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科大626的博客

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陈李斌与楼宇自控系统  

2010-05-01 23:47:05|  分类: 校友风采 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 陈李斌与楼宇自控系统 - 科大626 - 科大626的博客  

陈李斌与楼宇自控系统

前言:在当前楼市风云变化的今天,许多人也许忽视了楼宇的自控系统的技术问题,这里从网络上汇集了6265陈李斌的一些思路,供大家参考。

一、MarDirect 关于陈李斌的介绍(http://www.bacnetchina.org/

MarDirect
中国区总经理
陈李斌

Mr. Libin Chen
Professor Senior Engineer
Cell +86 13910303645

陈李斌先生,教授级高工,从事工业自动化和建筑自动化工作多年,曾任北京市仪表局首席专家,享受国务院特殊津贴,在LonMark学报(中文版)编辑部任编辑及技术总监。

【备注】德国MarDirect公司是一家专门从事楼宇自动化市场宣传的公司,自2003年起专注于推动BACnet标准的应用和国际合作。MarDirect公司筹建了BACnet欧洲协会并负责秘书处的工作,同时服务于BACnet法国协会、BACnet意大利协会和BACnet中东协会等组织。MarDirect公司创办了BACnet
Journal杂志,目前已经有五种语言的版本在世界50个国家发行。同时MarDirect公司还建立起了BACnet国际论坛的会议机制,每年在世界各地轮流举办,迄今已经成功举办了十几次,今年MarDirect公司将在中国组织第一届BACnet北京论坛。同时,在MarDirect公司的联系和筹备下,BACnet中国协会(BIG-CN)也将在该论坛上宣布成立。   
联系人:
陈李斌
MarDirect中国部总经理
www.mardirect.de

二、千家网访Lonmark国际协会北京代表处教授级高工陈李斌先生

http://www.qianjia.com/html/2007-08/32254.html

千家网: 作为行业内的专家,请您谈谈国内楼宇自控的现状及发展趋势。

陈教授: 
    这些年来国内楼宇自控的发展非常迅速,以前是楼宇自控三大品牌占据大部分市场,随后一些在某些子系统做的比较精通的楼控厂商与一些在国外也比较有知名度的楼控厂家都纷纷进入中国。从国内用户的角度来讲,有从功能型的要求向效益型转变的趋势。在国内建筑物自动化刚刚开始的阶段,用户只是在乎其功能,但具体运行情况不是很理想。现在,用户越来越重视系统所带来的效益。在中国节能减排的大趋势下,人们的节能意识有了提高。就奥运会场馆来说,基本上每个奥运场馆都有在节能方面或再生能源利用方面的独到之处。其次,我觉得就是有标准化的趋势。过去的楼控产品与相关的技术比较繁多,相互之间的联系存在着问题,现在就需要采用有指导性的技术与标准来规范市场。建设部近些年来也一直积极地修订相关的标准,另外在结合中国国情的基础上,转化一些国外的先进技术作为国家标准。第三,就是学会方面的工作,也是目前比较薄弱的问题。国外企业的发展往往依靠国际上的一个大的趋势,而国内企业的意识还没有打开,没有纳入到国际行业的潮流中去,往往都是靠单打独斗。在中国建筑自动化方面,采用的技术很先进,产品也很先进,应用的领域也很广泛,但是拥有自主知识产权的产品却很少。我觉得中国企业在自动化领域里面也将会有更多更好的企业涌现出来,这也是历史的必然。

千家网: “开放式系统”已经成为行业中的热点话题,厂商也一直在宣传其系统是开放式的,请您给大家介绍一下开放式系统。
            
陈教授:开放式系统的概念与理论早在80年代末就已经被提出。Lonmark国际协会是比较早的推出这个理念的,这与Lonworks技术是息息相关的。Lonworks不但有协议,还有相应的芯片作保证。随着近年来开放式系统被越来越多的提及,开放式系统受到了用户的欢迎。开放式系统给了用户非常好的机会去择优选择产品,并且使系统集成商的竞标的范围也会宽泛许多。那么什么是开放式系统呢?我从两个方面来介绍。第一个方面,是从系统本身来讲,要满足哪些条件才能称之为开放式系统。有以下五个方面:(1)不同的厂家的产品能够在网络中实现点到点的通信。(2)网络结构是按照开放式标准去设计的。(3)能从多种渠道获得用于网络管理与调试工具。(4)图形用户界面和前端软件是开放式的。(5)系统在与信息系统的信息交换方面是开放的。第二个方面,是从用户来讲,如何判定系统是开放式的。也涉及五个方面:(1)选购有认证标识的产品。(2)用户是否能从系统集成商那里获得有使用权的网络测试及管理系统软件。(3)判断网络的设计及安装是否正确。要经过较长时间的运行来测试系统的运行是否正常。(4)同时要保证向上能与信息系统相连。(5)找有资质的系统集成商。
             
