中央空调水系统分户计费

第四部分楼宇自控
一、设计综述
BAS楼宇自控系统是一项综合运用计算技术、自动控制技术和通信技术以及现场设备制造工艺等来完成特定控制任务的系统，因此必须严格按照工程设计观念进行。

整个过程通常是由系统设计人员及相关专业人员通力协作完成。

楼宇自动化系统多种多样，其设计工作一般应遵循的原则是：可靠性高、实时性强、操作性好、通用性好、性价比高。

楼宇自动化设计一般包括：控制方案设计、现场设备选型、控制设备选型以及控制系统网络设计等内容。

建筑设备监控系统的监控功能设计
建筑设备监控系统的监控功能设计依据是建筑设备控制的工艺图及其技术要求。

建筑设备监控系统并不能凭空创造代替建筑设备为建筑物提供服务，而是按照建筑设备运行的工艺与控制要求，通过自动控制、监视等手段来保证建筑设备的服务功能得以可靠、稳定、精确地实现。

在着手建筑设备监控系统监控功能设计前，应认真研究目标建筑物的建筑、变配电。

照明、冷热源、空调通风、给排水等系统的设计图纸、工艺设计说明、设备清单等工程资料。

然后针对实际工程情况，依照各监控对象的监控原理进行监控点数及系统方案设计，并完成监控点数表的制作。

监控点数表是把各类建筑设备要求的监控内容按模拟量输人(AI)、模拟量输出(AO)、数字/开关量输人(DI) 及数字/开关量输出(DO)分类，逐一列出的表格。

这一表格应准确地反映建筑设备控制工艺与要求和设备实际需要配置的传感器与执行器。

由监控点数表可以确定在某一区域内设备来监控的内容，从而选择现场控制器(DDC)的形式与容量。

监控点数表如表1所示。

按监控点数表选择DDC时，其输入/输出端一般应留有10％－15％的余量，以备输入输出端口故障或将来有扩展需要时使用。

典型建筑设备监控系统监控点数表1
控制系统网络结构设计
主要是对各层网络的网段、网关、总线数量及每条总线的监控范围进行设计。

每条总线所能支持的控制器数量及传输距离都是有限的，因此整个系统可能需要几条总线，需要设计每条总线的监控范围。

另外，整个网络系统可能分成若干网段，分管不同的系统，各网段之间的连接方式及网关功能也是网络通信系统设计的重要内容。

现场控制设备的分布及监控范围设计。

对现场控制器的分布位置（在此阶段的设计中需要明确所处楼层）、监控对象及所采用的控制器型号进行设计。

通信接口设计。

建筑设备监控系统需要和冷水机组等大型设备系统的专用控制器进行通信，也可能有不同厂商的产品连在同一网络中。

整个建筑设备监控系统可能包括多家厂商的产品，在这种情况下，各厂商的产品之间如何进行通信,设置哪些通信接口，应在系统结构设计中得以体现。

图1所示为典型的BA系统结构示意图。

图1
建筑设备监控系统的深化设计
1、现场控制器监控范围的确定
每个现场控制器负责哪些设备状态的监控是建筑设备监控系统深化设计首先需要确定的内容。

现场控制器监控范围设计的合理性直接影响到控制器编程的复杂性、网络的通信量以及控制器、网络通信故障时的影响范围等。

确定现场控制器监控范围时应遵循同一台（组）设备的输入输出信号接入同一个现场控制器内的原则。

这样不仅能减少网络通信流量以减少总线的阻塞情况加快系统的实时响应更重要的是可保证在建筑设备监控系统通信装置故障或中断时，现场控制器的独立工作能力仍能保证所监控设备的正常运行。

2、确定现场控制器与建筑设备的界面
从原理上描述，现场控制器把建筑设备的各种状态信号采集进建筑设备监控系统，然后根据预定的管理、控制目标，向建筑设备发出控制命令以改变、调整建筑设备的运行状态。

