楼宇自动化实验指导书

第一章概述随着信息社会的发展，建筑越来越成为人类生活环境的一个组成部分。从工业社会现代化建筑的概念转向面对信息社会的需求，智能建筑正在世界范围内蓬勃发展，并在大量的建筑实践中取得了显著的成就。由于智能建筑（国际上通常称为楼宇自动化）比传统建筑更能够为人们提供理想的工作和生活环境，因此，以1984年1月美国联合科技UTBS在康涅狄格州哈特福德市建设的都市大厦为标志，在美国、欧洲及世界其他地区相继兴起了营造智能建筑的热潮。当前，我国的城市建设正在经历一个前所未有的蓬勃发展阶段，同时也陆续兴建了一些不同智能标准的新型智能建筑。尤其是进入20世纪90年代以来，智能建筑在我国像雨后春笋般地拔地而起，相信将成为21世纪建筑发展的主流。我国颁布的智能建筑设计标准（GB/T50314-2000）中指出，智能建筑是“以建筑为平台，兼备建筑设计、办公自动化及通讯网络系统，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境。”智能建筑是综合经济实力的象征和综合性科技产物，其发展涉及电力、电子、仪表、建材、钢铁、建筑、计算机与通信等多种行业。为配合国内外高等院校智能建筑领域教学、实验的发展，我公司与有关院校紧密合作总结多年的研究成果及调研了众多高等院校的实际要求，重点考虑了国内教学、科研的发展需求，精简了教学、实验内容研制出一套楼宇自动化实验装置。装置特点：1、系统性强全部实验装置包含了广义楼宇自动化系统的大部分实验内容如：中央空调系统的能量管理及自动控制系统、闭路电视及保安监控系统、火灾探测及消防报警系统。2、高度的开放性系统在选择技术规范及国内外标准时，重点采用了技术开放、公开、可免费使用的通讯协议和标准。设计中集中安排了信号端子，可连接不同控制系统。3、灵活性强由于技术开放、标准、模块化，各校可根据具体需要选择系统配置和组合，并进一步开发实验装置的应用范围。4、技术先进全部实验装置尽可能的采用当代先进技术，数字化内容丰富，网络化功能强，可根据需要深入集成系统信息。5、经济实用全部实验装置的控制器及监控装置在配合相关板卡的基础上可完全采用个人计算机实现全部实验内容，减少了硬件投资，提高了设备利用率。本实验主要介绍中央空调系统第二章智能大厦中央空调控制系统实验装置简介模拟智能大厦中央空调控制系统提供了智能大厦中央空调控制系统研究的模拟环境，它涵盖了中央空调系统的制冷机组，空气处理及新风机组的主要控制功能。系统采用了工业化设计，主要的传感器、执行器采用了Honeywell公司的产品，真实再现了实际系统各环节的内容，系统的风道结构采用透明的有机玻璃设计。由于在各部件中应用了模块化设计，易于组成各类空调系统，丰富了实验内容，在选择楼宇自动化系统时，采用了最常用的可编程控制器(三菱PLC)，使学生可以自由，熟练的从事实验中的编程、组态、开发。并进一步为学生提供了研究设备，为便于使用不同的控制器，设计中集中安排了信号端子连接，应用该系统可以构造成PLC控制系统，基于PC的控制系统，集散控制系统，各类仪表控制系统或各类现场总线控制系统。通过该系统的实验可以是学生对中央空调系统的基本原理和构造进一步熟悉和了解，掌握常规的暖通空调系统的能量管理和空气控制方法、控制器编程、设计组态等。同时通过系统实验使学生掌握常规故障点的检测。实际系统如下图所示：整个实验装置包括制冷（热）机组和空调机组组成。全部机组由PLC主单元和特殊模块控制。实验调节系统采用闭环调节，并通过上位机监控系统进行监视、控制等远程控制功能，使操作者不必靠近控制对象可以对系统进行远程控制，系统具有数据采集和数据管理功能、动态数据交换功能、实时和历史趋势图和事件自动记录功能。空调调节系统的目的在于，创造一个良好的空气环境，即根据季节变化提供合适的空气温度、相对湿度、气流速度和空气洁净度，以保证办公人员的工作效率。一.空气处理机组的监控空气处理是指对空气进行加热、冷却、加湿、干燥及净化处理。