楼宇自控培训.ppt
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1、建筑设备监控系统培训,冠鹏培训中心:,目 录,第一章、建筑设备监控系统概述第二章、系统的现场设备第三章、系统的相关基础知识第四章、系统的组成第五章、系统的设计第六章、工程设计、施工与管理,第一章 建筑设备监控系统概述,第一节 定义及功能 1、定义及发展史 2、功能 3.、适用范围 4、建筑分类,第一章 建筑设备监控系统概述,1、定义:用计算机过程控制、自动化仪表和网络通信技术,对建筑物内机电设备(如:空调机组、风机、水泵等)的运行状况及建筑物的环境参数进行自动检测、监视、优化控制及管理的系统。BAS属于计算机生产过程控制系统领域,是计算机生产过程控制系统在民用建筑中的重要应用分支。因此其设备制
2、造、检验、设计、安装、验收标准,都应符合国家现行的电气、计算机过程控制以及自动化仪表专业的相关标准和规范。,第一章 建筑设备监控系统概述,发展史 建筑设备监控系统的发展史是一个从监控到管理的发展过程。数十年前80年代90年代21世纪,第一章 建筑设备监控系统概述,2、建筑设备监控功能概述(1)对于一座现代化大楼,在没有安装BAS的时候,使用这些设备往往存在以下问题:控制问题管理问题维护问题能耗问题,第一章 建筑设备监控系统概述,(2)建筑设备监控系统就是将建筑物或建筑群内的变配电、照明、电梯、空调、供热、给排水、消防、保安等众多分散设备的运行、安全状况、能源使用状况及节能管理实行集中监视、管理
3、和分散控制的建筑物管理与控制系统,称为BAS(Building Automation System)。,第一章 建筑设备监控系统概述,(3)BAS的作用:优化建筑物内各个工艺系统的运行管理 为建筑物提供良好环境 节省建筑物能耗 提高工作人员效率,减少运行人员费用 提高设备使用寿命,第一章 建筑设备监控系统概述,3、适用范围:(1)在大型公共建筑物内部,能耗的统计如下:暖通空调占65%,生活热水、给排水占15%,照明、电梯占14%,厨房等占6%,在我国民用建筑电气设计规中,正式提出了采用建筑设备监控系统后节能率的估算值为10%15%。(2)建筑设备监控系统目前不属于国家强制执行的标准范围,建筑物
4、是否设置建筑设备监控系统,以及如何设置建筑设备监控系统,完全是根据建筑物物业运行管理需要、各机电专业的监控要求,以及项目投资状况等实际需求,来确定建筑设备监控系统的内容、范围和标准。,第一章 建筑设备监控系统概述,(3)是否采用建筑设备监控系统,也可参照民用建筑电气设计规范中的规定:BAS占智能建筑总投资的2%以下时,建议采用建筑设备监控系统;按1015%的节能率估算,BAS系统运行5年内可收回BAS系统的投资时,建议采用建筑设备监控系统;,第一章 建筑设备监控系统概述,4、建筑分类,第二章 系统的现场设备,传感器的基本概述开关量传感器的主要工作原理模拟量传感器的主要工作原理楼宇自动化中应用的
5、传感器阀门与电动执行器,第二章 系统的现场设备,传感器的基本概述传感器与变送器 传感器是实现测量与自动控制的重要环节。在测量系统中,被作为一次仪表定位,其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息,并将其转换成另一形态的信息。,第二章 系统的现场设备,传感器:是指能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。变送器:是将由传感器输出的电信号经过校验和处理变换成标准的(电流、电压)电信号。目前,传感器、变送器的发展是朝着小型化、多功能化、智能化发展。随着计算机技术的发展,现代的传感器加强了计算机接口技术,可以直接连接在工业控制总线上。,第二章 系统的