但是在工程上的实现并非如此简单。

首先，现场控制器需要采集和控制各种设备的运行状态及运行参数。

这些状态及参数信号可以是电量的（如电压、电流）也可以是非电量的（如温度、压力、流量、CO、等）。

现场控制器的采集和控制工作可以通过检测器或执行器完成标准输人输出电量信号与现场设备非标准电气或非电量监控信号之间的转换从而直接实现监控功能；也可以通过通信接口与其他专用控制器相连，与其进行通信，然后由专用控制器完成对这些运行状态及参数的监控功能。

对于某个体设备采用哪种监控方式应在深化设计初期予以明确。

其次，对一些设备状态的控制实现需要通过强电控制箱，弱电控制装置(DDC或PLC）一般不能直接对强电功率电器进行控制，必须通过光电隔离、继电器或电子功率驱动器（变频器或电子固态继电器等）来实现。

因此，这些光电隔离器、继电器或电子功率驱动器究竟放入弱电控制箱内还是安置在设备的电控箱内也必须在工程前期给十明确。

3、传感器与变送器的选择
现场控制器采集设备状态信号的类型可以是电量的，也可以是非电量的。

但是各类状态信号都要转换成现场控制器能够接受的电信号，那就必须选择合适的传感器（变送器）把现场控制器无法接受的非电量、电量信号统一转换成可以接受的电量信号。

所需检测器的类型取决于监控点的特征、现场控制器所能接受的信号类型及原始状态信号的类型。

检测器包括传感器和变送器两部分，建筑设备监控系统中常用的检测器有温度传感器、湿度传感器、压力／压差传感器、压力／压差开关、流量传感器、流量／水流开关、液位传感器、液位开关、风速传感器、焓值变送器、空气质量传感器、防冻开关、电量变送器等。

传感器、变送器的选择应注意其两端信号的匹配及应用场合。

以温度传感器为例温度传感器的选择首先要明确其测量介质是水、空气、还是蒸汽；其次要明确传感器的安装位置与安装方式，室内、室外，风管或水管。

并且要了解现场控制器可接受的信号类型如直接可接受阻值信号那么可以接受什么材料，常温多少欧姆的热敏电阻传感器阻值信号（这在自动化仪表技术中称为分度号。

如采用钢材料，常温下的阻值为100Ω，则标为Pt100）如要接受标准电信号，则无选择带相应变送器的温度传感器。

最后，确定现场检测要求的温度检测范围和精度要求。

只有准确地列清这些工作条件和参数，才能选择出合适的传感器、变频设备。

同时，这些检测信号的检出位置由设备的工艺要求确定，对建筑设备监控系统的监控精度至关重要。

传感器、变速器分布的位置很广（可以是风管内、十管内设备分，室内、室外电控箱
内），应根据设备工艺要求（如流星传感器、温度传感器等设备应安装在阀前还是阀后功与检测器安装环境与工艺规定（如温度检测器的插入深度流量计的前后直管段长度与管径的倍数等）正确设计检测器的安装位置，这是建筑设备监控系统正常工作的基础之一。

4、阀门、执行机构选择
选用调节阀主要考虑流量特性与阀的通径。

流量特性：
三种流量特性如图所示。

在建筑设备监控系统中常用的理想流量特性有线性、对数和快开特性。

其中，快开特性主要用于双位控制及程序控制，因此调节阀流量特性的选择通常是指如何合理选择线性和对数流量特性。

正确的选择步骤是：根据过程特性，选择阀的工作特性；根据配管情况，从所需的工作特性出发，推断理想流量特性。

调节阀通径的选择
通常在暖通设计中提供设备负荷最大流量Qmax。

，并给出对调节间要求的流通能力CV值。

根据上述技术参数，在产品型号标准系列中选取大于 CVmax并最接近流量系数 CV值来选定阀门口径。

选定后再验证调节阀开度和可调比，即要求最大流量时开度不超过90％，最小流量时阀开度不小于10％。

验证合格后根据CV值确定的调节阀通径一般小于管道直径一档至两档。

电动机构是把电动机的驱动力通过齿轮传动转变为执行器直行程的力或角行程的转矩。

电动执行机构选择最重要的是执行机构输出的力或力矩，必须大于调节阀所需的工作力或力矩，同时能确保调节阀的关阀力能在最不利的条件下紧密地关闭阀门
执行器接受现场控制器的控制信号，改变控制变量（风量、水量等），使建筑设备按预定的工艺要求运行。

