西门子山东东胜大厦楼宇自控系统工程设计方案

 东胜大厦,坐落于山东省东营市西城区,总建筑面积51700m2,建筑高度为99.7m,建筑层数地上26层,地下2层,室外庭院面积22000m2,是一座集酒店、办公、商务、娱乐、宾馆为一体的综合性智能化建筑。东胜大厦楼宇自控系统采用西门子楼字科技(天津)有限公司为大厦提供的西门子公司*新一代的S600APOGEE系统。该系统能够提高东胜大厦的整体管理水平,节约能源,提供更为舒适的室内环境,将大厦内制冷站、供热站、空调、新风机组、公共区照明部分、给排水、送排风等系统纳入大厦自动化管理系统,S600APOGEE是以集散理论为基础的成熟的楼宇自动化系统。它具有结构灵活、适应性强、扩展方便、软件优化设备运行、操作简单等特点。
   
       一、楼宇自控系统的设计思想和原则

       东胜大厦楼宇自控系统是一套将冷热源、空调、通风、给排水、变配电、照明、电梯等设备或系统以集中监视、控制和管理为目的而构成的综合系统,以安全、可靠、节能、节省人力和综合管理为目的。为了建成一个优良的建筑设备监控系统,在系统的设计上着重考虑了三个方面的要素。其一是确定服务于设备或各个子系统的控制器I/O点数及点的类型,同时确认I/O点数的接口技术处理;其二是现场仪器、仪表、传感器、变送器和执行器等元件的正确选择与配置;其三是中央操作站和通讯网络的配置。  
       APOGEE楼宇自控系统是西门子公司推出的新一代楼宇自控/系统集成平台, 完整的系统由INSIGHT监控软件、DDC控制器、传感器、阀门及执行机构四大部分组成。根据东胜大厦机电设备和弱电系统设计方案的具体情况,着重对如下几个问题做了细化处理:
       1、根据东胜大厦弱电系统的总体要求,选用了西门子的INSIGHT监控软件,该系统采用了Client/Server系统结构,并且支持WindowsNT/Windows2000/WindowsXP操作系统,支持OPC等多种协议和开放接口,并且提供了丰富的功能选项,是一套运用成熟的系统;
       2、按受控设备的要求选用不同处理能力的DDC控制器,控制器的搭配对于系统的合理配置有着重要的作用,各自控厂商的控制器都有多种不同点数的产品可供选择,合理的选择控制器对于优化网络拓扑和控制系统造价有着不可忽视的作用。其基本原则是控制器尽量靠近控制对象,空间距离较远的设备不宜合用同一个DDC控制器;
       3、为了保证系统稳定可靠,楼宇自控系统的控制器、传感器、执行器电源均独立与受控设备集中供电。
   
       二、楼宇自控系统的控制内容和目标
 
       总体上来讲,楼宇自控系统应该向用户提供如下功能:

       (1)通过配置系统的硬件和软件,实现测量各类工艺、设备状态的参数,设置并控制设备启停、提供设备运行报告等功能;
       (2)监视并显示系统监控设备的工作状态,故障时自动报警;
       (3)现场自动控制组织的安全调整功能;
       (4)根据系统记录,管理分析当前和过去运行过程;
       (5)提供计算和预测工具,用于优化操作参数并组合,实现设备优化使用;
       (6)实现楼宇自控系统与其他系统数据交换;
       为此,我们对每一个子系统都进行了相应的需求分析,*终确定了东胜大厦项目中纳入楼宇自动化系统监控对象的具体内容和目标。
   
       1、冷冻站系统的监控
   
       监控设备包括:冷水机组、冷却水循环泵、冷冻水循环泵、冷却塔、自动补水泵、电动蝶阀等。

       (1)根据事先排定的工作及节假日时间表,定时启停冷水机组及相关设备。完成冷却水循环泵、冷却水塔风机、冷冻水循环泵、电动蝶阀、冷水机组的顺序连锁启动及冷水机组、电动蝶阀、冷水循环泵、冷却水循环泵、冷却塔风机的顺序连锁停机。
       启动顺序为:对应冷却水、冷冻水管路上的阀门立即开启;冷却塔风机、冷却水泵、冷冻水泵的启动延迟2~3min启动;制冷主机延迟3~4min执行。
       停止顺序为:立即切断主机电源;冷却塔风机、冷却水泵、冷冻水泵的启动延迟2-3min关闭;对应冷却水、冷冻水管路上的阀门立即关闭。
       (2)测量冷却水供回水温度,以冷却水供水温度及冷水机的开启台数来控制冷却塔风机的启停的数量。维持冷却水供水温度,使冷冻机能在更高效率下运行。
       (3)监测冷水总供回水温度及回水流量,由冷水总供水流量和供回水温差,计算实际负荷,自动启停冷水机、冷冻水循环泵、冷却水循环泵及相对应的电动蝶阀;  
       (4)根据膨胀水箱的液位,自动启停自动补水泵;
       (5)监测冷水总供回水压力差,调节旁通阀门开度,保证末端水流控制能在压差稳定情况下正常运行。在冷水机系统停止时,旁通阀自动全关;  
       (6)监测各水泵、冷水机、冷却塔风机的运行状态、手/自动状态、故障报警,并记录运行时间;  
       (7)水泵保护控制:在每台水泵的出水端管道上安装水流开关,水泵启动后,水流开关检测水流状态,如故障则自动停机;水泵运行时如发生故障,备用泵自动投入运行;
       (8)中央站彩色动态图形显示、记录各种参数、状态、报警,记录累计运行时间及其他的历史数据等。