6、现场设备,传感器的分类和应用范围 按传感器的物理量分类 可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器。按传感器工作原理分类 可分为电阻、热电偶、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅等。,第二章 系统的现场设备,按传感器输出信号的性质分类 输出为开关量(“”或“”)的开关型传感器。输出为模拟量(电压或电流)的数字型传感器。传感器主要应用于工业自动 化控制、楼宇自动化控制、医学、航天、航空、国防以及科学研究等领域。,第二章 系统的现场设备,开关量传感器温度、湿度开关、差压开关,液位、水流开关,气体流量开关,光照度开关,低温报警开关模拟量传感器 温度传感器、湿度传感器、压力或压差传感器、流量传感
7、器、CO2 晗值传感器、电压传感器、电流传感器、功率传感器、功率因数传感器。,第二章 系统的现场设备,差压开关 可以用来测量送风风道中过滤网是否堵塞。,第二章 系统的现场设备,气体流量开关:气体流量开关可用於检测气体之流量及气流的通断状态,以保证系统的正常工作。,第二章 系统的现场设备,水流开关:,水流开关是检测液体流量状态的电子开关,用来检测空调、供暖、供水等系统。在制冷站和供热站系统中要用流量开关来保护冷冻机和各个系统的水泵。,第二章 系统的现场设备,液位开关 液位开关用来检测容器内的液位,常用的有浮子开关和可调型导电式液位探头等。浮子开关在其内部有一对常开和常闭触点,当浮子没有飘起来时,
8、开关内的金属球在一端,此时输出一个常开、常闭的接点信号,当浮子被水托起来时,金属球滑到另一端,此时另一端的常开接点接通。常开、常闭的接点信号相互翻转。可调型导电式液位探头是采用单根或数根导电极,通过调节各个导电极的不同位置,来测量液体的不同液面高度。它适合用在导电的液体中。,第二章 系统的现场设备,低温报警器 低温断路报警控制器可操作电动风阀、阀门、压缩机、或电扇电动机以提供空调系统和制冷单元的低温报警及限位控制。在空气处理机或新风机中可做防霜冻低温报警。恒温器工作在低温条件下,当温度下降时,恒温器触点断开,从而保护了热水盘管,冷水盘管及液体处理管道。自身带有自动复位功能,测温范围在-7+15
9、 oC。可以将感温点放置在最冷点,内置的微开关是防尘、防潮的、可进行无故障操作。使用时20尺长的感温元件放置于每个需要低温保护的盘管表面,当任何一段或更长的感温元件检测出的温度低于设定值时,恒温器的触点即断开。,第二章 系统的现场设备,温度传感器 传感器的电阻与其温度相对应,测量其电阻即可计算对应温度。,第二章 系统的现场设备,湿度传感器 新一代湿度传感器采用了最新的固体化湿度感应元件。它的湿度感应能力从0 至100%,适用于制冷站及空调系统。新的湿度传感器采用高分子电容感应元件,它的电容会随着湿度现性变化。,第二章 系统的现场设备,电阻远程压力表 压力、压差传感器是用于测量液体的压力和压差,
10、且大部分是用来测量水管中的表压力,输出参数是电压比例信号,工作温度在-40+85oC。它可以在楼宇自控中被用来测量供水管网的压力。与DDC 控制器配合可控制总管旁通压力。,第二章 系统的现场设备,电阻远程压力表:电阻远传压力表适用于测量对钢及铜合金不起腐蚀作用的液体、蒸汽和气体等介质的压力。压力、压差传感器:模拟量压力、压差传感器可以测量空气、液体的压力及压差等,被测压力或压差经过变送器作用于硅传感器,使桥路的输出电压与被测压力或压差成比例变化。输出电压被放大后转换成频率信号,频率信号经过处理并进行线性化、温度补偿后,被D/A 转换器转换成标准420mA输出。,第二章 系统的现场设备,开关量传
11、感器的主要应用 温度开关(三速开关):主要用于风机盘管的控制。差压开关:主要用于检测新风机和空气处理机的过滤网。气体流量开关:主要用于检测送风系统的工作情况。电接点压力表:主要用于管网压力的检测和超压保护。水流开关:主要用于检测供水管道是否有水流动。液位开关:主要用于检测水箱、储水罐、水池的液位。低温报警器:主要用于新风机和空气处理机的防霜冻报警。加湿控制器:主要用于新风机和空气处理机的加湿阀控制,第二章 系统的现场设备,模拟量传感器的主要应用 温、湿度传感器:主要用于空调供暖、生活供水、的温度调节。压力、压差传感器:主要用于检测水系统的管网压力和压差。流量传感器:主要用于检测管网中水的流量变
