空调自控系统设计方案(江森自控)

重庆博腾精细化工楼宇自控系统项目

HVAC暖通空调自控系统

技术方案设计书

一. 总体设计方案

根据招标文件的招标项目要求，并结合重庆建筑智能化建筑现状，重庆博腾精细化工楼宇自控系统项目是屹今为止整个重庆所有建筑物厂区当中智能化程度要求较高的。重庆博腾精细化工楼宇自控系统项目里面分布着大量的暖通空调机电设备。

？如何将这些暖通空调机电设备有机的结合起来，达到集中监测和控制，提高设备的无故障时间，给投资者带来明显的经济效益；

？如何能够使这些暖通空调机电设备经济的运行，既能够节能，又能满足工作要求，并在运行中尽快的将效益体现出来；

？如何提高综合物业管理综合水平，将现代化的的计算机技术应用到管理上提高效率。

这是目前业主关心的也是我们设计所侧重的。

重庆博腾精细化工楼宇自控系统项目暖通空调楼宇自动化控制系统的监测和控制主要包括下列子系统：

冷站系统

空调机组系统

本暖通空调楼宇自动化控制系统之设计是依据重庆博腾精细化工楼宇自控系统项目的设计要求配置的，主体的设计思想是结合招标文件及设计图纸为准。

1.1冷站系统

（1）控制设备内容

根据项目标书要求，暖通自控系统将会对以下冷站系统设备进行监控：监控设备监控内容

冷却水塔（2台）启停控制、运行状态、故障报警、手

自动状态。

冷却水泵（2台）启停控制、运行状态、故障报警、手

自动状态、水流开关状态；

冷却水供回水管路供水温度、回水温度，

冷水机组（2台）启停控制、运行状态、故障报警、手

自动状态；

冷冻水泵（2台）启停控制、运行状态、故障报警、手

自动状态、水流开关状态；

冷冻水供回水管路供水温度、回水温度、回水流量；

分集水器分水器压力、集水器压力、压差旁通阀调节；

膨胀水箱高、低液位检测；

有关系统的详细点位情况可参照所附的系统监控点表。

（2）控制说明

本自控系统针对冷站主要监控功能如下：

监控内容控制方法

冷负荷需求计算根据冷冻水供、回水温度和回水流量测量值，自动计算建筑空

调实际所需冷负荷量。

机组台数控制根据建筑所需冷负荷自动调整冷水机组运行台数，达到最佳节

能目的。

独立空调区域负荷计算根据Q=C*M*(T1-T2)

T1＝分回水管温度，T2＝分供水总管温度，

M＝分回水管回水流量

当负荷大于一台机组的15%，则第二台机组运行。

机组联锁控制启动：冷却塔蝶阀开启，冷却水蝶阀开启，开冷却水泵，冷冻

水蝶阀开启，开冷冻水泵，开冷水机组。停止：停冷水机组，

关冷冻泵，关冷冻水蝶阀，关冷却水泵，关冷却水蝶阀，关冷

却塔风机、蝶阀。

冷却水温度控制根据冷却水温度，自动控制冷却塔风机的启停台数，并且自

动调节风扇频率。

水泵保护控制水泵启动后，水流开关检测水流状态，如故障则自动停机水泵

运行时如发生故障，备用泵自动投入运行。

机组定时启停控制根据事先排定的工作节假日作息时间表，定时启停机组自动统

计机组各水泵、风机的累计工作时间，提示定时维修。

机组运行状态监测系统内各机组的工作状态，自动显示，定时打印及故障报

警。

机组运行状态监测系统内各机组的工作状态，自动显示，定时打印及故障报

警。

冷冻机组控制流程框图如下图所示：

选定冷水机

启动冷却塔

确定风机状态

启动冷却水泵确定水泵开动

启动冷冻水泵

确定水泵开动

启动冷水机组

确定冷水机状态

停冷却塔 报警 排序

停止水泵 报警 排序停止水泵 报警 排序

停冷水机 报警 排序

冷水机开/停机后，延

时30分钟

计算负荷，测量流量

加机

减机

停冷水机

停冷冻水泵

停冷却水泵

停冷却塔

N O

N O

N O

Y E S

Y E S

N O

1.2 空调机组系统

（1）控制设备内容

根据标书要求结合设计图纸，暖通空调自控系统将会对建筑新风机组设备进行如下监控：

监控设备监控内容

空调机组(共2台) 风机的启停控制、风机变频调节、运行状态、故障报警、手自动状态、初效中效过滤网阻塞报警、回风温湿度、送风温湿度、加湿器启停，冷冻水两通水阀调节、新风回风风阀控制，送风静压

