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一、樓宇控制系統概述
一座高科技現代化建筑包括了多種分散設備系統,比如空調系統、供熱系統、給排水系統、消防系統、安保系統等。這些系統需要大量的機電設施協同運轉,為人們提供舒適的空間環境,樓宇控制系統就是要對這些分散設備的運行狀況、安全狀況、能源使用狀況及節能管理實行集中監視、管理和分散控制的建筑物管理與控制系統。
二、樓宇控制系統的設計
(1)首先確定一個項目的控制對象,以辦公大樓樓宇自控項目為例,樓宇控制系統的控制范圍包括:
空調機組:新風空調機組、新/回風空調機組、變風量空調機組
冷/熱源系統:冷凍機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔、冷熱交換機、熱水一次水泵、熱泵機組
給排水系統:各類水泵、各類水箱
(2)針對以上控制對象進行系統點表的統計,并確定控制對象的控制原理。
空調系統控制內容如下 :
空調機組/新風回風機組:空調機的開關狀態(1個DI)、故障報警(1個DI)、手/自動狀態(1個DI)及開關控制(1個DO),回風溫度監測(1個AI),送風管風壓監測(1個AI),室外溫/濕度監測(1個AI),過濾網壓差監測 (1個DI),送風閥和回風閥開度調節(1個AO)
控制原理如下 :
DDC控制器對回風溫度進行PID控制。通過調節冷凍水二通閥的開度,使回風溫度保持在設定值范圍內,當風機停止時冷凍水二通閥將會關閉。
壓差開關將會監察過濾網的狀況,當過濾網堵塞時,壓差開關便會發出訊號,以催促維護人員清洗過濾網。
風機運行狀態與風閥聯鎖,所以當風機停止時,風閥便完全關上。
風機可根據預先編制的時間假日程序來控制啟停
根據室外溫/濕度的值來調節新風閥的開度。
給排水系統監控內容如下:
生活水池、水箱高/低水位監測及報警(1個DI)、集水井高水位的監測及報警(1個DI)、生活水泵的運行狀態(1個DI)、手/自動狀態(1個DI)、故障報警(1個DI)及開關控制(1個DO)、潛水泵的運行狀態 (1個DI)、手/自動狀態(1個DI)、故障報警(1個DI)。
控制原理如下:
根據生活水池的高、低水位控制地下水泵房生活水泵的啟停。同時,當地下水池水位降到消防水位時,自動停止給水泵。地下水池水位超過消防水位時,才能啟動給水泵。
樓宇自動化系統記錄全部運行狀態及報警信息,監視水池及集水井的水位狀態,并統計全部水泵的運行時間。在有備用時,根據運行時間的統計,啟動運行時間最短的設備,平衡有關設備的運行時間,降低維護及保養開支。
以一層設備為例,以下為控制點位統計表:
(3)根據點表及項目規模、預算進行設備選型。對于本項目,我們選用美國HONEYWELL公司的Excel5000系統。Excel5000 (系統型號為EBI)系統有一個中央控制站,通過中央通訊總線C-BUS將各種功能的控制器與中央工作站相連,完成空調設備、制冷系統、給排水系統的監察及控制。 現場接有各種探測器、執行器、電氣開關等設備,因此,這是一個三層系統。中央通訊總線 C-Bus是以RS485作點對點通訊,通過一塊C-Bus界面卡,用以聯接 EBI 系列控制器,長度可達1200米。每條C~Bus可連接29個的Excel5000系列控制器,通訊點限制為1500點,通訊速度為 9600~1M 波特。
(4)系統設計有操作站至控制器,完全是根據控制點的數量及功能而定。通過組態軟件編程,將控制原理編程固化到DDC里面。DDC通過C 總線將數據實時上傳到中央監控站,一臺中央監控站顯示所有監控設備的運行狀態、故障狀態、監測數值、調節設定值,實施記錄每一時刻每一事件的發生,并能協調、處理突發事件。直接數字控制器(DDC)直接對大樓冷源設備子系統、空調通風設備子系統、給排水子系統等設備進行監視和控制,接收設備的運行狀態,故障報警,手/自動狀態和傳感器信號,進行數據處理后對設備進行自動化管理。直接數字控制器(DDC)內部固化了控制程序,當工作站出現故障時,控制器仍然能夠獨立工作。末端傳感器檢測現場和設備的參數、運行情況,并把數據上傳給直接數字控制器進行處理。如溫度、溫濕度、壓力、流量、水位等傳感器。執行器接受DDC的指令控制各種水閥的動作,使大樓的環境達到舒適和適應各種應用要求。至此,一套樓宇自動控制系統設計完成。
三、設計總結
通過一個簡單的項目總結了對于一個新立項的樓宇自控系統的設計步驟,對于空調系統以及水處理系統的控制原則和控制點位的統計方法,整個樓控系統的組建和設備構成,最終完成一個樓控項目的設計。
關鍵詞:智能樓宇;門禁控制;iButton;單片機
中圖分類號:TP391 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2013)25-5700-03
1 概述
