某建筑中央空调计算机控制系统

　　一、概述该建筑的建筑面积43000平方米，建筑高度95米，由主楼、营业厅及维修中心组成。空调系统采用风机盘管加新风系统及程控机房专用机组加新风系统的空调方式。新风系统分层分系统设置，冷热源集中由动力站的三台YORK离心机组（5275KW）及三台燃油热水锅炉（3000KW）供给。冷热水系统采用一次泵变流量系统，系统压差由差压控制器控制，定压采用膨胀水箱定压方式，膨胀水箱放于主楼屋面，补水由位于动力站的两台补水泵提供。日用油箱放于动力站内，油泵位于柴油发电机的地下油泵房内。冷却塔位于动力站屋面，控制中心位于动力站的集中控制室内。中央空调计算机控制系统由广州铠星洁净空调系统有限公司设计施工。系统于2001年6月竣工交付使用。工程验收时获邮电部好评，并在建筑安装行业质量评比中获得多项等奖励。
　　系统设计采用先进的“分散控制、集中管理”控制思想，系统各部分采用直接数字控制器（Direct Digital Controller，以下简称DDC）进行现场控制，DDC既能脱离系统独立运行，又能通过系统总线与控制中心交换信息。控制中心由网络服务器及控制主机组成，与各DDC之间由网络接口及RS485总线联接。
　　二、设备选用　　系统控制中心的网络服务器、网络接口、及DDC均采用美国专业自控公司ASI的控制产品，其中ASI DDC型号为ASIC/2-7040，主要性能如下：
　　16个通用输入，8个模拟输出，12个开关量输出。内部固化最佳启停，PID循环，假日调度等多达32个控制程序。
　　ASI网络服务器型号为ASIC/-Net，具有4个串行通信接口，采用以太网卡与控制主机联网。三、控制范围及系统主要功能　　　　1. 控制范围　　（1）新风系统　　（2）冷热源系统　　（3）楼层水路控制系统　　（4）程控机房专用机组系统2. 控制系统的主要功能　　对设备的实时控制与监视，设备的最佳启停控制和节能运行，设备运行状态的监测，事故报警及维修预报警；参数监测和显示，异常状态报警，能量管理功能，事件记录及显示功能；系统运行状态显示功能等等。
　　系统的能量管理和控制功能概括如下：
　　标准控制焓值控制HVAC控制时间启动控制最佳启动事件启动的控制最佳停止 DDC控制工作循环比例（P）
　　零能带比例，积分（PI）
　　负荷再设比例，积分，微分（PID）
　　夜间循环自适应控制夜间清洁顺序控制四、系统设计1．冷冻机、冷冻水控制系统设计：
　　（1）冷冻机投入方式：
　　冷冻机的冷冻水电动蝶阀开启-延时-冷水泵开启、冷却水泵开启-延时-冷冻机开启，停止顺序与上述程序相反。
　　（2）根据冷冻水供回水温差及冷冻水量之积计算冷负荷并作为冷冻机运行台数的控制依据。
　　（3）根据冷水供回水管压差控制相应旁通阀的开度。
　　（4）监测冷冻机，水泵状态与故障，运行时间记录及测量旁通管流量，自动均衡各台设备的运行时间。
　　2．冷却水控制系统设计：
　　（1）冷却塔与冷却塔水管上的电动阀，冷却水泵对应开启和停止。
　　（2）根据冷冻机运行台数及供回水温度控制冷却塔的运行台数。
　　（3）监测冷却水泵、冷却塔风机运行状态与故障，运行时间记录，自动均衡各台设备的运行时间。
　　3. 热水控制系统设计：
　　（1）根据热水供回水温度及流量计算热负荷，按热负荷确定水泵的运行台数及热水器的运行台数。
　　（2）根据旁通管两端压差控制旁通调节阀。
　　（3）监控热水器、循环泵运行状态及故障、运行时间记录，均衡各台设备的运行时间。
　　（4）热水器的开启顺序：打开电动蝶阀——运行热水泵——热水器运行4．补水控制系统设计：
　　（1）根据主楼屋顶的膨胀水箱水位，控制补水泵启停。
　　（2）监控动力站补水泵的运行状态及故障，运行时间记录，均衡各台设备的运行时间。
　　5. 油路控制系统设计：（方法同补水控制系统）
　　6. 新风机控制系统设计：
　　（1）根据新风送风温度控制各新风机冷热水电动阀的开度，夏季温度升高，阀开大，冬季温度升高阀关小，控制采用DDC内PID循环程序。
　　（2）新风机关时相应电动阀关闭。
　　（3）冬季、夏季转换。