有关系统的详细点位情况可参照所附的系统监控点表。

（2）控制说明

本自控系统针对新风机组主要监控功能如下：

风机启停

风机的启停控制主要是通过BA系统预设的时间表来进行启停控制的。在一些特别的情况, 如加班情况, 风机有需要在预先设定时间表之外的时间启动, 用户还可选择在BAS操作站上手动启停风机。 BA 系统允许用户自行设定风机状态与控制之间的联锁监察功能。在设定此功能後, BA 系统会自动监察风机的状态是否与控制要求一致, 如果不一致时, BA 系统会同时定义此状态点与控制点是故障的, 并以声光报警形式在操作站上显示, 以提醒操作人员做出相应的处理工作。而 BA 系统也会将有关的事项一一记录, 以作日後检查之用。另外 BA 系统允许用户自行设定测量设备的累积运行时间, 以便维修人员在设备运行至一定时间後, 进行维修工作。

风机变频控制

DDC 控制器会监测送风静压, 并与设定值做比较, 并具此自动调节风机频率。当末端投入使用的设备增加时，风管静压降低，DDC会自动调高风机频率。当末端投入使用的设备减少时，风管静压升高，DDC会自动调低风机频率。

湿度控制

湿度低于设定值时，由空调自带加湿系统加湿。当湿度高于设定值时，DDC会自动打开热水阀进行再加热以除湿。

冷水阀控制

工作于夏季工况，DDC 控制器会监测回风温度并将它与预设的温度值(可供用户调较)作比较, 进行PID运算, 然後输出至冷水阀, 以作温度调节作用。如：回风温度＞20℃时阀门开大；温度＜20℃时阀门开小。另外此冷冻水阀会与风机状态联锁, 在没有风机状态的情况下, 将冷水阀关死。

60度冷水阀控制

工作于冬季工况，DDC 控制器会监测回风温度并将它与预设的温度值(可供用户调较)作比较, 进行PID运算, 然後输出至热水阀, 以作温度调节作用。如：回风温度＞20℃时阀门开小；温度＜20℃或时阀门开大。另外此热水阀会与风机状态联锁, 在没有风机状态的情况下, 将冷水阀关死。

新回风阀控制

DDC 控制器会监测回风温湿度并计算含值, 进行PID运算, 并具此自动调节新回风阀开度,新回风阀开度互锁。另外此风阀会与风机状态联锁, 在没有风机状态的情况下, 将风阀关死。

滤网状态监察

BA 系统通过压差开关, 监测初效和中效过滤网的前後压差。当压差超过压差开关的预设值(在压差开关上可调), BA 系统会以声光报警形式在操作站上显示, 以提醒操作人员安排有关人员做滤网清洗工作。而 BA 系统也会将有关的事项一一记录, 以作日後检查之用。

1.3 新风空调机组系统

（1）控制设备内容

根据标书要求结合设计图纸，暖通空调自控系统将会对建筑新风机组设备进行如下监控：

监控设备监控内容

新风空调机组(共4台) 风机的启停控制、风机变频调节、运行状态、故障报警、手自动状态、初效中效过滤网阻塞报警、回风温湿度、送风温湿度、加湿器启停，冷冻水两通水阀调节、新风风阀控制，送风静压

有关系统的详细点位情况可参照所附的系统监控点表。

（2）控制说明

本自控系统针对新风机组主要监控功能如下：

风机启停

风机的启停控制主要是通过BA系统预设的时间表来进行启停控制的。在一些特别的情况, 如加班情况, 风机有需要在预先设定时间表之外的时间启动, 用户还可选择在BAS操作站上手动启停风机。 BA 系统允许用户自行设定风机状态与控制之间的联锁监察功能。在设定此功能後, BA 系统会自动监察风机的状态是否与控制要求一致, 如果不一致时, BA 系统会同时定义此状态点与控制点是故障的, 并以声光报警形式在操作站上显示, 以提醒操作人员做出相应的处理工作。而 BA 系统也会将有关的事项一一记录, 以作日後检查之用。另外 BA 系统允许用户自行设定测量设备的累积运行时间, 以便维修人员在设备运行至一定时间後, 进行维修工作。