       2、换热站系统的监控

       监控设备包括:热交换器、冷凝泵等。

       (1)监测各热交换器二次水出水温度,依据出水温度按PID调节一次热水(或蒸汽)调节阀,保证出水温度稳定在设定值范围内,温度超限时报警;
       (2)测热水循环泵的运行状态和故障信号,故障时报警,并累计运行时间;
       (3)中央站彩色动态图形显示、打印、记录各种参数、状态、报警,记录累计运行时间及其他历史数据等。

       3、新风/空调机组的监控

       监控设备包括:新风/空调机组。

       (1)时间程序自动启/停送风机,具有任意周期的实时时间控制功能;
       (2)监测送风机的运行状态、手/自动状态、故障报警、累计运行时间;
       (3)防冻保护:在冬季,当温度过低时,开启热水阀,关新风门、停风机、报警提示;
       (4)由风压差开关测量空气过滤器两侧压差,超过设定值时报警;
       (5)风机、风门、冷水阀状态连锁程序;
       ①启动顺序:开冷水阀、开风阀、启风机、调冷水阀;
       ②停机顺序:停风机、关风阀、关水阀;
       (6)对于新风机组,测量新风温度和送风温度,并根据送风温度PID调节二通水阀的开度,维持送风温度为设定值;对于空调机组,测量新风温度和回风温度,并根据回风温度PID调节二通水阀的开度,维持回风温度为设定值;  
       (7)中央站彩**形显示,记录各种参数、状态、报警,记录累计运行时间及其历史数据等;

       4、给排水系统的监控
       监控设备包括:给排水泵、生活水池、污水池、集水坑。
   
       (1)监测生活水泵、污水泵的运行状态,手/自动状态和故障信号,故障时报警,并累计运行时间;  
       (2)实现就地控制和远程控制的转换;  
       (3)监测生活水池液位,对超限水位报警,防止溢流,对超低液位也进行报警;
       (4)根据生活水箱液位,启停生活水泵,并进行超限报警;
       (5)根据污水池、集水坑液位,启停污水泵,并对超高液位进行超限报警;  
       (6)中央站彩**形显示,记录各种参数、状态、报警,记录累计运行时间及其历史数据等。
 
       5、给排风系统的监控  

       监控设备包括:送/排风机。

       (1)监测各风机的运行状态、手/自动状态;
       (2)在自动状态下按时间程序自动启/停风机;
       (3)监测送/排风机的故障信号,故障时报警,并累计运行时间;
       (4)中央站彩**形显示,记录各种参数、状态、报警,记录累计运行时间及其历史数据等。

       6、照明系统的监控  

        监控设备包括:公共照明配电箱。

       (1)对于各照明回路,根据时间程序自动开/关各照明回路;
       (2)对于各照明回路,监控各回路的开关状态、故障报警、手/自动状态;  
       (3)以上时间,程序可根据用户需要任意修改,可自定义节假日工作模式,降低大厦运行中的电能消耗;
       (4)中央站彩**形显示,记录各种参数、状态、报警,记录累计运行时间及其历史数据等。

       7、变配电系统的监控

       对变配电系统的监控主要包括对高压、低压、变压器、发电机设备的相关运行参数的监视,本楼宇控制系统对变配电系统只监视不控制。 由供配电设备厂商预留连接供配电系统的监测接口,通过上等接口采集下列信号:  

       (1)高压进线柜:三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电度;
       (2)所有高压开关的开关状态、故障跳闸状态;
       (3)变压器温度;
       (4)低压进线柜:三相电压、三相电流;  
       (5)所有低压进出线开关的开关状态及故障跳闸状态;
       (6)低压主要配电回路电能计量;
       (7)测量柴油发电机三相电压、三相电流、频率及运行或故障信号;
       (8)监测变压器室、高/低压配电室、发电机房内温度。
       (9)为无缝集成,本项目均要求厂家提供国际标准通讯协议:MODBUS、OPC。

