ALERTON楼宇自控系统方案huang.docx

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ALERTON楼宇自控系统方案huang

楼宇自控系统应用方案

1.设计需求分析

绿地卢湾滨江CBD项目是一个集商业，办公，金融，酒店及住宅于一体的新型建筑综合体。

它位于上海卢湾区137A-1，137A-2，137A-3，137A-4地块内，整个地块，南至南浦路，北至龙华东路，东至打浦路，西至开平路。

本次BAS设计的范围为办公A，办公B,金融A,商业B,四栋楼，整个地下为两层，主要由大型地下商业、地下车库及一些相关的设备用房组成。

不包含酒店及住宅部分。

所以对于建筑物设备的监控有很高的要求。

它不仅需要图纸设计精确、需要对CBD建筑物内的所有的机电设备如HVAC设备、供配电及照明设备、给排水设备、电梯等进行统一管理控制。

系统以致力于创造一个节能、舒适、安全、高效的办公环境，并能对大楼的突发事件做出紧急反应。

本方案将针对项目的冷热源、空调、通风、等设备的自动控制进行设计。

与其他项目相比，本项目是一大型建筑楼宇群，各功能建筑物里机电设备种类繁多，功能复杂，而且设备之间地理位置分散，这就要求本项目楼宇自控系统的通讯总线及协议必须是开放的、而且必须是稳定可靠的。

目前，工业RS485通讯总线是最成熟、应用最为广泛、也是最可靠的通讯总线，在楼控标准开放协议里，基于RS485的BACNET（MS/TP）协议不仅开放性好、而且通讯稳定可靠，是目前为止唯一被ISO国际标准化组织认可的楼宇开放通讯协议，特别适合应用在大空间建筑物、分散建筑群，所以本项目选用基于BACNET（以太+RS485）解决方案的楼宇自动控制系统。

美国HONEYWELL公司制造的EnvisionforBACtalk（ALERTON）楼宇自控系统，是美国HONEYWELL公司面向全球用户真正基于BACNET解决方案的楼控系统产品，也是世界上最早成功应用BACNET系统，所以本项目选用美国HONEYWELL公司制造的EnvisionforBACtalk（ALERTON）楼宇自控系统。

根据标书要求，BAS系统将对建筑物的各种机电设备的运行及开关状态实行全时间的自动监测或控制，并同时收集、记录、保存及分析管理有关系统的重要信息及数据。

系统优势与特点

美国HONEYWELL公司的EnvisionforBACtalk（ALERTON）系统是业界率先生产符合BACnet通讯协议产品的系统，是世界上第一个使用BACnet通讯协议的楼宇自控系统。

是美国暖通学会ASHRAEBACnet成员，同时也是BACnet开发委员会的委员之一，参与了BACnet通讯协议标准（美国国家标准BACnetNASI/ASHRAESPC135P）的开发与编写；是北美BACnet组织的成员；BACnet生产厂商联合会的成员。

HONEYWELLEnvisionforBACtalk（ALERTON）是以集散控制理论为基础，采用分布式计算机监控技术、计算机网络通信技术，具有高可靠性、完全开放的成熟的楼宇自动化系统；EnvisionforBACtalk管理层采用了客户/服务器（Client/Server），基于Web架构的结构，使用BACnet通讯协议进行通讯，并有能力在同一网络上通过通信接口与MODBUS和SNMP等不同通信协议进行通讯，读取各开放式数据库；具有结构灵活、适应性强、扩展方便、整合容易、软件优化设备运行、操作简单易学等特点。

EnvisionforBACtalk是基于TCP/IP（&BACnet）网络架构，同时也是基于WINDOWS视窗操作系统平台的系统软件包，支持WINDOWS2003、WINDOWSXP以及最新的WINDOWSVISTA，系统可直接连入建筑物的计算机网络管理系统，可实现与其他厂商的楼宇自控系统、工业自动化系统、酒店管理系统、物业管理系统、办公自动化系统及保安视频监控系统等进行数据信息交换，实现与很多第三方产品及其他系统的无缝联接与集成，并成为智能建筑管理系统中重要的环节，这也是该系统开放性的充分表现。