执行器由执行机构与调节机构组成。

执行机构按照现场控制器的控制信号产生推动力或位移，调节机构则在执行机构的动作下去改变控制变量。

在建筑设备监控系统中的调节机构多为风阀、水阀和蒸汽阀等。

根据工程的经验电动调节阀执行机构的推力（或称关闭压力）一般选择在0.8－1MPa（即为8－10kg/cm2）同时考虑到暖通设计值与实际工作状态值的差别，以及流体对阀芯和阀体的冲
蚀。

其实际工作状态的压差数值不应超过O.3MPa，如压差较高应采取相应的减压或平衡压力的工艺措施。

5、建筑设备监控系统网络通信的管线设计
目前，建筑设备监控系统现场控制级的网络通信在实际工程中并不是利用目标建筑物的综合有线系统完成的（工作站级的通信网络可以由目标建筑物的综合有线系统完成）。

一般采用五类、六类线和屏蔽双绞线单独布线，且不与综合布线系统走同一桥架。

因此，建筑设备监控系统现场控制级网络通信的管线需要单独设计，应在工程初期于以明确，以便与其他管线协调。

6、现场控制设备的供电方式
目前大多数建筑设备监控系统工程设计都把现场控制器DDC的工作电源就地从建筑设备的动力电源取得，以减少工程量。

这种做法的理由是：如果被监控的建筑设备没有工作电源，BA系统就不必再对该设备进行监控。

这种技术观点是不正确的。

因为建筑设备失去工作电源，可能是局部的电源故障，也可能是全局的电源故障无论何种原因，BA系统监控中央站都需要掌握现场的动态与情况。

由于BA系统监控中央站配有UPS，在停电时仍能维持工作，如果DDC因停电而不能工作，则中央站的工作就毫无意义了。

因此，所有DDC站的工作电源，都应由BA系统监控中央站的UPS供电，以便在任何一种电源故障情况下，监控中央站都能有效地通过DDC站的检测功能了解现场环境（空气温湿度、CO、水压、水温等）情况与设备故障情况，在实施事故预案处理程序时，能准确有效地调度电源、冷热源等资源，最大限度地降低事故造成的影响（这一方式需对恢复供电后的DDC有保护启动程序）。

当然UPS给DDC供电只是建议，目前DDC都有重新送电后程序不丢失功能。

7、与主要设备专用控制系统的通信接口
这里的主要设备是指高/低压变配电系统、发电机组、冷水／热泵机组、锅炉机组、电梯等大型建筑设备。

由于这些设备本身都配有计算机控制系统，对设备内的工作状态进行全面的自动监控。

如果由建筑设备监控系统直接进行监控，不仅需要安装大量的传感器与变送器，而且难以将设备运行状态控制至最佳，控制的安全、可靠性也难以保证。

因此，通过这些大型设备机组内部控制器接口与建筑设备监控系统进行信息交换，既能保证设备的安全可靠运行控制，又能使建筑设备监控系统有效的对大型设备的运行状态进行监视与管理。

