公共建筑暖通空調(diào)自控系統(tǒng)基礎(chǔ)知識分享

公共建筑暖通空調(diào)自控系統(tǒng)基礎(chǔ)知識分享

（1）系統(tǒng)的定義 

樓宇自動化控制系統(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)備的運行、保障狀況、能源使用狀況及節(jié)能管理實行集中監(jiān)視、管理和分散控制的建筑物管理與控制系統(tǒng)，稱為 BAS（Building AutomationSystem），簡稱 BA。樓宇自控系統(tǒng)是機電專業(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。對于特別大型設(shè)備，由于機組控制的復(fù)雜性， BA 一般只采集機組的參數(shù)反映在控制電腦上，并不控制機組的運行，只監(jiān)視不控制，如冷水機組、燃氣鍋爐等。 

（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 控制器是整個控制系統(tǒng)的核心，控制器的輸入輸出信號都分為數(shù)字和模擬2種，其中數(shù)字信號只有0和1兩個，通常能表示系統(tǒng)狀態(tài)的開與關(guān)，邏輯判斷的是與否等。模擬信號是0~10 V 電壓信號或者4~20 mA 電流信號，通過電壓或者電流信號的強弱表達百分比，可表達閥門的開度、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)點就是系統(tǒng)簡單，對一些中、小型工程較為適用，但在大型工程時就會導(dǎo)致布線復(fù)雜。為解決大型項目中總線結(jié)構(gòu)的布線復(fù)雜問題，衍生出支路 Bus線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，通過1個網(wǎng)絡(luò)控制引擎后產(chǎn)生多個支路 Bus 總線結(jié)構(gòu)，可以簡化系統(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。對于不同金屬來說，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。濕度傳感器是采用0~10 V 電壓信號或者4~20 mA 電流信號作為傳輸對象。

（3）DDC控制器 

DDC 控制器是整個控制系統(tǒng)的核心，全稱是直接數(shù)字控制器（Direct Digital Control），其工作過程是控制器通過模擬量輸入通道（AI）和數(shù)字量輸入通道（DI）采集實時數(shù)據(jù)，并將模擬量信號轉(zhuǎn)變成計算機可接受的數(shù)字信號（A/D 轉(zhuǎn)換），然后按照特定的控制規(guī)律進行運算，后面發(fā)出控制信號，并將數(shù)字量信號轉(zhuǎn)變成模擬量信號（D/A 轉(zhuǎn)換），并通過模擬量輸出通道（AO）和數(shù)字量輸出通道（DO）直接控制設(shè)備的運行。這些輸入與輸出也稱為控制器的監(jiān)控點位，數(shù)據(jù)的輸入與輸出的方向是針對 DDC 控制器而言。 

暖通空調(diào)系統(tǒng)的典型應(yīng)用

（1）新風(fēng)機組 

新風(fēng)系統(tǒng)中自控系統(tǒng)的控制對象包括風(fēng)機、新風(fēng)入口處的風(fēng)閥，過濾器、冷熱盤管回水管道設(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)機的控制是3個數(shù)字輸入節(jié)點，分別監(jiān)測風(fēng)機的運行狀態(tài)、 手動 / 自動狀態(tài)和故障報警，個數(shù)字輸出節(jié)點，控制風(fēng)機的啟停，風(fēng)機前后設(shè)壓差傳感器，監(jiān)測風(fēng)機實際運行狀態(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 ；新風(fēng)風(fēng)閥為開度調(diào)節(jié)，設(shè)置風(fēng)閥控制的模擬輸出節(jié)點以及風(fēng)閥反饋的模擬輸入節(jié)點 ；過濾器處設(shè)置壓差傳感器，為數(shù)字輸入節(jié)點 ；盤管處回水兩通閥設(shè)置閥門控制的模擬輸出節(jié)點、閥門開度反饋的模擬輸入節(jié)點，以及盤管防凍報警的數(shù)字輸入節(jié)點 ；加濕器給水兩通閥設(shè)置數(shù)字輸出節(jié)點，控制閥門啟停 ；送風(fēng)管道處設(shè)置送風(fēng)溫度和濕度傳感器，檢測送風(fēng)溫濕度，均為模擬輸入節(jié)點。