机组结构、原理图如下：空调机组结构图新风回风送风机变频器冷/热水雾水化换热器过滤器加湿器送风空调机组原理图1)新风采入段设有新风风门FV1，调节风门开度，可以通过增大管路阻力来减少风量。2)新风、回风混合段设置新、回风混合段的目的在于：冬季节省热量，夏季节省冷量，以实现节能。回风进入段设有回风风门FV2，同样可以控制风门开度，调节回风量。3)空气过滤段新风和回风一起经过空气过滤器除尘净化，随着过滤网上沉附的灰尘逐渐增加，将增大气流阻力，影响空调系统正常运行。通过对过滤网两端空气压差的检测，可及时对过滤网进行清理和更换。4)冷、热水盘管段表热交换器可以对空气进行加热和冷却。夏季向热交换器通入15℃或以下的冷水，调节电动调节阀TV1的阀门开度，控制冷水流量。例如温度高于设定值时，可加大冷水流量；反之，则减之。冬天，向热交换器通入31℃或以上的热水，调节阀门TV1的开度，控制热水流量，可调节温度。5)加湿段通过调节超声波加湿器的开关，控制气雾量，可改变湿度。空气处理机组采用直接数字控制器DDC进行控制，即利用数字计算机进行控制，可对多个受控装置进行直接控制，通过编程实现各种控制功能。与常规仪表组成的传统控制方式相比，一个DDC可以取代多个传统控制器实现联动控制、选择、切换等多种功能。当控制内容及规模相同时，总成本大为降低，其功能和灵活性又是传统控制器望尘莫及的。1)送风温度控制由送风管道内的温度传感器T2实测出送风温度，通常，传感器与变送器组合成一体，将实测温度信号变换成满足接口电路要求的模拟量信号，输入DDC,与送风温度设定值比较，得出偏差。考虑到温度变化缓慢，时间常数大，采用PID控制算法，以便缩短调节周期、消除静差，提高调节精度，以便温度波动范围控制在±0.5℃以内。经过PID运算后，DDC输出相应的电压控制信号，用来控制电动调节阀TV1的阀门开度，调节冷、热水流量。2)送风湿度控制由送风管道内的湿度传感器H2测出送风湿度，输入DDC，与湿度设定值比较，得到偏差，经过PID运算，DDC输出相应的数字信号与相应的周期数字信号作比较，输出一组脉宽调制信号来控制加湿器的开关来控制送风湿度。3)连锁控制自动实现必要的连锁保护功能。采用压差开关检测风机启停状态，风机启动后，如果风机前后压差Pd1打达到设定值，发出正常运行信号，自动启动系统控制信号投入运行。如果检测到Pd1过低，发出故障信号，并自动连锁停机：由于各电动调节和风机都与风门连锁，一旦风机停止运行，冷、热水阀自动关闭，新风风门全关。4)过滤网堵塞报警用压差开关检测过滤网两端压差Pd2,当压差超过设定值时，报警指示灯亮。5)变风量控制系统采用的是末端调节的变风量控制系统，即由末端装置（变频器）直接控制风机。基于末端装置的实时风量需求，采用先进的控制方法（风机－调节阀－温度串级控制）来进行温度控制。使系统更节能、稳定。6)压差控制系统由微压差传感器测出房间与外界的压力差，送入DDC与设定值比较输出控制值给房间风门执行器来控制压差，使房内有一定的正压防止外界细菌入内。7)工作状态、数据显示与打印通过组态软件来实现监控，可显示图形或文字并打印数据：风机启/停状态，风机故障报警；过滤网堵塞报警；新风、回风、送风温度、湿度与设定值；流程图实时画面、阀位值显示，参数变化趋势曲线等。二、制冷机组的监控空调系统需要冷源、热源。本装置采用的是用压缩机产生冷、热源。它是以消耗电能作为补偿，以氟利昂为制冷剂。机组原理图如下：制冷机组结构图图1为压缩式制冷原理示意图。图中点划线框内为整体式制冷装置，称为冷水机组。它由压缩机、冷凝器、蒸发器及其它辅助装置组成。压缩机将制冷剂压缩，压缩后的制冷剂进入冷凝器，被冷却水冷却后变成液体，析出的热量则由冷却水带走，在冷却塔中利用水喷射或是经冷却风机将热量排入大气。液体制冷剂由冷凝器进入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发，使冷（冻）水降温，提供冷源送空调使用。