楼宇设备自动化智能仿真系统*
王靖 苏华
（四川工业学院能源与环境工程系,四川 成都 610039）
【摘要】本文介绍了《楼宇设备自动化智能仿真系统》的组成和功能，系统采用标准的
开放的交互操作仿真系统，控制并集成多个空调、照明、给排水、消防、安保、停车场、门禁、巡更等楼宇设备。
【关键词】楼宇设备自动化 仿真 控制 集成
1. 概述
我国智能建筑的发展，真正在建筑界广泛进行规划和设计也只有几年的时间，从九十年代初，我国基本建设发展的高峰期间，在建筑智能系统方面才逐渐被广大业主、房地产开发商以及设计人员理解、认识和接受，并开始着手进行设计和实施。但作为智能建筑中的一些子系统，早在80年代就开始进行了设计。自从96年初上海召开了我国第一次智能建筑研讨会后，在行业内才真正有系统、有目标地在这方面进行了大量的工作。
在对于建筑内的各智能化系统设置的设计中，目前存在着几种做法。一种方式是认为应将各子系统进行集成，即将我们通常据称之为3A的系统进行集成，这种做法，在前几年中势头较大。另一种方式是建筑内的各子系统，楼宇设备自动化系统（BA系统），办公自动化系统（OA系统），通信自动化系统（CA系统），除在处理自身系统的工作外，与其它各子系统没有系统上的物理联系。这种做法，各子系统工作状态好坏，完全是该子系统自身的状况所决定，不受其它子系统影响。
关于楼宇自控系统，“民用建筑电气设计规范”JGJ/T16－92中对其提得较为明确，就其功能来看，包括相当多的方面 ，但其主要的目的在于：
确保建筑物（群）内环境舒适；
提高建筑物自身以及人员与设备的整体安全水平和灾害防御能力；
通过最佳控制节省消耗；
提供可靠的、经济的最佳能源供应方案，进行节能管理；
使设备高效运行，减轻人员劳动强度；
不断地、及时地提供有关设备运行情况的资料，集中收集、整理，作为设备管理决策的依据，实现设备维护工作的自动化。
《楼宇设备自动化智能仿真系统》系统，采用集散控制系统方案，中央操作站与各智能仿真器通过现场总线的方式通讯交换信息，并可显示、打印信息，还可远程修改设定值及互动操作。本系统模拟楼宇设备的实时控制方式并将他们进行系统集成，从而使复杂的智能建筑设备系统集成和控制在实验室中实现。
2．系统控制模型和仿真对象介绍
2．1制冷站的仿真系统控制模型和仿真对象进行介绍
2．1．1冷站自控系统的目的是实现对冷站整个设备运行参数的检测、运行状态的监控，实现制冷机与水泵、凉水塔的联机联锁自动运行，实现辅机设备与制冷机的互为备用、自由组合全自动运行，实现自动制冷机运行台数自动判断，并使其工作在最佳效率点上，使其达到最优经济运行模式。
2．1．2本控制模型的设计思想：
充分地利用软件功能来最大限度地发挥仿真模型的功能，实现冷站全自动化的运行。其效果是：操作人员可以在上位计算机上任意选择制冷机、冷冻水泵、冷却水泵的组合方式及运行顺序，以后只要在计算机上按一个键实现机组起动，按另一个键实现机组停止。不再需要人工开关蝶阀来选择水路，然后分别起、停冷冻水泵、冷却水泵和制冷机。
冷站设3台制冷机模型，4台冷冻水泵模型，4台冷却水泵模型，7台冷却塔模型，它们间的组合方式有3×4×4×7=336种。如果再将组合后形成的3个制冷机组任意指定它们的运行顺序，则排列组合的方式可能高达1008种。由此可知，靠一般DDC控制器、PLC的固定逻辑编程难以完成上述功能。本方案采用计算机的排序及查表技术可以方便地完成任务。这样可以利用软件技术充分地发挥仿真系统的能力。制冷机、冷冻水泵、冷却水泵、凉水塔之间的组合选择在上位机上进行，操作者只需点击欲选的设备就可以形成用3个颜色表示的3个设备组，然后还可以指定这3个设备组在自动运行下的顺序。计算机将检查操作人员选择的合理性，对错误选择予以拒绝并提出警告。上述选择完成后计算机将自动确定并显示电动碟阀的应开关的状态，以保证得到正确的水路，最后形成逻辑组合关系表传给下位机，下位机按此逻辑关系实现自动控制。
2．1．3制冷机运行台数智能控制模型
由于制冷机组是整个空调系统最大的能耗设备，制冷机是否工作在最经济的模式对能耗影响极大，制冷运行台数智能控制模型可自动控制制冷机运行台数的增减。智能控制模型通过检测到的制冷量负荷，与所选定型号的制冷机最佳运行参数进行智能判断，用优化的程序来对制冷机运行台数和每台制冷机的工作点进行节能控制，使每台机组都工作在最佳效率点上，实现最优经济运行模式。这样真正模拟实现了冷站设备的全自动运行，达到最大限度的节能。
2．1．4与制冷机模型联网通讯
制冷机模型都带有通讯接口，控制器可以通过联网通讯方式读取模型制冷机的内部数据。在中央控制室内就可以观察到全部制冷机组的运行参数，通过电脑上的彩色动画流程图可以直观地了解制冷机的运行情况，并有全部的报警，维修等参数，真正实现制冷机的远程(中央控制室)监控。通过通讯接口可读取冷凝压力、蒸发压力、油温、各工作点的温度、电流、压缩机工作时间、启停次数、各种运行信号、报警信号、维修数据等。并可以将这些运行参数保存3年，随时可以用趋势曲线调阅任何时候的全部运行参数。这些数据及状态对分析制冷机的工作状况、制冷能力及设备的维护保养有着十分重要的意义，极大地提高了制冷设备的运行管理水平。