　　（4）新风机空气过滤器超压差报警以请求清洗维修。
　　（5）监测新风机运行状态与故障，运行时间记录。
　　6．其它控制系统设计：
　　（1）建筑各层各系统的送、回水温度和流量监测。
　　（2）对各主要设备（含程控交换机房空调机）运行状态进行监测和报警、记录运行时间。
　　（3）对机房和部份重要房间温、湿度进行监测并报警。
　　（4）对程控交换机房地板内的漏水进行监测并报警。
　　五、系统组成1. 现场控制器主辅楼及营业厅、维修中心共设现场控制器（DDC）109台，每台DDC对应管理一台新风机，主楼部分的控制器采用ASIC/2-7040 DDC控制器，它不但管理新风机的运行，还承担室内外温、湿度、楼层水路温度，程控机房水探头等的检测与控制；辅楼部分及营业厅的控制器采用ASIC/2-7000 D DC控制器，它主要管理新风机的运行，也承担房间温、湿度及楼层水路温度的监控；维修中心皆采用ASIC/2-7040 DDC控制器。冷冻站共设9台ASIC/2-7040 DDC控制器，分别管理3台冷冻机组，2台冷却塔，4台冷水泵，4台冷却水泵，3台热水锅炉，3台热水泵及2台补水泵，2台油泵等设备按设定程序运行。
　　2．检测与控制点及监测器件的选择检测与控制点2106个，其中Di点1326个、Do点361个、Ai点317个、Ao点102个。系统使用的所有传感器及变送器均采用KELE公司产品。
　　3．控制器接线ASIC/2型控制器输出接线均采用聚氯乙烯绝缘及护套软线，线芯截面为1.0mm2，其中模拟输入输出为屏蔽线，数字输入输出为非屏蔽线，每个输入点均采用3芯（备用1芯）线，输出点采用2-3芯线。
　　4．DAK-002显示控制器DAK-002显示控制器为便携式的显示器与键盘组合，通过与DDC的接口，可现场查看DDC的工作状态、运行参数，并可修改其设定参数，强行介入其运行程序，当然这些工作都受到用户操作权限级别的限制。本系统配置有4台DAK-002显示控制器。
　　5. 控制器与变送器供电控制器与变送器的电源均由现场控制器箱内供电器获得，供电器根据中国市电制式及控制器与变送器的要求选配。六、DDC主要控制程序设计1. 电力分配需求控制系统有电力需求控制功能，通过软件的设定，可在峰值电力需求出现前，按照先定的原则顺序切断设备，使高峰时的电力负荷限制在控制范围内。
　　2. 假日调度对于节假日及特殊日期，能提供全年的日期和时间调度表，中断系统的标准处理过程，以满足系统对各种非标准控制的要求。这一过程和控制要求的实现是事先通过一名有一定权限的管理人员利用DAK-002显示控制器对现场DDC配置进行调整来完成的。　　　　3. 时间/事件程序监控点报警或监控状态必须改变时，可以发出监控命令，并开启标准的或用户的DDC程序。
　　时制自动转换：操作人员可以预先设定某月某日某时起到某月某日某时止，系统时钟向前或向后调整几个小时而成为新的时制，以便更好地利用日光节能。时间转换及调整均自动进行，无需人工干预。
　　4. 最佳启动在工作时间开始前，先启动空调系统，以便先行改变工作区内温度，令其到工作时间时室内环境进入舒适（或要求）范围内，程序按一定的时间间隔不停地采样温度计算到达设定的舒适极限所需的时间，以此确定最佳启动时间。
　　5. 最佳停止在工作结束前的某一时间切断系统，这一时间既不能太早，也不能太迟，太早了就难以保证环境的舒适水平，太迟则达不到节能的目的。这一最佳停止时间的计算以及控制均由系统自动完成。
　　6. PID和自适应控制软件提供的DDC运算程序包括比例，积分，微分和自适应控制，标准DDC程序库的运算程序能够读取传感器的值，也能对监控点发控制指令，完成HVAC控制，程序可以执行完整的PID运算，也可以完成只有P或PI的部分PID运算，使之与各种过程要求相符合，达到最佳控制的目的，自适应控制运算可对系统控制参数进行自动调整，以便在无人干预时对环境的变化作出响应，这些经过验证的PID和自适应控制运算，保证了系统的运行满足工艺要求。
　　7. 夜间吹洗在用冷季节，夜间开启新风机组利用室外的凉爽空气，通过吹洗程序，可以作到设备节能运行，清晨时利用凉爽空气吹洗大楼，可使大楼预冷，从而降低启动设备的负荷。