美国HONEYWELL公司是全球BACnet楼宇自动化系统领域著名的制造商，其制造的ALERTON所有DDC产品都具有BACnet国际组织的标准认证“BTL”，并且符合UL916安全等级及欧洲标准EMCDirective89/336/EEC（CE标示），在许多高档酒店、现代化写字楼项目中得到了成功应用。

在江苏、上海、广东地区，跟本项目建筑功能类似的许多建筑群以及大开间建筑物的楼宇自控系统选用了EnvisionforBACtalk楼控系统，并获得了成功：

-可口可乐中国总部（上海）-上海标准渣打银行大楼

-第16届广州亚运会新闻中心（广州）-南京新世界电子大厦

-CEC中电大厦-江苏省建委大楼

系统特点：

1）可靠性：

在设计上充分体现了分散控制、集中管理的特点，保证每个子系统都能独立控制，同时在中央工作站上又能做到集中管理，使得整个系统的结构完善、性能可靠。

BACtalk系统中的各级别设备都可独立完成操作，即在同一时刻组成不同级别的集散系统（或不同级别的结构组织形式），使用界面非常亲切；其全套楼宇自控产品、统一的生产管理体系保证了系统的配套性，同时使系统可靠性大为增加。

2）先进性：

AlertonBACtalk系统采用最先进的技术实现建筑物内机电设备完全自动化控制，系统运行基于微软视窗操作系统的Windows9x/NT，或Windows2000/XP包括最新的WINVISTA操作平台，整个系统网络架构在快速以太网上，协议为标准的TCP/IP，系统提供的数据接口方式有COM/DCOM,ODBC,DDE,ActiveX，并且支持BACnet,OPC,LonTalk,PTP等工业标准协议。

3）扩展及灵活性：

BACtalk系列产品为模块化结构设计，系统可通过自由和公共组合方式由单个的子站拓展为超大型的分布式综合集散控制系统；同时系统的控制方式极其灵活，现场控制层的维护和扩展极为方便。

使得楼宇管理系统可以很方便地扩展，节省初期投资，系统各部分可分别随调试的完成进度投入使用。

4）开放及兼容性：

Alerton产品以公认的工业标准技术制造，其系统符合公认的工业标准结构。

Alerton采用的工业标准为BACnet（美国国家标准协会的ANSI/ASHAREStandaed135-1995标准），BACnet的全名是建筑自动化和控制网络通讯协议。

遵循该协议开发的系统非常方便集成不同厂家的自动化系统和设备，能真正实现建筑物不同系统间数据的共用和互操作。

由此可见Alerton的BACtalk系统是一个真正的完全开放式的建筑物自动化系统，其系统开放能力处于业界领先的地位。

由于Alerton的产品采用了BACnet工业标准技术制造，其新旧产品兼容性很强，互换性好，可为使用者节省昂贵的系统升级费用，以保护使用者的投资回报。

5）简洁性：

结构直观简单，采用两级网络结构，管理层通讯速率高达100Mbps，现场控制层通讯速率高达76.8Kbps。

编程简单：

HONEYWELL-Alerton公司首先采用面向对象的构件导向编程方式，用户只需使用鼠标进行简单的拖拉操作就可编制出专业的自动控制程序。

操作简捷：

HONEYWELL-Alerton采用直观的3维彩色动画处理并呈现被控设备的状态及动作，使系统操作十分容易。

6）全球应用：

HONEYWELLEnvisionforBACtalk（Alerton）系统在中国和在世界任何一个地区系统的运行是一样畅通的，并能实现互联互通及互操作，同时它还提供对世界不同国家、不同语言的支持。

2.系统设计方案说明

本着上述的系统设计目标和原则，结合国内外的设计成功案例及建筑物的具体特点，利用美国HONEYWELL/BACNET在楼宇自动化方面的先进技术和丰富的经验，为本项目设计出一套符合二十一世纪现代化的智能建筑楼宇自控系统。

系统的设计方案包括从监控内容和方式、设备的选型、DDC的配置、软硬件功能等方面均做了详细的阐述。

2.1总线型结构及开放的网络协议--BACnet

本系统采用共享总线型网络拓扑结构，通过多条MS/TP&BACnet485现场控制总线，连接EnvisionforBACtalk系统的DDC控制器来实现数据的共享和控制的分散。