风机变频控制

DDC 控制器会监测送风静压, 并与设定值做比较, 并具此自动调节风机频率。当末端投入使用的设备增加时，风管静压降低，DDC会自动调高风机频率。当末端投入使用的设备减少时，风管静压升高，DDC会自动调低风机频率。

冷水阀控制

工作于夏季工况，DDC 控制器会监测回风温度并将它与预设的温度值(可供用户调较)作比较, 进行PID运算, 然後输出至冷水阀, 以作温度调节作用。如：回风温度＞20℃时阀门开大；温度＜20℃时阀门开小。另外此冷冻水阀会与风机状态联锁, 在没有风机状态的情况下, 将冷水阀关死。

60度冷水阀控制

工作于冬季工况，DDC 控制器会监测回风温度并将它与预设的温度值(可供用户调

较)作比较, 进行PID运算, 然後输出至热水阀, 以作温度调节作用。如：回风温度＞20℃时阀门开小；温度＜20℃或时阀门开大。另外此热水阀会与风机状态联锁, 在没有风机状态的情况下, 将冷水阀关死。

新风阀控制

新风阀与风机状态连锁

滤网状态监察

BA 系统通过压差开关, 监测初效和中效过滤网的前後压差。当压差超过压差开关的预设值(在压差开关上可调), BA 系统会以声光报警形式在操作站上显示, 以提醒操作人员安排有关人员做滤网清洗工作。而 BA 系统也会将有关的事项一一记录, 以作日後检查之用。

BAS系统结构和硬件介绍

根据重庆博腾精细化工的系统要求，我们本着集中管理、分散控制这种集散式监控结构的设计原则来实现整体功能。

其系统总体参考示意图如下：

从以上BAS结构示意图可知此系统是由中央操作站、网络区域控制器、直接数字控制器(DDC)等组成，中央操作站及网络控制器是通过Ethernet网(管理层)将各节点连接起来，同时安装在建筑物各处的直接数字控制器(DDC)，将通过自动化层连接到网络控制器上，与中央操作站保持紧密联系。传感器及执行器等连接至以上各直接数字控制器内。

系统之主要组件如下:

通讯网络

管理层

自动化层

网络区域控制单元（NCE/NAE）

直接数字式控制器（DX）

以下分别就重庆博腾精细化工楼宇自动化控制系统所配置的硬件设备做详细说明：

8.1 二层通讯网络

BAS系统采用控制层和管理层两层网络结构，服务器、操作站、网络通信设备等通过管理层网络相联，管理层网络采用100M BASE-T以太网，以标准TCP/IP协议互相通信，在物理连接上利用现有的综合布线路由，通过网络设备的设置将管理层网络连通；所有控制器能通过控制层网络以现场总线方式通信。采用分布智能式控制系统，控制层网络中任一节点故障时均不致影响系统的正常运行和信号的传输。

8.1.1 管理层网络

管理层网络除了将系统自身的管理设备连接起来外，还将建筑物中其他相关系统和独立的智能化系统连接起来，实现各系统之间的数据通信、信息共享以及其他厂商设备和系统的通讯。

同时管理层网络还将建筑设备监控系统中的所有监控信息及时地反馈到信息共享管理系统中的中心数据库，并获取信息共享管理系统的相关运行信息，实现相关信息的双向通讯。

管理层采用TCP/IP协议，中央操作站及分站，数据管理服务器，网络控制引擎等设备分布其上。网上各节点之间的数据交换采用点对点（peer to peer）方式，各节点均具备动态数据访问（Dynamic Data Access）功能，您只需在网络的任意节点添加计算机，通过标准的WEB浏览器，即可以您的用户名和密码轻松访问您权限范围内的被控设备。甚至可以在全世界任何地方通过内联网或互联网进行显示和控制操作。当然，灵活的模块化网络结构也为您未来的扩展提供了保证。

