word文檔可自由復制編輯淺析北京寶潔研發中心樓宇自控系統摘要：北京寶潔研發中心，坐落于北京市順義空港B區，總建筑面積32000m2，包含研發樓與中試線廠房，是一座集研發、生產、辦公為一體的綜合性智能化建筑。北京寶潔研發中心自控系統采用索特自控系統（北京）有限公司為本項目提供的索特公司最新一代的EY3600系統。該系統能夠提高寶潔研發中心的整體管理水平，節約能源，提供更為舒適的辦公環境和更為適用的實驗和生產環境關鍵詞：研發中心；樓宇自控；實驗室北京寶潔研發中心采用索特公司最新一代的EY3600自控系統，將建筑內制冷站、供熱站、空調、新風機組、給排水、送排風等系統納入建筑自動化管理系統，EY3600是以集散理論為基礎的成熟的樓宇自動化系統。它具有結構靈活、適應性強、擴展方便、軟件優化設備運行、操作簡單等特征。本項目中的實驗室的環境控制系統使得整個樓宇控制上升了一個高度。

以下從本項目自控系統的設計思想和原則、控制目標、重點、優缺點四個方面淺析一下北京寶潔研發中心的樓宇自控系統。

一、樓宇自控系統的設計思想和原則

北京寶潔研發中心樓宇自控系統是一套將冷熱源、空調、通風、給排水、變配電等設備或系統以集中監視、控制和管理為目的而構成的綜合系統，以安全、可靠、節能、節省人力和綜合管理為目的。為了建成一個優良的建筑設備監控系統，在系統的設計上著重考慮了三個方面的要素。其一是確定服務于設備或各個子系統的控制器I／O點數及點的類型，同時確認I／O點數的接口技術處理；其二是現場儀器、儀表、傳感器、變送器和執行器等元件的正確選擇和配置；其三是中心操作站和通訊網絡的配置。

EY3600樓宇自控系統索特公司推出的新一代樓宇自控系統集成平臺，完整的系統由監控軟件、DDC控制器、傳感器、閥門及執行機構四大部分組成。根據北京寶潔研發中心機電設備和弱電系統設計方案的具體情況，著重對如下幾個新問題做了細化處理摘要：

(1)根據北京寶潔研發中心弱電系統的總體要求，選用了索特的NovaProOpen監控軟件，該系統采用了Client／Server系統結構，并且支持WindowsXP操作系統，支持OPC等多種協議和開放接口，并且提供了豐富的功能選項，是一套運用成熟的系統；

(2)按受控設備的要求選用不同處理能力的DDC控制器，控制器的搭配對于系統的合理配置有著重要的功能，各自控廠商的控制器都有多種不同點數的產品可供選擇，合理的選擇控制器對于優化網絡拓撲和控制系統造價有著不可忽視的功能。其基本原則是控制器盡量靠近控制對象，空間距離較遠的設備不宜合用同一個DDC控制器；

(3)為了保證系統穩定可靠，樓宇自控系統的控制器、傳感器、執行器電源均獨立和受控設備集中供電。

二、樓宇自控系統的控制內容和目標

總體上來講，樓宇自控系統應該向用戶提供如下功能摘要：

(1)通過配置系統的硬件和軟件，實現測量各類工藝、設備狀態的參數，設置并控制設備啟停、提供設備運行報告等功能；

(2)監視并顯示系統監控設備的工作狀態，故障時自動報警；

(3)現場自動控制組織的平安調整功能；

(4)根據系統記錄，管理分析當前和過去運行過程；

(5)提供計算和猜測工具，用于優化操作參數并組合，實現設備優化使用；

(6)實現樓宇自控系統和其他系統數據交換；

為此，我們對每一個子系統都進行了相應的需求分析，最終確定了北京寶潔研發中心項目中納入樓宇自動化系統監控對象的具體內容和目標。

1、冷凍站系統的監控

監控設備包括摘要：冷水機組、冷卻水循環泵、冷凍水循環泵、冷卻塔、自動補水泵、電動蝶閥等。

(1)根據事先排定的工作及節假日時間表，定時啟停冷水機組及相關設備。完成冷卻水循環泵、冷卻水塔風機、冷凍水循環泵、電動蝶閥、冷水機組的順序連鎖啟動及冷水機組、電動蝶閥、冷水循環泵、冷卻水循環泵、冷卻塔風機的順序連鎖停機。

