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樓宇自控系統設計一般思路分析
樓宇自控系統設計一般思路分析
目前許多現代化大樓尤其是高層大樓內安裝了樓宇自控（BA）系統，不僅極大改善了大樓的環境效率，而且也使大樓能源消耗在量化控制之下， 確保大樓能源成本降低成為可能。

 

但不可否認的是，由于各種原因（如設計的不完善等）也確實造成一些BA項目不太成功甚至完全失敗。

　　在本文中，將五維在所從事的BA工程中所積累的經驗、教訓以及一些新的想法寫出來和同行交流。

 
1、 LONWORKS技術在BA系統設計中的應用

　　目前，LONWORKS技術在BA業界反響較大，這控制技術對傳統BA系統配置影響較大。

　　LONWORKS技術是美國ECHELON公司91年推出局域操作網，具有完整的開發系統平臺，包含所有設計、配置和支持控制網的元素，是目前*為先進的控制網絡技術。

　　LONWORKS技術由以下三個核心部分組成：

   （1）MC143150或MC143120NEURON（神經元）芯片

   （2）LONTALK協議，執行ISO/OSI參考模型和提供全部七層服務

   （3）網絡開發工具（LONBUILD）和節點開發工具（NODEBUILDER）

 
　　LONWORKS網絡*大的優點是其完全的開放性，其主要表現在以下方面：

   （1）LONWORKS所用的通訊協議LONTALK提供ISO/OSI參考模型所定義的全部七層服務。

   （2）LONWORKS支持多種通信媒質和任意自由拓撲網絡結構。

   （3） LONWORKS支持的通信媒質有雙絞線、同軸線纜、光纖和無線微波等。

   （4）LONWORKS組網拓撲結構可以是任意形式，可以是星型、樹枝型、網狀型等，實現真正的點對點通訊。

 
　　我們可以這樣假設：當一幢大樓面積較大，所控機電設備（如空調機組、水泵）分散分布，如果仍舊采用傳統的BA聯網拓撲結構，那么實現現場 DDC控制器通訊連接（“手拉手”方式）的布線不僅繁雜，甚至有的受到現場環境影響無法布線。如果這時采用帶LONWORKS技術DDC，就可隨現場情況任意選擇通訊網絡拓撲結構，使系統組態靈活方便，可見LONWORKS技術優勢所在。

2、BA工程設計的關鍵

 　一個成功BA工程必須具有兩個要素：

·系統應用穩定可靠，發生故障概率降到*低可能限度。
 
·系統能提供**的、量化的控制模式，為大樓能源控制提供可靠保證。
 
　　任一業主為大樓安裝BA系統直接動因就是能實現大樓能源消耗大幅度降低以達到節省大樓營運成本的目的。這就要求BA系統整個控制過程盡可能**。
 
　　在下文中我們想從工程設計方面探討一下如何保證BA**控制。

 
　　2.1 BA系統模型 從理論上講，一個控制系統主要有以下裝置組成：

    （1）檢測變送裝置：將被控對象的被調參數檢測出來，并將其轉換成各類型的能量信號。
 
    （2）控制調節裝置：將檢測裝置送來的被調參數信號與設定值相比較，當出現偏差時發出一定規律的控制信號到執行調節裝置。
 
    （3）執行調節裝置：根據控制調節裝置（控制器）發來的控制信號的大小和方向，開大或開小調節閥門而改變調節參數的數值。
 
　　顯然，組成樓宇自控系統（BA）主要裝置有：

-檢測裝置：有各類型傳感器（如溫度傳感器、壓力、壓差傳感器等）。 
-直接數位控制器：簡稱DDC，采用計算機數字輸出信號去直接控制電動水閥閥門的開度。 
-執行器及電動閥門

 　　2.2 BA系統精度要素 從上文可以顯而易見，以下幾個條件（因素）直接影響到BA系統**控制程度： 
 
  （1）系統前端所測信號準確尤其是象溫度這樣的模擬信號必須盡可能準確。如何保證系統前端信號準確，我們采取以下措施：
 
    ·合理配置前端傳感器數量。探測點數設置過少，則無法取得**的前端信號；而前端傳感器數量（點數表）過多的話易造成信號之間耦合，也使系統成本增大。
 
    ·正確選擇傳感器的安裝位置。舉例來說，安裝于送風管道內的溫度傳感器如果安裝在靠近機組送風口處，則傳感器檢測得到溫度值可能偏低；如果安裝在離送風口較遠，則傳感器測得溫度值可能要高一些。這就必須根據風管的實際情況合理選擇傳感器安裝位置。 
 
    （2）系統控制環節少、能提供豐富的控制積算軟件。目前各BA廠商提供DDC（直接數位控制器），采用的是計算機數字輸出信號去直接控制電動水閥閥門的開度，而無須中間調節器；另外，DDC內含有豐富的積算控制程序，有比例（P）算法、比例積分（PI）算法、比例積分微分（PID）算法。
 