12、化。静压传感器:主要用于测量水箱、储水罐、水池的液位。超声波传感器:主要用于测量水箱、储水罐、水池的液位。二氧化碳传感器:主要用于监测空气中二痒化碳的含量。电压变送器:主要用于三相交流电压的检测和信号转换。电流变送器:主要用于三相交流电流的检测和信号转换。功率因数变送器:主要用于三相交流电压的功率因数检测。,第二章 系统的现场设备,阀门与电动执行器 在气体和液体的流动控制中,常常用阀门来作为介质流动的控制手段。要想实现自动化控制,就得对一些阀门、风门等元件实现自动控制。这就需要用到阀门和电动执行器。阀门 风机盘管电动阀,它是一种平衡式冷热水阀,主要应用于风机盘管的控制中,这类阀所需的功率最小,
13、是通电开启的一种阀门。阀门的开启时间仅为7s,流体温度为0+95 o C,具有很好的密闭性。,第二章 系统的现场设备,阀门 二通螺纹线性阀门主要应用于供热通风和空调,也可以用于饱和水蒸气。它的连接方式是采用的内螺纹结构,阀体是纯铜材料。它与电动执行器一起可以实现连续的开度调节,是进行自动调节的主要元件。三通法兰线性阀门主要应用于供热与空调,也可以用于饱和水蒸气。它的连接方式是采用的法兰结构,阀体与阀座为一体化结构,适应的温度+2+170oC,泄露率极低。它与电动执行器一起可以实现连续的开度调节,是进行自动调节的主要元件。,第二章 系统的现场设备,直接数字控制器的概述 楼宇智能化系统采用计算机集
14、散控制系统,主要由传感器与执行器、DDC(直接数字控制器)、通讯网络、中央监控主机等组成。DDC 是控制系统硬件中的主要部件,具有可靠性高、控制功能强、程序可编写等特点。直接数字控制器的主要功能 对现场设备进行周期性的数据采集。对采集的数据进行调整和处理。对现场设备采集的信息进行分析和运算并控制现场设备的运行状态。实时对现场设备运行状态的检查对比,对异常的状态进行报警处理。根据现场采集的数据执行预定的控制算法。,第二章 系统的现场设备,直接数字控制器的主要功能 通过预定的程序完成各种控制功能,包括P控制、PI控制、PID控制、开关控制、平均值控制、最大/最小值控制、焓值计算控制、逻辑运算控制和
15、联锁控制等。对现场的设备执行各种命令(执行时间、事件响应程序、优化控制程序等)。DDC控制器的结构及原理 DDC 控制器内部包含了可编程序的处理器,采用了模块化的硬件结构,可以对模块进行不同的组合,执行不同的控制功能。可编程模块化控制器是最灵活、功能最强的DDC 设备,它具备通信功能,控制程序可根据要求进行编写或修改。在系统设计和使用中,主要掌握DDC 的输入和输出的连接。,第二章 系统的现场设备,DDC控制器的结构及原理模拟量输入(AI):模拟量输入的物理、化学量有温度、压力、流量、液位、空气质量等,这些物理化学量通过相应的传感器测量并经过变送器转变成标准的电信号。这些标准的电信号与DDC的
16、模拟量输入口连接,经过内部的A/D转换器变成数字量,再由DDC计算机进行分析处理。数字量输入(DI):DDC计算机可以直接判断DI通道上的开关信号,并将其转化成数字信号,这些数字量经过DDC控制器进行逻辑运算和处理。DDC控制器对外部的开关、开关量传感器进行采集。一般数字量接口没有接外设或所接外设是断开状态时,DDC控制器将其认定为“0”,而当外设开关信号接通时,DDC控制器将其认定为“1”。,第二章 系统的现场设备,DDC控制器的结构及原理模拟量输出(AO):DDC控制器对外部信号的采集,通过分析处理后输出给输出通道。当外部需要模拟量输出时,系统经过D/A转换器转换成标准电信号。模拟量输出信
17、号一般用来控制风阀或水阀。数字量输出(DO):DDC控制器采集外部信号,通过分析处理后输出给输出通道当外部需要数字量输出时,系统直接提供开关信号来驱动外部设备。这些数字量开关信号可以是继电器的触点、NPN或PNP三极管、可控硅元件等。,第三章 系统的相关基础知识,基本调节规律:1.位式调节:两位式调节:被控对象只有两种状态,或高于设定的参数,或 低于此参数;三位式调节:被控对象有三种状态,高于设定的高参数值、低于设定的低参数值、中间状态;,第三章 系统的相关基础知识,2.负反馈闭环调节:开环调节:根据被测参数进行调节,无调节结果的修正。负反馈闭环调节:根据偏差进行自动调节,调节结果返回至调节对
