楼宇课程设计

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1、扬州大学能源与动力工程学院课程设计 课程设计报告课 程 名 称：楼宇自动化课程设计题 目 名 称：浦发大厦自控系统控制设计（空调部分）年级专业及班级：姓 名：学 号：指 导 教 师：评 定 成 绩：教 师 评 语：指导老师签名：2012年01月04日扬州大学能源与动力工程学院楼宇自动化课程设计任务书一、目的和要求目的：通过本次设计使学生在学习楼宇自动化技术与应用课程的基础上，能够运用计算机控制技术、网络技术和其他相关的基本理论和方法完成楼宇自动化控制系统设计的方案设计；进行测点的的选定；设备选型；施工图设计，了解系统设计的全过程。能达到系统的巩固所学的理论知识与专业知识，并扩大知识面，使理论联

2、系实际。在指导教师的指导下能独立解决有关工程的系统方案设计、测点确定、设备选型和施工图设计问题，从而表现出有一定的科学性与创造性，提高设计、绘图、综合分析问题与解决问题的能力。要求：学生应严格按照指导老师的安排有组织、有秩序地进行本次设计。先经过老师辅导、答疑以后，学生自行进行设计，完成主要工作以后，在规定的时间内再进行解疑、审图后，每位学生必须将全部设计图纸外加说明书和封面装订成册。二、设计条件在楼宇自动化技术与应用、计算机控制技术与应用课程学习的基础上，进行楼宇自动化控制系统设计或中央空调自动控制系统方案的设计，并完成控制系统施工图设计和方案说明。三、设计内容及图纸要求用计算机按电气制图标

3、准规定绘制A3图纸，完成下列内容：1.空调控制系统图（或其他控制系统图）；2.中央空调控制系统拓扑结构图（或其他控制系统图）（或其他控制系统图）；3.测点一览表；4. DDC直接数字控制器、控制系统所用到的设备、检测仪表和执行机构选型；四、课程设计主要环节及时数分配方案设计10天，内容有：中央空调控制系统总体设计；新风机组、中央空调机组的控制系统设计；冷却水、冷冻水系统的控制系统设计；风机盘管的控制系统设计；视频监控系统设计；门禁系统设计等。五、参考资料1.制冷工程设计手册中国建筑工业出版社2.暖通、空调、净化制冷设备材料手册农机部二院编 1980年3. 陈虹.楼宇自动化技术与应用. 机械工业

4、出版社，2003.094. 韩宝奇制冷空调原理及应用. 机械工业出版社，2002.095. 编写组.中央空调选型、调试、控制与维修 人民邮电出版社， 2003.04目 录1.绪论1.1工程概况11.2设计规范31.3设计要求32.空调冷热源系统设计2.1空调冷源系统52.2空调热源系统73.中央空调控制系统设计3.1定风量空调系统设计83.2变风量空调系统设计103.3风机盘管的系统设计124.测点一览表及设备选型4.1测点一览表154.2 DDC、检测仪表和执行机构选型165. 中央空调控制系统拓扑结构图175.1空调控制系统拓扑结构示意图175.2 DDC选型、介绍及特点17心得 20主要

5、参考文献 21附录 课程设计图纸扬州大学能源与动力工程学院课程设计1. 绪论1.1工程概况楼宇自控系统在建筑物里是十分重要的，占全部智能化子系统设计的三分之一工作量，还要与水、电、暖等设备专业密切配合。其主要内容有：空调机组；热交换系统；送排风风设备；变配电设备；给排水设备；照明设备，包括公共照明、室外照明、泛光照明等；电梯、自动扶梯等系统，通过对各系统的信号采集进行集中控制。目前，一幢高层建筑的能量消耗是非常大的，特别是制冷机组、循环水泵、冷却塔和空调机组，如何使这些设备高效运行，是楼宇自控系统必须考虑的问题。因此，采用最优化的控制模式来满足大楼的功能要求，就会为信息中心的物业管理带来很大的