近年來,不法分子利用對各種假證非法進入企業、住宅和寫字樓進行盜竊等違法行為,為了保障人生和財產安全,非常有必要在樓宇的出入通道進行管制,對進出人員登記進行嚴格把關[1-3]。針對目前智能樓宇安全防范的要求,該文采用具有獨特的64位二進制序列號的信息載體iButton作為身份識別手段設計了一套門禁控制系統,對智能樓宇的出入口通道進行管控,能夠給樓宇的安全管理提供保證。
2 硬件設計
門禁控制系統的總體結構框圖如圖1所示,其主要由電源、單片機、身份識別模塊、時鐘模塊、數據存儲模塊、顯示模塊和電控鎖繼電器控制模塊組成,系統單片機選用常見的51系列,并可通過具體按鍵實現設定時間和多用戶管理功能。
身份識別模塊是門禁系統的核心,起到對通行人員的身份進行識別的作用,實現身份識別的方式和種類很多,目前常用有卡證類、密碼類、生物識別類以及復合類等,相比而言,具有堅固不銹鋼外殼的接觸式智能化信息載體iButton既具有非接觸式IC卡的易操作性,又具有接觸式IC卡的廉價性,是當前用于身份識別性價比較優的載體。因此,該文選用iButton系列中的DS1990為身份信息存儲介質,它采用采用單線協議通訊,通過瞬間碰觸完成數據讀寫,整個器件接口只有1根數據線和1根地線,既傳輸時鐘信號又傳輸數據,并還提供寄生電源,具有節省I/O端口資源、結構簡單的優點,而且還具有抗撞擊、耐腐蝕、抗電磁干擾、防折疊、防爆、防潮、防煤塵、唯一的64位光刻序列號、使用溫度范圍寬(-40~+85℃)且便于攜帶等特點,存儲于其中的數據信息具有相當高的安全可靠性,提高了智能樓宇門禁控制系統的性能,成本低廉且便于維護使用[4]。DS1990與單片機的接口電路如圖2所示,其中,P3.2連接DS1990的數據線,并外接一個5.1K的上拉電阻來提高輸出電平。
記錄人員的進出時間是門禁控制系統的一項重要功能,采用單片機通過中斷和軟件編程實現的實時時鐘的精度較差,因此本系統選用串行時鐘芯片DS1302設計實時時鐘,該芯片工作的電路簡單,僅需三根線就可以和單片機通信,可以提供年到秒的時間信息[5]。時鐘芯片DS1302的串行接口和單片機的連接如圖3所示,復位端RST和P0.0相連,高電平時允許I/O端進行數據傳輸,低電平時I/O端呈高阻狀態;數據輸入/輸出引腳I/O和P0.1相連,P0.2接SCLK,用來模擬同步時鐘脈沖;此外是DS1302工作的電路,主要包括32.768kHz外接晶振和備用電池電路。
由于系統要求能將多用戶的iButton卡信息和進出時間保存起來,系統采用E2PROM(AT24C02)存儲記錄,該器件具有內含256×8位存儲空間、具有工作電壓寬(2.5~5.5V)、擦寫次數多(大于10000次)、寫入速度快(小于10 ms)、抗干擾能力強、數據不易丟失、體積小等特點[6]。AT24C02采用了I2C總線接口,能夠方便地與單片機連接,占用很少的I/O口線。在本系統中,與單片機的接口電路如圖4所示。單片機的P0.3口接AT24C02的SDA,作為串行數據的輸入出端口;P0.4口為24C02提供串行時鐘信號。由于時鐘引腳SCL和數據引腳SDA在作為輸出引腳時是開漏極結構,為了提高電壓電平,設計中P0已接了一個5.1K排阻。
為了實時顯示系統當前的工作狀態,如待機顯示時間、當出入時顯示對應的標識名、提示和錯誤信息等,系統需具備顯示功能。液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內容豐富、超薄輕巧等優點,在低功耗應用系統中應用廣泛[7]。字符型液晶顯示模塊LCD1602可以顯示兩行,每行16個字符,采用+5V電源供電,電路配置簡單,具有很高的性價比,因此選用LCD1602來實現顯示功能。液晶顯示模塊和單片機的接口主要包括數據/指令選擇端RS、讀寫信號線R/W、使能信號E控制線和數據線DB0 ~DB7,本系統中單片機采用直接驅動方式,和液晶模塊的電路連接如圖5所示。
3 軟件設計
單片機軟件是實現門禁控制系統功能的保證。系統要求開機時可讀取系統時間或設定時間,并由顯示模塊顯示。正常工作時,系統首先讀取iButton的身份信息并判斷是否合法,如果不合法,則顯示錯誤的用戶信息并且繼電器不工作,蜂鳴器發出無效提示音;如果判斷為合法用戶,則把信息和時間保存到系統中同時繼電器工作(開門),蜂鳴器發出有效提示音。軟件采用單片機C語言模塊化設計,首先初始化單片機、液晶顯示模塊,然后讀取并顯示系統的時間,軟件主要由身份識別模塊、時鐘模塊、存儲模塊和液晶顯示模塊等組成,下文介紹模塊的設計思路。
3.1 身份識別模塊