冷却水泵冷却塔冷冻水泵冷水机组压缩机凝器冷发器蒸水回水供冷冷热热图11)手动控制在上位剂手动设置制冷机组旁通阀TV2的开度、冷冻水泵和压缩机的启停，由DDC送出相应控制信号。2)压差旁通控制由供水、回水压力传感器检测出的压力的差值，送入DDC，与压差设定值比较后，DDC送出相应信号，调节位于供、回水总管之间的旁通管上的电动调节阀（旁通阀TV2）的开度，实现进水与回水的旁通，以保持供、回水压差恒定。3)互补控制即DDC送出全范围的60%－调节阀开度的值给旁通阀，使旁通阀的开度与调节阀在60%内互补。4)冷冻水温度控制利用温度传感器检测出冷冻水的温度，送入温控仪与设定值比较，输出控制信号给压缩机从而控制水温。系统的主要仪表性能及参数指标如下：一．检测元件1．WS302V温湿度变送器用于测量本系统中的新风、送风、回风的温度和相对湿度。测量范围：0—50℃，0—100%RH精度：±0.3℃，±2%RH输出电流：4—20mA二线制传输供电电压：12—24VDC2．BP8110压力传感器用于测量本系统中冷冻供水和回水的压力。测量范围：0—0.1Mpa。输出电压：4—20mA。供电电压：DC24V。以及四个polymer温湿度变送器和两个DPS200压差传感器。二．执行元件1．ML7420A3055线形电动调节阀用于调节冷冻供水和冷冻旁通水的开度。工作电压：24Vac（±15%），60HZ。功耗：最大7VA。输入信号：0/2到10Vdc。2．ML7174E2007风门执行器工作电压：24Vac（±20%）50/60HZ。功耗：2VA。全程时间：150/125s控制方式：2—10V三．控制器下位机的控制器采用日本三菱公司生产的可编程逻辑控制器(FX2N-32MR+4块FX2N-4AN+2块FX2N-4DA)，负责模拟量和数字量的采集和处理和上位机通讯。四．上位机监控软件上位机监控软件采用“美国柏元网控”开发的“WebAccess”软件。WebAccess是完全基于浏览器、基于B/S架构的人机界面（HMI）和监控及数据采集(SCADA)软件，可运行于Windows2000/XP/2003等操作系统。WebAccess系统组件WebAccess完全基于网络架构，基本组成部分包括：监控节点(SCADAnode)–数据采集和本地监控，连接自动化硬件设备，并且通过网络传输数据；提供管理控制和数据采集（SCADA）功能，包括：通讯驱动程序（Modbus、Lonworks、OPC、DDE和其他PLC、IO模块、DDC等）；实时和历史趋势记录，报警记录以及事件运行记录。工程节点(Projectnode)–WebAccess开发平台，所有系统设置及前期项目开发均在此完成；作为Web服务器，提供客户端和监控节点间的初始化连接；作为数据库服务器，通过ODBC记录所有运行数据。WS302V温湿度变送器使用说明书特点●风道型、法兰安装●标准电流、电压信号输出●线性响应，测量范围宽、精度高●性能稳定可靠应用用于暖通空调以及楼宇自控等环境的温湿度测量性能指标温度湿度测量范围0℃～50℃0％RH～100%RH精度±0.3℃±2%RH(at25℃,30％RH～80%RH)长期稳定性±0.3℃/年1％RH/年敏感元件Pt100铂电阻S118湿敏电容器工作温度0℃～50℃存储温度0℃～50℃（非凝结）连接方式4位接线端子（间距5.0mm）外壳材料ABS塑料信号输出4mA～20mA电源12～24V功耗25mA电气连接：WS302A温湿度变送器使用说明书特点●壁挂式安装●标准电流、电压信号输出●线性响应，测量范围宽、精度高●性能稳定可靠应用用于室内、外环境监测，通讯机房、仓库以及楼宇自控等环境的温湿度测量性能指标温度湿度测量范围0℃～50℃0％RH～100%RH精度±0.3℃±2%RH(at25℃,30％RH～80%RH)长期稳定性±0.3℃/年1％RH/年敏感元件Pt100铂电阻S118湿敏电容器工作温度0℃～50℃存储温度0℃～50℃（非凝结）连接方式4位接线端子（间距5.0mm）外壳材料