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一、概述
樓宇自動化(BA)
數(shù)據(jù)通訊:要求系統(tǒng)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(tǒng)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(jié)約能源。
樓宇自動化涉及的系統(tǒng)包括:
1.集中空調控制系統(tǒng)
2.通風控制系統(tǒng)
3.冷熱源控制系統(tǒng)
4.給排水控制系統(tǒng)
5.污水處理管理系統(tǒng)
6.消防監(jiān)控系統(tǒng)
7.保安監(jiān)控系統(tǒng)
8.電力供應管理系統(tǒng)等
集中空調能量管理控制系統(tǒng)(EMCS)
是樓宇自動化系統(tǒng)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(tǒng),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(tǒng)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(shù)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(tǒng)的耗能水平,控制方法非常重要。
一些空調設備的節(jié)能控制方法:
室內溫濕度設定值與再設定節(jié)能控制;新風量節(jié)能控制;
動力設備啟停節(jié)能控制;空調與電力負荷預測控制;
過渡季節(jié)新風供冷控制;
水輸送系統(tǒng)變速、變流量(VWA)節(jié)能控制；
風輸送系統(tǒng)變速、變流量(VWA)節(jié)能控制；
制冷機制冷劑變流量(VRV)節(jié)能控制；
空調多工況節(jié)能控制；
能量回收控制；
能量管理控制等。
系統(tǒng)具有層次性,可將空調控制系統(tǒng)劃分為:
制冷機檢測控制子系統(tǒng)
熱源檢測控制子系統(tǒng)
冷卻水檢測控制子系統(tǒng)
冷凍水檢測控制子系統(tǒng)
空氣處理器檢測控制子系統(tǒng)
新風檢測控制子系統(tǒng)
排風檢測控制子系統(tǒng)等。
各子系統(tǒng)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(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)
各輸入、輸出節(jié)點以收聽方式接收數(shù)據(jù)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(xiàn)各種復雜的控制規(guī)律和高級能量調配控制管理,記錄、分析歷史運行數(shù)據(jù),預測空調負荷等。
能量管理的相關內容
設備監(jiān)督程序:沒有一定深度的設備監(jiān)督軟件,就不可能有能源管理系統(tǒng)。
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(tài)采集點的數(shù)值,打印采樣值越限狀態(tài)等級；
監(jiān)視設備的運行時間和運行次數(shù)；
在監(jiān)督控制系統(tǒng)控制下,實施局部循環(huán)控制；設置閥門、風門控制器設定植,能修改數(shù)據(jù)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(shù)。溫度和濕度控制:
冬季供暖加濕到舒適區(qū)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(jié)采用設定區(qū)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(huán)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(huán)境的的控制。
最佳啟/停控制:
程序可以根據(jù)室內現(xiàn)行溫度,是外環(huán)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(yōu)控制:新風與回風混合比
供風溫度調節(jié)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(huán)境條件下,盡量
提高排水溫度,達到節(jié)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(shù)據(jù)處理和顯示
二、系統(tǒng)組成
采用我公司的過程控制系統(tǒng)(DCS)又迅樓宇系統(tǒng)方案如下。
能全面實現(xiàn)控制器和上位機的冗余(雙機熱備)功能,IO現(xiàn)場通訊總線冗余,是全面冗余設計的系統(tǒng),確保用戶設備安全可靠連續(xù)運行,所有的部件都可在線更換；可根據(jù)客戶要求選擇控制器和上位機的冗余功能。
1、DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖
對小的、性價比高的系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖
對大的系統(tǒng)(1000點以上)網(wǎng)絡結構圖
2、DCS系統(tǒng)又迅IO組件
圖2配置又迅IO組件的系統(tǒng)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(xiàn),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(shù),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(jié)假日,下雨,下雪,刮風(風力大小),天氣預報的等因素建立聯(lián)系)。
由于系統(tǒng)比較復雜,要保證系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、合理、節(jié)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(jié)約輔助加熱系統(tǒng)能量。
·在最大負荷變小時,優(yōu)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(jié)方式。
3.多參數(shù)、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(tài)負荷調節(jié),供暖溫度再設定,既可保證住戶室溫的舒適性又可節(jié)省能源。
5.采用模型預測控制及最小二乘優(yōu)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(yōu)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(shù)一覽畫面、系統(tǒng)的自診斷畫面(可診斷到通道級)；DCS集散控制系統(tǒng)具有虛擬CSM功能,實現(xiàn)了離線的組態(tài)和模擬調試；DCS集散控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)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(tǒng)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(tài)方式；在線的上、下裝,在線的模塊增減,在線的參數(shù)修改功能。
圖9控制策略組態(tài)調試工具
3.又迅的軟件介紹及優(yōu)勢
本控制系統(tǒng)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(xiàn)回路調節(jié)、邏輯控制、順序控制、數(shù)據(jù)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(xiàn)用戶自定義的控制,實現(xiàn)各種高級控制。
3.2.有空氣、水及蒸汽熱力計算所需要參數(shù)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(guī)則+差量控制。
應采用規(guī)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(guī)則+差量控制的重點在控制對象的規(guī)則模型的建立,規(guī)則模型的建立主要應由過程控制專家或系統(tǒng)的設計人員來提供,或由控制對象的歷史運行數(shù)據(jù)分析得來；如鍋爐的減溫水流量與鍋爐負荷的函數(shù)關系應由鍋爐的性能設計人員來提供。
規(guī)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(tǒng)運行時在線調整規(guī)則模型內的參數(shù)(調整哪些參數(shù)由過程控制專家或系統(tǒng)的設計人員定),使規(guī)則模型更接近真實系統(tǒng)。
差量控制方法的選擇:對大滯后系統(tǒng)用模糊控制法,一般系統(tǒng)可采用常規(guī)PID方法。
規(guī)則+差量控制方法可用于多輸入多輸出復雜系統(tǒng)。
規(guī)則+差量控制的特點:有自學習功能(對被調整參數(shù)的記憶),對操作人員的經(jīng)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(jù)系統(tǒng)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(jié)約能量。
2工況切換時,采用多參數(shù)判定,保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。
3引入預測機制,采用多種調節(jié)方式,對多種熱源、換熱設備等進行資源總體優(yōu)化控制,最大限度降低運行成本。
4針對自控系統(tǒng)監(jiān)控對象相對分散的情況,采用分布式控制系統(tǒng)和可靠的通訊傳輸介質保證系統(tǒng)穩(wěn)定。