本系统管理层设置了2个中央监控中心（金融中心单独设置一个中央工作站，其他3栋建筑设置一个中央工作站，2个客户端）；2个全局控制器BCM（金融中心单独一个BCM），BCM与中央监控中心通过10/100M以太连接；多个DDC通过MS/TP485总线与BCM连接。

监控管理功能集中于中央站，实时性的控制和调节功能由现场控制层的DDC控制器完成。

中央站的工作与否不影响分站功能和设备的运行及网络通讯控制。

管理层网络的数据传输速率为100Mbps，现场控制层总线数据传输速率为76.8Kbps。

3绿地卢湾滨江CBD建筑物设备概况

根据绿地卢湾滨江CBD项目相关图纸，大楼机电设备主要包括如下几个方面：

1、冷源

冷热源的能耗约占整个HVAC系统能耗的55%。

选择适当、合理的控制策略实现多台制冷机组的群控不仅可以获得非常客观的节能效果,而且可以极大的改善空调末端装置的自动调节性能。

因此，正确认识制冷机组群控的特点和规律是建筑节能的最重要的课题之一。

一般来说，机组有效率的负荷区段在其额定负荷的40-90%之间，其最有效的负荷段在40-80%之间，随机组的不同而有所改变。

下图为某冷水机组性能。

从图中可见，在负荷的45-70%段，它的效率较高，在50%时效率最高。

图1.某冷水机组在部分负荷能耗比

目前冷水机组的群控有两种方式：

一种是由BA集成商根据负荷和流量的大小、通过干接点控制机组的运行台数，或在机组供应商开放通讯协议的条件下由BA通过通信控制机组的运行。

另一种是由通过通讯的方式读取设备电流百分比，同时参考出水温度，控制机组的运行台数。

此项目从设计院的要求是根据电流百分比进行群控。

下图为加减载主机的控制逻辑图。

商业区空调冷热源系统：

设计选用了3台离心式冷水机组,冷冻水泵4台（3用1备），冷却水泵为4台（3用1备），冷却塔3台

本工程通过BACnet或者MODBU口连接制冷机组，将机组内部控制码转换成ASCII码。

集成后可读取大量的冷冻机运行数据。

不仅可以使冷水机组的内部运行状态状态参数全面被楼宇控制系统采集，而且可以提升冷水机组控制系统的智能水平。

其自带的控制系统测控内容包括：

（1）开、关机顺序

A．冷水机组启动顺序为：

选定冷水机组：

开冷却塔蝶阀→开冷却塔风机→开冷却水蝶阀→开冷却水泵→开冷冻水蝶阀→开冷冻水泵→开冷水机组；

B．冷水机组停止顺序为：

选定冷水机组：

关冷水机组→关冷冻泵→关冷冻水蝶阀→关冷却水泵→关冷却水蝶阀→关冷却塔风机→关冷却塔蝶阀。

（2）加载策略

冷冻机的系统负荷上升到其电流百分比％FLA到达95%时（可根据实际情况调整），则冷水机组群控系统启动另外机组加机延时5Min（可根据实际情况调整），在启动延时期后，如果％FLA>95%，且K>200时，则说明单台机组的满载运行和水泵的满载运行已不足以满足系统负荷值，且冷冻水出水温度不会稳定在出水温度设定值上，这样第二台机组的电动阀门马上开启，经过一定的阀门开启时间之后，第二台机组迅速开启。

K=（CHWT-CHWT.STP）/0.0015

CHWT——冷冻水出水温度

CHWT.STP——冷冻水出水温度的设定值（5℃）

即设定冷冻水出水温度值为6℃，当K≥200时，同时冷冻机组的电流百分比％FLA≥95%时，第二台机组自动开启。

（3）自动减机策略

假设2台机组正在运行，当系统负荷变小时，末端的压差传感减小，即反应到机组的负荷相应减小，当两台机组的负荷总量仅有，甚至小于一台机组的负荷总量时（设两台机组的％FLA<45%，可根据实际情况调整），冷水机组群控系统马上关掉其中一台机组，以使得另一台机组运行在高负荷效率状况下运行同时满足负荷的要求。

