基于BACnet的建筑設備空調暖通教學系統設計方案

（廣東建設職業技術學院， 廣東 廣州 510440）

1 系統概況

該系統采用一次回風空調機組+冷水機組+冷卻塔工作結構，BAS系統采用Delta BACnet Ethernet/IP型DDC（直接數字控制器）進行系統集成。同時該BACnet DDC也可使用BACnet MS/TP協議通過RS-485網絡與第三方智能電表進行通訊及集成，從而實現對該空調暖通系統的能量計量及運營方案設計。

主要設備材料清單：

序號 設備名稱 設備參數 設備數量1 KSC-09冷水機組功率：3HP（英制馬力）； 最大制冷量：9KW；渦旋式壓縮機；管殼式換熱器。1臺2 冷卻塔 8T；電機：0.18KW；流量：6.23m/H;風葉直徑：550mm 1臺3 空調機組額定風量：2000m/H;0.45KW;額定冷量：11.88KW；1套4 DDC控制器 BACnet Ethernet/IP 5臺5 實訓DDC控制箱 定做，內置DDC及配套傳感器、執行器等 16套6 ORCAView集成組態軟件 ORCAView及其數據庫等 1套

2 中央空調系統

本建筑設備空調暖通教學系統采用一次回風空調機組+冷水機組+冷卻塔工作結構，配套BACnet Ethernet/IP型DDC進行集中控制及管理。基本硬件設備如下：

圖1 系統拓撲

3 本建筑設備空調暖通教學系統

本建筑設備空調暖通教學系統采用基于BACnet型DDC（直接數字控制器）進行系統集成，教學實訓所使用的DDC型號與中央空調集中組態控制界面如下各圖所示：

ORCA 網絡控制器（或路由器）下通過MS/TP 網連接現場單元控制器（DDC控制器）。MS/TP 網采用 EIA-485 信號標準，傳輸速率 78.6Kbps，傳輸介質為屏蔽雙絞線。MS/TP 網是一種低成本、高性能的局域網。ORCA 系統的一個MS/TP 網段最多可以掛127 個現場DDC 控制器；一個MS/TP 網段的最大長度為4,000 英尺（約1,000 米），并且使用網絡轉發器（Repeater）可以使網段延長至20,000 英尺（約5,000 米）。

3.1 系統監控內容設計

3.1.1 新風機組監控內容

室外溫濕度、送風溫濕度、風機運行狀態、風機故障報警、過濾網壓差報警、啟停控制、新風閥調節、冷水閥調節、回風溫濕度、送風溫濕度、室內溫濕度、風機運行狀態、風機故障報警、過濾網壓差報警、冷水閥調節、回風閥調節等。

圖2 冷源系統組態控制界面

1）啟停控制

根據新風機使用功能的不同結合季節、晝夜及節假日擬定多種時間及節能運行程序，在 BAS 終端監控畫面上控制機組風機的最佳啟停。自動統計風機運行時間，提示定時維護，并監測其運行與故障。

2）溫度控制

在新風機的送風管上安裝溫度檢測元件，溫度信號送往就近的控制器，當送風溫度高于或低于冷水閥設定溫度時，控制器運用比例積分和微分（簡稱“PID”）算法，輸出相應的控制電壓信號去調節冷水閥，使送風溫度保持在所設定的溫度范圍內。用戶可以在監控畫面根據需要自行輸入送風溫度的設定溫度。在制熱季節式：水閥調節原則與制冷季節控制方式相反。

3）濕度控制

在回風管上安裝濕度檢測元件，濕度信號送往就近的控制器。當回風濕度高于或低于設定濕度時，控制器運用比例積分和微分（簡稱“PID”）算法，輸出相應的控制信號去調節冷水閥和加濕器開關。

4）風閥控制

制冷季節：當室外焓值高于或低于設定焓值時，控制器運用比例積分和微分（簡稱“PID”）算法，輸出相應的控制信號去調節新回風閥。

5）預冷

風機啟動時，先進入預冷程序：啟動送風機、打開回風風門、關閉排風機、關閉新風風門和排風風門。當回風溫度達到預冷的設定溫度后，風機進入正常。新風閥與風機的聯動，當風機停止運行時，所有閥門將被強制關閉。

