公共建筑暖通空調(diào)自控系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)分享

公共建筑暖通空調(diào)自控系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)分享

（1）系統(tǒng)的定義 

樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)是將建筑物或建筑群內(nèi)的暖通空調(diào)、給排水、供配電、電梯、照明等眾多分散設(shè)備的運(yùn)行、保障狀況、能源使用狀況及節(jié)能管理實(shí)行集中監(jiān)視、管理和分散控制的建筑物管理與控制系統(tǒng)，稱(chēng)為 BAS（Building AutomationSystem），簡(jiǎn)稱(chēng) BA。樓宇自控系統(tǒng)是機(jī)電專(zhuān)業(yè)的全覆蓋，主要包括2部分內(nèi)容 ：監(jiān)視和控制。監(jiān)視范圍主要包括設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和保障狀況，控制范圍包括設(shè)備的啟停管理和節(jié)能管理。對(duì)于特別大型設(shè)備，由于機(jī)組控制的復(fù)雜性， BA 一般只采集機(jī)組的參數(shù)反映在控制電腦上，并不控制機(jī)組的運(yùn)行，只監(jiān)視不控制，如冷水機(jī)組、燃?xì)忮仩t等。 

（2）系統(tǒng)的組成及架構(gòu)

系統(tǒng)由控制電腦、 DDC 控制器、控制網(wǎng)絡(luò)、傳感器和末端控制器組成。

DDC 控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，控制器的輸入輸出信號(hào)都分為數(shù)字和模擬2種，其中數(shù)字信號(hào)只有0和1兩個(gè)，通常能表示系統(tǒng)狀態(tài)的開(kāi)與關(guān)，邏輯判斷的是與否等。模擬信號(hào)是0~10 V 電壓信號(hào)或者4~20 mA 電流信號(hào)，通過(guò)電壓或者電流信號(hào)的強(qiáng)弱表達(dá)百分比，可表達(dá)閥門(mén)的開(kāi)度、空氣的濕度等信息。

控制網(wǎng)絡(luò)按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為2種類(lèi)型，即 Bus 總線結(jié)構(gòu)和純網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。Bus 總線結(jié)構(gòu)的很大優(yōu)點(diǎn)就是系統(tǒng)簡(jiǎn)單，對(duì)一些中、小型工程較為適用，但在大型工程時(shí)就會(huì)導(dǎo)致布線復(fù)雜。為解決大型項(xiàng)目中總線結(jié)構(gòu)的布線復(fù)雜問(wèn)題，衍生出支路 Bus線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)1個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制引擎后產(chǎn)生多個(gè)支路 Bus 總線結(jié)構(gòu)，可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)布線。

傳感器主要有溫、濕度傳感器，其中溫度傳感器常用的是電阻傳感器，金屬隨著溫度變化，其電阻值也發(fā)生變化。對(duì)于不同金屬來(lái)說(shuō)，溫度每變化1℃，電阻值變化是不同的，而電阻值又可直接作為輸入信號(hào)。濕度傳感器是采用0~10 V 電壓信號(hào)或者4~20 mA 電流信號(hào)作為傳輸對(duì)象。

（3）DDC控制器 

DDC 控制器是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，全稱(chēng)是直接數(shù)字控制器（Direct Digital Control），其工作過(guò)程是控制器通過(guò)模擬量輸入通道（AI）和數(shù)字量輸入通道（DI）采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)可接受的數(shù)字信號(hào)（A/D 轉(zhuǎn)換），然后按照特定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，后面發(fā)出控制信號(hào)，并將數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)變成模擬量信號(hào)（D/A 轉(zhuǎn)換），并通過(guò)模擬量輸出通道（AO）和數(shù)字量輸出通道（DO）直接控制設(shè)備的運(yùn)行。這些輸入與輸出也稱(chēng)為控制器的監(jiān)控點(diǎn)位，數(shù)據(jù)的輸入與輸出的方向是針對(duì) DDC 控制器而言。 

暖通空調(diào)系統(tǒng)的典型應(yīng)用

（1）新風(fēng)機(jī)組 

新風(fēng)系統(tǒng)中自控系統(tǒng)的控制對(duì)象包括風(fēng)機(jī)、新風(fēng)入口處的風(fēng)閥，過(guò)濾器、冷熱盤(pán)管回水管道設(shè)置的電磁兩通或者三通閥，其控制原理圖如圖1所示，風(fēng)機(jī)的控制是3個(gè)數(shù)字輸入節(jié)點(diǎn)，分別監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、 手動(dòng) / 自動(dòng)狀態(tài)和故障報(bào)警，個(gè)數(shù)字輸出節(jié)點(diǎn)，控制風(fēng)機(jī)的啟停，風(fēng)機(jī)前后設(shè)壓差傳感器，監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。  