（4）运行数据的记录：

冷水机组群控系统应具有每台冷水机组运行时间的自动计数功能，并累积记录每台冷水机组的总运行时间，并根据运行时间自动轮换。

同时，可以实现对系统进行定时记录、经济量记录、事故记录、历史数据存储和检索及打印等功能。

（5）提供先后程序选择器，以提供制冷机组和水泵的开关次序之选择。

选择器应具备自动跳控功能，当被召唤开动的制冷机或水泵不能正常开动时，选择器须自动开动另一台制冷机或水泵。

（6）在中央制冷系统控制屏须设有遥控的开关选择掣，以操控有关水泵、制冷机、冷却塔及所有相关的电动阀门及设备的操作。

（7）当只有一台冷冻水泵在最低负荷运行时，且监测到干管流量小于制冷机蒸发器允许的最低流量时，压差旁通阀将打开。

（8）通过末端传感器测量冷冻水之供回水干管温度和水流量，并计算出末端实际冷负荷后，依据制冷机的部分负荷性能曲线去判定开启制冷机的台数及其负荷率使机组整体效率最高。

要求保证三台机组的水流量平衡。

（9）一次泵定流量控制，群控系统应提供水泵运行状态、故障、手/自动、启停等状态点。

（10）根据压差信号调节比例阀开度。

（11）冷却水泵按启停顺序与冷机成组联动启停，手自动/运行/故障状态返回。

办公空调冷热源系统：

机组的控制：

冷水机组群控系统可实现的主要功能如下：

设计选用了3台离心式冷水机组,冷冻水一次泵4台（3用1备），冷却水泵为4台（3用1备），冷却塔3台，冷冻水二次泵6台（变频）

本工程通过BACnet或者MODBU口连接制冷机组，将机组内部控制码转换成ASCII码。

集成后可读取大量的冷冻机运行数据。

不仅可以使冷水机组的内部运行状态状态参数全面被楼宇控制系统采集，而且可以提升冷水机组控制系统的智能水平。

其自带的控制系统测控内容包括：

（1）冷水机组及相关设备的启停顺序控制

A．冷水机组启动顺序为：

选定冷水机组：

开冷却塔蝶阀→开冷却塔风机→开冷却水蝶阀→开冷却水泵→开冷冻水蝶阀→开冷冻水泵→开冷水机组；

B．冷水机组停止顺序为：

选定冷水机组：

关冷水机组→关冷冻泵→关冷冻水蝶阀→关冷却水泵→关冷却水蝶阀→关冷却塔风机→关冷却塔蝶阀。

（2）冷机加载

冷冻机的系统负荷上升到其电流百分比％FLA到达95%时（可根据实际情况调整），则冷水机组群控系统启动另外机组加机延时5Min（可根据实际情况调整），在启动延时期后，如果％FLA>95%，且K>200时，则说明单台机组的满载运行和水泵的满载运行已不足以满足系统负荷值，且冷冻水出水温度不会稳定在出水温度设定值上，这样第二台机组的电动阀门马上开启，经过一定的阀门开启时间之后，第二台机组迅速开启。

K=（CHWT-CHWT.STP）/0.0015

CHWT——冷冻水出水温度

CHWT.STP——冷冻水出水温度的设定值（5℃）

即设定冷冻水出水温度值为6℃，当K≥200时，同时冷冻机组的电流百分比％FLA≥95%时，第二台机组自动开启。

（3）自动减机策略

假设2台机组正在运行，当系统负荷变小时，末端的压差传感减小，即反应到机组的负荷相应减小，当两台机组的负荷总量仅有，甚至小于一台机组的负荷总量时（设两台机组的％FLA<45%，可根据实际情况调整），冷水机组群控系统马上关掉其中一台机组，以使得另一台机组运行在高负荷效率状况下运行同时满足负荷的要求。