6、经济效益。楼宇自控系统即将楼宇中所有的设备(包括空调、变配电、给排水、电梯、照明等系统)进行监视并通过计算对以上设备进行最优控制。该控制系统与人工控制系统比较，具有显著的优点：1.节省能源采用了楼宇自控系统后,对于设备的管理可以根据预先编排的时间程序(如办公时间、节假日时间、昼夜时间等)对电力、照明、空调等设备进行最优化的节能控制。如根据办公时间程序来控制照明系统的开启，根据空调冷负荷量,调整冷冻机及相关水泵的开启状况,实现最优化控制等。2.降低管理费用采用了楼宇自控系统后，原先的人工管理可以完全被取代。相应的管理费用，如人员工资、福利、住房、办公环境、费用等均可节省。3.延长设备使用寿命通过

7、楼宇自控系统管理的设备，可以完全依照设备的性能来进行控制，不会出现误动作导致设备损坏，也不会有长时间超负荷运转等对设备有损伤的现象发生，使设备能在最优状态长期稳定运行。4.提高管理可靠性采用楼宇自控系统，可以提高管理系统的可靠性，不会出现由于人工管理的疏忽、疲劳、判断失误的出现，而这些问题往往会给业主带来无法估量的经济损失。5.规范管理制度楼宇自控系统本身可以依据管理惯例对设备进行自动控制，它具有自动分析人员管理指令的能力，使得一些不规范的管理规范化。因此，楼宇自控系统的优点不仅在于对设备的监控，还可对特定的对象如环境温度进行精确的自动控制。比如空调系统就可以通过对比回风温度与设定温度，采用P

8、ID方式调节水阀来保持回风温度的恒定，以创造一个舒适环境。以上这些方面靠人工控制很难实现。下面对采用楼宇控制系统后所带来的节能效果进行集中说明：据初步测算，大楼的运营成本每平方米每年为人民币12001600元，根据日本电气学会技术报告说：使用楼宇控制系统的效果与不使用的效果相比，维修保养人员可减少约30%。另外，在一幢大楼内电气的消耗率占整个能源消耗的70%90%，所以节能首先应从电气方面着手，降低电能的消耗。照明系统采用楼宇自控系统后，用电量可比未采用时的用电量减少25%以上。再次，空调与冷热源是建筑物中能耗最大的一项，中央空调系统占整个大楼的耗能60%以上，而大楼装有楼宇自控系统以后，可节

9、省能耗30%，节省人力约50%。冷热源采用楼宇自控系统后，同常规控制相比,可以大大提高控制精度。从统计数据来看，一般来说，可以节省20%30%左右的冷量，夏季温度比设定值每升1约可节省10%的冷量。这些对于减少运行费用与节约能源均有重要意义。且出现故障，能够及时知道何时何地出现何种故障，使事故消除在萌芽状态。高新信息技术和计算机网络技术的高速发展，对建筑物的结构、系统、服务及管理最优化组合的要求越来越高，要求建筑物提供一个合理、高效、节能和舒适的工作环境。节能是一项基本国策，也是建筑电气设计全面技术经济分析的重要组成部分。楼宇自控系统正是顺应了这一潮流而诞生的。本工程为浦发大厦自控系统控制设计

10、，浦发大厦（上海浦发银行大厦，Shanghai Pu Fa Mansion）是上海标志性的建筑之一。浦发大厦从美国华尔街获取灵感，以古典体现现代，以跨世纪的心胸展望将来。楼高150米，总建筑面积达70000余平方米，具备18米高的门庭。浦发大厦外面采用了仿古型阶梯式建筑，使用了大量石材与玻璃幕墙有机结合的手法，来表现其庄重典雅的建筑风格，象征浦东发展银行的稳固和长远。气势恢宏的银行大堂和开放通透的营业大厅主厅，完美地表现出银行内部主要特征。浦发大厦楼内采用最新的智能化系统代表了当今最新的技术成就，使之成为上海迈向二十一世纪的现代化城市标志之一。1.2设计规范1.采暖通风与空气调节设计规范（GB

11、J19-87）第2.1.6条 夏季空气调节室内计算参数，应符合下列规定： 一、舒适性空气调节室内计算参数： 温度 应采用2428 相对湿度 应采用4065 风速 不应大于0.3m/s 二、工艺性空气调节室内温度基数及其允许波动范围，应根据工艺需要并考虑必要的卫生条件第3.5.6条 采用小型暖风机热风采暖时、应符合下列规定：一、室内空气循环次数，每小时不宜小于1.5次；注：值班采暖可不受此限。二、暖风机的安装高度，当出口风速小于或等于5m/s时，宜采用33.5m；当出口风速大于5m/s时，宜采用45.5m；三、暖风机的送风温度，宜采用3550。2.制冷设计规范第6.1.3条 制冷量为580-17