建筑设备监控系统与设备间实现通信，必须预先约定所遵循的通信协议。

如果建筑设备内的控制系统具有标准的通信协议接口，根据设备厂家提供的监控内容变量表就可直接进行通信。

当设备内控制器对外采用非标准通信协议时，则需要设备供应商提供数据格式，由BA自控系统对其进行转换开发。

二、DEI-950系统简介
DEI-950云端监控系统是一套基于工业以太网和CAN总线的分布式现场总线控制系统，系统技术先进、配置灵活、易于扩展。

本系统采用MODBUS RS485总线，符合TCP/IP协议，系统中所有的现场控制器和中央监控电脑都可以通过RS485协议连接，处于平等的地位。

每个控制器分配独立以IP地址。

现场控制器独
立工作，不受中央或其他控制器故障的影响。

操作人员可以在任何拥有足够权限的工作站实施监控设备状态、控制设备启停、修正设定值、改变末端设备开度等得到充分授权的操作。

BAS楼宇自动化监控系统负责建筑物中的楼宇讯息管理、整合内容：
暖通空调系统、冷冻站系统、电热站【锅炉】系统
变配电系统、给排水系统、电力【照明】系统
安全防范系统、消防系统、背景音乐及消防广播系统等的计算器监测、控制、纪录管理。

通用功能•集中控制•远距监控•单日多点排程•周、月排程
特殊功能•计费系统•空调能源管理•远程开、关机•舒眠
DEI-950系统软件功能
主控
驱动模块副控RS485-Modebus
RS485-Modbus
•DEI-950软件可联网1~99台主控•每台主控可用1~63台电源模块•DEI-950联网一共可监控6,237台FCU ‧多样式的副控可随使用者选择
冷冻站监控系统
水冷式冷冻站－单主机
系统启停监控
－RS485端口
三、设计说明
3．1冷水机组监控说明
1、监测监视内容
2、机组手/自动状态、运行状态和故障状态；
3、机组累计运行时间，发出定时检修提示；
4、冷冻水泵/冷却水泵的手/自动状态、运行状态和故障状态；
5、冷冻水泵/冷却水泵累计运行时间，发出定时检修提示；
6、冷冻水总管（冷冻水/空调热水）供、回水温度压力和回水流量；
7、分集水器压差；
8、冷却塔风机的运行状态、故障报警、手/自动状态；
9、补水箱高、低液位报警。

10、控制内容
11、定时控制，按照预先编排的时间程序控制系统启停；
12、根据冷冻水总管供、回水温度和回水流量，计算大楼实际冷或热负荷，进行机组台数控
制，并控制相应的水泵；
13、根据控制器内部存储的机组累计运行时间，对机组进行时间均衡调节，系统为优先权设
计：需要启动时，开启累计运行时间最短的机组；需要关闭时，关闭累计运行时间最长的机组；
14、按照正确顺序一次连锁启停设备；
启动：冷却水泵→冷冻水泵→冷却塔风机→冷水机组
停机：冷水机组→冷冻水泵→冷却水泵→冷却塔风机
15、根据空调水供、回水总管压差，PID调节旁通阀开度，保持集分水器供水压力稳定；
16、监测系统内各监测点的温度、压力、流量等参数，自动显示，定时打印及故障报警。

3、以一个三冷水机组三冷却塔的系统为例：
(1)需要监测的参数
控制、监测对象数量监控点数
冷水机组DI DO AI AO 膨胀水箱低液位报警器 1 1
膨胀水箱阀门开关 1 1
膨胀水箱阀门开关状态反馈 1 1
分水器压力 1 1
集水器压力 1 1
水阀开关 1 1 分水器管道温度 1 1
集水器管道温度 1 1
流量计 1 1
冷冻泵1－3启停开关 3 3
冷冻泵1－3开关状态反馈 3 3
冷冻泵1－3故障报警 3 3
冷冻泵1－3手/自动状态 3 3
冷却泵1－3开关状态反馈 3 3
冷却泵1－3故障报警 3 3
冷却泵1－3手/自动状态 3 3
冷水机组电动蝶阀开关 6 12
冷水机组电动蝶阀状态信号 6 6
冷水机组电动蝶阀故障报警 6 6
冷水机组电动蝶阀手/自动状态 6 6
水流开关1－6状态反馈 6 6
冷水机组1－3启停开关 3 3
冷水机组1－3开关状态信号 3 3
冷水机组1－3故障报警 3 3
冷水机组1－3手/自动状态 3 3
冷却水循环管道温度 2 2
冷却塔电动蝶阀开关 6 6
冷却塔电动蝶阀状态信号 6 6
冷却塔电动蝶阀开关故障报警 6 6
冷却塔电动蝶阀手/自动状态 6 6
冷却塔风扇开关1－3 3 3
冷却塔风扇状态信号 3 3
控制、监测对象数量监控点数
冷水机组DI DO AI AO 冷却塔风扇故障报警 3 3
冷却塔风扇手/自动状态 3 3
合计80 28 7 1
(2)模块配置：
模块名称型号单位数量主要技术参数电源模块块 1 AC24V，100W
数字/模拟量输
入/输出
DEI-6688N 块11 无源开关量输入
说明：考虑点数必须有余量，开关量输入多配一块8点输入模块。