新風(fēng)風(fēng)閥前設(shè)置新風(fēng)溫度及濕度傳感器，為模擬輸入節(jié)點(diǎn) ；新風(fēng)風(fēng)閥為開(kāi)度調(diào)節(jié)，設(shè)置風(fēng)閥控制的模擬輸出節(jié)點(diǎn)以及風(fēng)閥反饋的模擬輸入節(jié)點(diǎn) ；過(guò)濾器處設(shè)置壓差傳感器，為數(shù)字輸入節(jié)點(diǎn) ；盤(pán)管處回水兩通閥設(shè)置閥門(mén)控制的模擬輸出節(jié)點(diǎn)、閥門(mén)開(kāi)度反饋的模擬輸入節(jié)點(diǎn)，以及盤(pán)管防凍報(bào)警的數(shù)字輸入節(jié)點(diǎn) ；加濕器給水兩通閥設(shè)置數(shù)字輸出節(jié)點(diǎn)，控制閥門(mén)啟停 ；送風(fēng)管道處設(shè)置送風(fēng)溫度和濕度傳感器，檢測(cè)送風(fēng)溫濕度，均為模擬輸入節(jié)點(diǎn)。

以上方案中也可做簡(jiǎn)化，如風(fēng)機(jī)處取消前后壓差傳感器 ；取消新風(fēng)風(fēng)閥前的溫濕度傳感器 ；新風(fēng)風(fēng)閥由開(kāi)度調(diào)節(jié)改為啟閉控制，取消閥門(mén)反饋信號(hào) ；盤(pán)管前取消防凍報(bào)警 ；盤(pán)管回水閥門(mén)取消閥門(mén)開(kāi)度反饋 ；送風(fēng)出口側(cè)取消送風(fēng)濕度傳感器等?？纱蠓?jiǎn)化控制節(jié)點(diǎn)，減少投資。 

（2）組合式空調(diào)器 

組合式空調(diào)器的控制方案如圖2所示，送風(fēng)機(jī)和回風(fēng)機(jī)分別設(shè)置風(fēng)機(jī)控制模塊， 3個(gè) DI1個(gè) DO，風(fēng)機(jī)處設(shè)風(fēng)機(jī)壓差傳感器監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況 ；風(fēng)閥共3個(gè)，新風(fēng)閥、排風(fēng)閥和混風(fēng)閥，由于3個(gè)閥門(mén)均為開(kāi)度調(diào)節(jié)，且需要相互配合，分別設(shè)置閥門(mén)控制的模擬輸出節(jié)點(diǎn)及閥門(mén)開(kāi)度反饋的模擬輸入節(jié)點(diǎn) ；過(guò)濾器設(shè)置壓差傳感器，為數(shù)字輸入節(jié)點(diǎn) ；冷盤(pán)管回水兩通閥設(shè)置閥門(mén)控制的模擬輸出節(jié)點(diǎn)、閥門(mén)開(kāi)度反饋的模擬輸入節(jié)點(diǎn)，以及盤(pán)管防凍報(bào)警的數(shù)字輸入節(jié)點(diǎn)，在熱盤(pán)管回水兩通閥設(shè)置閥門(mén)控制的模擬輸出節(jié)點(diǎn)、閥門(mén)開(kāi)度反饋的模擬輸入節(jié)點(diǎn) ；加濕器給水兩通閥設(shè)置數(shù)字輸出節(jié)點(diǎn)，控制閥門(mén)啟停，送風(fēng)管道處設(shè)置送風(fēng)溫度和濕度傳感器，檢測(cè)送風(fēng)溫濕度，均為模擬輸入節(jié)點(diǎn)?；仫L(fēng)管道處設(shè)置回風(fēng)溫度和濕度傳感器，及CO2傳感器檢測(cè)送風(fēng)溫、濕度及室內(nèi) CO2濃度，均為模擬輸入節(jié)點(diǎn)?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)空氣和設(shè)備的全面監(jiān)測(cè)和控制。 

簡(jiǎn)化自控方案可取消風(fēng)機(jī)處的壓差監(jiān)控，取消盤(pán)管處的防凍報(bào)警，風(fēng)閥和水閥均可取消閥門(mén)開(kāi)度反饋，取消新風(fēng)、送風(fēng)的溫濕度監(jiān)測(cè)，僅保留回風(fēng)處的溫度傳感器，通過(guò)回風(fēng)溫度代替室溫監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)僅能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的室溫控制，并調(diào)節(jié)水流量及調(diào)控新回風(fēng)比。 