（4）运行数据的记录：

冷水机组群控系统应具有每台冷水机组运行时间的自动计数功能，并累积记录每台冷水机组的总运行时间，并根据运行时间自动轮换。

同时，可以实现对系统进行定时记录、经济量记录、事故记录、历史数据存储和检索及打印等功能。

（5）提供先后程序选择器，以提供制冷机组和水泵的开关次序之选择。

选择器应具备自动跳控功能，当被召唤开动的制冷机或水泵不能正常开动时，选择器须自动开动另一台制冷机或水泵。

（6）在中央制冷系统控制屏须设有遥控的开关选择掣，以操控有关水泵、制冷机、冷却塔及所有相关的电动阀门及设备的操作。

（7）当只有一台冷冻水泵在最低负荷运行时，且监测到干管流量小于制冷机蒸发器允许的最低流量时，压差旁通阀将打开。

（8）冷却水泵按启停顺序与冷机成组联动启停，手自动/运行/故障状态返回。

（9）二次泵控制：

末端负荷发生变化后，末端的温度控制系统会自动调节末端的电动调节阀，从而引起末端压差的变化。

当末端负荷增加时，末端压差减小，当冷冻站监控系统监测到该变化时就通过PID运算输出水泵频率的调整值，升高运行水泵的频率。

当末端负荷减少时，末端压差增大，当冷冻站监控系统监测到该变化时就通过PID运算输出水泵频率的调整值，降低运行水泵的频率。

（10）冷冻水泵加卸载和加减机：

以水系统最不利末端（应对系统运行时最不利末端可能出现的变化进行考虑）供水和回水管上的压差信号作为冷冻水泵加卸载和加减机的依据：

压差信号小于下限值并保持5分钟后增加水泵变频器频率，如水泵变频器频率已达到100%则开启下一台水泵；若压差信号大于上限值并保持5分钟后减低水泵变频器频率，如水泵变频器频率已达到下限则关闭一台水泵。

金融A空调冷热源系统（单独）：

机组的控制：

冷水机组群控系统可实现的主要功能如下：

设计选用了2台离心式冷水机组,冷冻水一次泵3台（2用1备），冷却水泵为2台（2用1备），冷却塔2台.

本工程通过BACnet或者MODBU口连接制冷机组，将机组内部控制码转换成ASCII码。

集成后可读取大量的冷冻机运行数据。

不仅可以使冷水机组的内部运行状态状态参数全面被楼宇控制系统采集，而且可以提升冷水机组控制系统的智能水平。

其自带的控制系统测控内容包括：

（1）开关机顺序

冷水机组启动顺序为：

选定冷水机组：

开冷却塔蝶阀→开冷却塔风机→开冷却水蝶阀→开冷却水泵→开冷冻水蝶阀→开冷冻水泵→开冷水机组；

冷水机组停止顺序为：

选定冷水机组：

关冷水机组→关冷冻泵→关冷冻水蝶阀→关冷却水泵→关冷却水蝶阀→关冷却塔风机→关冷却塔蝶阀。

（2）加，减载策略

冷冻机的系统负荷上升到其电流百分比％FLA到达95%时（可根据实际情况调整），则冷水机组群控系统启动另外机组加机延时5Min（可根据实际情况调整），在启动延时期后，如果％FLA>95%，且K>200时，则说明单台机组的满载运行和水泵的满载运行已不足以满足系统负荷值，且冷冻水出水温度不会稳定在出水温度设定值上，这样第二台机组的电动阀门马上开启，经过一定的阀门开启时间之后，第二台机组迅速开启。

K=（CHWT-CHWT.STP）/0.0015

CHWT——冷冻水出水温度

CHWT.STP——冷冻水出水温度的设定值（5℃）

即设定冷冻水出水温度值为6℃，当K≥200时，同时冷冻机组的电流百分比％FLA≥95%时，第二台机组自动开启。

（3）自动减机策略

假设2台机组正在运行，当系统负荷变小时，末端的压差传感减小，即反应到机组的负荷相应减小，当两台机组的负荷总量仅有，甚至小于一台机组的负荷总量时（设两台机组的％FLA<45%，可根据实际情况调整），冷水机组群控系统马上关掉其中一台机组，以使得另一台机组运行在高负荷效率状况下运行同时满足负荷的要求。

