基于CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)智能建筑樓宇的自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一，概述

近年來(lái)在不少城市中各種高層建筑不斷建起，建筑內(nèi)的各種設(shè)備品種多分布廣如何搞好這些設(shè)備的運(yùn)行管理，為客戶(hù)提供一個(gè)舒適的環(huán)境又能合理利用能源便于管理，降低運(yùn)行費(fèi)用是業(yè)主最為關(guān)心的，因此不少大型建筑都設(shè)計(jì)了樓宇智能系統(tǒng)對(duì)樓宇中的設(shè)備進(jìn)行集中管理。樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)（BAS）其實(shí)質(zhì)就是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)在現(xiàn)代化多功能建筑中的應(yīng)用，它將建筑內(nèi)的各種設(shè)備如配電設(shè)備，給排水設(shè)備，暖通設(shè)備等在各自的現(xiàn)場(chǎng)控制器控制下按預(yù)定的控制策略使各個(gè)系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，工作在最佳狀態(tài)下，達(dá)到節(jié)能、舒適的效果。BA系統(tǒng)通常設(shè)有1至2個(gè)中央控制主站，在中央主站可以監(jiān)控各個(gè)被控設(shè)備的運(yùn)行情況和重要的運(yùn)行參數(shù)，記錄運(yùn)行狀態(tài)的歷史趨勢(shì)和設(shè)備的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、報(bào)警類(lèi)型和次數(shù)等，為設(shè)備管理分析制定維修計(jì)劃提供可靠依據(jù)。目前國(guó)外不少著名的公司如美國(guó)HOneywell，JOHOSOH和西門(mén)子公司等都推出了一些專(zhuān)門(mén)樓宇智能控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)雖然功能較強(qiáng)，但系統(tǒng)投資較大。我們針對(duì)樓宇控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用了基于三菱現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)C-CLINK技術(shù)，用可編程控制器（PLC）組成的集散型控制系統(tǒng)，具有運(yùn)行可靠，修改控制軟件簡(jiǎn)單，成本低等特點(diǎn)，中央站應(yīng)用亞控自動(dòng)化軟件科技有限公司開(kāi)發(fā)的組態(tài)王軟件，這是一種運(yùn)行在Windows 95/NT上的組態(tài)軟件。具有多任務(wù)、多線(xiàn)程及良好的實(shí)時(shí)性，已運(yùn)用于電力、制冷、化工、機(jī)械制造、交通管理等多種工程領(lǐng)域，構(gòu)造有效的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。整套控制系統(tǒng)已成功地在浙江印刷廠(chǎng)新廠(chǎng)房中應(yīng)用，實(shí)踐證明該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，靈活，非常適合在一些中小規(guī)模的智能建筑樓宇自控系統(tǒng)中使用。

二，系統(tǒng)硬件構(gòu)成：

（一） CC-Link簡(jiǎn)介

CC-Link是CONTROL&COMMUNICATION LINK的簡(jiǎn)稱(chēng)，它通過(guò)簡(jiǎn)單的三芯屏蔽線(xiàn)，提供156KBPS至10MBPS的通訊速率（視系統(tǒng)通訊距離而定），最大通訊距離可達(dá)1200M（156KBPS速率）。CC-Link網(wǎng)絡(luò)上可掛的各種模塊（包括開(kāi)關(guān)量I/O和模擬量I/O）以及子站控制器，可方便地組成各種類(lèi)型的控制系統(tǒng)，并可大大簡(jiǎn)化控制學(xué)系統(tǒng)的布線(xiàn)。

（二） 三菱FX2n系列可編程控制器簡(jiǎn)介

三菱FX2n系列可編程控制器具有體積小，運(yùn)行指令速度快（0.08us/基本指令）內(nèi)置8K步的RAM和時(shí)鐘，具有PID運(yùn)算指令，是FX系列中性能最高的， 并且擁有模擬量控制、系統(tǒng)通訊的各種特殊用途組件，是一套可以滿(mǎn)足多樣化廣泛需要的PLC。該系列PLC具有較強(qiáng)的通訊功能，可通過(guò)FX2n-CCL通訊模塊直接掛在CC-Link網(wǎng)絡(luò)上，組成集散控制系統(tǒng)，通過(guò)CC-Link網(wǎng)絡(luò)可與主站交換數(shù)據(jù)，通過(guò)主站PC機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中管理監(jiān)視和控制。