身份識別模塊讀寫功能的軟件設計主要解決iButton與單片機的數據交換和讀寫基本操作的實現問題。正常工作時,單片機循環掃描DS1990,檢測是否存在,首先發出一個“復位”脈沖,啟動總線,延時500us后,通過檢測應答脈沖,查詢是否在線,如果在線,并寫入讀ROM命令(0x33),然后從DS1990讀入8個字節的數據(即64位序列號),并保存到緩沖區,讀取后再判斷讀入的序列號是否有效,如有效,則進一步訪問序列號存儲區,將讀入的序列號和存儲區中的序列號進行比對,過程如下:首先讀取外存中存儲的序列號個數,再逐個讀取保存在外存中的序列號并進行比較,如果相等,則調用顯示函數,顯示“Welcome”和“卡號”,并控制電鎖繼電器開門,如果未找到,顯示“Unregistered”。
3.2 時鐘模塊
時鐘模塊DS1302的操作軟件設計就是對其具有特定地址的內部寄存器進行讀寫操作。首先通過模擬SPI設計寫一個字節到DS1302和從DS1302讀取一個字節的驅動函數,即通過單片機程序制造上升沿和字節右移一位來逐位傳送一個字節,需要注意的是DS1302 的數據和地址都是從最低位開始傳輸的;在上述基礎上,通過調用寫入字節和讀取字節函數分別實現向指定地址寫數據和從指定地址讀取數據,在設計這兩個功能函數時,需要保證在讀寫期間復位引腳為高,再依次傳輸命令字確定要讀取或寫入的時間/日歷地址,然后讀取或修改時間/日歷數據,最后根據本系統的要求分別設計設置初始時間和讀取DS1302當前時間的函數,供主程序調用。
3.3 存儲模塊
存儲模塊為系統的運行保存已授權iButton的序列號和出入的時間,所以必須設計可靠的存儲器讀寫軟件,單片機通過模擬I2C實現讀寫存儲芯片AT24C02,主要包括開始位、停止位和應答位的編程。根據AT24C02的時序[6],表示“開始位”的函數編寫順序依次為:SCL拉為高電平,SDA由高電平變為低電平;表示“停止位”的函數編寫順序依次為:SCL拉為高電平,SDA由低電平變為高電平;需要注意的是上述過程需要一定的建立時間,在程序編寫時要加入延時函數?!皯鹞弧眲t是通過先將SDA拉高、再查詢SDA的狀態來實現的,通常在傳送一個字節數據后調用,在此基礎上根據讀取和寫入數據格式設計字節寫操作和讀操作函數。
3.4 液晶顯示模塊
門禁控制系統的設計要求在沒有訪問者時液晶顯示模塊顯示當前時間,如果有人員進出或設置操作時,顯示使用和管理信息、操作提示信息。顯示模塊的單片機軟件即通過讀寫命令控制液晶顯示器的基本配置和字符顯示,主要包括寫指令數據到LCD、設定顯示位置和寫顯示數據到LCD,該部分的設計方法文獻[7-8]有詳細介紹,該文不再贅述。
4 結論
樣機試運行表明,該文設計的智能樓宇門禁控制系統,電路簡單,使用方便,可靠性高、系統維護方便、適用范圍廣且價格低廉,可用于學生宿舍、停車場、倉庫等場合。
參考文獻:
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關鍵詞:PLC;樓宇;給排水;智能控制系統
前言
隨著經濟的快速發展以及居民收入水平的提高,民眾對于居住舒適性的要求也隨之提高。通過將不斷發展的電子、通信以及自動控制等新科技應用于樓宇建設中,從而不斷的提高樓宇的智能化水平,構建出更為先進、宜居的居住環境。建筑給排水是樓宇建筑中的重要組成部分,根據國家的相關規定建筑樓宇給排水系統中所使用的相關給、排水設備需要具有監控與記錄功能。此外,甲級設計標準中還對建筑樓宇中所使用的給排水設備的運行與響應應具有狀態顯示、超限報警以及相關的通訊等的功能。做好樓宇給排水系統的控制對于提高樓宇給排水能力,確保為居民提供舒適、適宜的居住環境是現今乃至今后一段時間樓宇建設的重點。隨著電子技術以及自動控制技術的進步與發展,使用PLC作為控制核心的樓宇給排水控制系統不論是在控制的簡便性、經濟性以及可靠性方面都有著不小的優勢。
1 樓宇給排水系統的組織架構
樓宇給排水系統主要由生活給水、消防上水以及建筑排水系統等部分組成。其中在樓宇的生活給排水中主要由給水泵、給水箱、給水管道以及給水管道測壓變送器以及計量給水水量的脈沖水表等組成,為保證樓宇給水壓力的穩定通過采用變頻控制的單泵或是工頻、變頻切換控制多臺泵的方式來加以實現。消防給水是樓宇給水中的重要組成部分,其中消防給水主要由給水箱、噴淋泵、壓力開關、消防管道和閉式噴淋頭等組成。當傳感器檢測到火災信號時消防給水系統通過控制噴頭的自動給水來實現自動噴淋滅火。對于排水系統的控制系統主要由污水箱、液位傳感器、排水泵與排污管道等組成,通過液位傳感器檢測污水坑中的水位以控制排水泵的工作。
2 PLC控制樓宇給排水控制系統的硬件組成
2.1 生活給水系統
樓宇生活給水系統控制的主要目的是將樓宇給水系統的壓力控制在一個較為穩定的壓力范圍內,通過壓力傳感器對生活給水系統中的給水壓力進行檢測并將壓力信號反饋至PLC中以控制變頻泵的啟?;蚴沁\行的轉速。整套生活給水系統主要由給水泵、變頻控制器、壓力送變器等組成。采用單泵變頻控制時,當壓力送變器檢測到供水系統的壓力低于PLC中所設定的壓力值時,PLC對給水單泵變頻器發出工作信號,從而將給水系統中的給水泵轉變為變頻工作狀態對給水系統進行補壓。當使用變頻單泵給水系統時,如果樓宇對于水的用量增加,生活給水泵變頻器控制時,如將工頻上升至50Hz時仍無法將給水管道的壓力升至設定值,則PLC根據情況將生活給水泵切換至工頻工作狀態并將備用泵啟動進入到變頻狀態以確保樓宇給水系統的壓力。