千家网:从1990年12月美国Echelon公司发表了Lonworks测控技术,至今已有十多年历史,这期间Lonworks又经历了哪些发展过程?
             
陈教授:我个人觉得分以下三个阶段:产品时代、网络时代、信息时代。产品时代就是在Lonworks技术刚刚推出的初期,当时比较受中小企业的欢迎,国际上也出现了许多采用Lonworks技术的公司。在网络时代,则是提出了开放式系统的概念,也不仅仅是产品之间的互操那么简单。随着经济的发展,开放式系统受到了大家的欢迎,同时,随着楼宇自动化领域越来越宽泛,大的厂家也很难把整个系统全部垄断下来。在网络时代,这期间出现了一批网络控制的产品,例如:路由器、网关、网桥等等,实现网络内部的通信与不同网络之间的通信。信息时代出现了Web service、OBIX等技术,Lonworks应用范围也越来越广。

千家网: 请您简要地谈一下Lonworks技术将有哪些发展趋势?
             
陈教授:我想从国际协会的角度来谈下未来我们将采取哪些方面的工作。第一、去年Lonworks技术被接纳为国家标准,还有一些Lonmark开发的标准还没有被接纳,这就需要我们与各国政府与经销商来沟通,使之成为国际标准。第二、Lonmark对于人员与系统集成商的培训及认证。第三、Lonmark把Lonworks技术向更加广泛的领域去发展。(1)要向住宅自动化、家居自动化领域发展。在智能家居方面,欧洲发展的较好,为国内做了很好的榜样。(2)向商业、自动售货机方面发展。(3)交通方面。(4)采矿方面。(5)企业级的解决方案。Lonworks的未来发展,很重要的一点,就是与信息技术方面沟通,并且要有标准,软件与硬件的支持。

千家网:
      BACnet和Lonworks是智能建筑行业中的两个重要标准,请您简要地对比一下两个标准。您觉得两个标准之间的关系又是怎样的呢?两个标准相互补充,互为依托?还是对立?

陈教授:BACnet与Lonworks各有特点,美国有一家在建筑自动化领域研究的中间公司-STRATAR Resource  Inc,他们曾经对二者做过比较全面的比较。首先,两个技术都有各自的厂商与用户支持,都能实现开放式的系统,但是二者几乎是互不相干的两种技术方案,但是能通过上层的网络进行沟通。用户在选择技术的时候要明确所要达到的目的,通过要达到的目的来选择相应的产品。从使用产品的数量来讲,Lonworks要多于BACnet。对于用户来说,很多技术都能实现相应的需求,很难说哪个技术好。简单的说谁好谁坏是不科学的,要结合用户所实现的目标,去选择技术、选择产品。现在,欧洲的一些知名的企业也是既有Lonworks的产品也有BACnet的产品。现在Lonworks与BACnet也在一起与第三方进行合作,实现控制系统与信息系统的沟通合作,相信两个系统的联系也会越来越紧密。(来源:千家网   作者:于飞    录入: steven )
    

三、附录:百度关于《什么是楼宇自控系统?》 的一篇介绍

                  作者:陈小龙    地址:杭州高新(滨江)水务有限公司泵管所
                
                    楼宇自控系统由以下部分组成:
                   ◎建筑设备运行管理的监控,包括
                    (1) 暖通空调系统的监控(HVAC);
                    (2) 给排水系统监控;
                    (3) 供配电与照明系统监控
                   ◎火灾报警与消防联动控制、电梯运行管制
                   ◎公共安全技术防范,包括:
                    1、电视监控系统; 
                    2、防盗报警系统; 
                    3、出入口控制及门禁系统;
                    4、安保人员巡查系统;  
                    5、汽车库综合管理系统;
                    6、各类重要仓库防范设施;
                    7、安全广播信息系统。
     诸多的机电设备之间有着内在的相互联系,于是就需要完善的自动化管理。建立机电设备管理系统,达到对机电设备进行综合管理、调度、监视、操作和控制。
                    楼宇自动化系统的功能:
                   ◆制定系统的管理、调度、操作和控制的策略;
                   ◆存取有关数据与控制的参数;
                   ◆管理、调度、监视与控制系统的运行;
                   ◆显示系统运行的数据、图象和曲线;
                   ◆打印各类报表;
                   ◆进行系统运行的历史记录及趋势分析;
                   ◆统计设备的运行时间、进行设备维护、保养管理等;  
                       