12、50KW的制冷机房，当选用活塞式或螺杆式制冷机其台数不宜少于2台。第6.2.4条 风冷式冷凝器的空气进出口温差，不应大于8第6.2.1条 选择制冷机时，某冷凝温度应符合下列规定：一水冷式冷凝器，一笔冷却水进出口平均温度高5-7；二风冷式冷凝器，应比夏季空调调节室外计算干球温度高15三蒸发式冷凝器，宜比夏季空气调节室外计算干球温度高8-153.智能建筑设计标准编号为GB/T503142000第5.3.1条 甲级标准应符合下列条件： 1 压缩式制冷系统应具有下列功能： 1）启停控制和运行状态显示； 2）冷冻水进出口温度、压力测量； 3）冷却水进出口温度、压力测量； 4）过载报警； 5）水流量测量及

13、冷量记录； 6）运行时间和启动次数记录； 7）制冷系统启停控制程序的设定； 8）冷冻水旁通阀压差控制； 9）冷冻水温度再设定； 10）台数控制； 11）制冷系统的控制系统应留有通信接口； 341.3设计要求本工程包含多部分控制系统，首先是空调的控制系统，其中包括对大楼内部不同的房间用途分别采用定风量空调系统和变风量空调系统，如过滤器阻力报警，测量空气过滤网两端的气流差压，当差压超过设定值时，发生报警信号，提醒操作人员及时清洗过滤网；防冻控制: 当送风温度接近2时, 关闭进风阀和风机,全开热水阀，如热水系统停止工作时自动启动热水泵等。除此以外变风量末端FPVAV系统及风机盘管也需要完成对其监控功

14、能的实现；其次是对于大厦给排水系统的监控功能实现，要求能够自动监视并记录潜水污水泵，潜水雨水泵，潜水废水泵的运行状态，异常时自动报警，并能自动探测污水集水池，雨水集水池，废水集水池的水位。高水位时声光报警，并自动启动潜水泵排水，直到收到低水位信号时潜水泵停止工作。在此系统中还对生活热水系统和生活给水系统的监控做出了要求。最后是对照明系统的监视和控制做了要求，要求每层2个回路可按时间或区域控制开关。在本次课程设计中我主要设计的就是该大厦空调系统，该主要分为定风量空调系统和变风量空调系统，其中又有VAV末端控制及风机盘管的控制。2空调冷热源系统设计2.1冷源系统设计2.1.1、夏季制冷循环操作规程

15、：1、冷水机组的开、停机顺序要保证空调主机启动后能正常运行，必须保证：冷凝器散热良好，否则会因冷凝温度及对应的冷凝压力过高，使冷水机组高压保护器件动作而停车，甚至导致故障。蒸发器中冷水应循环流动，否则会因冷水温度偏低，导致冷水温度保护器件动作而停车，或因蒸发温度及对应的蒸发压力过低，是冷水机组的低压保护器件动作而停车，甚至导致蒸发器中冷水结冰而损坏设备。冷水机组的开机顺序为：冷却塔风机开冷却水泵开冷水泵开冷水机组停冷水机组的停机顺序为：冷水机组停冷却塔风机停冷却水泵停冷水泵停注意：停机时，冷水机组应在下班前半小时关停，冷水泵下班后再关停，有利于节省能源，同时避免故障停机，保护机组。运行制冷循环

16、前，应确认制热循环管道阀门已全部关闭。2、冷水机组的操作(1)开机前的准备工作确认机组和控制器的电源已接通。确认冷却塔风机、冷却水泵、冷水泵均已开启。确认末端风机盘管机组均已通电开启。(2)启动按下键盘上的状态键，然后将键盘下面的机组ON/OFF(开/关)拨动开关切换到接通(ON)的位置。机组将作一次自检，几秒钟后，一台压缩机启动，待负荷增加后另一台压缩机启动。一旦机组启动，所有的操作均未自动的。机组根据冷负荷(冷冻水供回水温度)的变化自动启停。(3)正常运行机组正常运行，控制器将监控油压、电机电流和系统的其它参数，一旦出现任何问题，控制系统将自动采取相应的措施，保护机组，并将故障信息显示在机