2.2 消防給水系統
消防給水系統是樓宇給水系統的重要組成部分,整個消防給水控制系統包含有伺應狀態和報警狀態。其中伺應狀態指的是消防控制系統在完成裝運調試后處于滅火工作前的一個工作狀態,整個噴水系統中內部存有0.2MPa-0.3MPa的水壓力,以便在火災報警時能夠及時的完成噴水滅火工作。
3 樓宇給排水控制系統的PLC程序的編制
整個樓宇給排水控制系統由上位機(微機)、下位機(PLC)以及控制總線以及閥、傳感器等構成樓宇給排水控制系統的硬件組成部分。下位機主要使用西門子系統中的S7-200CN系列中的S7-222CN型PLC,使用擴展電纜將其與模擬量模塊進行擴展連接,上位機與下位機PLC之間使用PC-PPI電纜相互連接。通過在樓宇給排水控制系統的上位機中安裝力控組態軟件以及在下位機中對PLC的程序進行編譯以實現對于樓宇給排水控制系統的控制。其中下位機依靠內部的程序對樓宇給排水設備進行全自動的控制,上位機與下位機之間通過使用PPI線纜實現兩者之間通信并在上位機中實現對樓宇給排水控制系統中各項運行指標的監視、顯示和記錄,同時還可以將樓宇給排水控制系統與市政給、排水控制網絡相連接以便對樓宇給排水控制系統進行遠程監控從而更好的對樓宇給排水進行調度保障。在對樓宇給排水控制系統的PLC程序進行編制有:(1)生活給水系統的恒壓控制程序的編制。在生活給水系統中為確保給水的壓力需要做好對于給水壓力的采集以及給水泵組的控制,在樓宇給排水控制系統給水恒壓PLC程序的編制中主要應用PLC中的PID編程控制以實現對于變頻器的控制,在樓宇給排水控制系統的給水系統PLC程序的編制中需要采用主、子程序相結合的模式,其中樓宇給排水控制系統給水恒壓PLC程序編制時要按照:主程序啟動-調用給水系統的給水壓力的計量-PID計算初值-故障預警程序-完成變頻頻率初值賦值-變頻泵啟動-變頻與給水泵工頻的控制邏輯之間的轉換。在給水壓力的檢測上,脈沖式水表將給水系統中的給水量檢測的開關信號通過信號轉換為脈沖信號將其輸送至PLC控制模塊的信號接收端,從而完成給水壓力的輸送,PLC通過內部程序對所接收到的信號進行處理,并根據給水系統內水壓力的大小完成對于給水系統變頻泵的工頻頻率的控制。(2)消防給水系統PLC程序的編制。在檢測到火災報警信號后,輸出噴淋信號控制消防水泵運轉,向消防給水系統中供水同時控制火災房間內噴淋設備的閥組控制設備打開閥組以實現對于火災房間的消防噴淋。消防自動噴淋使用與排污水控制都是通過使用開關信號作為給水泵的開啟及制動信號的。(3)上位機組態監控設計,在樓宇給排水系統設計中對于上位機所使用的組態軟件監控中需要使用力控組態軟件。
4 對于樓宇給排水系統設計的人機交互界面的設計
對于樓宇給排水系統中的人機交換界面的設計時,其整個畫面主要由3各部分組成,樓宇給排水系統設計的實時數據動態監控、報警等,在樓宇給排水系統上位機中的監控畫面中可以實時的顯示供水系統中的供水壓力、水表累積數據以及排水抗(箱)中液位的高低以及消防給水系統中閥門中的運行狀態。同時對于樓宇生活給水系統中的供水泵的運行狀態(如運行、工頻/變頻運行、停止等)等進行相應的顯示。同時通過上位機監控界面可以對樓宇給水控制中的相應的給水管道的設計壓力值進行相應的修改設定,同時對于樓宇給排水系統中的給水管道的PID控制參數也能夠進行相應的修改,而后通過上位機與下位機之間的程序自動對下位機中PLC相應的設定參數進行相應的修改。同時通過上位機組態軟件界面上還能夠對整個樓宇的給排水運行情況進行直觀的顯示,同時組態軟件還能夠在上位機上針對具體某一樓層的給排水數據進行檢測與監視,并對給排水管道的壓力值進行相應的設定。
整個樓宇給排水系統主要由上位機、下位機以及控制終端等幾個主要部分組成,上位機主要使用PC機作為控制器,下位機使用PLC作為控制器對閥組、泵組等控制終端進行控制,通過在上位PC機中安裝力控組態軟件和在下位機(PLC)中安裝編程的編譯軟件從而使得PLC可以實現對樓宇給排水的自動程序控制,并將采集到的監控信息傳輸至上位機中由上位機對樓宇給排水系統的監視、顯示和控制,從而使得樓宇給排水的生活給水雙泵變頻控制、用水計費和消防給水控制,具有良好的應用前景。
5 結束語
樓宇給排水自動控制是樓宇智能化發展的重要一環,通過在樓宇給排水控制中使用PLC作為控制的核心組建樓宇給排水控制網絡以實現對于樓宇給排水的智能化控制。
參考文獻
[1]李毅.樓宇系統電氣消防技術的研究與應用――以某質檢樓電氣消防自動監控系統設計為例[J].廣東科技,2013,22(2):165-166.