18、象输入端,使偏差逐步减小直至消除。,第三章 系统的相关基础知识,闭环调节的基本调节规律:1.比例调节(P):输出与偏差成比例,为有差调节;2.积分调节(I):输出与偏差的累积值成比例,为无差调节;3.微分调节(D):输出与偏差的变化趋势成比例。,第三章 系统的相关基础知识,闭环调节的主要性能要求:1.稳定性:不允许震荡与发散;2.响应时间:调节速度尽可能快;3.超调量:最大超调量不能超过安全允许值;,第三章 系统的相关基础知识,自动调节系统若想满足调节系统的主要性能要求,在现场投入正常使用,必须首先进行调节系统的参数整定,即设定比例、积分、微分调节系数,使自动调节系统安全稳定的运行。,第三章
19、系统的相关基础知识,参数作用:1、P的作用:P越大,调节作用越强,在相同偏差下输出值越大。P太小调节时间长,P太大引起系统震荡甚至发散。2、I的作用:I越小,调节作用越强,偏差的累积值调节作用越强。I太大误差消除调节时间长,I太小引起系统超调量大,甚至震荡和发散。3、D的作用:D越大,调节作用越强,初始调节作用越强。D太小调节时间长,D太大引起系统震荡和发散。,第三章 系统的相关基础知识,通信控制协议 建筑设备监控系统中基本采用的是集散控制方式和分布控制方式,是通过某种控制网络实现的,这就要求控制设备以及建筑设备都要遵循一定的通信协议。目前,国际上采用较多的是BACnet和LonMark。,第
20、三章 系统的相关基础知识,1、BACnet是指美国国家标准协会的ANSI/ASHARE135-1995标准。BACnet是由一个建筑管理、系统用户、系统集成商组成的联合体提出的,正式的、非专有的开放协议通信标准。,第三章 系统的相关基础知识,BACnet详细地描述了系统是如何工作的。它定义了系统各部分共享数据的所有规则,如何实现数据共享,可以什么通信介质,哪个功能可用,信息如何解释等。总之,它为各种系统之间进行信息交流建立了一个基本规则。,第三章 系统的相关基础知识,2、LonTalk协议LonWorks技术所使用的通信协议。LonTalk协议遵循由国际标准化组织(ISO)定义的开放系统互连(
21、OSI)参考模型所定义的全部七层服务。它适用于任何一种传输媒介。,第三章 系统的相关基础知识,3、LonMark与BACnetBACnet是个综合性的规范,它准许纵多的实施方案,并提供一套强有力的服务功能。但是,这个协议在小型终端控制设备里实施,不能取得最大的成本/性能比。LonMark是个强大的专门为设备而优化的协议;从传感器、调节器到区域控制器,样样都行。它带有一个紧凑型的协议架,很容易和廉价设备相适应。但其通信速率较低,只能适用于工作层。,第三章 系统的相关基础知识,因而,在工作层采用LonMark来连接控制器、感应器和调节器等设备;LAN层面的控制采用了BACnet连接各个系统;两个协
22、议互为补充,建立一个完整的建筑结构,得到最佳的性能和成本。,第四章 系统的组成,调节对象,检测元件 各种传感器,执行调节机构,分站DDC,传输通道,中央 处理机,人机接 口外围 设备,中央控制室,现场部分,第四章 系统的组成,中央控制室(数据中心):包括中央处理机、外围设备(显示终端、键盘、打印机)和不间断电源三部分。,第四章 系统的组成,传感器及执行调节机构:传感器是指装设在各监视现场和各种敏感元件、变送器、触点和限位开关、用来检测现场设备的各种参数(如温度、湿度、压差、液位等),并发出信号送到调节控制器(分站、数据中心等),如铂电阻温度检测器、复合湿度检测器、风道静压变送器、差压变送器;,
23、第四章 系统的组成,执行调节机构:是指装设在各监控现场接受分站调节控制器的输出指令信号,并调节控制现场运行设备的机构,如电动阀、电磁阀、调节阀等,包括执行机构(如电动阀上的电机)和调节机构(电动阀的阀门),第四章 系统的组成,分站控制器:是以微处理机为基础的可编程直接数字控制器(DDC),它接收传感器输出的信号,进行数字运算,逻辑分析判断处理后自动输出控制信号,动作执行调节机构。,第四章 系统的组成,其中:AI-模拟量输入接口,可用作仪表的检测输入,如温度、压力等,一般为1-10V或4-20mA的直流信号。AO-模拟量输出接口,用于操作控制阀、执行器等,如电动阀、三通阀、风门执行器等,不需要外
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