8.1.2自动化层网络

采用分布智能式控制系统,实现各控制节点之间，控制节点与中央控制中心之间，以及它们与专用控制、接口设备之间的数据通信。控制层每个现场控制器DDC采用分散控制的原则，分布在被控设备的附近，现场工作人员可以通过DDC上的显示面板和操作面板就近操作或监测被控设备。

每个DDC由控制器及其扩展模块组成，①当现场被控设备的监控点位需要增加时，只需增加相应的扩展模块即可，不会影响其他被控设备；②当需要增加其他被控设备时，只需在控制层网络上增加控制器，同样也不会影响其他控制设备。

中央控制中心通过控制层网络将信息传送到任何指定的控制节点。

网络控制器（NCE）

网络型DDC控制器（NCE）位于控

制管理层网络，是一种基于Web的网络控

制器，它内置了Microsoft Windows CE

操作系统和楼宇自控系统软件，负责监

控安装在其现场总线上的扩展控制器，

扩展控制器可以是BACnet控制器或N2控

制器。NCE通过嵌入式网络用户界面进行系统导航、系统配置及系统操作。当网络型DDC控制器（NCE）与IP网络相连时，可以为其它大型网络型DDC控制器和数据管理服务器提供数据信息。

这种智能设备抛弃了以往需要安装系统软件的操作站，它支持多个Web浏览器用户同时访问，提供监控、警告和事件管理、数据交换、趋势分析、能量管理、时间表以及数据储存的功能，并采用了密码授权以及IT行业的安全保护技术。

网络控制引擎向建筑控制市场提供工业级的高可靠性，包括：

?工业用单片机

?Windows? CE embeded 内嵌式操作系统

?128MB非易失性固态闪存，用于存储所有的程序和数据

?128MB DRAM用于动态数据存储

?可充电数据保护电池，保护DRAM上的数据，在断电后将其存入闪存，

电池寿命为5～7年

?采用后备电池的实时计时装置

?电源配有发光二极管用于提醒，出现问题后易更换

?可拆式螺丝固定终端24V AC电源，

?SA总线网络

?BACnet总线网络连接、Lonwalk总线网络、N2总线网络供选择

?用于RS-232-C的标准9针D型串行接口

?标准USB串行接口

?用于内置调制解调器的RJ-11型电话线连接装置

?用于连接以太网的RJ-45型连接装置

?内置33个输入输出点位，并可扩展

数模转换精度16Bit

网络控制器（NAE）

NAE网络控制引擎是江森自控 MSEA系统架

构中的核心设备之一，也代表了业界最新的技

术和发展趋势。2003年江森自控与美国微软公

司达成合作伙伴关系，并与之合作推出了核心

控制楼宇的智能硬件。它在硬件中内置了Windows Embedded 操作系统和楼宇自控系统的监控管理软件，基于 Web 的设计使这个硬件能够作为 Web 服务器将建筑设备监控管理系统的信息在以太网上发布，并通过嵌入式网络用户界面进行系统导航、系统配置及系统操作，而不需要安装任何专用程序。

1) 性能特点

■ 基于WEB浏览器的用户界面

这种智能设备抛弃了以往需要安装系统软件的操作站，同时支持多个Web浏览器用户同时访问，提供监控、警告和事件管理、数据交换、趋势分析、能量管理、时间表以及数据储存的功能，并采用了密码授权以及IT行业的安全保护技术。用户不需要任何专门的工作站软件，就可以实现局域网内或远程的管理、配置和诊断等功能。另外还内置有必要的编程软件，任何一台配有标准网络浏览器的工作站或便携终端都可以对系统进行配置、逻辑编程、试运行、数据存档等工作。

■ 开放接口能力

作为楼宇控制的核心，位于管理层的网络控制引擎 NAE 收集和管理整个楼宇的设备信息，并向 IBMS 的集成管理平台提交。在控制层面上支持多种开放式标准网络，包括 LonWorks 网络、BACnet系统设备、MetasysN2 网络和 Integrator 集成器，从而满足与不同厂商设备和子系统的接入。

■ 先进的IT通讯技术

网络控制引擎直接连接到以太网络中。网络间的数据传输采用标准IT协议、服务以及格式，包括网际协议（IP）、超文本传输协议（HTTP）、对象访问协议（SOAP）、网络时间协议（SNTP）、邮件传输协议（SMTP）、网络管理协议（SNMP），并支持超文本链接标示语言（HTML）和可扩展链接标记语言（XML）的静态、动态数据定义。网络控制引擎还支持动态IP寻址协议，例如动态主机配置协议（DHCP）、域命名服务（DNS）等。