                       楼宇自控系统结构

                                               空调系统监控 
     主要体现在对空调系统的空气处理器,新风机组,变风量末端,冷水机组,换热器等设备运行状态的监视,故障报警和启停控制,以及相应的节能管理。


                        给排水系统监控 
    主要对排水系统的水泵运行状态进行监视故障报警和启停控制;水箱和水池的水位进行监测,以及过线报警。

                        变配电系统监控
                        对变配电机组的电压,电流,功率,功率因数,频率的数值进行显示和计量,过线报警以及高低压状态控制柜切换开关的状态监视,变压器的温度监视。

                        电梯系统监控
                        对电梯系统的运行状态进行监视和控制,以及故障报警。

                        照明系统监控
                        对部分照明回路,动力设备进行必要的控制。

                        热源,冷源系统监控
                              楼宇自控系统的组成
                              
楼宇自控系统由以下部分组成

                             建筑设备运行管理的监控,包括                                (1) 暖通空调系统的监控(HVAC); (2) 给排水系统监控; (3)  供配电与照明系统监控 
                             火灾报警与消防联动控制、电梯运行管制
                             公共安全技术防范,包括:
    1、电视监控系统;   2、防盗报警系统;  3、出入口控制及门禁系统;
    4、安保人员巡查系统; 5、汽车库综合管理系统;6、各类重要仓库防范设施;
    7、安全广播信息系统。  
                                
     诸多的机电设备之间有着内在的相互联系,于是就需要完善的自动化管理。建立机电设备管理系统,达到对机电设备进行综合管理、调度、监视、操作和控制。

                                楼宇自控系统设计

                              浅析楼宇自控系统设计
     目前许多现代化大楼尤其是高层大楼内安装了楼宇自控(BA)系统,不仅极大改善了大楼的环境效率,而且也使大楼能源消耗在量化控制之下, 确保大楼能源成本降低成为可能。

   但不可否认的是,由于各种原因(如设计的不完善等)也确实造成一些BA项目不太成功甚至完全失败。

    在本文中,将我司在所从事的BA工程中所积累的经验、教训以及一些新的想法写出来和同行交流。

    1、 LONWORKS技术在BA系统设计中的应用

    目前,LONWORKS技术在BA业界反响较大,这控制技术对传统BA系统配置影响较大:

    LONWORKS技术是美国ECHELON公司91年推出局域操作网,具有完整的开发系统平台,包含所有设计、配置和支持控制网的元素,是目前最为先进的控制网络技术。

     LONWORKS技术由以下三个核心部分组成:

     (1)MC143150或MC143120NEURON(神经元)芯片

     (2).LONTALK协议,执行ISO/OSI参考模型和提供全部七层服务

     (3)网络开发工具(LONBUILD)和节点开发工具(NODEBUILDER)  LONWORKS网络最大的优点是其完全的开放性,其主要表现在以下方面:

      (1)LONWORKS所用的通讯协议LONTALK提供ISO/OSI参考模型所定义的全部七层服务。

      (2)LONWORKS支持多种通信媒质和任意自由拓扑网络结构。

      (3) LONWORKS支持的通信媒质有双绞线、同轴线缆、光纤和无线微波等。

      (4)LONWORKS组网拓扑结构可以是任意形式,可以是星型、树枝型、网状型等,实现真正的点对点通讯。

     我们可以这样假设:当一幢大楼面积较大,所控机电设备(如空调机组、水泵)分散分布,如果仍旧采用传统的BA联网拓扑结构,那么实现现场  DDC控制器通讯连接(“手拉手”方式)的布线不仅繁杂,甚至有的受到现场环境影响无法布线。如果这时采用带LONWORKS技术DDC,就可随现场情况任意选择 通讯网络拓扑结构,使系统组态灵活方便,可见LONWORKS技术优势所在。