（三） 整個(gè)系統(tǒng)的框圖如圖：

三，系統(tǒng)功能和控制策略

（一）、供配電系統(tǒng)：

安全、可靠供電是智能建筑正常運(yùn)行的先決條件。本系統(tǒng)根據(jù)需要將電壓、電流、功率因數(shù)和頻率傳感器將電壓、電流信號(hào)等統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成4-20ma信號(hào)送至現(xiàn)場(chǎng)控制器的A/D轉(zhuǎn)換模塊讀入控制器，實(shí)現(xiàn)能量管理。如配電系統(tǒng)采用先進(jìn)的微機(jī)檢測(cè)空氣斷路器并能提供RS232或RS485通訊接口和通訊協(xié)議，可用PLC的專(zhuān)用模塊代替A/D轉(zhuǎn)換器獲取電量數(shù)據(jù)，以提高精度和實(shí)時(shí)性、降低成本。本系統(tǒng)還可并對(duì)重要回路開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)狀態(tài)與變壓器的溫升情況進(jìn)行檢測(cè)，監(jiān)視各種異常情況。

（二）、空調(diào)子系統(tǒng)

空調(diào)系統(tǒng)在建筑物中能源消耗最大，約占45%左右，樓宇自控系統(tǒng)在保證提供舒適環(huán)境的條件下盡量降低能耗。根據(jù)杭州地區(qū)凍夏季換季時(shí)間不定且時(shí)間較長(zhǎng)的氣候條件，在冷凍機(jī)房設(shè)計(jì)了以PLC和液晶觸摸屏組成的智能操作臺(tái)，該操作臺(tái)省去了其他各種儀表盤(pán)，使盤(pán)面標(biāo)準(zhǔn)化、小型化，節(jié)省布線(xiàn)。通過(guò)冷凍機(jī)房操作臺(tái)操作者可以直觀(guān)地監(jiān)視大樓內(nèi)各有關(guān)參數(shù)如各采樣點(diǎn)的溫度，室外溫濕度，各水池水位等，為操作者提供信息，并能在氣候不適合自控操作時(shí)，如換季時(shí)或設(shè)備檢修時(shí)切換至手動(dòng)操作，還可以通過(guò)本操作臺(tái)對(duì)各個(gè)設(shè)備有關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，使設(shè)備運(yùn)行在最佳狀態(tài)。

本系統(tǒng)由冷凍機(jī)組、熱交換器和空調(diào)系統(tǒng)末端設(shè)備三部分組成：

控制策略與功能

A．根據(jù)冷凍機(jī)組運(yùn)行要求對(duì)冷卻水泵、空調(diào)水循環(huán)泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)及冷凍機(jī)組啟動(dòng)停止順序進(jìn)行全自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)進(jìn)行邏輯控制。

B．根據(jù)空調(diào)供回水溫差和空調(diào)水流量計(jì)算即時(shí)的系統(tǒng)制冷或制熱量，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)負(fù)荷率，為冷凍機(jī)組、熱交換器半自動(dòng)或全自動(dòng)的啟停和臺(tái)數(shù)控制提供依據(jù)。

C．本系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)空調(diào)供回水壓差并與設(shè)定值比較進(jìn)行PID運(yùn)算來(lái)調(diào)節(jié)旁通閥以實(shí)現(xiàn)水系統(tǒng)流量恒定。

D．通過(guò)檢測(cè)冷卻水的溫度來(lái)控制冷卻風(fēng)機(jī)的啟停和臺(tái)數(shù)控制，以保證冷水機(jī)組冷媒壓力在一定的范圍內(nèi)，并可達(dá)到節(jié)能的目的。

E．空調(diào)系統(tǒng)末端由空調(diào)機(jī)和分散的風(fēng)機(jī)盤(pán)管組成?？照{(diào)機(jī)為現(xiàn)場(chǎng)申請(qǐng)或由時(shí)間程序控制開(kāi)關(guān)，并根據(jù)印刷車(chē)間工藝要求的室溫采用PID算法控制空調(diào)機(jī)水閥開(kāi)度；空調(diào)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間可根據(jù)季節(jié)程序設(shè)定。還可實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間；空氣濾網(wǎng)淤塞報(bào)警；夜間換風(fēng)和防凍運(yùn)行等功能。

F. 對(duì)各車(chē)間的空調(diào)機(jī)所消耗的冷量或熱量進(jìn)行計(jì)量。冷量或熱量的計(jì)量公式為 E=△t * Q，這里△t為空調(diào)供回水溫差，Q為空調(diào)機(jī)的流量累計(jì)值?？紤]到流量傳感器成本較高，我們采用了大口徑脈沖水表來(lái)測(cè)量流量，在正常流量時(shí)其測(cè)量誤差小于5 %，已能滿(mǎn)足工廠(chǎng)成本核算的精度要求。