本系统主要在江苏广电中心内部现有的IT架构上运行，也可以通过对外接口的网络设置，通过隔有防火墙的广域网以及公用互联网上实现通信服务。

■ 系统安全性

网络控制引擎通过在 Web 浏览器用户界面键入的用户ID和密码识别用户的合法性以及相应的权限。用户获取的数据在传输过程中通过加密处理，同时由用户安全管理员来管理网络控制引擎数据库以及用户资料和帐户。从配置整个系统到仅仅浏览某系统或站点的某一部分，都需要授权。系统管理员向每位用户的帐户分配用户ID、密码、专门的网络控制引擎数据获取权。

扩展DDC控制器（DX）

Metasys系统BACnet扩展控制器为Metasys楼宇自动化系

统（BAS）带来了全新一代的硬件设备。本系列扩展控制器DX、

输入输出模块IOM与Metasys系统的高级组件之间具有无与伦

比的兼容性。

DX系列控制器进一步延伸了Johnson Controls公司采用开放标准的承诺。为控制暖通空调（HVAC）设备提供了全方位的标准应用。

DX 控制器是一种通用型控制器，它具有16位的处理芯片和1.25M 的FlashROM 以及520K的RAM，对于冷冻机组、空调系统HV AC处理过程、工作分布照明及有关电气设备的控制来说，都是一种理想的控制器。无论是独立工作或是连入通讯网络时，DX 的软硬件的功能都可以灵活地适应各种不同的控制过程。DX 控制器还可以在其扩展总线上连接I/O模块MX，来增加它的输入点、输出点的容量。

作为通用型控制器，DX可接受并提供多种输入、输出类型，同时更具有通用输入输出点，可以通过软件设定该点位为数字量或者模拟量类型。具体输入输出点数量和类型如下表所示：

类型

数字输入有源（Max AC 24V）或无源触点100Hz 脉冲计数

通模拟量输入，电压模式：

0 - 10 VDC

用输入模拟量输入，电流模式：4 - 20 mA

模拟量输入，阻值模式：0 - 2k ohm RTD

1k ohm 镍元件

1k ohm 铂元件

A99 电子元件

10k/2.2K NTC 热敏电阻无源触点数字量输入

维护模式

数

字

输

出

24V可控硅输出

模拟输出模拟量输出，电压模式：0 - 10 VDC 模拟量输出，电流模式：4 - 20 mA

通用输出模拟量输出，电压模式：0 - 10 VDC 模拟量输出，电流模式：4 - 20 mA 24V可控硅数字量输出

MX是该系统的I/O扩展模块，具有N2 通讯接口，可直接挂在系统总线下，也可以挂在DX控制器下作为该控制盘的扩展。可见该模块的连接自由度很高，系统结构灵活。IOM 扩展模块可根据现场情况配置不同的型号。这些常用的扩展模块包括：

类型MX23 MX53 MX25 MX55 数字输入8 8 16

模拟输入 6 6

数字输出8 8

模拟输出 2 2

通用输出

继电器输出

DX控制器的软件功能十分齐全，提供编程、测试和下载的全面性功能，且可以使

用多至255个控制组件，每一个控制组件负责一个基本的控制功能。

控制组件可分为输入、算术运算、控制功能、逻辑功能、报警功能、特殊功能、除霜功能、冷冻功能、单位转换、输出这十大类别，其中：

输入类，包括如下控制组件：

■ 模拟量输入

■ 风扇输入

■ 数字量输入

■ 有用户输入（Occupancy）

■ 临时用户输入（Temporary Occupancy）

算术运算类，包括如下控制组件：

■ 平均数

■ 计算器

■ 比较器

■ 事件积累器

■ Butterworth 过滤器

■ 积分器

■ 最大或最小值选择

■ 热焓计算

■ Ramp

■ Sample & Hold

■ 选择器

■ 段距器

■ 线分段功能

■ 计时器

■ 实时计时器

■ 储存资料

■ EWMA

控制功能类，包括如下控制组件：

■ 节约器(Economizer)