（3）冷水機(jī)組 

冷水機(jī)組監(jiān)控有2個(gè)數(shù)字輸入和1個(gè)數(shù)字輸出節(jié)點(diǎn)，輸入為運(yùn)行狀態(tài)和故障報(bào)警，輸出為遠(yuǎn)程啟停，冷水機(jī)組由于參數(shù)眾多，一般需要1個(gè)擴(kuò)展模塊，用來(lái)直接讀取機(jī)組提供滿(mǎn)足odbus 協(xié)議的信號(hào)，全面展示機(jī)組運(yùn)行界面。冷凍水側(cè)，分、集水器間設(shè)置的旁通閥需要進(jìn)行閥門(mén)控制及閥門(mén)開(kāi)度反饋。集水器處回水總管設(shè)置水管的溫度、壓力傳感器，為模擬輸入節(jié)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)冷凍水回水參數(shù)。 

冷凍水循環(huán)泵的監(jiān)測(cè)與風(fēng)機(jī)類(lèi)似，但循環(huán)水泵由于設(shè)置了變頻器，因此需要增設(shè)變頻器的控制，具體是水泵個(gè) DI 1個(gè) DO，變頻器3個(gè)DI1個(gè) DO，監(jiān)測(cè)變頻器運(yùn)行狀態(tài)、變頻器手動(dòng) / 自動(dòng)狀態(tài)、變頻器故障報(bào)警和控制變頻器啟停，另外包括1個(gè)變頻器頻率設(shè)定的模擬輸出節(jié)點(diǎn)， 1個(gè)變頻器頻率反饋的模擬量輸入節(jié)點(diǎn) ；循環(huán)水泵前后設(shè)壓差監(jiān)控 ；冷水機(jī)組入口處回水管電磁閥設(shè)置閥門(mén)啟閉控制節(jié)點(diǎn)，為數(shù)字輸入節(jié)點(diǎn)，同時(shí)設(shè)置閥門(mén)反饋節(jié)點(diǎn) ；冷機(jī)出水管道處設(shè)置溫度傳感器，監(jiān)測(cè)冷機(jī)出口水溫 ；給水總管至分水器前設(shè)置給水溫度、壓力、流量監(jiān)測(cè)，均為模擬輸入節(jié)點(diǎn)。

冷卻水回水管設(shè)置電動(dòng)蝶閥，設(shè)置閥門(mén)啟閉控制節(jié)點(diǎn)，為數(shù)字輸入節(jié)點(diǎn)，同時(shí)設(shè)置閥門(mén)反饋節(jié)點(diǎn) ；冷卻水回水設(shè)溫度監(jiān)測(cè) ；冷卻水循環(huán)泵也為變頻泵，設(shè)置變頻水泵監(jiān)控模塊 ；水泵前后設(shè)壓差監(jiān)控；回水總管設(shè)置水管的溫度、壓力傳感器，為模擬輸入節(jié)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)冷凍水回水參數(shù)。冷卻塔入口設(shè)置電動(dòng)閥，設(shè)置閥門(mén)啟閉控制的數(shù)字輸出節(jié)點(diǎn) ；設(shè)置反饋節(jié)點(diǎn)的數(shù)字輸入節(jié)點(diǎn) ；冷卻塔風(fēng)機(jī)設(shè)置風(fēng)機(jī)控制模塊 ；冷卻水給水總管設(shè)置水管的溫度、壓力傳感器，為模擬輸入節(jié)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)冷凍水給水參數(shù)。冷卻塔出口處設(shè)置冷卻塔出水溫度監(jiān)測(cè) ；冷卻水循環(huán)水泵前后設(shè)壓差監(jiān)控。

冷水機(jī)組自控方案的簡(jiǎn)化內(nèi)容包括 ：取消冷凍水泵、冷卻水泵的變頻控制，取消水泵前后壓差監(jiān)控，改為水流開(kāi)關(guān)狀態(tài)反饋，取消水閥的開(kāi)度反饋等。 

結(jié)束語(yǔ)

樓宇自控系統(tǒng)一項(xiàng)重要的數(shù)據(jù)就是點(diǎn)位數(shù)，點(diǎn)位數(shù)越多，能夠監(jiān)視、控制的功能就越多，系統(tǒng)也越復(fù)雜，造價(jià)當(dāng)然也就越高。設(shè)計(jì)人員應(yīng)熟悉設(shè)備的控制手段和方法，根據(jù)業(yè)主需要提出建議，需要時(shí)提供自控原理圖，再交由專(zhuān)業(yè)公司二次深化設(shè)計(jì)，然后實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的效率管理和控制，經(jīng)濟(jì)、合理地滿(mǎn)足業(yè)主使用要求。

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