　　8. 零能带有冷却和加热两个设定点，形成一个既不用冷也不用热的区域，可以用最小的能耗使温度维持在舒适范围内。
　　9. 负荷再设对于多区空调系统，可通过再设冷却或加热设定值，以正好满足最大负荷区的要求。
　　10. 工作循环按一定的原则交错设备的工作间歇状态，减少设备的工作时间，达到节能的目的，设备的间歇时间不宜太长或过短；太长会影响环境的舒适水平，过短会影响设备的安全运行。
　　11. 运行时间对所有设备的监控包括统计其运行时间（启停时间、循环次数），当机械的使用达到一定程度将产生一个报表，如果设备的使用超出了预定的运行时间极限，将发出报警。
　　总之，该控制系统可为大楼的管理者解决下述问题：
　　（1）能源管理（2）设施管理（3）维护管理（4）能耗计费（5）与现有制冷机、热水器、程控机房专用空调机、大型风机盘管联网。
　　（6）与其它子系统通过专用接口联网，实现信息共享。
　　（7）保证室内环境的最佳舒适度。
　　七、系统具体监控内容1．冷冻站、冷热水系统监控：
　　检测：
　　（1）制冷机组运行状态信号、故障信号。
　　（2）制冷机组隔离阀状态。
　　（3）制冷机组冷水送、回水水流开关状态温度。
　　（4）通过YORK接口与ASI DDC接口联接，将制冷机组的信号纳入计算机控制系统。
　　（5）冷水泵、冷却水泵运行状态，故障信号。
　　（6）冷水总送、回水管温度。
　　（7）冷水旁通管压差。
　　（8）冷却水总送、回水管温度。
　　（9）冷却塔风机运行状态，故障信号。
　　（10）冷却水隔离阀状态。
　　（11）热水泵运行状态、故障信号。
　　（12）热水总送、回水管温度、回水流量。
　　（13）热水旁通管压差。
　　（14）热水隔离阀状态。
　　（15）补给水泵运行状态，故障信号。
　　（16）热水锅炉运行状态，故障信号。
　　（17）补给水转换阀状态。
　　（18）冷热水送回水转换阀状态。
　　（19）膨胀水箱液位状态。
　　（20）油泵运行状态、故障信号。
　　（21）油箱液位状态。
　　时序控制：
　　（1）程序控制循环水泵、补给水泵、油泵、冷却塔风机、冷水机给、热水锅炉启/停。
　　（2）各种隔离阀、转换阀开关。
　　（3）冷、热水旁通管阀门的开度。
　　（4）根据负荷要求控制机组运行数量。
　　（5）均衡各台设备运行时间。
　　报警：
　　（1）参数超限报警。
　　（2）设备故障报警。
　　显示及打印：
　　（1）设备运行参数、状态。
　　（2）设备报警信号。
　　（3）系统动态流程图。
　　2. 新风系统监控检测：
　　（1）室内外温、湿度信号。
　　（2）送新风温度信号。
　　（3）过滤器堵塞报警信号。
　　（4）水温调节阀阀位信号。
　　控制：
　　（1）根据软件程序控制空调机组启/停。
　　（2）热气送新风温度控制水温调节阀开度。
　　（3）当消防联动信号送来时，停止风机运行。
　　（4）根据室外温度湿度进工况转换。
　　报警：
　　（1）风机故障信号报警。
　　（2）过滤器堵塞信号报警。
　　（3）温度超限报警。
　　显示及打印：
　　（1）空调机组参数、状态。
　　（2）机组报警信号。
　　（3）设定值、阀位值。
　　（4）系统动态流程图。
　　3. 程控机房空调机组检测：
　　（1）机组运行状态信号。
　　（2）地板下漏水检测报警信号。
　　控制：根据软件程序控制空调机组启/停。
　　报警：
　　（1）机组故障报警。
　　（2）地板下漏水报警。
　　显示及打印：
　　（1）空调机组参数、状态。
　　（2）机组报警信号。
　　（3）系统动态流程图。
　　4. 楼层水路系统检测：楼层回水温度显示及打印：
　　（1）温度参数。
　　（2）系统动态流程图。
　　该系统自2001年6月竣工以后，已稳定运行二年，其“分散控制，集中管理”的运行方式，使其在个别DDC，或其它设备损坏时整个系统依然安全运行，甚至在控制中心出故障时，各现场DDC仍能正常工作，保证了整个系统的可靠工作。故该系统的确不失为中央空调计算机控制系统较为合理的一个系统，并由于其开放性设计使其扩展变得简单、方便。