啟動順序為摘要：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。

停止順序為摘要：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。

(2)測量冷卻水供回水溫度，以冷卻水供水溫度及冷水機的開啟臺數來控制冷卻塔風機的啟停的數量。維持冷卻水供水溫度，使冷凍機能在更高效率下運行。

(3)監測冷水總供回水溫度及回水流量，由冷水總供水流量和供回水溫差，計算實際負荷，自動啟停冷水機、冷凍水循環泵、冷卻水循環泵及相對應的電動蝶閥；

(4)根據膨脹水箱的液位，自動啟停自動補水泵；

(5)監測冷水總供回水壓力差，調節旁通閥門開度，保證末端水流控制能在壓差穩定情況下正常運行。在冷水機系統停止時，旁通閥自動全關；

(6)監測各水泵、冷水機、冷卻塔風機的運行狀態、手／自動狀態、故障報警，并記錄運行時間；

(7)水泵保護控制摘要：在每臺水泵的出水端管道上安裝水流開關，水泵啟動后，水流開關檢測水流狀態，如故障則自動停機；水泵運行時如發生故障，備用泵自動投入運行；

(8)中心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。

2、換熱站系統的監控

監控設備包括摘要：熱交換器、循環泵等。

(1)監測各熱交換器二次水出水溫度，依據出水溫度按PID調節一次熱水(或蒸汽)調節閥，保證出水溫度穩定在設定值范圍內，溫度超限時報警；

(2)測熱水循環泵的運行狀態和故障信號，故障時報警，并累計運行時間；

(3)中心站彩色動態圖形顯示、打印、記錄各種參數、狀態、報警，記錄累計運行時間及其他歷史數據等。

3、新風／空調機組的監控

監控設備包括摘要：新風／空調機組。

(1)時間程序自動啟／停送風機，具有任意周期的實時時間控制功能；

(2)監測送風機的運行狀態、手／自動狀態、故障報警、累計運行時間；

(3)防凍保護摘要：在冬季，當溫度過低時，開啟熱水閥，關新風門、停風機、報警提示；

(4)由風壓差開關測量空氣過濾器兩側壓差，超過設定值時報警；

(5)風機、風門、冷水閥狀態連鎖程序；

①啟動順序摘要：開冷水閥、開風閥、啟風機、調冷水閥；

②停機順序摘要：停風機、關風閥、關水閥；

(6)對于新風機組，測量新風溫濕度和送風濕溫度，并根據送風溫濕度PID調節二通水閥與加濕器蒸汽閥的開度，維持送風溫濕度為設定值；對于空調機組，測量新風溫濕度和回風溫濕度，并根據回風溫濕度PID調節二通水閥與加濕器蒸汽閥的開度，維持回風溫濕度為設定值；(7)中心站彩色圖形顯示，記錄各種參數、狀態、報警，記錄累計運行時間及其歷史數據等；