       8、电梯系统的监控
 
       本项目楼宇自控系统对电梯系统实行只监不控的方式,电梯系统提供上等接口给楼宇自控系统集成,楼宇自控对电梯的运行状态、故障报警、电梯的上升、下降进行监视;对自动扶梯的运行状态、故障报警进行监视,并对电梯系统的运行时间进行累积记录。

       三、系统构架

       关于西门子APOGEE系统,简要说明如下:

       1、中央工作站

       中央工作站系统由PC主机、彩色液晶显示器及打印机组成,是BAS系统的核心,它直接可以和以太网相连。整个大厦内所受监控的机电设备都在这里进行集中管理和显示,内装中/英文Insight工作软件,提供给操作人员下拉式菜单、人机对话、动态显示图形,为用户提供一个非常好的、简单易学的界面。操作者无需专业软件知识,即可通过鼠标和键盘操作管理整个控制系统。
   
       2、操作系统

       S600操作系统为楼宇自控系统提供了强大的工作平台,通过系统程序操作员可以在楼宇自控系统内进行各项资料的存取及监控。

       (1) 指令输入及菜单选择的方式
       操作员除了可以通过常规的键盘进行操作外,亦可以通过“鼠标”进行操作,包括启停、更改设定点、选择菜单等各项操作。
       (2) 图形及文字显示
       操作员可以将楼宇自控系统内的每一个监控点用图形或文字方式显示出来。
       (3) 多方面资料的显示
       操作系统有能力在同一时间内以“窗口”式的方法显示多方面的资料,以便容易对不同表现进行分析,真正做到了实时和多任务。
       (4) 密码的保护
       多级别的密码将为业主及管理人员提供一个有效的保护工具。它可以管理及限制不同部门人员使用楼宇自控系统,同时防止系统被非有关人员使用,提高系统的安全性。  
       (5) 彩色动态图形显示
       为使系统内的报警被更快地确定及更容易分析系统的表现,系统提供彩色动态图形显示,包括楼层的平面图及机电装置的系统示意图。
       (6)系统的架构及界定
       所有温度及装置的控制策略及节能程序可以由用户决定,在做出界定或修正的程序时不会影响楼宇自控系统正常的运作。

       3、Insight软件功能  

        西门子公司提供的所有软件均支持本方案所阐明的操作及监控系统。这些软件可在每个现场控制器中运行,而不**于*上等的计算机工作方式。其核心功能包括控制软件、报警管理两方面。  

       (1)控制软件完善且人性化的操作界面,提供设定点的修改和日程计划的设定和执行等丰富功能;
       (2)报警管理包括监察、缓冲、储存及将报警显示在操作站上。
       ①所有报警应显示有关报警监控点的详细资料,包括发生的时间及日期;  
       ②报警根据严重性可分级报警,以便更有效、快速地处理严重的报警。用户可以为不同级别的报警自行决定严重性的级别;  
       ③监控点历史及动向趋势记录;
       ④累积记录,每个网络控制器拥有下列的累积记录,若累积记录超过用户所定下的限额,系统将自动把用户指定的警告信息发放出来。

       4、直接数字控制(DDC)

       DDC是用于监视和控制系统中有关机电设备的控制器,它是一个完整的控制器,它包含软硬件,能完成独立运行,不受到网络或其他控制器故障的影响。

       控制器构成主要是32位或16位微处理器和不同类型点的点终端模块,具有可脱离中央控制主机独立运行或联网运行能力。同时,当外电断电时,DDC的后备电池可保证RAM中数据在60天不丢失。简单来说,DDC具备以下功能:
       (1)定时启停、自适应启/停;
       (2)自动幅度控制、需求量预测控制;
       (3)事件自动控制、扫描程序控制与警报处理;  
       (4)趋势记录、**通信能力。

       四、系统交付及使用效果评价
       安装调试后的楼宇自控系统自投入运营以来系统稳定可靠,能够自动控制建筑物内的机电设备,通过软件系统地管理相互关联的设备,发挥设备整体的优势和潜力。提高利用率,优化设备的运行状态和时机(但并不影响设备的工效),从而延长设备的使用寿命,做到降低能源消耗,减低维护人员的劳动强度和工时。*终,降低了设备的运行成本。

       结语:作为现代化大型建筑物,是需要大量的楼宇设备来不断地完善。同时,大厦系统设备控制需要高效率、高精度、高标准。智能化程度的高低决定了大楼的灵性,而楼宇自控系统的好坏决定了大楼的智能化,通过对东胜大厦楼宇自控系统工程的认识和分析,我们可以清楚地看到如何打建一座现代化大楼的关键是把握好楼宇自控系统的设置。
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