BMS在设施管理中的应用及发展方向探析

摘要：为了推进制造过程智能化，2015年我国提出了“中国制造2025”目标，目前国内大部分工厂开始实行制造过程智能化。现从科思创研发中心BMS（Building Management System）控制系统升级改造出发，阐述BMS在设施管理中的应用及其未来的发展方向。

关键词：BMS;设施;制造过程智能化;“中国制造2025”

0    引言

随着自动化及信息技术发展，制造业批量生产向智能化推进，传统模式设备管理弊端越来越显著，借助计算机软件管理设备、设施成为未来发展趋势，即通过设备设施自动化升级改造及采购新智能设备，采集、存储、分析设备运行数据，将一系列运行数据传输至云平台，管理生产设备、设施，实现公司—工厂—车间—智能单元—智能设备等层级展示，最终实现工业4.0目标。本文对科思创实验室智能化改造设施应用及发展方向进行了探析。

1    改造前后公司设施概状

改造前，中央空调系统、空压机、蒸汽、纯水站、氮气、冰水、冷却水、配电等操作、调试在现场进行，浪费大量人力、物力，同时对生产造成重大影响。如：各实验室冰水量通过手动阀门进行调节，每次调节需要几天进行摸索尝试，天气变化显著、换季时须重新调节，导致实验室温湿度变化较大，实验数据不准确，延缓了工厂批量生产。鉴于此，对该项目设施进行智能化升级改造。改造后，阀门开度调节等操作仅需在BMS控制室显示屏进行，可将温度控制在（20±2）℃，湿度控制在（75±3）%，能耗节约率约为3%，电能从50万kWh/月降为36万kWh/月，水量从1 200 t/月降为850 t/月，人员由25人降至16人。

2    BMS自控系统架构设计简介

本项目改造工程为独立自控系统，预留未来联网接口。BMS系统采用DDC及I/O模块为基本控制单元，在电话机房设置工程师站及数据服务器等，实现集中监控管理，总体实现分散控制、集中管理系统架构。位于控制室操作站、工程师站等上位机经光纤通过以太网访问DDC以太网通信模块，实现数据交换。控制室中央交换机至控制系统DDC通信介质使用单模光纤，安防系统及消防系统由网关介入IMS系统。BMS智能化升级改造包括空调系统、消防系统、安防系统、配电系统、空气压缩机、冰水、冷却水、蒸汽、氮气、采暖系统、UPS等。鉴于空调为能耗大户，本文主要介绍BMS中空调系统的应用。

3    BMS中空调的应用

3.1    本改造工程空调器控制原理

（1）空调系统采用DDC控制。送风温度控制：根据送风总管温度信号，调节空调表冷盘管水量或加热盘管水量，调节送风温度，保证室内温度达到设定值。

（2）风机控制：根据送风总管静压信号，通过变频器调节送风风机转速，维持送风总管静压恒定;根据空调箱排风转轮出口段静压信号，调节变频器排风风机转速，维持排风转轮出口端靜压恒定。

（3）各级过滤器压差报警：各级过滤器设压差显示报警装置，自动显示压差，超过设定值时自动报警。

（4）防冻保护：接收加热盘管后温度信号，温度低于5 ℃（可调），关闭送风机，发出报警信号。

（5）火灾时，风管内空气温度达到70 ℃，防火阀自动关闭，切断送风机电源，将信号传至消防控制室。送排风主管分别设置烟感探测器，消防值班室接到烟警信号，可由消防人员手动远距离关闭防火阀，切断送排风机电源，关闭新风入口及排风口电动阀。

（6）监测空调运行状态，故障时自动关闭送风机并报警。

3.2    DDC现场数据采集

通过温度、湿度、压力、压差等传感器实现DDC现场数据采集、储存、分析，传送给BMS系统，在显示屏上调节至合适参数：

（1）通风模式：送排风转轮前后温差小于2 ℃，关闭冷、热盘管电动阀;调节新风及排风电动阀至最大，联锁关闭空调箱内回风电动阀，全新风运转，实现节能，转轮通过换热将排气热量传递给新风，以便节约能源。

（2）空调模式：送排风转轮前后温差大于2 ℃，温度信号控制冷、热盘管电动阀开度及房间CO2浓度探测结果来控制新风电动阀，联锁调节排风机电动阀和回风电动阀开度，确保新风量不少于总风量17.4%。

（3）冬季冷机关闭，机组回风温度超过设定值，打开房间电动密闭百叶，联锁关闭回风干管电动密闭阀，打开回风支管电动密闭阀，全新风运转。冷机启动后，联锁关闭全新风，改为正常运转。