以上方案中也可做簡化，如風(fēng)機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)閥由開度調(diào)節(jié)改為啟閉控制，取消閥門反饋信號 ；盤管前取消防凍報警 ；盤管回水閥門取消閥門開度反饋 ；送風(fēng)出口側(cè)取消送風(fēng)濕度傳感器等?？纱蠓喕刂乒?jié)點，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)機和回風(fēng)機分別設(shè)置風(fēng)機控制模塊， 3個 DI1個 DO，風(fēng)機處設(shè)風(fēng)機壓差傳感器監(jiān)測風(fēng)機實際運行情況 ；風(fēng)閥共3個，新風(fēng)閥、排風(fēng)閥和混風(fēng)閥，由于3個閥門均為開度調(diào)節(jié)，且需要相互配合，分別設(shè)置閥門控制的模擬輸出節(jié)點及閥門開度反饋的模擬輸入節(jié)點 ；過濾器設(shè)置壓差傳感器，為數(shù)字輸入節(jié)點 ；冷盤管回水兩通閥設(shè)置閥門控制的模擬輸出節(jié)點、閥門開度反饋的模擬輸入節(jié)點，以及盤管防凍報警的數(shù)字輸入節(jié)點，在熱盤管回水兩通閥設(shè)置閥門控制的模擬輸出節(jié)點、閥門開度反饋的模擬輸入節(jié)點 ；加濕器給水兩通閥設(shè)置數(shù)字輸出節(jié)點，控制閥門啟停，送風(fēng)管道處設(shè)置送風(fēng)溫度和濕度傳感器，檢測送風(fēng)溫濕度，均為模擬輸入節(jié)點。回風(fēng)管道處設(shè)置回風(fēng)溫度和濕度傳感器，及CO2傳感器檢測送風(fēng)溫、濕度及室內(nèi) CO2濃度，均為模擬輸入節(jié)點?？蓪崿F(xiàn)對室內(nèi)空氣和設(shè)備的全面監(jiān)測和控制。 

簡化自控方案可取消風(fēng)機處的壓差監(jiān)控，取消盤管處的防凍報警，風(fēng)閥和水閥均可取消閥門開度反饋，取消新風(fēng)、送風(fēng)的溫濕度監(jiān)測，僅保留回風(fēng)處的溫度傳感器，通過回風(fēng)溫度代替室溫監(jiān)測。該系統(tǒng)僅能實現(xiàn)簡單的室溫控制，并調(diào)節(jié)水流量及調(diào)控新回風(fēng)比。 

（3）冷水機組 

冷水機組監(jiān)控有2個數(shù)字輸入和1個數(shù)字輸出節(jié)點，輸入為運行狀態(tài)和故障報警，輸出為遠程啟停，冷水機組由于參數(shù)眾多，一般需要1個擴展模塊，用來直接讀取機組提供滿足odbus 協(xié)議的信號，全面展示機組運行界面。冷凍水側(cè)，分、集水器間設(shè)置的旁通閥需要進行閥門控制及閥門開度反饋。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，監(jiān)測冷凍水回水參數(shù)。 

冷凍水循環(huán)泵的監(jiān)測與風(fēng)機類似，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 DI 1個 DO，變頻器3個DI1個 DO，監(jiān)測變頻器運行狀態(tài)、變頻器手動 / 自動狀態(tài)、變頻器故障報警和控制變頻器啟停，另外包括1個變頻器頻率設(shè)定的模擬輸出節(jié)點， 1個變頻器頻率反饋的模擬量輸入節(jié)點 ；循環(huán)水泵前后設(shè)壓差監(jiān)控 ；冷水機組入口處回水管電磁閥設(shè)置閥門啟閉控制節(jié)點，為數(shù)字輸入節(jié)點，同時設(shè)置閥門反饋節(jié)點 ；冷機出水管道處設(shè)置溫度傳感器，監(jiān)測冷機出口水溫 ；給水總管至分水器前設(shè)置給水溫度、壓力、流量監(jiān)測，均為模擬輸入節(jié)點。

冷卻水回水管設(shè)置電動蝶閥，設(shè)置閥門啟閉控制節(jié)點，為數(shù)字輸入節(jié)點，同時設(shè)置閥門反饋節(jié)點 ；冷卻水回水設(shè)溫度監(jiān)測 ；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，監(jiān)測冷凍水回水參數(shù)。冷卻塔入口設(shè)置電動閥，設(shè)置閥門啟閉控制的數(shù)字輸出節(jié)點 ；設(shè)置反饋節(jié)點的數(shù)字輸入節(jié)點 ；冷卻塔風(fēng)機設(shè)置風(fēng)機控制模塊 ；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，監(jiān)測冷凍水給水參數(shù)。冷卻塔出口處設(shè)置冷卻塔出水溫度監(jiān)測 ；冷卻水循環(huán)水泵前后設(shè)壓差監(jiān)控。

冷水機組自控方案的簡化內(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，改為水流開關(guān)狀態(tài)反饋，取消水閥的開度反饋等。 

結(jié)束語

樓宇自控系統(tǒng)一項重要的數(shù)據(jù)就是點位數(shù)，點位數(shù)越多，能夠監(jiān)視、控制的功能就越多，系統(tǒng)也越復(fù)雜，造價當(dāng)然也就越高。設(shè)計人員應(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，需要時提供自控原理圖，再交由專業(yè)公司二次深化設(shè)計，然后實現(xiàn)對系統(tǒng)的效率管理和控制，經(jīng)濟、合理地滿足業(yè)主使用要求。

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