17、组屏幕上。(详情请参阅安装、操作和维护手册)在每24小时的运行周期内，应有专人以固定的时间间隔永久性记录机组运行工况。(4)停机只要将键盘下面的机组ON/OFF拨动开关切换到断开的位置，就可以使机组停机。为了防止出现破坏，即使在机组停机时，也不要切断机组的电源。3、风机、水泵的操作(1)冷却塔风机、冷却水泵、冷水泵均为独立控制，开机前应确认电源正常，无反相，无缺相。(2)水泵开启前应确认管路中的阀门均已打开。(2)风机、水泵必须按顺序启停(手动操作各空气开关)。图1 空调冷源系统2.2 热源系统2.2.1冬季制热循环操作规程：1、确认冷水机组管道阀门均已关闭，冷却塔风机和冷却水泵已断电，阀门均

18、已关闭。2、确认城市热网进回水管道总阀门已打开。3、确认末端供热系统管道阀门已打开。4、检查热水循环泵电源是否正常，阀门是否打开，开启热水循环泵。5、打开板式换热器两侧进回水管道阀门。6、停止供暖时，断开热水循环泵电源，关闭热网进回水管道总阀门即可。图2 空调热源系统3中央空调控制系统设计中央空调系统的所有空气处理设备(包括风机、冷却器、加热器、加湿器、过滤器等)都设在一个空调集中的空调机房内，其特点是，经集中设备处理后的空气，通过风道分送到各空调房间。 主要包括以下几个部分:(1)进风部分(2)空气过滤部分(3)空气的热湿处理部分 (4)空气输送和分配部分(5)冷热源部分3.1定风量控制系统

19、：本工程在底层大厅,二层银行大厅,五层中庭, 七层餐厅等裙房部分设定风量空调系统. 七层, 三十四层厨房设新风空调系统, 地下一层设地下新风空调系统。监控功能如下：裙房定风量空调系统a)根据室内(回风)温度, 对冷水盘管(供冷)或热水盘管(供暖)二通阀进行比例控制b)冬季根据室内(回风)湿度双位调节湿膜加湿器.c)AHU起动时关闭新风门/排风调节阀回风风门全开，调节水阀进行预冷预热运行。当回风温度落在死区或 “预冷预热运行”时间大于预先设定的时间，系统由“预冷预热”模式转入“常规”运行模式 。d)冬/夏季常规运行为最小新/排风量运行, 室内每个系统设4个CO2 检测点, 在送风机状态信号反馈

20、DDC控制器后，排风机开启，新、回风门开度按下列公式执行 ：新风风门开度=最小新风量风门开度回风风门开度=100% -新风风门开度e)过滤器阻力报警，测量空气过滤网两端的气流差压，当差压超过设定值时，发生报警信号，提醒操作人员及时清洗过滤网。f)AHU停止时联锁关闭(回风机, 水量调节阀, 蒸汽加湿二通阀, 新风/排风调节阀). 厨房新风空调及排风系统地下新风空调系统a)比例调节新风空调箱的冷/ 热水阀,控制送风温度b)联锁控制:厨房排风机停止时联锁关闭新风空调箱. 新风空调箱停止时联锁关闭(水量调节阀, 进风调节阀)c)过滤器阻力报警，测量空气过滤网两端的气流差压, 当差压超过设定值时，发生

21、报警信号，提醒操作人员及时清洗过滤网。d)防冻控制: 当送风温度接近2时, 关闭进风阀和风机, 全开热水阀. 如热水系统停止工作时自动启动热水泵.e)与中央监控站通信:风机启停,温度检测(送风), 送风温度再设定, 系统运行状态监视f)在与中央监控站通信时，还需要检测室内的CO浓度，底层大厅静压。图3 定风量空调控制流程图图4 定风量空调控制原理图3.2 变风量控制系统变风量空调系统简称VAV 系统（Variable Air Volume System ），它根据被控区域空调负荷的变化及室内要求参数的改变，自动调节空调系统的送风量，从而保证室内参数达到要求。对于一个风系统服务于多个房间时，采用