3.3    通风系统BMS界面操作

通过DDC监控现场各实验室房间温湿度及风机箱各段参数，发现异常或故障报警，操作人员通过电脑显示参数进行故障判断、分析、维修，缩短停机时间;同时，根据各实验室不同需求，设定不同温度来保障产品实验结果，对空调运行来说，应确保各实验室模式一致，比如均为制冷。冷盘管给水量大及温度过低，后道热盘管再次进行加热，会导致能源浪费，因此，BMS操作界面应严格监控现场过冷、过热。

3.4    冰水系统DDC现场数据采集

安装电动阀、温度传感器、流量计、压力传感器、压差传感器、湿度传感器等热敏元件对冷机、冷却塔、板换等设备进行参数监控，参数通过DDC及I/O传输至BMS控制软件，将现场数据显示在BMS显示屏，调整数据控制设备运行参数。

（1）每台冷机带控制柜，控制冰水机组及配套冷却塔、电动阀、冷却水泵、冰水泵联锁功能和运行参数。采取机组群控模式，根据末端负荷需求自动增减机组。

（2）冰水泵根据供回水压差进行变频调节，冰水供水干管之间装设自力式压差旁路调节。

（3）冷却泵根据冷机负荷进行变频调节，冷却水供回水总管之间装温度旁路调节，冷却塔风机根据室外湿球温度、冷却水进出水温差、冷机负荷调节频率。

（4）全自动水处理器自带控制功能，全自动加药装置带检测水质、自动排水功能。

（5）冷机设备运行状态、主要参数、报警信号引至控制室集中监控。

（6）启动顺序：冷却泵—电动蝶阀—冷却塔—冰水泵—冷冻机。停机与启动顺序相反。

3.5    冷水系统BMS界面操作

操作界面可以更好地监控冷机运行参数、机组启停状况、供回水温度、压力、水流量、负荷、冷机故障报警，及时发现故障并消除。如：可设定冷机给水温度为13 ℃，温度高于13 ℃，则冷机自动启动。研究证明，机组运行负荷>30%，一方面能确保机组安全运行（避免喘振），另一方面也节约了能源。监控旁通阀开度使其最小，进而节能;屏幕显示故障报警，及时安排人员处理，避免小问题导致设备重大事故发生。因此，冷水系统应监控冷机负荷及旁通阀开度。

3.6    BMS控制系统与传统操作的优缺点

（1）更精确地控制实验室溫湿度，符合客户对环境的需求。

（2）操作更简单，直接在BMS操作电脑上进行操作。

（3）自动显示报警故障，随时监控温湿度变化，发现温湿度异常现象及时调整，确保温湿度变化在需求范围之内，传统操作发现温度异常至恢复正常，长达2～3 h。

（4）节约人力，传统操作大量人员在现场巡视，对员工依赖性较大;BMS操作只需一人监控屏幕显示参数即可。

（5）升级改造后对操作人员技能要求比较高，另外，改造费用也较高。

3.7    BMS如何控制电能消耗

（1）节能设备：变频水泵、变频风机、转轮换热器、变频冰水机组等。

（2）控制冷、热盘管过冷、过热，旁通阀开度，节约电能。

（3）定时开关机功能可节约电能。

（4）适宜天气状况，自动将空调模式改为通风模式，减少冷机能耗。

（5）满足需求，控制冰水供水温度降低能耗。研究表明，冰水温度每升高1 ℃，冰机能耗降低11%，冰水出水温度宜控制在8～13 ℃。

（6）转轮换热器主要是用实验室排放出的废气里所含冷量给新风降温，避免加大第一道冷盘管负荷，从而达到节能减排的目的。

4    结语

随着德国工业4.0及我国“中国制造2025”目标的提出，国内医药、石油化工、生物、电子、半导体等行业BMS智能控制基本完成升级改造，国际上多数企业实现了设施BMS控制。未来，基于对运行数据的采集、储存、分析，BMS系统可增加设施预防性维护计划、备件、故障分析及设施利用率等各类设施管理程序，以促进“中国制造2025”目标的完成。

[参考文献]

[1] 王峥，李晓东，张莹，等.基于无线传输模块DTU的触摸屏及串口PLC数据采集系统[J].数字技术与应用，2019，37（3）：73-75.

收稿日期：2020-04-21

作者简介：谢贤林（1979—），男，安徽萧县人，高级设施经理，研究方向：机电。