(3)冷水机组系统原理图：
冷冻站监控系统
水冷式冷冻站－并联机
系统启停监控
－RS485端口
FV-303
FV-203
FV-30４
FV-10４风扇
风扇
风扇
冷水机组系统原理图
12
2(18
2
2
12
18
3(2
12
3(2
18
(4
)+(2
)
12
2(2
3(4
管线编号接入
箱号
现场管线
电源
水流开关
水流开关
电动蝶阀
冷却泵
电动蝶阀
冷冻泵
配电箱7
配电箱6
FV-20４FV-103
冷却塔冷却塔冷却塔配电箱5
配电箱4
配电箱3
302
202冷水机组
冷水机组冷水机组202
302
301201
301
201
配电箱2
配电箱1
PdV-101
TE-102
TE-101
LV-101
膨胀水箱
分水器集水器
3．2热交换器监控说明
1、监控内容
a、现场控制柜监控
通过现场控制柜，控制器对循环泵进行启停控制，读取开关状态、故障报警、主备泵的切换等；
读取一、二次管路上传感器采集的水温、水压力等参数；
控制器按时间自动启停循环泵；
b、自动水温调节
控制器根据测量二次管路上的水温与设定值的偏差，以PID（比例积分微分）方式调节一次水进口调节阀的开度，使二次水温度保持在设定范围内；
当二次管路水温高于设定值时，减小一次进水口调节阀开度，以减少热交换，从而降低水温。

当二次管路水温低于设定值时，增大调节阀开度，增加热交换，从而提高二次水水温；
自动调节使调节阀开度达到一个稳定值，减少水阀频繁开关所带来的电能损耗与阀门执行器的损耗；
根据温差的大小控制循环泵开启的数量。

c、设备连锁控制
调节阀与循环泵连锁，当循环泵开启时调节阀自动启动PID调节，当循环泵停止时调节阀自动关闭。

d、维修指示
现场监控器记录设备的运行参数和累计运行时间，平衡设备使用率，提醒管理人员定期检修。

e、报警及数据记录
监控中心显示各个监控点回检状态；
监控中心及时显示报警信息，包括时间；
故障报警包括：
循环泵故障报警
补水箱高、低液位报警
f、监测监视内容
循环泵手、自动状态、运行状态；
换热器一次侧热水供回水温度、供水压力；
换热器二次侧热水供回水温度、供水压力；
2、举例：
(1)需要监测的参数
控制、监测对象图示代号或所在位
置
数量监控点数
热交换系统DI DO AI AO 管道温度1－6 TE－01~TE－06 6 6
管道流量FT01 1 1
阀门开度TV－01、TV－02 2 2 循环泵开关配电箱 2 2
循环泵运行状态信号配电箱 2 2
循环泵手/自动状态配电箱 2 2
循环泵运行故障报警配电箱 2 2
合计 6 2 7 2 (2)模块配置：
模块名称型号单位数量主要技术参数
电源模块块 1 AC24V，100W
数字/模拟量输出/输出6688N+224
4N
块 2
(3)热交换系统原理图：
3．3空气调节机组
——四管制恒风变水量控温控湿全空气调节机组
1、BAS监控主要功能：
a、回风温度自动控制
冬季自动调节水阀开度，保证回风温度为设定值；
夏季自动调节水阀开度，保证回风温度为设定值；
过渡季节根据新风的温湿度焓值，自动调节混风比。

