宁波南站空调子系统建筑设备监控系统设计

刘 园

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司, 上海 200092]

宁波南站空调子系统建筑设备监控系统设计

刘 园

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司, 上海 200092]

介绍了宁波南站建筑设备监控系统的构成、组网形式及其子系统,着重分析了空调子系统的监控实现方式。指出空调建筑设备监控系统可实现就地操作,并结合能源管理系统对站房内各子系统进行用电监控。

空调系统; 建筑设备监控系统; PID控制; 直接数字控制器

0 引 言

近年来,我国铁路建设快速发展,并已建成一批大型铁路客运站。随着这些车站规模的扩大和运输工作量的增加,其生产性耗能也急剧增大。本文结合宁波南站设计实例,介绍了其空调子系统建筑设备监控系统(Building Automation System,BAS)的监控实现方式,以期为类似车站建筑智能化设计提供参考。

1 工程概况

宁波南站总建筑面积为119 634 m2,中央监控室设在东南侧消防控制室内。

1.1 BAS组成

宁波南站BAS由中央监控工作站、通信前置机、楼宇自动化服务器、后台交换机、工业以太网交换机、不间断电源、现场直接数字控制器(Direct Digital Controller,DDC)、通信网关、设备末端传感器/执行器组成。

主系统KT4000为一个集中管理、分散控制的分层、分布式系统,具有以下特点:

(1) 高效可靠,提高了系统容错能力。

(2) 模块化系统,易于扩展。

(3) 很强的联网能力,与其他开放通信协议的产品或系统实现联网,使用户方便对所有设备或子系统进行监控,大大提高管理水平及工作效率。

智能DDC KT90J为小型可编程逻辑控制器模式设计,使用RS-485通信服务技术,具有传送速度快、稳定可靠、安装方便等特点,实现电流、电压、温/湿度传感器、阀门开度、流量等的测量及供电设备(接触器、断路器等)控制和状态监测,支持Modbus规约,全面实现“四遥”。

KT4000后台程序扩展灵活,编程方式没有限制,可满足各种不同要求。

1.2 BAS网络通信

在现场控制器集中的区域设置环网光纤交换机,作为站房内的区域通信节点。交换机通过光纤连接在一起,具备环网自愈功能,构成BAS系统的现场通信主网络。现场DDC具备RS-485通信接口,通过通信线就近接入光纤交换机。

BAS组网如图1所示。

1.3 第三方数据集成

各种具备通信接口的机电设备或第三方子系统通过通信设备就近接入BAS通信网络,实现与中央监控系统的通信,如电动扶梯、应急电源、变制冷剂流量室外空调、机房专用节能空调、综合变电所、柴油发电机、商业变电所、南/北站房冷冻站/换热站冷水机组、智能照明及火灾自动报警系统等。

图1 BAS组网

2 监控子系统

BAS采用分层、分级、分布式结构,各子系统之间是既独立又关联的关系。整个系统由六大子系统(包括空调监控子系统、智能照明控制子系统、配电监控子系统、电梯监控子系统、给排水监控子系统、变配电监控子系统)及一套中央集控系统组成。

3 空调BAS子系统

空调系统由冷热源、冷却装置、水系统及空调末端设备及变制冷剂流量系统、机房专用空调、分体空调等组成。

在南/北站房分别设置一个冷冻/换热站,两套冷热源系统各自独立。每个主机房内设置的三台冷却水泵,与冷水机组、冷却塔一一对应。进站广厅、基本站台候车区、高架候车区等区域等均采用组合式空调机组。各层因使用方式的不同而采用不同的气流组织及回风方式。

冷热源系统设备多、情况复杂,常采用两个或多个DDC对其进行监控,包含冷水机组、冷却塔、换热系统等。冷水机组包含冷水机组主机、蝶阀、冷水泵、冷却泵、集水器、分水器、补水系统及各类传感器等;冷却塔包含冷却塔风机、蝶阀等;换热系统主要由板式换热器、水循环泵及相关传感器等组成。

4 监控实现方式

DDC依据站内空调系统设备的分布情况进行选择,通常某区域内的空调为集中成组监控。当监控点位较多、逻辑较复杂时,选用单DDC监控单空调的方式。DDC的选择方式从系统完整性、模块性能集中性、实际操作方便性、后期维护可行性等方面考虑。DDC分层控制图如图2所示。

图2 分层监控图

4.1 实时就地监控

宁波南站BAS在常规DDC远程及现场手动控制相结合方式的基础上,新增了实地触摸屏监控操作功能。在空调、冷热源等系统DDC上配置了新型的KT90JM模块,可以实现就地操作、逻辑判断、信息预览、故障解析等功能。