關鍵詞:DDC控制器;樓宇自動控制;空調系統節能
中圖分類號:TP273
在現代的高層商業建筑中,為了增加人們居住或辦公的舒適性需求,基本都配置了空調機組、循環水泵、冷卻塔等暖通空調系統,其所消耗的能源占到整座建筑總消耗能源的1/2以上。因此,在保證人們生活及辦公需求的同時,要充分利用自動化控制系統所具有的人工智能性,實現樓宇空調系統的人工智能控制。在樓宇自控系統中,直接數字化控制系統即DDC,其能對建筑物中的空調機組及其附屬設備進行有效的管理和控制,以確保系統始終處于穩定良好的工作狀態,在保證居住及辦公舒適感的同時,又能達到延長空調設備的使用壽命和節能環保目的。在對樓宇的自動化控制系統進行調試時,由于其具有一定的專業性和復雜性,所以調試人員不僅要具備專業的編程知識,還要對系統有非常深入地認識理解,而每一步的工作,都要精心、細致的完成。
1 進行DDC送電檢查
按照設計圖紙和相關技術要求進行盤柜內的安裝、接線,在柜內所有設備安裝及接線完成后,檢查DDC箱并確認無誤,可以通過萬用表檢查相關線路、接地與外部所有輸入點、輸出點間的電壓、電流及電阻值等,一旦發現錯誤及時更改,切記不可將高壓電源串入低壓回路中。
斷開DDC箱內電源后,對供電線路進行檢查。在確認符合要求后,先將DDC的供電電源開關后,再將交流電源送入DDC箱。對箱內各變壓器和電源的輸出電壓進行檢查,確認無誤后再將DDC的供電電源上電后,檢查各控制其及擴展模塊的指示燈是否正常。
完成設備的軟件編程。程序的編程工作包含參數點、物理點、控制邏輯、控制策略、報警及事件配置等,在將程序編制完成后,再下載至對應的控制器中。
2 系統的調試階段
2.1 對空調和新風機組的調試
在調試開始后,要對壓差開關、溫濕度傳感器、水閥、風閘驅動器等設備的安裝、接線、強電控制箱內的接線和功能進行檢查,一旦發現有安裝及接線錯誤,要及時更改。
在設備本地控制箱,手動啟停風柜,在確認系統可以進行手動正??刂坪螅賹⒆詣娱_關轉至自動模式。在BAS終端上首先確認防凍警報、過濾網、故障警報等反饋點的顯示狀態都無異常,同時冷熱水控制閥與風閘都為零開度顯示,各設備為關閉狀態,再逐次在終端上將每個數字量輸出點,例如風機啟停等設為開、關狀態,以檢查DDC箱內的相應輸出點所約束的繼電器執行動作情況。如果沒有對應的動作,則要對相關的線路、控制器輸出端、繼電器進行分析、檢查和處理。風機在啟動后進入正常運行狀態時,要用壓差計對風機前后的壓差進行測定,壓差開關報警值的設定要以此測定值為依據。同時,要確認在終端上顯示的狀態要與風機的實際運行和停機時的壓差開關狀態一致。由BAS終端逐次把每個模擬量輸出點,分別由手動形式送出固定等比例的輸出命令,對應的輸出點電壓、電流信號值要使用萬用表進行測量,確定正確與否。在確認無誤后,再對現場設備的實際運行狀態進行觀測,并確保與命令值一致。上述操作過程要選擇五個不同的位置進行測試,并觀察設備的運行是否滿足設計要求,一點有較大偏差,則要對執行機構中的機械部分進行調整。如果在調整后始終不能達到控制要求,則可以判別閥門的非線性度過大,應將其更換,再進行上述調試至滿足標準要求。
在風機進入運行狀態后,要對各執行器進行觀察,其自動運行的開度要達到終端所顯示的數值。部分過濾器網要采用紙板進行阻塞,以確保過濾器的前后壓差大于壓差開關的設定值。此時,終端過濾器阻塞報警點將顯示過濾器阻塞并報警,移除紙板時,報警接觸。將強電控制柜中的報警端子短接,制造模擬電氣故障。于此同時,終端上將提示故障的報警信息,對應的各關聯設備及風機則自行進入關閉狀態。將機組防凍開關接觸點短接,制造模擬防凍故障。此時,終端上提示故障的報警信息,風機自行進入關閉狀態。同時,預熱水閥、回風閥完全打開,并連鎖新風閥關閉。當防凍報警點接線恢復為正常后,送風風機會自行重新啟動,程序正常運行。
通過手動的方式調節回風溫度值,以此來模擬當回風溫度出現變化時的程序運行過程。當風機在夏季狀態下運行,一旦出現回風的溫度比設定的溫度高的情況,程序可自行增加水閥的開度;一旦出現回風溫度比設定溫度低的情況,程序可自行減小水閥的開度。當風機在冬季狀態下運行,一旦出現回風的溫度比設定的溫度高的情況,程序可自行減小水閥的開度;一旦出現回風溫度比設定溫度低的情況,程序可自行增加水閥的開度。
機組在全自動模式下運行,確保在被控區域內場所的溫度處于穩定狀態,調整DDC控制器內的相應參數。在系統穩定后,為保證在更改溫度設定點時,不會導致系統振蕩,在對溫度控制回路進行調整時,要精心細致。一旦系統發生振蕩,則要對控制回路中的參數進行調整,以獲取不同狀態條件下的穩定控制。
