，可裝設于其溫度需加以控制的場所內，溫控器打開、關閉電動閥，使室內溫度保持在所需的范圍（溫控范圍：5~35℃）。

      FCU302系統的撥動開關是用以對風機及系統進行切換的手動開關。設定為制冷工況時，當設定溫度超過室內溫度１℃時，自動進入通風狀態；設定為制熱工況時，當設定溫度低于室內溫度１℃時，自動進入通風狀態。

      FCU302系統開關機可手動實現，也可通過定時功能實現；關機時，顯示當前室內溫度；開機時，顯示設定溫度，室內溫度，運行模式，風速控制狀態等；系統首次加電處于關機狀態。

      FCU302系統關機狀態下，按“定時”鍵一次，進入定時開機設定狀態；開機狀態下按“定時”鍵一次，進入定時關機設定狀態；開機狀態下按“溫度”鍵一次，進入定時關機設定狀態。

      FCU302型風機盤管溫控器圖示：

5.7 給排水系統

1、監控內容

      給水泵運行狀態，故障報警

      各水箱的高/中/低液位報警

      潛水泵運行狀態，故障報警

      集水井的超高/低液位檢測報警

2、控制內容

      監視水泵的運行狀態，故障報警狀態；

      監視集水井的超高、超低液位狀態，超過設定液位時，進行液位報警；

      監視生活水箱的高、中、低液位狀態，如液位高于設定的高水位時，進行超高液位報警；

      中央站用彩色圖形顯示上述各參數，記錄各參數、狀態、報警、啟停時間、累計時間和其歷史參數，且可通過打印機輸出。

                                                                             

圖4：排水系統人機界面

5.8 公共照明控制系統

1、監控內容

      運行狀態、手/自動狀態

      啟停控制

      室內/室外照度監測

2、控制內容

      車庫等大面積照明區域，通過合理的回路劃分，使用控制開關，實現全開、半開、等多種控制模式。

      根據室內/室外照度自動控制照明回路。

      中央工作站實時顯示各回路照明運行狀態，實現公共照明的統一管理，節省管理人員，節約照明用電。

5.9 第三方接口

冷熱源系統、給水泵組、柴油發電機、變配電管理系統、電力監測系統、智能照明系統、能源管理系統、景觀照明、泛光照明由第三方實施，本系統配置接口集成。

6. 主要設備技術參數

6.1 CPU模塊PAC314-1

      PAC314-1模塊是PCS-300樓宇控制系統的CPU模塊，可以通過CAN總線使CANOpen協議下掛32個I/O模塊，與上位機連接通過10M/100Mbps以太網，另外，該模塊還帶有1個RS232接口、1個RS485接口（預留），可以支持ISP、Modbus協議和自由協議。本模塊可以跟其他不同廠商采用CANOpen協議的I/O模塊通訊。

      模塊的塑料外殼符合安全標準IP20等級要求，緊湊型設計為裝配節約出更多的空間。PAC314-1模塊安裝容易、維護更換方便，能為系統的二次開發和維護減少很多開支。

技術參數

序號	項目	指標
1	電源	DC18～35V
2	功耗	＜4W
3	背部總線	有，5芯電源和CAN總線
4	處理器	32位RISC處理器，45MIPS
5	實時時鐘	內置
6	最多可連接的總線I/O模塊數量	32，CANopen協議
7	最大可擴展的數字量輸入/輸出范圍	512點
8	最大可擴展的模擬量輸入/輸出范圍	256點
9	用戶程序區	128KB
10	數據存儲區	8KB
11	數據掉電保護區	2KB
12	數據掉電保存時間	＞10年，Flash存儲
13	編程軟件	OpenPCS V5.50符合IEC61131-3標準中文圖形化編程；指令表（1L）梯形圖（LD）結構化文本（ST）功能塊圖（FBD/CFC）順序功能塊圖（SFC）
14	編程調試口	10/100M以太網
15	每1000條指令執行時間	＜8ms
16	通訊及存儲接口	1個以太網；10/100Mbps自適應；1個CAN；最大1Mbps；1個RS485，最大115.2Kbps；1個RS232，最大115.2Kbps；
17	支持的通訊協議	CANopen總線通訊； Modbus UDP/TCP；Modbus RTU； SUPCON FCU通訊；可編程串口通訊；

6.2 數字輸入模塊DI308-1

      DI308-1為8點無源開關量數字量輸入模塊，是一個通過CAN總線使用CANOpen協議來傳送輸入數字量的解決方案。

      DI308-1為PCS300分散式可編程控制器系列之一。

      由于模塊采用標準的CANOpen協議，所以可以跟其他采用CANOpen協議的產品兼容。本模塊可以應用在樓宇自動化及其他領域。

      DI308-1模塊按照DS-401規范來設計。模塊的塑料外殼符合安全標準IP20，緊湊型設計為裝配節約出更多的空間。DI308-1模塊安裝容易、維護更換方便，為系統的開發和維護減少了很多開支。

性能指標

型號性能指標		DI308-1
電源		DC 18～35V
CPU刷新頻率		100 ms
接線規格		0.5-2.5 mm2
輸入信號類型		最大頻率：15Hz;最小脈沖寬度：20ms; 最小脈沖間隔：33 ms;最大抖動時間：5 ms;
輸入點數		8
隔離方式		光耦隔離
ON條件		觸點閉合/輸入電壓<1V
OFF條件		觸點斷開/輸入電壓>2V
輸入阻抗		ON：約650ohm OFF：約10.7ohm
最多同步輸入點數		全部
公共端配置		全部
功耗	所有輸入為ON	1.2W（72.1mA/24V）
	所有輸入為OFF	0.7W（33.1mA/23.5V）
狀態指示		ON狀態指示