冷热源及空调系统共采用26套DDC监控,其中冷热源系统使用A-DDC7-1、A-DDC7-2、A-DDC8-1、A-DDC8-2等4套DDC;站台夹层、高架层、高架商业层的空调采用22套DDC监控。空调系统中的逻辑关系可在触摸屏中实现。

DDC、触摸屏及远程后台控制结合具有以下功能:

(1) 信息采集的分级性。DDC、触摸屏及远程后台可将现场冷热源系统中各设备的信息分层、分级进行采集、上传及整合、处理。因其在整个BAS系统中所处的位置不同而显示其分级的明显性,在金字塔式的结构中越向顶端时其信息越丰富,整合及决策的方式越可靠。

(2) 信息整合的灵活性。设备系统信息常由DDC、传感器、监测单元等采集而来。在整合的过程中可采用就地、远程等方式将信息集中处理,因此DDC、触摸屏及远程后台在信息采集、整合的过程中,从不同的角度,采用不同手段将信息完备、全面地收集起来,具有很强的自由度及防干扰性。

(3) 系统操作的可靠性及应用多样性。多级、多点式的操作方式,在实际应用中显示出可靠性,后台、监控箱、设备附近均可实现系统的控制及操作,因此多系统间信息共享的多样性有一定的增强及提升。

4.2 空调PID控制调节

该系统中使用的自动控制原理就是经典控制理论中的一种单回路闭环反馈调节原理。PID原理如图3所示,其中,Kp为比例常数值;Ti为积分时间;S为演算子;Td为微分时间。

图3 PID原理

PID调节是依据目标值与被测值间的差值,利用比例、积分、微分的手段对被控物理量进行调整,直到反馈量与目标量基本相等,最终达到预期的效果。

BAS利用PID原理分析整合后提取以下几个参数作为远程控制的因子:比例系数、微分系数、积分系数、可定期望值、PID定时处理周期及控制间隔参数等。

对于空调系统,房间内舒适环境是BAS系统调整及控制的主要目标。宁波南站空调系统采用Perix类PT1000型传感器,返回信号可选4～20 mA或0～10 V。在过程控制中,按偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)等参数进行控制。

KT4000可通过参数的设置进行实时的PID调节及周期调节。PID中控制测量对象(传感器)有温度、湿度、CO2及空气质量等参数(传感器);控制执行器主要指风阀及水阀的调节器、频率控制器等。常规测试后P、I、D可分别采用1.0、0.2、0.2。期望值可根据被测区域的目标值设定,如可设置候车厅室内温度为20 ℃。

在KT4000后台中可直接设置“开启PID”和“关闭PID”按钮进行暖通系统的自动调节。在具体的应用中,车站操作人员可依据季节、区域、人流等各种因素来选择性地进行PID的开启与关闭。某空调设备运行图如图4所示。

图4 某空调设备运行图

5 改进及建议

空调系统因包含的设备种类繁多、功能复杂、耗电量大,已成为铁路站房内功能亟待优化、实用效率需加强以及节能减排性能迫切提升的一个重大系统。

(1) 该工程增强了触摸屏的现场操作,对信息的采集、整合、分析与处理的效率起到了促进作用。

(2) 结合能源管理系统,对站房内各子系统进行各项用电的监控,为站房人员提供有力的使用保障,特别是在冷热源、空调系统上的节能探索空间仍然很大。

(3) 需进一步加强建筑设备内各子系统间的协调、合作、分析与处理,以便车站整体大系统运作,产生更大的效益与价值。

6 结 语

随着信息、控制、自动化技术的不断发展,BAS已成为建筑设备未来集成整合发展的大趋势。能源集成系统的出现,为BAS在建筑设备中的节能提供了可靠的前提与保证。今后,应尽可能地挖掘BAS系统的优化潜力,不仅能提高铁路客站的管理服务水平,更能节省人力、物力及资源能耗。

[1] GB 50348—2004 安全防范工程技术规范[S].

[2] 宁永生,王琪辉,张英.大型空调中央监控系统设计[J].暖通空调,2004,34(3):35-37.

[3] 王安华.智能大厦空调监控系统的研究和设计[D].重庆:重庆大学,2005.

Design of Building Automation System of Air Conditioning System for Ningbo South Railway Station

LIUYuan

[Architectural Design & Research Institute(Group) Co., Ltd.,Tongji University, Shanghai 200092, China]

As an example of Ningbo south railway station,this paper introduced the system composition,network,and each subsystem of building automation system (BAS).The monitoring implementation modes of air conditioning BAS were analyzed.It is pointed out that the air conditioning BAS can realize the local operating and monitor the each subsystem in station building which combined with the energy management system.

air conditionng system; building automation system(BAS); PID control; direct digital controller(DDC)

刘 园(1981—),男,工程师,从事建筑电气方面的研究。

TU 855

B

1674-8417(2015)07-0006-03

2015-04-23