排風機與空調機組風機的調試過程相同,其現場設備的運行情況始終與BAS終端輸出的命令及終端所顯示的反饋信號步調同步一致。
2.2 對水系統的調試
對設備的安裝和所有接線進行檢查,未達到安裝要求和接線錯誤的要及時更改。
與空調系統調試相似,首先調試模擬量輸入點,對安裝于管道上的壓力和溫度等信號的示值進行校正。上訴完成后,于被控設備的現場強電控制箱位置直接用手動形式啟停水泵,如果無異常則可正常啟停,后再將轉換開關調至自動檔模式。當在終端上所觀察的水泵啟停狀態都為關時,則水泵的故障報警點即確認為正常。數字量輸出點的調試則通過BAS來進行,將手動設置為啟停狀態,再對所控繼電器動作進行觀察。如果沒有響應,則要對相應控制器和線路進行檢查。水泵關閉,則要確認水泵停止,其運行狀態亦為關;水泵啟動,則要確認水泵啟動,其運行狀態亦為開。
液位開關的位置通過手動形式改變。對BAS終端顯示的液位變化和實際液位狀態變化的一致性,一旦不同,則要對報警信息的屬性進行更改,以狀態一致為宜。水箱的報警點、啟停泵的參考點的設置要依據水箱水位的監測要求,并讓水泵進入自動運行狀態。其具有四個工作狀態,即當水箱中的水位至啟動水泵的參考點時,水泵自行啟動;當水位至停止泵參考點時,泵自行停止;當水箱中的水位至溢流水位時,自動報警;如果模擬水泵發生故障,水泵停止運行,并發出警報。在以上調試準確無誤后,所有的輸出點和輸入點都應設置為全自動運行模式,同時要對各設定點設置對應的參數,進入試運行狀態。
3 結束語
雖然空調DDC系統在一定程度上導致了自控部分施工難度的增加,但從建筑的長期經濟利益的角度出發,卻節約了很多,利大于弊。在對空調DDC系統進行調試時,調試DDC物理點是調試的基礎,通過對該環節的工作可以將設備安裝、損壞及線路錯誤排除,最終滿足物理點的全部正?;?,從而保證系統的正常運行。
參考文獻:
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【關鍵詞】樓宇;自動化控制;網絡;以太網;OPC
伴隨著我國經濟的快速發展和科學技術的不斷進步,近些年來我國的樓宇自動化控制技術得到了長足的提升。所謂樓宇自動化控制系統是一種基于科學技術進行高度自動化管理和控制的系統機制,通過這樣一個網絡控制平臺實現對樓宇內各種設備的一鍵管理。這里的科學技術包含了計算機網絡技術、自動化控制以及網絡通信技術等,能夠統一管理的設備則包括空調系統、溫度系統、電梯、消防系統、照明設備等等。樓宇自動化控制系統可以大大減輕管理難度和人工成本,具有高效率性和環保節能性??梢哉f自動化控制網絡系統的發展在一定程度上決定了智能樓宇未來的發展方向。
1 樓宇自動化控制系統的發展歷程
1.1 樓宇自動化系統的發展歷程
樓宇自動化控制系統緊握科學信息技術的發展潮流,在三四十余年時間里一共經歷了四個階段的發展歷程。第一階段是始于1970年代的CCMS中央監控系統。其原理為通過設置信息采集站于建筑物各處,然后將總線與中央站連接起來,創建CCMS中央監控系統。系統的樞紐是中央計算機,通過接收處理信息采集站的信息,做出相應的決策并發出命令,調節樓宇內設備的各項參數。第二階段是1980年代的DCS集散控制系統。其實年代的信息采集器進化成了80年代的科技產物:數字控制器。通過為每一個數字控制器配置集散式控制系統計算機,每一個獨立的數字控制器都可以顯示、處理采集到的信息,只需要在其上布設一個起到監視作用的中央電腦,就可以實現分站完全自主處理信息的功能。第三階段是1990年代的開放式集散系統。通過應用ON現場總線,布設三層結構的BAS控制網絡系統,形成中央站、DDC分站、現場網絡層的輸入輸出結構,這就使得整個系統更加具有開放性,對于系統的配置和管理也更加靈活。第四階段是進入21世紀之后的網絡集成系統。網絡系統中具有一個中央主控站,將子系統進行優化組合,諸如消防、安全、照明、溫度等,然后統一集成管理,更加方便快捷。
在跨越四十年的發展歷程中,樓宇自動控制系統最大的變化就是現場總線控制系統(FCS)取代了分布式控制系統(DCS)。雖然DCS擁有較好的模擬、操作和管理性能,但是費用高、可靠性差、系統開放性差是制約其發展的瓶頸。而現場總線控制系統隨著科學技術的發展而興起,其上烙印了典型的現代科技,具有更高更強的可控性和科學性。它最大的優點就是簡單了系統布線方法,提高了操作性和維護性,優化了實時性,并且降低了成本。