6.3 數字輸出模塊DO304-2

      DO304-2為4點繼電器數字量輸出模塊，是一個通過CAN總線使用CANOpen協議來傳送輸出數字量的解決方案。DO304-2為PCS300分散式可編程控制器系列之一。

      由于模塊采用標準的CANOpen協議，所以可以跟其他采用CANOpen協議的產品兼容。本模塊可以應用在樓宇自動化及其他領域。

      DO304-2模塊按照DS-401規范來設計。模塊的塑料外殼符合安全標準IP20，緊湊型設計為裝配節約出更多的空間。DO304-2模塊安裝容易、維護更換方便，為系統的開發和維護減少了很多開支。

性能指標

型號 性能指標		DO304-2
輸出方式		繼電器輸出
輸出點數		4點
額定觸點電壓/電流		24VDC，2A/點;     220VAC，2A/點
最大觸點電壓		250VAC，30VDC
最小觸點容量		5VDC，10mA
響應時間	OFFàON	最大10ms
	ONàOFF	最大10ms
最大開關頻率（額定負載）		1800次/小時
繼電器壽命		額定電壓電流下大于300，000
狀態指示		ON狀態指示
電源功耗	輸出全為OFF時	1.0W
	輸出全為ON時	2.7W
狀態指示		ON指示
CPU刷新頻率		<10ms
電氣隔離		>3000V
接線規格		0.5-2.5 mm2
隔離方式		繼電器隔離
電源		DC18～35V

1.6.4  模擬輸入模塊AI304-1

AI304-1模塊是一個通過CAN總線使用CANOpen協議來傳送通用模擬量輸入的解決方案。作為PCS300系統的I/O模塊。AI304-1為熱電阻、電壓電流模擬輸入模塊。

由于模塊采用標準的CANOpen協議，所以可以跟其他采用CANOpen協議的產品兼容。本模塊可以應用在樓宇自動化及其他領域。

AI304-1模塊按照DS-401規范來設計。模塊的塑料外殼符合安全標準IP20，緊湊型設計為裝配節約出更多的空間。AI304-1模塊安裝容易、維護更換方便，為系統的開發和維護減少了很多開支。

性能指標

6.5 模擬輸出模塊AO304-1

      AO304-1模塊是一個通過CAN總線使用CANOpen協議來傳送輸出模擬量的解決方案。作為PCS300系統的I/O模塊，AO304-1可有如下的配置 ： AO304-1：4點、輸出類型0—10V，2—10V，10—0V，10—2V（可選）。由于模塊采用標準的CANOpen協議，所以可以跟其他不同廠商采用CANOpen協議的產品兼容。本模塊可以應用在樓宇自動化及其他領域。AO304-1模塊按照DS-401規范來設計。模塊的塑料外殼符合安全標準IP20，緊湊型設計為裝配節約出更多的空間。AO304-1模塊安裝容易、維護更換方便，為系統的開發和維護減少了很多開支。

技術參數

6.6 風管式CO2傳感器C02F-10

      CO2F-10是一款安裝方便、操作簡單、成本低廉的風管式二氧化碳傳感器。它是專門為智能化樓宇以及其他需要檢測二氧化碳含量的場所而設計的變送器。該傳感器適用于風管安裝，其外型具體如下圖：

產品特點

      1. 高性能NDIR數字式傳感器及電路，保證精確測量和溫度補償；

      2. 良好的長期穩定性和可靠性；

      3. 響應速度快；

      4. 輕巧外殼，美觀大方；

      5. 多種輸出方式可選；

技術指標

      傳感器：NDIR傳感器，帶ABC校驗功能主動氣體擴散；

      精度：3%~5%；

      遲滯：<±1%RH；

      響應時間：<10s （30cc/min,慢流速空氣）；

      年漂移：<±10ppm；

      量程：0~2000ppm；

      輸出：4~20mA或0~10V；

      電源：24VAC或24VDC，±10%；

      工作環境：0~50℃，0~95%RH（非冷凝）；

      儲運溫度：-20~80℃；

      材料：ABS外殼；

      防護：IP65；

6.7 風道溫度傳感器TFR1

      TFR1系列風道溫度傳感器，適用于通風空調系統，能用于排風、回風、送風、新風等風道空氣溫度的測量。

      可以精確測量動態的溫度，Pt-1000鉑電阻輸出，125mm長度，帶有6mm黃銅探測元件。

技術參數：

      精度：±0.2℃；

      輸出信號類型：Pt-1000鉑電阻輸出；

      傳感器探針長度：125mm長度；

      高精度傳感器，具有良好長期穩定性；

      輕巧外殼設計，美觀大方；

      較高等級防護，可達IP65

6.8 液位開關LI-1

      液位開關是利用塑膠射出一體成型，所以結構堅固，性能穩定可靠，安裝方便，對長距離多點控制、沉水泵、有波動的液體或有雜質的液體控制效果佳。構造簡單、不需保養、污水凈水皆可使用。

技術參數

      微型開關接點容量：10(8)A 250V  10(4)A 400V；

      開關壽命：≥ 50000次 （按VDE標準測試）；

      保護連接：T70U；

      防護等級：IP68；

      工作溫度：－10～60℃；

      最大工作壓力：1 Bar。