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Honeywell樓宇自控系統(tǒng)的應(yīng)用論文
摘要：建設(shè)銀行天津市分行新營業(yè)大樓(簡稱天津建行大廈)業(yè)已建成，即將投人使用。天津建行大廈采用樓宇自控系統(tǒng)，對大廈內(nèi)使用的冷凍機組、空調(diào)機組、新風(fēng)機組及公共照明進行以計算機系統(tǒng)為主的自動化控制，大廈內(nèi)還采用了結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)，對提高大廈的使用功能、節(jié)省能源、提高經(jīng)濟效益必將產(chǎn)生深遠的影響。天津建行大廈稱得上是一座現(xiàn)代化智能大廈。
關(guān)鍵詞：樓宇自控，系統(tǒng)，應(yīng)用
一、Exeel5000樓宇自控系統(tǒng)簡介
Excel5000是Honeywell公司于1994年推出的全新的建筑物自動化系統(tǒng)。首先它采用了共享總線型網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)，把分布在大廈內(nèi)不同部位的控制分站用一條普通雙絞線(總線)互聯(lián)，形成集散式控制，通信速率高達IMbpS。分站設(shè)在被控設(shè)備附近，成為現(xiàn)場工作站。每個分站均采用微機，實現(xiàn)全部控制功能，其工作狀態(tài)與中央站無關(guān)。分站直接掛在總線上，實現(xiàn)與中央站之間的數(shù)據(jù)通信和分站之間的數(shù)據(jù)通信。現(xiàn)場控制器是分散控制分站，中央站與分站可以直接通信。天津建行大廈所采用的大型控制器(xL500)和中型控制器(xL100B)配有安裝式操作終端(xI5sl)和桌面式操作終端(xI582)，并配以現(xiàn)場操作軟件包(XI584)和工具軟件包(CARE及LiveCARE)進行現(xiàn)場調(diào)試和程序修改等操作。
其次它采用了分級分布式系統(tǒng)，構(gòu)成開放式局域網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為三層，最上層為信息域的干線，采用總線型以太網(wǎng)絡(luò)(或令牌環(huán)網(wǎng))，以roMbPs的速率把多個工作站連接起來，實現(xiàn)共享資源以及各工作站之間的通信;第二層為控制域的干線，構(gòu)成集散控制的分站總線，以IMbPs的速率把控制器(分站)連接起來;第三層為分散的微型控制器(子站)互聯(lián)使用的子站總線，子站總線通過子站連接器與分站總線連接在一起。
再次，Excel5000還具有產(chǎn)品的向上兼容性，所有的Honeywell公司的產(chǎn)品均可納人Exeel5000網(wǎng)絡(luò)中，同時Excel5000支持結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)。事實上，天津建行大廈樓宇自控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)采用了結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)，并由北京德達數(shù)據(jù)系統(tǒng)公司負責安裝調(diào)試，它綜合了大廈內(nèi)幾乎所有的弱電系統(tǒng)，為大廈提供了一個投資合理又擁有高效率的便利的信息高速通路。
二、Excel5000基本型
建筑物自動化系統(tǒng)