1.2 以太網開始進入樓宇自控領域
以太網一直都是局域網構建中的核心技術網絡,而隨著科技的進一步發展,以太網中的站點完成了單獨收發數據信息的進化,這就減少了物理層數據的碰撞、擁塞和緩存,為樓宇自動化系統的開發設計提供了獨特的思路。而在IEEE802.3af標準頒布之后,基于以太網的工業交換機產品大幅增加,基于現場總線的開放式以太網標準也紛紛涌現。比如ODVA、CI、HSE、Profinet等。以太網和現場總線控制系統的結合,彌補了各方的缺點,使得工業自控系統的設計逐漸成形,而其在工業控制領域的成功應用直接促成了其在樓宇控制系統中的快速發展,從最初的信息層道控制層,以太網被越來越多的應用。
太網的優點很明顯,那就是實現了從信息網到控制層的完美過渡,實現了各層統一,對這樣系統的開發和管理也就更加便捷,也實現了和智能樓宇中其他系統的快速完美融合。但是同時需要認識到時,以太網技術和現場總線控制系統的集成研究還處于起步階段,因為科研成本較高,產品較少,就會導致用戶選擇不多同時推廣性也會受到阻礙,還有就是以太網的維護性、實時性還需要時間的考證。
2 樓宇自動化系統的組成與基本功能
2.1 樓宇自動化系統的組成
樓宇自動化控制系統通常包括空調、消防、供電、電梯、安全管理、給排水等子系統。可以通過以太網技術,建立通訊網絡,集成現場總線控制系統,建立控制層、管理層和設備層,實現操作站和網絡控制單元之間的連接。采用傳送控制協議/協議,建立用戶數據協議,構建OPC服務器,既集中完成控制端對所有設備的管理,也可以實現用戶對客戶端的自由訪問,而避免了親自查看設備的繁冗過程。通過增加網絡控制單元可以實現樓宇內每一個子系統的監控、共享和管理,通過相應的多種統計計算功能,可以在一定的情況下可以代替操作站功能,完成手提式應急信息處理和指令控制。
2.2 樓宇自動化系統的功能
樓宇自動化控制系統的基本功能有以下幾點:
(1)實現對眾多子系統啟動和停止的控制、設備運行狀態的監控。
(2)收集設備運行的歷史數據,完成設備一生運行的技術性數據分析;
(3)根據外界環境的變化,自動調整設備運行參數;
(4)監視樓宇各系統運行中可能出現的故障及突發事件,并配置一整套處理方案;
(5)實現對水電、煤氣等科學管理,節能高效自動;
(6)針對各子系統中的設備,保存一份包含運行檔案、歷史、維修情況的設備管理報表,以供參閱。
3 樓宇自動化控制網絡系統設計方案
3.1 自動化控制系統設計總則
樓宇自動化系統的最主要功能還是實現對樓宇內各個子系統的監控,采集運行數據,對比分析運算,保證在任何情況下設備都能正常運行,并且實現快捷簡單的遠程監控。最顯著的優點就是大大減少了事故發生的概率,也就相應地延長了設備的使用壽命。通過這樣集約化的控制和管理,實現對各子系統統一而有序的管理,使其健康運行,充分發揮各個系統的功能,為智能樓宇的建設打下堅實基礎。這里以最具有代表性的高層、現代化智能大樓作為設計對象,就自動化控制網絡系統的創設關鍵技術作簡要闡述。
如同前文所述,樓宇自動化控制系統必須要首先保證子系統的高效運行,實現子系統有序運轉和靈活自動運轉,從而減輕人員管理,節約勞動力資源和資金成本。這里設計的系統主要是基于一般業主的要求和極高的性價比,采用最優化的方案設計出一套可以同時實現集中管理和分散管理的自控系統。比如著名的BACTalk樓宇管理系統,它是一種基于BMS的自控系統,可以將消防系統、保安系統、照明系統、電梯等集中在一個平臺上進行控制,并且具有先進的現場控制器以及和其他系統設備的開放性接口。根據現代高層大樓的特點,設計一下需要主要監控的子系統:電梯系統、中央空調系統、照明共點系統、給排水系統等。
3.2 樓宇自動化控制網絡系統設計的原則和依據