（4）运行数据的记录：

冷水机组群控系统应具有每台冷水机组运行时间的自动计数功能，并累积记录每台冷水机组的总运行时间，并根据运行时间自动轮换。

同时，可以实现对系统进行定时记录、经济量记录、事故记录、历史数据存储和检索及打印等功能。

（5）提供先后程序选择器，以提供制冷机组和水泵的开关次序之选择。

选择器应具备自动跳控功能，当被召唤开动的制冷机或水泵不能正常开动时，选择器须自动开动另一台制冷机或水泵。

（6）在中央制冷系统控制屏须设有遥控的开关选择掣，以操控有关水泵、制冷机、冷却塔及所有相关的电动阀门及设备的操作。

（7）当只有一台冷冻水泵在最低负荷运行时，且监测到干管流量小于制冷机蒸发器允许的最低流量时，压差旁通阀将打开。

（8）一次泵定流量控制，群控系统应提供水泵运行状态、故障、手/自动、启停等状态点。

（9）根据压差信号调节比例阀开度。

（10）冷却水泵按启停顺序与冷机成组联动启停，手自动/运行/故障状态返回。

2热源系统：

商业

锅炉3台，一次水循环泵4台（3用1备），板交3套，二次泵4套（3用1备）

办公

锅炉3台，一次水循环泵4台（3用1备），板交3套，二次泵6套（4用2备）

金融

锅炉2台，一次水循环泵3台（2用1备），板交2套，二次泵3套（2用1备）

对锅炉状态一般只监不控，但锅炉厂商必须提供监测必要参数的手段，有条件时提供通讯协议。

以外，该系统的功能如下：

a.板式换热器、热水一次循环泵

∙监测每台板式换热器一次高温水侧的进、出水总管的温度和压力。

监测二次低温水侧的供、回水总管温度和供水压力。

根据换热器的开启命令，实行电动蝶阀、水泵之间的联锁。

启停顺序如下：

电动蝶阀－（延时）热水一次循环泵；停机顺序相反。

∙监测热水一次循环泵的运行状态、故障报警和手/自动状态，按工艺要求启停泵。

热水循环泵互为备用等时间运行，备用泵会在其它泵故障时自动投入运行，同时能累积运行时间，提醒维修，并定期轮换使用，保证使用时间均匀。

b.热水二次循环泵

∙监测水泵的运行状态、故障报警和手/自动状态。

∙监测回路的供、回水温度、供水压力和回水流量。

根据供回水温度，可以计算得该回路的负荷情况，从而计算需要开启的水泵数量。

当某一水泵发生故障时，则系统立即发出报警到终端，同时锁定该设备以防再次启动。

在这同时自动启动另一个可得到的备用水泵。

当故障设备需要重新加入自控行列时，必须在BAS终端手动复位相应的锁定复位软件点，这样才能使锁定的设备再次进入自控行列。

系统还可以自动累计水泵运行时间，根据使用时间定期轮换水泵，实现水泵的平均使用时间。

∙运行数据的记录：

累计锅炉，水泵的总运行时间，并根据运行时间自动轮换。

同时，可以实现对系统进行定时记录、经济量记录、事故记录、历史数据存储和检索及打印等功能。

∙提供先后程序选择器，以提供水泵的开关次序之选择。

选择器应具备自动跳控功能，当被召唤开动的水泵不能正常开动时，选择器须自动开动另一台水泵。

∙在中央系统控制屏须设有遥控的开关选择掣，以操控有关水泵及设备的操作。

∙

3空调机组及空调风系统

绿地卢湾滨江CBD项目的空调水管采用二管制。

设计空气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。

在智能建筑中，由于使用着大量的办公设备和电信电气设备，空调负荷中主要是内部发热量引起的负荷，在设备使用高峰期、设备发热量可达内部发热量的50％左右。

因此，智能化办公大楼的内区基本上全年供冷，周边区可能出现供热，供冷交替反复形式。

夏季冷负荷，智能化办公大楼可以达到一般办公大楼的1.3-1.4倍，而冬季热负荷却仅为后者的50％。

所以，智能化办公大楼的空调也将根据不同区域有着不同的方式。

空气处理机组系统实现的监控功能：

1）空调机组串级控制方案

空调机组串级控制系统以送风系统作为副回路，回风系统作为主回路。

送风温度的给定值是由回风温度给定的。

副控制器工作在随动状态，而主控制器工作在定值状态。

与单回路控制系统相比，串级控制系统由于结构上增加了一个副回路，所以可以让发生于副回路内部的干扰，在影响主参数之前，即可由副控制器予以及时校正，减少了进入副回路的干扰对主参数的影响。

选择空调串级控制是从以下考虑的：

送风回路存在较多干扰，例如冷、热水温度，压力的变化，新风温度的变化等，而送风温度能够迅速反映副回路的诸多干扰，采用串级控制方案后，送风副回路对送风干扰有较强的克服能