6）聯鎖運行

當新風機停止運行時，冷水閥門/新風調節閥將被強制關閉。

7）過濾器壓差報警

新風機濾網前后安裝空氣壓差開關監測濾網的狀態，當濾網堵塞時，濾網兩端壓差過大報警，并將提示清掃的報警信號送到樓宇自控系統終端，便于維修人員及時更換，保證過濾效果。

8）風機故障報警

監測新風機的狀態、故障報警和手/自動狀態，當風機發生故障時，將發出報警到BAS終端。

9）實訓設備操作臺臺面展示

系統展示板上實時顯示新風閥/回風閥/新風機水閥/空調機水閥的開度數據及其它狀態參數；

10）監控實時數據保存

系統會將監控數據自動記錄下來生成表格，便于以后查找、打印或者作進一步的數據處理。

3.1.2 冷水機組監控內容

本冷源系統工藝設計采用1臺冷水機組、1臺冷凍水泵、1臺冷卻水泵、1臺冷卻水塔等設備來模擬大廈的冷源系統。本系統對冷水機組提供監控設備點主要包括：

1）冷水機組

機組啟停控制、運行狀態、、故障情況、水流狀態檢測；溫度檢測，壓力檢測；

2）冷凍/冷卻蝶閥

開關控制、狀態檢測；

3）冷凍水泵

啟停控制、運行狀態、故障情況；

4）冷卻水泵

啟停控制、運行狀態、故障情況；

5）冷卻塔

啟停控制、運行狀態、故障情況，進水閥開關控制、進出水溫度；

6）旁通閥

旁通閥開度調節，PID控制。

7）實現功能

①自動按順序啟停冷水機組、冷凍蝶閥、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻蝶閥、冷卻塔及塔閥；

②通過冷凍水的出水溫度決定冷水機組的啟停組合及臺數，以便達至最佳的節能狀態；

③根據冷卻水回水溫度決定冷卻塔的開機臺數；

④根據冷卻塔運行臺數及運行方式控制相關蝶閥開關；

⑤根據冷凍水供回水壓差，調節旁通閥開度，使供回水壓差穩定；

⑥各類設備的輪值功能；

⑦各設備運行狀態監測等。

通過DDC編程軟件實現冷水機組控制步驟展示，繪制相對控制模擬畫面，展示控制分步步驟。其中包括以下步驟：

8）冷水機組的開機順序依下列原則進行：

系統自動判斷各設備的就緒情況，比如是否自動，是否無故障等，只有處于自動狀態并且無故障的設備才會被調度，冷凍泵、冷卻泵發生故障就自動調用備用水泵。

1)冷機請求啟動，系統開啟相應冷凍水閥和冷卻水閥。

2)冷卻回路上，當冷卻水閥返回全開信號時，統計冷卻水閥的打開數量，調度冷卻塔系統的啟動。

3)冷卻塔系統首先要打開進水閥，當進、出水閥返回都為全開狀態時，該臺冷卻塔準備就緒。

4)冷卻水閥、冷卻塔閥打開以后，啟停冷卻水泵。

5)啟停冷凍水泵。

6)冷卻水泵、冷凍水泵都運行之后，系統檢測到冷卻回路、冷凍回路的水流狀態為“有水流”。此時再次確認冷機請求信號不變后，即可啟動冷機。

7）冷水機組的停機順序依下列原則進行：

8)系統收到冷機停機信號后即時停止冷機運行。

9)收到冷機停機狀態信號后，為了更好的利用資源，可以延時停止冷凍水泵的運行，盡量使冷凍水得到充分利用。冷凍水泵停機之后關閉冷機相應的冷凍水閥。

10)冷卻回路在冷機停止運行之后按以下順序動作

11)停止冷卻水泵的運行 à 停止冷卻塔風機運行 à 關閉塔閥 à 關閉冷機相應的冷卻水閥。

12)完成上述步驟則系統關機完成。