b、回风湿度自动控制
自动控制加湿阀开闭，保证回风湿度为设定值。

c、过滤器堵塞报警
空气过滤器两端压差过大时报警，提示清扫。

d、机组定时启停控制
根据事先排定的工作及节假日作息时间表，定时启停机组，自动统计机组工作时间，提示定时维修。

e、联锁保护控制
联锁：风机停止后，新回风排风门、电动调节阀、电磁阀自动关闭；
保护：风机启动后，其前后压差过低时故障报警，并联锁停机；
防冻保护：当温度过低时，开启热水阀，关新风门、停风机，报警。

f、重要场所的环境控制
在重要场所设温湿度测点，根据其温湿度，直接调节空调机组的冷热水阀，确
保重要场所的温湿度为设定值；
在重要场所设二氧化碳测点，根据其浓度调节新风比。

说明：本图中示出四管制恒风变水量控温控湿全空气调节机组的BAS监控系统，
可根据具体应用作出取舍。

2、举例
（1）、四管制恒风变水量控温控湿全空气调节机组监控点表及模块配置：
控制、监测对象图示代号数量监控点数
空调机组DI DO AI AO
排风风阀调节M1 1 1
回风风阀调节M2 1 1
新风风阀调节M3 1 1
新风温度检测T2 1 1
新风湿度检测H2 1 1
控制、监测对象图示代号数量监控点数空调机组DI DO AI AO
回风温度检测T1 1 1
回风湿度检测H1 1 1
回风机运行状态 1 1
回风机故障报警 1 1
回风机手自动状态 1 1
回风机压差检测DP1 1 1
回风机启停控制 1 1
过滤器压差检测DP2 1 1
加热器水阀调节M4 1 1 防冻保护TA1 1 1
表冷器水阀调节M5 1 1
加湿阀开闭M6 1 1
送风机运行状态 1 1
送风机故障报警 1 1
送风机手自动状态 1 1
送风机压差检测DP3 1 1
送风机启停控制 1 1
送风温度检测T3 1 1
送风湿度检测H3 1 1
空调区域温度检测T4 1 1
空调区域湿度检测H4 1 1 CO2浓度检测CO2 1 1
合计10 3 9 5 （2）、四管制恒风变水量控温控湿全空气调节机组模块配置：
模块名称型号单位数量主要技术参数
电源模块块 1 AC24V，100W
数字量/模拟量
6688N 块 2
输入
（3）、四管制恒风变水量控温控湿全空气调节机组BAS监控图示：
空调区域
送风
回风
回风机
热水冷
水
送风机
现场
管线
电源
防冻
开关
蒸
汽
加湿器
表冷器
加热器
过滤
排风
新风
3．4四管制恒风变水量带加湿新风机组
1、 BAS监控主要功能
a、回风温度自动控制
冬季自动调节水阀开度，保证回风温度为设定值；
夏季自动调节水阀开度，保证回风温度为设定值；
过渡季节根据新风的温湿度焓值，自动调节混风比。

b、回风湿度自动控制
自动控制加湿阀开闭，保证回风湿度为设定值。

c、过滤器堵塞报警
空气过滤器两端压差过大时报警，提示清扫。

d、机组定时启停控制
根据事先排定的工作及节假日作息时间表，定时启停机组，自动统计机组工作
时间，提示定时维修。

e、联锁保护控制
联锁：风机停止后，新回风排风门、电动调节阀、电磁阀自动关闭；
保护：风机启动后，其前后压差过低时故障报警，并联锁停机；
防冻保护：当温度过低时，开启热水阀，关新风门、停风机，报警。

f、重要场所的环境控制
在重要场所设温湿度测点，根据其温湿度，直接调节空调机组的冷热水阀，确
保重要场所的温湿度为设定值；
在重要场所设二氧化碳测点，根据其浓度调节新风比。

说明：本图中示出四管制恒风变水量控温控湿全空气调节机组的BAS监控系统，
可根据具体应用作出取舍。