     但任何事物都是辨证的、一分为二的,在工程设计中我们明显感到:

     (1)LONWORKS尽管在物理形式上可自由拓扑,但每个LONWORKS节点需要连接到信道(CHANNEL)上,这就必须进行网络分段(SEGMENT),在系统配 置上必须增加路由器(ROUTER),带来不足之处主要表现在: -增加了系统管理复杂度 实际上在逻辑上增加了控制系统分级数,系统分级数越多,系统不可靠度值就高,降低系统稳定性

     (2)各厂商生产的元器件(如各类型传感器、控制器)只有而且必须插入固化有LONTALK协议的NEURON  芯片并按照LONWORKS控制网络技术规定组成任意 拓扑结构真正的智能化网络。

     综上所述,从技术层面讲,LONWORKS技术给楼宇自控系统配置提供了又一选择,但目前受到各种条件限制LONWORKS技术优势还不能完全发挥出来。 
     我们认为,若自控系统规模不是很庞大,进行工程设计配置时最好不用LONWORKS技术。

      2、BA工程设计的关键

     一个成功BA工程必须具有两个要素:

     *系统应用稳定可靠,发生故障概率降到最低可能限度。

     *系统能提供精确的、量化的控制模式,为大楼能源控制提供可靠保证。

    任一业主为大楼安装BA系统直接动因就是能实现大楼能源消耗大幅度降低以达到节省大楼营运成本的目的。这就要求BA系统整个控制过程尽可能精确。

     在下文中我们想从工程设计方面探讨一下如何保证BA精确控制。

     2.1 BA系统模型 从理论上讲,一个控制系统主要有以下装置组成:

     (1)检测变送装置:将被控对象的被调参数检测出来,并将其转换成各类型的能量信号。

      (2)控制调节装置:将检测装置送来的被调参数信号与设定值相比较,当出现偏差时发出一定规律的控制信号到执行调节装置。

     (3)执行调节装置:根据控制调节装置(控制器)发来的控制信号的大小和方向,开大或开小调节阀门而改变调节参数的数值。

    显然,组成楼宇自控系统(BA)主要装置有: 
     -检测装置:有各类型传感器(如温度传感器、压力、压差传感器等)。 
    -直接数位控制器:简称DDC,采用计算机数字输出信号去直接控制电动水阀阀门的开度。
-执行器及电动阀门

      2.2 BA系统精度要素 从上文可以显而易见,以下几个条件(因素)直接影响到BA系统精确控制程度:

      (1)系统前端所测信号准确尤其是象温度这样的模拟信号必须尽可能准确。 
        如何保证系统前端信号准确,我们采取以下措施:

      *合理配置前端传感器数量。探测点数设置过少,则无法取得精确的前端信号;而前端传感器数量(点数表)过多的话易造成信号之间耦合, 也使系统成本增大。

     *正确选择传感器的安装位置。举例来说,安装于送风管道内的温度传感器如果安装在靠近机组送风口处,则传感器检测得到温度值可能偏低;如  果安装在离送风口较远,则传感器测得温度值可能要高一些。这就必须根据风管的实际情况合理选择传感器安装位置。
                              [pagebreak]
     (2)系统控制环节少、能提供丰富的控制积算软件。 
     目前各BA厂商提供DDC(直接数位控制器),采用的是计算机数字输出信号去直接控制电动水阀阀门的开度,而无须中间调节器;另外,DDC内含 有丰富的积算控制程序,有比例(P)算法、比例积分(PI)算法、比例积分微分(PID)算法。

      由于不同的PID系数,被控对象生成不同的反应特性曲线:

     PID系数较高,则对象反应特性曲线较陡,也就是反应过渡过程较短;PID系数较低,则对象反应特性曲线较为平缓,也就是反应过渡过程相对较长。

    理论上说,过渡过程较短的话,则系统响应快,换句话说,也就是系统控制精度较高,但这并不说系统控制精度越高就越好:由于空调系统本身惯性  较大,如BA系统控制精度越高,系统越容易引起振荡,系统也就越不稳定。