G．冬季運(yùn)行時(shí)，臺(tái)數(shù)控制按冬季程序執(zhí)行，同時(shí)熱交換器蒸汽閥與空調(diào)水泵連動(dòng)，其余功能同夏季。

（三）、鍋爐和給排水控制子系統(tǒng)：

本子系統(tǒng)對(duì)鍋爐運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)鍋爐的輔機(jī)進(jìn)行控制，對(duì)生活水箱、消防水箱、集水坑的水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，高低水位報(bào)警；進(jìn)水量檢測(cè)，并根據(jù)設(shè)定值對(duì)相應(yīng)水泵進(jìn)行自動(dòng)啟?？刂?，也可由BA中心遙控或現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制。

控制策略和功能

A. 本系統(tǒng)對(duì)燃油鍋爐的運(yùn)行參數(shù)，如蒸汽壓力、溫度、鍋爐水位、煙道溫度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，；對(duì)鍋爐系統(tǒng)的輔助設(shè)備包括：給水泵、除氧泵、油泵、日用油箱油位和溫度、大油箱油位、溫度，各水箱水位等都通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)智能操作臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)操作臺(tái)也可設(shè)置運(yùn)行參數(shù)。

B. 對(duì)各水箱液位連續(xù)變化在BA中心屏幕上動(dòng)態(tài)顯示，并根據(jù)生活水箱水位控制相應(yīng)水泵。

C. 根據(jù)污水池水位控制污水泵的啟停。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站和主站上顯示，通過(guò)軟件判斷污水泵的狀態(tài)/故障和啟/停水泵。

D. 根據(jù)脈沖水表計(jì)量工廠(chǎng)日、月度用水量， 供大樓管理系統(tǒng)作能耗依據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不正常用水量的情況。

E. 提供給排水系統(tǒng)設(shè)備累計(jì)運(yùn)行時(shí)間，設(shè)備狀態(tài)，制定設(shè)備保養(yǎng)維修計(jì)劃和水池清洗計(jì)劃。

（四）、照明控制子系統(tǒng)：

照明系統(tǒng)點(diǎn)多面廣，在智能建筑中僅次于空調(diào)系統(tǒng)。能有效加以控制節(jié)能意義較大。

控制策略和功能

A. 公共照明按時(shí)間自動(dòng)開(kāi)關(guān)，在關(guān)燈時(shí)間內(nèi)，可手動(dòng)申請(qǐng)開(kāi)燈。

B. 節(jié)日、泛光照明可在任意時(shí)間內(nèi)定時(shí)開(kāi)關(guān)，也可手動(dòng)開(kāi)燈后定時(shí)關(guān)燈。

C．可與保安服務(wù)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)保安系統(tǒng)偵得非法入侵時(shí)開(kāi)啟相應(yīng)區(qū)域照明，以利于攝像及掌握入侵者情況。

四、系統(tǒng)軟件部分

由于樓宇控制系統(tǒng)中控制點(diǎn)數(shù)較多，為提高編程的效率，詳細(xì)制定PLC內(nèi)部元件的用途很重要，我們根據(jù)實(shí)際被控設(shè)備制定了如下PLC內(nèi)部參數(shù)表（部分）

2F PLC 32CCL 設(shè)置站號(hào)（Station No：）13~16 占用4站

主站RWr（從站至主站）地址范圍：310H~31FH 共16點(diǎn)

主站RWw（主站至從站）地址范圍：210H~21FH 共16點(diǎn)

主站RX（從站至主站）地址范圍：F8H~FFH 共112點(diǎn)

主站RY（主站至從站）地址范圍：178H~17FH 共112點(diǎn)

依據(jù)上述詳細(xì)的內(nèi)部參數(shù)表及功能要求，即可畫(huà)出梯形圖編制PLC程序，同時(shí)制定中央站組態(tài)王監(jiān)控軟件的數(shù)據(jù)詞典，根據(jù)數(shù)據(jù)的類(lèi)型和特點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)畫(huà)連接，達(dá)到對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。

應(yīng)用CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)充點(diǎn)數(shù)靈活的特點(diǎn)，本系統(tǒng)還可根據(jù)需求采用脈沖電度表和脈沖熱水表對(duì)電量和對(duì)建筑物內(nèi)風(fēng)機(jī)盤(pán)管空調(diào)量進(jìn)行計(jì)量，可以較低的成本達(dá)到滿(mǎn)意的精度，大大提高智能大樓管理的水平。

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