根據(jù)天津建行大廈內(nèi)設(shè)備的功能及其使用范圍，大廈樓宇自控系統(tǒng)采用的是ExeelBuildingsu-pervisor(XBS)—基本型建筑物自動化系統(tǒng)。XBS系統(tǒng)最多可控制36000點，它是以空調(diào)制冷、電器設(shè)備為控制對象的建筑物自動化系統(tǒng)，XBS系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成。
1.硬件的組成
中央站:中央控制主機為DELLPentium133PC機(硬盤為IGB，內(nèi)存為SMB)。此時，中央站可稱為XBSServer，分站總線接口卡XPC500可連接一條C一US，最多為3臺XPC500。
分站:xL系列直接數(shù)字控制器(DDC)可直接掛在C多US上。
(一)xLlooB中型控制器(36點)
這是一臺有12個通用輸人控制點、12個數(shù)字量控制點和12個通用輸出控制點的控制器，微處理器芯片為Intel8OC188、RAM128KB、05EPROM5一ZKB，并裝有先進的快可擦存儲器FlashMemo128/256KB(小硬盤)作為控制器數(shù)據(jù)庫，供用戶在現(xiàn)場調(diào)試編程使用。
該控制器適用于大廈內(nèi)新風(fēng)機組，空調(diào)機組及公共照明，大廈主樓為30層，每2層使用一個XLlooB控制器，再加上裙房空調(diào)機組、大廳照明、樓外泛光照明等，共使用了21個XL100B控制器。這些控制器配有一臺便攜式手操器(xI582AH)，在現(xiàn)場完成編程和調(diào)試等操作。
(2)XL500大型控制器(最多128點)
這是一臺采用可插拔式的功能模塊組合型大型控制器，用于冷凍機組、變電站等設(shè)備比較集中的地方。根據(jù)控制對象不同類型控制點進行不同點數(shù)的組合，以使控制器能最有效地利用其控制點和控制功能。XL500的電腦模塊為XL501O，配置與XL100B基本相同。每臺控制器最多可裝有18個功能模塊:1個控制模塊(XLSO10)、1個電源模塊(XP502)、16個輸人/輸出模塊(xr52lA、xr523A、XF522A、XF524A等)。
(3)繼電器模塊MCE3
由于XL100B數(shù)字量輸出功率很小(尤其是在工作電壓受到限制時)，所以需要用繼電器來完成實際的輸出控制功能。MCE3是一組由三個繼電器組成的模塊，可供三個數(shù)字量輸出(DO)來使用。其中Kl和KZ兩個繼電器各有1個單刀雙擲(轉(zhuǎn)換)接點，而K3繼電器只有一個單刀單擲(常開)接點。KI、KZ、K3每個接點的容量為240V、ZA。
(4)傳感器和執(zhí)行器
為了滿足樓宇自控系統(tǒng)的控制功能，現(xiàn)場設(shè)備附近安裝了許多傳感器和執(zhí)行器，用于采集控制參數(shù)，達到自動控制的目的。傳感器負責將現(xiàn)場的物理參數(shù)轉(zhuǎn)換成控制點信號傳送到上一層控制器，如空調(diào)系統(tǒng)的傳感器包括溫濕度傳感器，壓差傳感器、流量傳感器等;執(zhí)行器負責將控制器傳送來的控制信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的物理動作，如新風(fēng)機組的水門執(zhí)行器、風(fēng)門執(zhí)行器等。綜上所述，可把XBS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為三個層次。
第一層:由傳感器和執(zhí)行器構(gòu)成，用于采集控制參數(shù)，并將控制信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的物理動作，它們是組成樓宇自控系統(tǒng)最基本的要素。
第二層:由分布于各控制區(qū)域內(nèi)的分布式微處理器構(gòu)成，主要負責收集控制信號，并根據(jù)現(xiàn)場狀況向執(zhí)行器發(fā)送相應(yīng)的控制指令，同時負責將本區(qū)域內(nèi)的控制信號向上層傳輸。實現(xiàn)功能為控制點的信號處理、直接數(shù)字控制(DDC)和時間調(diào)度等。