22、变风量空调系统可以使每个房间的变风量末端装置随该房间温度的变化自动控制送风量，使得空调房间过冷或过热现象得以消除，也使能量得以合理利用。监控功能a)室温控制供冷时根据区域温度T控制调节FPVAV进风量, 当达到供冷设定点时维持新风需求的最小进风量不变, 当达到供暖设定点时维持新风需求的最小进风量,同时调节FPVAV热水盘管二通阀, 以控制加热量.b)联锁控制FPVAV关闭时,联锁关闭(进风阀,热水调节阀,风机). FPVAV起动时先开启风机, 防止风机反转, 再全开进风阀.c)FPVAVA控制系统d)与中央监控站通信VAV定静压法控制原理图如下图5 VAV定静压法控制原理图图6 VAV变风量控

23、制系统末端图7变风量空调控制原理图3.3 风机盘管的控制系统设计在本大厦中风机盘管的控制主要分为2部分，第一部分为各房间内的风机盘管，第二部分每层的总体检测，主要体现在对于冷冻水流量的检测与控制，除此以外还需能根据室温自动冷暖工况装换，双位调节冷，热水阀。手动三速开关调节风量，手动风机启停。第一部分下图为每个房间内部的风机盘管检测图，图中的电动二通阀接DDC的模拟量输出，由此控制每个房间内部的风机盘管的工作状态。图8 风机盘管控制图第二部分如下图所示，由中央监控站直接控制每层的DDC，而每层的DDC能够根据要求完成各项数据采集及控制功能，其中有对计量有效状态的采集，这里主要运用的是温度传感器，

24、还有就是能量表网关，通过RS485总线与每个房间能量表相连从而能够达到以层为单位的能量计量。最后的就是温控器网管能对总线上的风机盘管进行集中的管理。图9 风机盘管集中式控制4.测点一览表及设备选型4.1测点一览表空调冷热源测点一览表见表1表1 测点一览表受控设备数量监控功能描述输入输出传感器、阀门及执行机构等AIDIAODO2室内温度2室内温度传感器2室内湿度2室内湿度传感器点数小计41. 空调水系统空调部分1送风温度1风道温度传感器回风温度1风道温度传感器回风湿度1风道湿度传感器送风湿度1风道湿度传感器过滤器堵塞报警3压差开关送、排风机运行状态2压差开关送、排风机启/停控制2继电器线圈表冷段

25、阀门调节1阀门执行器加热段阀门调节1阀门执行器蒸汽加湿段调节1阀门执行器新/送/排风阀开度4风阀执行器阀位反馈新/送/排风阀调节4风阀执行器防冻开关1点数总计12663总共27个测点4.2设备选型设备选型见表2表2 设备选型设备名称型号规格制造厂商附属设备型号规格组合式空调机DH-30上海新晃离心风机YU180M-4A冷热水盘管8型肋片,正面面积2.88M2空气过滤网平面高速型空气混合箱5.5M新风机组GKL6IIB四川成达离心风机Y100L-4冷热水盘管8型肋片,正面面积0.9M2空气过滤网平面高速型新风温湿度传感器TAC-S113-CTAC风门执行器ML6161E上海超盛风管温度传感器VT

26、S7018 肇庆爱晟风道湿度传感器CHTM02N/A广州西博臣调节型风阀执行器TAC-M-SM24-SRTAC压差开关26深圳德威达防冻开关QAF81.6西门子压差旁通调节阀RT-800L 4风机风机盘管SCK-600上海新晃电机40W换热器铜管串套高效铝超片风机盘管电动阀MSVZ6深圳欧门氏风机盘管机组YGFC-03-CD-4-H广州约克卧式风机盘管FP-20WA卡式风机盘管FP-12.55.中央空调控制系统拓扑结构图5.1 空调控制系统拓扑结构示意图建筑物自动化系统，为三级构架的分布式集散型计算机过程控制系统。第一级为中央控制站，是集中监控、远程控制、数据处理和中央管理的中心;第二级为直接