■ 风扇控制

■ 二位控制；

■ 比例控制；

■ 比例加积分控制（PI）；

■ 比例加积分、微积分控制（PID）；

■ 夏季/ 冬季补偿

逻辑功能，包括如下控制组件：

■ “与” 逻辑

■ “或” 逻辑

■ 步径超越逻辑(Enumeration Override) ■ 步径逻辑(Enumeration Logic)

■ 输出超越逻辑（Output override logic）■ 程序逻辑控制（PLC）

报警功能，包括如下控制组件：

■ 模拟量报警

■ 压缩机报警

■ 手动复位（二位元）报警

■ 限位报警

特殊功能，包括如下控制组件：

■ 特殊/ 操作状态

■特殊日子

■ 二元程序器

■ 一般设定值

■ 有用户状态（Occupancy mode）

■ 实时计时器，加强实时计时器

■ 传感器失效

■ 系统资源

■ 温度设定值

■ 负荷管理

■ 高峰需求限止

■ 有用户时间计划

■ 最佳开停时间

■ 半封闭式压缩机

■ 温度补偿工作循环

■ 出厂状态

除霜功能，包括如下控制组件：

■ 累积除霜

■ 冷冻除霜

■ 冷冻除霜启动

冷冻功能，包括如下控制组件：

■ 冷媒饱和性质

单位转换，包括如下控制组件：

■ 转换型式

■ UNVT逻辑换至SNVT状态换■ Enumeration转换至UNVT逻辑■ SNVT状态转换至UNVT逻辑■ SNVT_HV AC状态提供

■ SNVT_chir状态提供

■ SNVT_lev_disc 至SNVT_switch

输出，包括如下控制组件：

■ 模拟量输出

■ LED输出

■ 失效安全继电器输出

■ 开/关量输出

■ DAT输出

■ 风阀

■ PAT输出

■ 密封式压缩机

DX 控制器是一个高性能的可编程式控制器，特别适用于冷水机、屋顶机、空气处理柜机、水冷热泵机、调风设备、闭环式控制机组等设备的控制要求。对于复杂的控制过程，可通过多个控制组件组合编程，最终达到最优化控制。

二. 系统软件功能说明

数据管理服务器是一种能够将个人计算机（PC）作为一个应用服务器在IP自动化网络中使用的软件包。数据管理服务器提供的主要网络功能包括：

?允许多用户单点访问网络

?存储大量应用程序、操作及历史数据

?支持Microsoft SQL Server 2000数据库软件包

?作为多个网络控制引擎和网络集成引擎的系统配置工具的主机

用户可以通过标准的WEB浏览器直接访问数据管理服务器，在授权许可的范围内监视、操作建筑设备监控系统。用户界面直观、易用、无需专门培训或查看操作手册也可轻松使用。

数据管理服务器除了对BMS系统的数据进行收集和显示外，还管理趋势数据、事件消息、管理员记录和系统设置数据的长期储存；为网络控制引擎（NAE）所在的网络提供安全的通讯。

数据管理服务器具有灵活的系统浏览、用户图形、综合报警管理、趋势分析和总结报告功能。用户可以通过标准的WEB浏览器有效地管理舒适度和能源使用、对危急事件作出快速反应、并且使控制策略达到最佳。多用户可以访问楼宇自动化系统的信息，该系统使用因特网协议和信息技术（IT）标准，并且与企业级别的通信网络兼容。

各种不同功能的软件，构成了完整的MSEA系统。其主要软件功能列举如下：

?汇总和报告

?系统安全保护功能

?图形化系统设置工具

?状态改变报告

?管理警报和事件消息

?监控点的历史

?趋势分析

?累积、统计功能

?数据库下传/上载功能

?动态图形显示

?能量管理控制

?时间预定功能

?设备循环启/停保护

?供电恢复启动程序

?用电量限制/负载循环

2.1、汇总和报告

汇总及报告

汇总帮助操作者从一个系统或组的角度观察数据和情况。数据管理服务器具有在浏览树中显示任何设备的汇总数据的功能。

报告使得用户从简单的角度观察整个项目或楼宇内选定区域内目前的意外情况，并允许操作者确定值得注意的点的位置。操作者定义想要看到的报告，数据管理服务器在MSEA用户界面的报告观察程序中显示得到的数据。用户可以运行如下报告：