2．2冷站仿真内容
2．2．1监控对象：冷水机组、冷却泵、冷冻泵、冷却塔、定压水罐、补水箱。
2．2．2监视内容：冷水机组、冷却泵、冷冻泵、冷却塔风机运行状态、水流状态、冷却塔水温、冷水机组供回水温度及流量、集水器与分水器间的压差、补水箱液位、定压水罐的压力，分别累积冷水机组、冷却泵、冷冻泵、冷却塔的运行时间。
2．2．3控制方法：
（1）根据事先排定的工作及节假日作息时间表、启停冷水机组、冷却泵、冷冻泵、电动蝶阀、冷却塔风扇。
① 冷水机组台数控制：根据冷冻水供、回水温度和供水流量测量值，自动计算建筑物空调实际所需冷负荷量。根据建筑物实际所需冷负荷及差压旁通阀开度，自动调整冷水机组运行台数，达到最佳节能的目的。
② 冷冻水差压控制：根据冷冻水供回水压差，自动调节旁通调节阀，维持供回水压差恒定。
③ 冷却水温控制：根据冷却水温度，自动控制冷却塔风机的启动台数。
④ 定压水罐压力控制：根据定压罐压力情况自动控制补水泵转速使定压罐压力维持在设定值。
⑤ 补水箱液位控制：根据液位情况自动控制补水阀开启与闭合，使补水箱液位维持在设定值。
（2）连锁保护控制
① 连锁控制：
启动：首先冷却塔蝶阀开启，开冷却塔风机，冷却水蝶阀开启，开冷却水泵，冷冻水蝶阀开启，开冷冻泵，最后开冷水机组。
停止：首先停止冷水机组，关闭冷冻泵，关闭 冷冻水蝶阀，关冷．却水泵，关冷却水蝶阀、最后关冷却塔风机，关冷却塔蝶阀。
② 保护控制：冷冻泵、冷却泵启动后，水流开关检测水流状态，如遇故障则自动停泵。冷冻泵、冷却泵运行时如发生故障，其备用泵自动投入运行。
③ 计量：空调冷负荷量。
④ 报警：温度、压差、液位超限报警，冷水机组、冷水泵、冷冻泵、冷却塔风机故障过载报警。
⑤ 显示打印：状态、报警、各种参数的动态图形，并列出设备保养及维修报告。
2．2．4冷站仿真模型培训、教学实验系统：
教师可在上位机设定故障，学生在下位机排除故障，系统自动判断学生排除故障的处理方法的对否。
3．结论
《楼宇设备自动化智能仿真系统》可对各设备系统工作运行状态进行完全模拟，对各种控制模型进行仿真，能直观地观察（反映）整个控制的变化情况。对各种运行参数可以自动/手动给定，自动/手动任意改变参数，并对控制的情况进行真实的反映，对运行参数进行趋势曲线记录，各设备仿真控制装置与中央计算机通讯联接，仿真实际的中央集控系统。
利用楼宇设备模型仿真、楼宇设备系统集成、专家系统、培训实验等系统，可对建筑环境与设备工程的《楼宇设备自动化》、《智能建筑系统集成》、《智能建筑消防系统》、《建筑给排水》、《智能建筑安防系统》的集成和控制进行研究，及相关行业的技术培训工作,培训人员凡通过了本系统的各项实验，即可全面掌握楼宇控制系统的运行、维修、保养的全部工作。
Wang Jing suhua
(Department of energy
and environment engineering, Xihua University,
610039 Chengdu, Sichuan)
Abstract: This paper describes the structure and functions
of the intelligent simulating system for building automation. The simulating
system is standard, open and interactive. Controlled by and integrated in this
system are HVAC, lighting, water supply and drainage, fire, security and park
etc.
Keywords: building automation; simulating; control; integration
*本项目受到四川工业学院实验室建设项目基金的资助
本项目得到重庆太和楼宇自控有限公司的技术支持
作者简介:王靖，男，汉族，四川省巴中市人，1963出身，1986年四川工业学院《水利机械》专业毕业，获学士学位，现为四川工业学院《建筑环境与设备》专业讲师，教研室主任，四川省空调制冷学会理事，四川省智能建筑协会副主任成员。其专长是楼宇设备自动化、空调系统设计，空调气流组织数值模拟。
发件人：Peter Lai
邮件主题：学会论文7篇 来稿日期：2003-11-05 11:55:00
打印日期：2003-11-05 14:52:27
联系邮箱：peter88lai@163.com