第三層:由DELLPC機組成的控制中心構(gòu)成，進行大范圍控制管理，實現(xiàn)功能為原始數(shù)據(jù)的采集、整理和記錄，控制順序設(shè)計、圖形化控制狀態(tài)的顯示等程序化功能。
2.軟件的組成
(1)操作系統(tǒng)
控制中心由DELLPC機構(gòu)成，該PC機上安裝了DOS6.22操作系統(tǒng)、WindowS3.11視窗軟件包、XBs軟件包、Mierografxnesigner圖形制作軟件包、MierosoftExeel4.0制表軟件包。
(2)應(yīng)用軟件
XBS軟件是屬于第三代集散系統(tǒng)(TDS)技術(shù)的最新圖形化軟件，它運用窗口技術(shù)，操作完全圖形化，內(nèi)容豐富、直觀，畫面響應(yīng)速度快，選用智能顯示技術(shù)，完全實現(xiàn)了CRT化操作。ExeelCARE和LiveCARE軟件包是一組圖形化工具，用戶可非常方便地編制控制系統(tǒng)中各個DDC控制器上使用的應(yīng)用程序。CARE軟件用來檢查控制方法和開關(guān)邏輯，以便建立多種控制文件和系統(tǒng)設(shè)備的匯總表。LiveCARE軟件用于現(xiàn)場調(diào)試各種DDC控制器的控制動作，以檢查程序設(shè)計的正確性，協(xié)助系統(tǒng)的啟動與開通。
①CARE和LivecARE軟件的功能。主要有:繪制控制系統(tǒng)原理圖;運籌控制方法;設(shè)置開關(guān)邏輯;確定時間邏輯;提供各種算法;建立控制文件;控制程序仿真。
�、贑ARE軟件編制應(yīng)用程序的方法。在CARE軟件中，儲存了大量控制規(guī)則，實際上是自動控制技術(shù)中的“專家控制”，形成標準化并可以立即付諸使用的各種應(yīng)用程序。對以上標準化程序作相應(yīng)的修改，以滿足用戶的設(shè)計要求。
為減少設(shè)計應(yīng)用程序的工作量，提供一系列應(yīng)用程序子模塊作為參考，這些子模塊可分為以下幾類:
輸出模塊:用于提供模擬控制和數(shù)字控制，通常與機械設(shè)備接口，如風(fēng)門、水門、風(fēng)機、水泵、照明開關(guān)等�？刂品桨改K:用于提供控制信號輸出，控制方案包括順序、串級控制，比例積分微分(PID)控制等。
超馳模塊:用于提供超馳控制，特定的超馳模塊包括用于節(jié)能模式、濕度超馳模式等。
單獨運作模塊:用于提供靜壓控制、流量控制、濕度控制等。這些模塊均有內(nèi)置的特定的功能。
通用模塊:用于提供一般功能，如手動開關(guān)、監(jiān)控點設(shè)定和調(diào)整等。
�、蹜�(yīng)用過程。首先用鼠標單擊，調(diào)出控制示意圖。將軟件中有關(guān)控制文件的各種圖素拼出所需要的完整的控制圖形。完成制圖后，可由兩種途徑將控制要求確定下來。
a.控制方法—以PID為主體的連續(xù)控制。根據(jù)現(xiàn)場條件、運算結(jié)果、時間程序等原則，按照模擬點、數(shù)字點或軟件點來決定控制方法。CARE數(shù)據(jù)庫提供有控制圖標(icon)側(cè)條的工作區(qū)來完成控制方法的設(shè)置，這些圖標側(cè)條如下。
Min:在模擬輸人中選取最低值。
Max:在模擬輸人中選取最高值。
+:把所有模擬輸人值相加。
一:求出模擬輸入值之間的差值。
AVR:計算出模擬輸人值的平均值。
PID:使某模擬輸出值以兩個模擬值(一個是控制變量，一個是參考值)來作PID控制。
CAS:串級控制，其作用是使一個Pl控制器的作用具有主控制器和串級控制器的功能。
RAP:超時后的室溫變化極限(“ramn”功能)。
MAT:以數(shù)學(xué)方法編輯器對另外的控制圖標修正其輸人。
CYC:完成間隙運作。