4、給排風系統的監控

監控設備包括摘要：送／排風機。

(1)監測各風機的運行狀態、手／自動狀態；

(2)在自動狀態下按時間程序自動啟／停風機；

(3)監測送／排風機的故障信號，故障時報警，并累計運行時間；

(4)中心站彩色圖形顯示，記錄各種參數、狀態、報警，記錄累計運行時間及其歷史數據等。

5、辦公區VAV系統的監控

監控設備包括摘要：辦公區VAV末端。

(1)監測各辦公區域的室內溫度，設定溫度及VAV狀態；

(2)在自動狀態下按時間程序自動調整VAV開度；

(3)監測送風量與送風溫度；

(4)中心站彩色圖形顯示，記錄各種參數、狀態、報警，記錄累計運行時間及其歷史數據等。6、實驗室VAV系統的監控

監控設備包括摘要：實驗室VAV末端。

(1)監測各實驗區域的室內溫濕度，房間壓力，通風柜面風速及VAV狀態；

(2)在自動狀態下按時間程序自動調整VAV開度；

(3)監測送風量與排風量；

(4)中心站彩色圖形顯示，記錄各種參數、狀態、報警，記錄累計運行時間及其歷史數據等。7、給排水系統的監控

監控設備包括摘要：給排水泵、生活水池、污水池、集水坑。

(1)監測生活水泵、污水泵的運行狀態，手／自動狀態和故障信號，故障時報警，并累計運行時間；

(2)實現就地控制和遠程控制的轉換；

(3)監測生活水池液位，對超限水位報警，防止溢流，對超低液位也進行報警；

(4)根據生活水箱液位，啟停生活水泵，并進行超限報警；

(5)根據污水池、集水坑液位，啟停污水泵，并對超高液位進行超限報警；

(6)中心站彩色圖形顯示，記錄各種參數、狀態、報警，記錄累計運行時間及其歷史數據等。

8、變配電系統的監控

對變配電系統的監控主要包括對高壓、低壓、變壓器、發電機設備的相關運行參數的監視，本樓宇控制系統對變配電系統只監視不控制。

由供配電設備廠商預留連接供配電系統的監測接口，通過高級接口采集下列信號摘要：

(1)高壓進線柜摘要：三相電流、有功功率、無功功率、功率因數、有功電度；

(2)所有高壓開關的開關狀態、故障跳閘狀態；

(3)變壓器溫度；

(4)低壓進線柜摘要：三相電壓、三相電流；

(5)所有低壓進出線開關的開關狀態及故障跳閘狀態；

(6)低壓主要配電回路電能計量；

(7)測量柴油發電機三相電壓、三相電流、頻率及運行或故障信號；

(8)監測變壓器室、高／低壓配電室、發電機房內溫度。

(9)為無縫集成，本項目均要求廠家提供國際標準通訊協議摘要：MODBUS、OPC。三、本項目的重點在于實驗室控制系統。寶潔實驗室控制主要包含實驗室通風柜的面風速控制，實驗室內外的壓差控制，實驗室的溫濕度控制。1、通風柜面風速控制。根據ANSI/AIHAZ9.5的規定與本項目的設計要求，合理的面風速應保持在(0.4~0.6)m/s的范圍內，在通風柜柜門位置發生變化以及其他的特定情況下，其執行機構響應時間應該小于1S，且系統應在3S內達到穩態。結合Sauter產品特點，本項目采用如下控制方式：本控制方案是采用門高控制與面風速控制相結合的控制。以門高控制做為基本回路，通過面風速的監測來對排風量進行再設定①測量門高作為基本控制回路將門高傳感器安裝于通風柜側壁，測量通風柜門高開度，然后通過控制器計算排風量，并對VAVBOX或者閥門進行控制，以保持進口風速恒定在0.5m/s左右1)門高開度傳感器測量門窗的開度，并將信號傳輸給排風VAV流量控制器。2)排風VAV流量控制器計算排風量設定值：總排風量值=開度*寬度*面風速(0.5m/s)3)排風VAV流量控制器通過測量真實排風量，并與計算所的排風量設定值比較，對排風VAVBOX風閥進行PI控制，使風速快速達到設定值(0.5m/s)。4)通風柜操作單元實時顯示風速值，具有風速異常報警功能；通過操作單元將風速調整為最大、最小值。②測量面風速對排風量設定值進行修正將面風速傳感器安裝于通風柜內壁，實際測量該風速，并傳給VAV控制器，排風VAV控制器通過面風速與設定值(0.5m/s)的偏差，計算排風量設定值偏置值。