27、数字控制器（DDC），能独立完成对现场机电设备的数据采集和控制;第三级为现场传感探测元件及控制执行元件。它可以构成空调自动化系统，定风量空调系统拓扑结构如图3所示。图10 空调控制系统拓扑结构示意图5.2 DDC选型、介绍及特点选型：在本次设计中选择的是研华3520型DDC控制器。介绍：BAS-3000 系列直接数字控制器是一款功能强大的一体化现场控制器，控制器与上位机之间采用TCP/IP通讯协议，10/100M的通讯速率，保证现场设备状态通过控制器快速、无差错的反应到上位机操作界面上来。BAS-3000 控制器本身提供多个输入输出通道，包括模拟量输入 AI、模拟量输出 AO、数字量输入 DI

28、 和数字量输出 DO 通道。其中， BAS-3520 提供 4 个通用输入，每一个通用输入通道通过软件可以设置为数字量输入和模拟量输入通道。BAS-3000 控制器提供一个 Ethernet 网络接口和一个 RS-485 通讯端口，其中 Ethernet接口用于连接上位机 HMI以及逻辑编程的下载，RS-485 接口用于扩展第三方硬件设备。当 IO 数量不能满足需要的时候，BAS-3000 控制器可以进行 IO 扩展，每一个 BAS-3000控制器最多可以接 3个 IO扩展模块，同时 IO 扩展模块也可以作为远程 IO 模块单独使用。BAS-3000 系列控制器使用强大的图形化编程控制软件BA

29、SPro，对分散在大楼各个角落的现场设备进行监视和控制。特点：1.完全基于以太网的楼宇控制器WebServer功能，允许用户直接登陆 DDC查看数据强大的图形化编程软件 BASPro内置丰富的 BA专用模块，开发方便以太网连接，10/100M速率保证数据快速通讯扩展模块丰富多样，系统扩展灵活：最多可支持 3个本地 I/O模块，15个远程 I/O模块（通过RS-485）实时时钟及看门狗定时器支持自调节PID控制支持Modbus及Modbus RTU等通讯协议2. 强大的智能楼宇控制功能专为楼宇自动化控制设计的控制模块能解决各种楼宇控制问题，如空调控制、电力节能制、空气环境控制等BAS-3000

30、DDC 自动扫描功能内置自动扫描硬件设备功能，在 Builder 中可以扫描连接到以太网中的 BAS-3000 DDC设备，并且可以查看硬件信息，方便用户配置现场中的监控系统硬件设备联动功能通过内置的逻辑功能模块编制设备之间的联动关系，可以轻松实现设备之间的联动功能，如通过监控用户是否开启窗户，来决定室内空调风机的起停、待机等工作状态，在 Advantech BASPro中，可以通过拖曳几个功能模块轻松做到时间同步功能内置时间同步模块，既可以设定任何一款 DDC 作为时间服务器或客户端，又可以外挂精准时间源作为时间服务器，保障了设备之间的同步联动机制，也精确了时间日程设定TCP/IP 通讯BA

31、S-3000 系列控制器是完全基于以太网的控制器，可以通过 Modbus/TCP 客户端 / 服务器协议与其它设备进行通讯。3.RS-485 通信BAS-3000控制器有一个串行通信端口，可以连接各种串行设备。图 1-2, COM1 是一个RS-485 端口，用来连接其他的智能串行从设备。BAS-3000 最多可以连接 15 个支持Modbus/RTU 主模块的远程 IO 设备。4.BAS-3000 I/O 扩展模块规格当主模块的 I/O 数量不能满足用户需求的时候，BAS-3000I/O 提供不同类型的扩展模块。对于本地扩展，BAS-3000I/O 模块可以直接插在 BAS-3000 控制器

32、的背面。对于远程扩展，BAS-3000 控制器通过RS-485连接 BAS-3000 模块。安装详情请参考第二章内容。图11 DDC接线图心得 主要参考文献1 陈虹.楼宇自动化技术与应用.机械工业出版社，2006.92 于海生.微型计算机控制技术.清华大学出版社，2007.43 霍小平.中央空调自控系统设计.中国电力出版社，20044 区正源.实用中央空调设计指南.中国建筑工业出版社，20075 余跃进.中央空调系统设计.东南大学出版社，20076 李金川、郑智慧.空调制冷自控系统运行与管理.中国建材工业出版社，20027 韩宝琦、李树林.制冷空调原理及应用.机械工业出版社，2002.88 刘杰.变风量空调系统的设计.科技纵横，2009.420