zEB:對加熱、制冷及零能帶決定其設(shè)定值，以保持預(yù)先設(shè)定的舒適區(qū)間。
b.開關(guān)邏輯—以時間和狀態(tài)為轉(zhuǎn)移條件的順序控制。在要求開關(guān)控制時，CARE提供一個邏輯表完成開關(guān)邏輯，以設(shè)定控制器輸出狀態(tài)。當前應(yīng)用的開關(guān)條件出現(xiàn)時，控制器會傳輸一個編程信號給一個相應(yīng)的輸出，即根據(jù)某種情況賦“真”、“偽”二值之一給某一輸出，開關(guān)邏輯比控制方法有更高的優(yōu)先級別。例如，如果“控制方法”決定一臺新風(fēng)機應(yīng)該啟動，但是“開關(guān)邏輯”此時認為這臺新風(fēng)機不能運轉(zhuǎn)，那么最終結(jié)果是這臺新風(fēng)機不能啟動。
�、軙r間功能。CARE軟件還提供時間表控制，決定設(shè)備以工作日、休息日乃至年度的時間設(shè)定的工作。這對新風(fēng)機控制、照明控制非常方便。時間功能也是和開關(guān)邏輯、控制方法集成在一起，用于對被控制設(shè)備進行全盤考慮的。
⑤數(shù)學(xué)編輯器。當一個控制結(jié)果并非來自一個熟悉控制器的某一點而需要更多的點參與時，就可以用數(shù)學(xué)編輯器來進行數(shù)學(xué)計算協(xié)助得出結(jié)果。LiveCARE是一個軟件包，以檢查某控制器的控
制方法和開關(guān)邏輯是否滿足實際情況并符合用戶的需要。這在直接數(shù)字控制投人實際運行前是非常必要的，它在設(shè)計與現(xiàn)場實現(xiàn)之間起到溝通的作用。在視窗環(huán)境下，用戶應(yīng)用LiveCARE可以監(jiān)視、固定硬件和軟件點，觀察和改變控制參數(shù)，也可以觀察硬件和軟件點被賦與的用戶地址。
三、控制功能和范圍
天津建行大廈樓宇自控系統(tǒng)軟件，是由Hon-e卿ell公司開發(fā)的ExeelBuildingSupervisorversion1.2.01版軟件。主要功能是對天津建行大廈內(nèi)的動力設(shè)備進行實時監(jiān)控。
1.冷凍機組控制
根據(jù)冷負荷對冷凍機組進行起�？刂�。監(jiān)控冷凍機的一次水泵狀態(tài)、二次水泵狀態(tài)、水流狀態(tài)。監(jiān)控的參數(shù)有:冷凍泵狀態(tài)、送水溫度、水流狀態(tài)、水閥開關(guān)狀態(tài)、冷凍水送水溫度、冷凍水回水溫度、分水器供水壓力和集水器回水壓力等。這些參數(shù)同時顯示在屏幕上。當某一項發(fā)生故障時，迅速彈出報警畫面，同時將報警信息、報警設(shè)備、報警位置反映出來。這些報警信息可指導(dǎo)我們及時排除故障，確保設(shè)備正常運行。
2.冷卻塔控制
根據(jù)冷卻水供回水溫差以及冷凍機運行臺數(shù)，分級控制冷卻塔風(fēng)機機組。根據(jù)冷卻水供水溫度，調(diào)節(jié)冷卻水旁通閥，保持冷卻水溫度不低于設(shè)定溫度。監(jiān)控的參數(shù)有:冷卻塔風(fēng)機狀態(tài)、冷卻泵狀態(tài)、冷卻水供水溫度和冷卻水回水溫度。
3.燃油鍋爐監(jiān)視
大廈采用燃油鍋爐供熱，由于油爐的特殊要求，沒有對油爐進行控制，只對二次熱水泵啟停進行控制，以達到對水流量進行控制的目的。監(jiān)測的參數(shù)有:熱水泵狀態(tài)、分水器供水壓力、集水器回水壓力、油爐出水溫度和油爐回水溫度。
4.液位監(jiān)測
對位于大廈高區(qū)中區(qū)和低區(qū)的三個大水箱進行液位監(jiān)測，主要目的是保證消防用水和生活用水。當水位高于臨界值或低于臨界值時，計算機屏幕立即彈出報警畫面，并顯示報警信息、報警位置，確保高水位不溢水，低水位不枯水。
5.空調(diào)機組控制