在設計一個樓宇自動系統時,必須遵循以下的原則。首先是可靠性??煽啃允菣z驗一個自控系統是否合格的第一標準,優先采用分布式的控制系統,將自動控制的任務交給很多現場處理器完成,這樣可以避免因為單獨的處理器出現故障而影響整個系統健康運行的情況??煽啃缘牧硪粋€表現就是系統數據采集和記錄的準確性,不能誤報,也不能有故障而不報,所以對于系統硬件和軟件的要求極為嚴格。其次是靈活擴展性。樓宇自動系統和其他的網絡系統一樣,都會伴隨著科學技術的發展而進行進化和升級。我們在建立了初始系統之后,應該考慮到伴隨著科學信息技術的發展,原始系統勢必要進行優化和升級,所以這對系統的可擴展性提出了一個新的要求。當然靈活性也很重要,主要表現在現場控制器的增減不能影響整個系統的性能,系統的組成和功能應用都必須具備靈活性,便于隨著外界環境的改變而改變系統。第三是實用性。設計的系統總歸是要應用的,這要求設計人員從高深的科學信息技術中提取出便于應用的普通知識,系統可以根據樓宇的多功能性實現不同需求的給予和完成。是否方便快捷是實用性是否合格的另一個標志。管理方式是否合理簡約是檢驗一個系統是否成熟的重要標志,一個好的樓宇控制系統可以實現樓宇各子系統資料內容的完美綜合,并且統一呈現在中央層,減小了管理難度。最后是經濟性。我們要求系統的設計采取最為精準和尖端的技術,但是也要考慮到實際需求高度。采用現場處理器應該可以滿足相當長時間之內的系統運轉,所以要合理規劃,切不可盲目投資。
樓宇自動化控制系統的設計首先要以相應的電氣圖紙和標準規范作為基礎,然后需要滿足國家及其他國際標準。比如建設設計防火系統、照明設計標準、電梯設計標準、空調安裝及采風設計標準、工民建供電系統設計標準等等,對于需要設計的每一個子系統都應該按照國家相應的規范指導系統設計。
3.3 系統功能設計
設計的系統方案以以太網技術為基礎,以此來實現各總線的集成。包含網絡層、控制層和設備層三層結構。其中設備層網絡技術依托CAN總線和Lonworks等,用以太網技術來實現管理層和控制層之間的通信。
依據前文所述,現場總線控制系統(FCS)更加開放、集散,同時便于維護、成本低,所以更加適合樓宇自動化控制系統的設計,輔以以太網技術,實現樓宇自動化控制。詳細設計圖見圖1。
圖1 以太網構成的樓宇自動化控制系統簡圖
3.3.1 自控系統的網絡結構
設計的系統主要包括管理層、控制層和設備層。現場控制器之間的點對點通信構成的智能監控區域層就是控制層,CAN總線、Lonworks總線上都布設有監控節點;管理層則包括中央主控機和分系統的計算機系統,以太網技術構建管理層,管理層中的操作站可以控制中央計算機,對各子系統進行集成統一指令管理,并對系統中所有的數據進行分析和處理;設備層就是樓宇內的各機電設備,在控制層的管理下按照預設程序運轉。
3.3.2 自控系統集成技術
OPC技術可以標準化控制層和管理層之間的設備數據信息交換,并且加快數據傳輸速度和可靠性,同時降低成本。在樓宇自動系統中選擇OPC,需要根據不同的子系統以及需要實現的功能來開發相應的OPC服務器,完成設備層的獨立數據采集。
一個完整的OPC服務器包括標準接口和用于通訊的接口兩部分。利用2005對兩個接口進行開發,也就實現了OPC服務器的開發。標準接口的開發因為數據庫而變得簡單,用于通訊的接口開發需要特定的通信協議和數據采集模式來編寫特定的動態鏈接庫。以此來構建的OPC服務器結構如圖2。
圖2 OPC服務器總體結構簡圖
通過該結構調用API函數,記錄、注銷服務器數據信息,并且按照特定的接口模塊,讀寫交換數據,隨即封裝讀寫的信息來滿足客戶端的需求。該設計的關鍵是函數的調用來建立動態鏈接庫,通過2005的DLL調用來構建API函數原型。常用的通信協議一般為TCP/IP協議,通過通信接口來讀寫封裝的信息可以實現計算機端和客戶端的數據共同訪問,操作者在進行數據管理控制的時候不需要到每一個硬件設備中進行采集,只需要查看子系統相應的OPC服務器就可以實現數據的自主收集。有了這些數據也就有了自控各子系統的基礎資料,通過一定的分析和處理,就可以實現子系統運行數據和運行狀態的統一呈現,極大方便了后續的自動化控制管理。這就是一個完整的樓宇自動控制過程。
4 結論
智能建筑正在成為未來建筑的發展方向,實現樓宇設備系統的集中有序管理是實現社會節能理念和勞動力節約的關鍵環節??茖W信息技術的發展為設計一個可靠實時成本低的樓宇自動控制系統提供了可能。利用現場總線控制系統、以太網技術可以實現系統設計,本著可靠靈活使用的目標,以以太網技術為基礎,集成CAN和Lonworks總線技術,利用OPC技術創設服務器,可以快速且準確的實現諸如消防、照明、電梯、空調、溫度、供電等系統的信息數據集成,同時也可以集散控制樓宇中的子系統,實時監控設備運行狀態,及時調整故障,減少人員管理成本,保證樓宇健康安全高效運行。在建筑面積越來越大、高度越來越高的現代社會,自動化控制網絡系統必定可以大大完善樓宇內部功能,提供安全舒適的生活工作環境。
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