　　由于不同的PID系數，被控對象生成不同的反應特性曲線：
 
　　PID系數較高，則對象反應特性曲線較陡，也就是反應過渡過程較短；PID系數較低，則對象反應特性曲線較為平緩，也就是反應過渡過程相對較長。
 
　　理論上說，過渡過程較短的話，則系統響應快，換句話說，也就是系統控制精度較高，但這并不說系統控制精度越高就越好：由于空調系統本身慣性較大，如BA系統控制精度越高，系統越容易引起振蕩，系統也就越不穩定。

 
　　這就要求在工程設計和調試的過程中正確進行軟件組態，選擇恰當的采樣周期和控制函數，保證系統響應輸出*優化，在系統控制精度和系統穩定度之間找到*佳平衡點。

 
    （3）保證閥門的“零”開度

 
　　各類電動水閥是BA系統主要執行機構，在空調運行控制過程中閥門開度是BA系統主要調節內容。其中，保證閥門“零”開度是BA系統控制精 度重要保證。換句話說，選擇正確流量特性和合適口徑的電動水閥是BA系統成功的重要保證。 

 
　　·電動調節水閥的流量特性是指空調水流過閥門的相對流量與閥門的相對開度之間的函數關系，目前工程上常用的主要有直線流量特性、等百分比流量特性的電動水閥。

 
　　單位行程變化所引起的相對流量變化與點的相對流量成正比關系的是等百分比流量特性水閥。該類型水閥可調范圍相對較寬，比較適合具有自平衡能力的空調水系統，因此BA系統中大量應用的是等百分比流量特性的電動水閥。
 
　　·電動水閥的口徑決定了閥門的調節精度。水閥口徑選擇過大，不僅增大業主投資成本，而且使閥門基本行程單位變大導致閥門調節精度降低，達不到節能目的；水閥口徑選擇過小，往往會出現即使水閥全部打開系統也難以達到設定溫度值，無法實現控制目標。
 
　　那么如何計算選擇電動水閥口徑？ 工程上我們常用的是通過計算電動閥門的流量系數（Kv/Cv）值來推導電動水閥口徑，因為流量系數和水閥口徑是成對應關系的，換句話說，流量系數定了，水閥口徑大小也就確定了。

 
　　水閥流量系數（Kv/Cv）采用以下公式計算：
 
　　Cv=Q/ΔP1/2

　　其中Q-設備（空調/新風機組）的冷量/熱量或風量　ΔP-為調節閥前后壓差比
 
　　理論上講，在不同的空調回路中，ΔP值是不同的，是一個動態變化的值，取值范圍一般在1-7之間。但由于在流量系數的計算過程中ΔP 是開根號取值，所以對Cv計算影響并不是很大。因此，在工程設計中一般選ΔP值為4。
 
　　舉例來說，假設1臺空調機組技術指標值如下： 風量：8000 M3/H 冷量：47.17 KW 熱量：67.55 KW 余壓：410 PA 功率：2KW 如何選用調節水閥？
 
　　首先，我們計算流量系數Kv/ Cv值 Cv=Q/Δ
 
    P1/2=67.55*0.685/2=23.14 
 
    Kv=Cv/1.17=43.92/1.17=19.8

　　然后計算出來的流量系數Kv/ Cv選用與其相適應口徑的調節水閥。 樓宇自控系統設計一般思路分析

     3、業主應該注意的幾個問題

 　　3.1 以實是**的眼光看待BA的節能

 　　業主為大樓投資安裝BA系統主要是看在BA系統能夠節省能源成本，降低大樓運行支出，提高大樓經濟效率。

　　但有相當數量的業主存在著錯誤觀點：以為大樓節能就是靠BA系統，有了BA系統就能省很多錢。存在這種觀點雖然可以理解，但顯然忽視了BA系統節能 的前提條件：只要在暖通設計合理的前提下，結合合理有效的BA自動控制，才能真正達到節省人力、節省能源的目的。換句話說，大樓的節能是一項綜合性系統工程，不是單靠BA系統就能實現的。有關大樓節能與BA系統關系已有專門文獻作出分析，本文不做討論。

　　3.2 采購設備時應考慮BA接口
 
　　理論上講，BA對所控設備的型號、品牌、功能沒有限制，但這并不是說BA對設備沒有要求：業主所購的受控電氣設備必須具備二次控制回路或者說 BA接口，否則BA系統是無法進行有效控制。
 
　 五維在工程實踐中發現許多業主在采購設備沒有考慮BA要求，電氣柜內沒有二次回路，不得不重新改制電氣控制柜，造成業主投資浪費。

 　由于不同品牌的BA系統對二次控制回路要求不盡相同，所以*好能與BA代理商先行溝通。
 
4、小結

　　以上只是我司在BA工程實踐中的一些體會和經驗，請專家和同行批評指正。   樓宇自控系統設計一般思路分析

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