根據(jù)回風(fēng)溫度或室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)冷水閥、熱水閥的開度，以達到控制溫度的目的�？刂普f明如下:
(l)根據(jù)回風(fēng)溫度RaTemp和PID，調(diào)節(jié)水閥Htcwlv，保持回風(fēng)溫度為設(shè)定溫度(Tset20℃)，調(diào)節(jié)精度為土1.0℃。
(2)根據(jù)室外新風(fēng)溫度、新風(fēng)濕度，計算室外燴值。根據(jù)燴值控制新風(fēng)門、回風(fēng)門。新風(fēng)門、回風(fēng)門相互聯(lián)鎖。
(3)在冬季，當風(fēng)機盤管溫度低于5℃時，防凍報警，風(fēng)機停止運行，新風(fēng)門關(guān)至8%，水閥開至35%。
(4)在冬季，當新風(fēng)溫度低于5℃時，根據(jù)預(yù)熱溫度T1、PID，調(diào)節(jié)蒸氣閥，保證進風(fēng)溫度高于5℃。
(5)過濾網(wǎng)兩側(cè)壓差達到一定值時，過濾網(wǎng)有堵塞報警。
6.新風(fēng)機組控制
新風(fēng)機組控制原理與空調(diào)機組基本相同，但比空調(diào)機組簡單。
7.熱風(fēng)幕控制
為了隔離大廈內(nèi)外溫度，保持大廈內(nèi)的溫度不受外界溫度影響，對大廈正門和營業(yè)廳大門兩處的熱風(fēng)幕進行啟�？刂�。
8.電力測量
電力測量主要是監(jiān)測大廈變電站變壓器的運行狀態(tài)，測量電網(wǎng)電流、功率因數(shù)和A.B.C.三相電壓。并計劃在此基礎(chǔ)上計算電量，即根據(jù)電流、電壓及有功功率，計算出大廈每天的耗電量以及累計耗電量。
9.公共照明控制
所謂公共照明控制是指根據(jù)照明環(huán)境的實際需要定時開關(guān)上述公共區(qū)域照明。大廈內(nèi)每個照明區(qū)域有兩路控制線路，即主路和副路。主路控制照明區(qū)域的絕大部分燈;副路則控制照明區(qū)域的少數(shù)燈，即夜間巡更燈。通過對公共照明控制可以降低電能消耗，延長燈泡使用壽命，減少員工勞動強度。大廈外裝飾性照明一般為傍晚開、深夜關(guān)�？梢愿鶕�(jù)季節(jié)變化，通過軟件調(diào)整開關(guān)時間;還可以根據(jù)實際需要縮短或延長照明時間。為了便于對樓宇自控系統(tǒng)的管理，大廈平面簡圖已被輸人到計算機內(nèi)，樓宇自控系統(tǒng)的功能、類型和范圍，也都以圖形或文字的形式描繪在平面圖一。這些圖形文件與控制對象一一對應(yīng)，前后呼應(yīng)，成為我們自行開發(fā)的樓宇自控系統(tǒng)輔助管理軟件。通過這些輔助管理軟件，可以迅速準確地了解大廈動力設(shè)備的基本情況，掌握樓宇自控系統(tǒng)的控制功能和范圍，用最快最簡捷的方式排除故障，解決實際問題。實踐證明，這些軟件已經(jīng)成為樓宇自控系統(tǒng)不可缺少的輔助工具。
四、結(jié)束語
以上介紹了天津建行大廈樓宇自控系統(tǒng)的主要內(nèi)容和投人運行后的基本情況。盡管樓宇自控系統(tǒng)前期投資較大，但是投人運行后所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益是相當可觀的，隨著時間的推移，這種效果越來越明顯。這對金銀泰服務(wù)中心日后對大廈進行科學(xué)化管理，提供了一個重要的現(xiàn)代化手段、一個全新的高科技工具和一個較為完備的自動化控制系統(tǒng)。當然天津建行大廈還配有其它現(xiàn)代化管理系統(tǒng)，如結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)、保安監(jiān)控系統(tǒng)，它們都將成為對大廈進行科學(xué)化管理的工具。
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