將計算后的排風量設定值并與當前實際排風量作比較，對排風VAVBOX風閥進行PI控制，使面風速達到設定值(0.5m/s)。2、實驗室內外的壓差控制本控制方案是余風量控制法加房間壓差再設定的串級控制法：室內送風量與排風量之間保持一定的風量差（ΔV），會產生一定的壓差。通過調節送風量或排風量，動態地達到平衡，使送風量和排風量之間保持恒定的風量差，從而維持恒定的壓差。采用余風量控制作為基本控制回路，即送風量SA、排風量EA保持一定的差值。當送風量SA>排風量EA時,室內保持正壓；當送風量SA<排風量EA時，室內保持負壓。當泄漏發生變化時，根據壓差實測值與設定值的偏差，控制器對排風量/送風量進行再設定。最終使壓力達到設定值3、實驗室壓力及通風柜控制整體方案門高傳感器用于測量通風柜柜門開啟高度，面風速傳感器安裝于通風柜內壁，實際測量該風速。當通風柜在工作狀態下，通風柜排風VAV控制器通過調節排風VAVBOX使面風速始終保持恒定(0.5m/s)。為保證房間的最小排風量，通風柜VAV控制器將其風量變化信號通過網絡傳遞給輔助排風VAV控制器，輔助排風VAV控制器根據設定風量調節風門開度。與此同時，為滿足換氣次數的要求，所有排風風量進行疊加，將排風總風量變化信號反饋給送風VAV控制器，送風VAV控制器對送風量進行快速調整，使得送風量與排風量始終保持一定的差值，從而保持室內壓力。當室內泄漏變化時，比如開門、關門，壓力值發生變化，此時顯然余風量已經不能滿足室內壓力控制的要求，所以我們通過壓力監測來做再設定。室內壓力變化時，控制器將監測到的房間壓力值與壓力設定值比較產生一個偏差，通過PI算法，產生一個輸出，對送風量進行再設定。當有多個通風柜或多個輔助排風時，可將各類排風進行疊加，控制方式與上述邏輯相同。4、實驗室的溫濕度控制實驗室房間內設有溫度控制面板與濕度傳感器，通過比較設定值與實測值的差值，調整送風空調機的送風溫濕度以及本房間內送風VAV的開度以及再熱盤管的開度，以達到需求值。四、本項目BMS系統的優缺點分析1、本項目作為一套完整的BMS系統，其系統全面，涉及到的系統比較多，設備數量多。因此一個穩定的控制平臺與系統網絡結構是非常必要的。a.本工程樓宇自控系統選用SAUTER的EY3600系統作為控制平臺。b.網絡結構：系統采用兩層網絡結構，最高層實現區域性數據聯網，提高數據管理水平。控制層采用同層總線共享無主從方式連接所有控制器，可以實現真正的peer-to-peer交互通訊；c.上位機監控軟件novaProOpen采用圖形化菜單驅動，兩維或三維立體動態圖形界面，支持重要指令快捷鍵操作，具有圖形化編程方式，提供完整的用戶操作界面；具備10級密碼安全管理功能。d.可提供標準的BACnet/IP和Lon/IP網絡通訊協議，采用WindowsXPPro操作系統，可以通過局域網與系統集成軟件通訊，實現資源共享。在實際的應用中我們發現，Sauter提供的此網絡架構穩定性可以滿足系統需求，但是數據傳輸更新慢，容易發生網絡阻塞，DDC之間的數據交換速度不能滿足控制需求，使得現場系統的控制方式不得不使用DDC內部數據的PI控制，犧牲部分控制效果來滿足基本控制需求。2、本項目的難點在于實驗室的控制系統。Sauter產品的控制方案前面已經詳細論述。其產品的控制方案可謂揚長避短，把其快速蝶閥的優勢發揮到了極致。現場調試的結果來看，其通風柜面風速還是能控制在(0.4~0.6)m/s的范圍內的，穩態時間也可以控制在3秒之內，但是其相應速度大于1秒，且面風速測量數值會發生無規律的頻繁變化。其實真正做實驗室氣流控制最好的產品還是文丘里閥，快速蝶閥本身是存在無法避免的缺點的。文丘里閥系統蝶閥控制系統調節比(最大風量和最

小風量之比要求7:1)可達到20:1裝進VAVBOX也只10:1

防止堵塞方面視窗門高傳感器不在氣流范圍內,所以不存在堵塞問題;如采用風速傳感器:獨特的設計防止灰塵阻塞用于壓力無關的裝置(氣囊或皮托管)直接在氣流范圍之內,當排出的氣體有灰塵等物質時會發生堵塞影響控制效果反應時間可達0.33秒3秒閥門結構/設計由閥桿處的兩個支柱支撐閥桿和閥錐,避