    这就要求在工程设计和调试的过程中正确进行软件组态,选择恰当的采样周期和控制函数,保证系统响应输出最优化,在系统控制精度和系统稳定度之间找到最佳平衡点。

    (3)保证阀门的“零”开度

    各类电动水阀是BA系统主要执行机构,在空调运行控制过程中阀门开度是BA系统主要调节内容。其中,保证阀门“零”开度是BA系统控制精 度重要保证。换句话说,选择正确流量特性和合适口径的电动水阀是BA系统成功的重要保证。 
      *电动调节水阀的流量特性是指空调水流过阀门的相对流量与阀门的相对开度之间的函数关系,目前工程上常用的主要有直线流量特性、等百分比流量特 性的电动水阀。

    单位行程变化所引起的相对流量变化与点的相对流量成正比关系的是等百分比流量特性水阀。该类型水阀可调范围相对较宽,比较适合具有自平衡能力  的空调水系统,因此BA系统中大量应用的是等百分比流量特性的电动水阀。

                              *电动水阀的口径决定了阀门的调节精度。水阀口径选择过大,不仅增大业主投资成本,而且使阀门基本行程单位变大导致阀门调节精度降低,达不到节能目
                              的;水阀口径选择过小,往往会出现即使水阀全部打开系统也难以达到设定温度值,无法实现控制目标。

                                那么如何计算选择电动水阀口径?
                              工程上我们常用的是通过计算电动阀门的流量系数(Kv/Cv)值来推导电动水阀口径,因为流量系数和水阀口径是成对应关系的,换句话说,流量系数
                              定了,水阀口径大小也就确定了。

                                水阀流量系数(Kv/Cv)采用以下公式计算:

                                Cv=Q/ΔP1/2

                                其中Q-设备(空调/新风机组)的冷量/热量或风量 ΔP-为调节阀前后压差比

                                理论上讲,在不同的空调回路中,ΔP值是不同的,是一个动态变化的值,取值范围一般在1-7之间。但由于在流量系数的计算过程中ΔP
                              是开根号取值,所以对Cv计算影响并不是很大。因此,在工程设计中一般选ΔP值为4。

                                举例来说,假设1台空调机组技术指标值如下: 风量:8000 M3/H 冷量:47.17 KW
                              热量:67.55 KW 余压:410 PA 功率:2KW 如何选用调节水阀?

                                首先,我们计算流量系数Kv/ Cv值 Cv=Q/Δ

                              P1/2=67.55*0.685/2=23.14

                              Kv=Cv/1.17=43.92/1.17=19.8

                                然后计算出来的流量系数Kv/ Cv选用与其相适应口径的调节水阀。

                              3、业主应该注意的几个问题

                              3.1 以实是求是的眼光看待BA的节能

                                业主为大楼投资安装BA系统主要是看在BA系统能够节省能源成本,降低大楼运行支出,提高大楼经济效率。

                                但有相当数量的业主存在着错误观点:以为大楼节能就是靠BA系统,有了BA系统就能省很多钱。存在这种观点虽然可以理解,但显然忽视了BA系统节能
                              的前提条件:只要在暖通设计合理的前提下,结合合理有效的BA自动控制,才能真正达到节省人力、节省能源的目的。换句话说,大楼的节能是一项综合性系统
                              工程,不是单靠BA系统就能实现的。有关大楼节能与BA系统关系已有专门文献作出分析,本文不做深入讨论。

                              3.2 采购设备时应考虑BA接口

                                理论上讲,BA对所控设备的型号、品牌、功能没有限制,但这并不是说BA对设备没有要求:业主所购的受控电气设备必须具备二次控制回路或者说
                              BA接口,否则BA系统是无法进行有效控制。

                                我司在工程实践中发现许多业主在采购设备没有考虑BA要求,电气柜内没有二次回路,不得不重新改制电气控制柜,造成业主投资浪费。

                                由于不同品牌的BA系统对二次控制回路要求不尽相同,所以最好能与BA工程商先行沟通。

                              4、小结

    以上只是我司在BA工程实践中的一些体会和经验,请专家和同行批评指正。

                              5. 参考文献
    (1)华东建筑设计院,《智能建筑设计技术》 同济大学出版社 1996年10月 
    (2)陈一才主编,《智能建筑电气设计手册》 中国建材工业出版社 1999年8月
    (3)陆伟良,《智能化建筑导轮》 中国建筑工业出版社 1996年6月 
    (4)陆伟良,《智能建筑主流技术展望》 1998年8月 
    (5)祝敬国,《空调节能与建筑智能化》 1999年12月

 


 

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