樓宇自控系統(tǒng)工程質量控制

樓宇自控系統(tǒng)工程質量控制樓宇自控系統(tǒng)是建筑設備自動化控制系統(tǒng)的簡稱。建筑設備主要是指為建筑服務的、那些提供人們基本生存環(huán)境所需的大量機電設備，如暖通空調設備、照明設備、變配電設備以及給排水設備等。樓宇自控系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線技術結合集散控制系統(tǒng)來實現(xiàn)建筑設備自動化控制，以達到合理利用設備，節(jié)省能源、節(jié)省人力，確保設備安全運行之目的。隨著國家對節(jié)能要求的大力推行，樓宇自控系統(tǒng)實施的質量控制是目前智能化建筑行業(yè)關注的重點。為了使其發(fā)揮應有的投資效果，本文結合樓宇自控系統(tǒng)設計、施工、調試以及驗收等實施中存在的問題并通過全國海關信息中心備份中心的樓宇自控工程案例對實施質量控制進行分析和探討，以推進樓宇自控系統(tǒng)能更有序、更有效地運行，發(fā)揮其應有的效果。1樓宇自控系統(tǒng)組成及實施內容樓宇自控系統(tǒng)組成裝置包括檢測裝置（各類型傳感器，如溫度傳感器、壓力、壓差傳感器等）、直接數(shù)位控制器（簡稱DDC，包括DO、DI、AI、AO點等）以及傳輸線路與控制主機。樓宇自控是建筑智能化工程的主要系統(tǒng)，通常包括對暖通空調系統(tǒng)、送排風系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)等系統(tǒng)的監(jiān)控。集網(wǎng)絡、計算機、控制和檢測技術于一身，使得建筑內機電設備管理高效、環(huán)境獲得最佳舒適度、大幅度節(jié)約建筑運行能耗。2樓宇自控系統(tǒng)實施現(xiàn)狀目前許多現(xiàn)代化大樓尤其是高層大樓內安裝了樓宇自控系統(tǒng)，不僅極大改善了大樓的環(huán)境效率，而且也使大樓能源消耗在量化控制之下，確保大樓能源成本降低成為可能。但不可否認的是，由于各種原因也確實造成一些樓宇自控項目不太成功甚至完全失敗。從目前眾多實施的工程來看效果不甚理想。有調查顯示：顧客對樓宇自控系統(tǒng)運行情況評價，“滿意”的約占30%，“一般”的約占40%，“差”的約占30%。下面結合設計階段、施工階段以及調試驗收階段對樓宇自控系統(tǒng)的實施質量進行探討分析。3深化設計階段質量控制設計階段應深入全面了解業(yè)主的最新要求，結合設計院對樓宇自控系統(tǒng)的設計內容要求，進行施工圖二次深化設計，提出詳盡的管線施工圖、系統(tǒng)結構圖、產(chǎn)品型號規(guī)格、設備材料數(shù)量、接線安裝圖、調試以及維護等技術文件，確保設備清單、監(jiān)控點表與施工圖三者完全一致。要把握樓宇自控工程的設計標準和系統(tǒng)的功能定位，從功能需求出發(fā)，反映工程的功能特點或某些功能設計亮點。經(jīng)常出現(xiàn)由于設計者對其他專業(yè)受控對象的工藝要求理解上的膚淺，甚至存在認識上的錯誤而導致的設計失誤使樓宇自控運行效果欠佳的事例屢屢發(fā)生，其中暖通空調系統(tǒng)占較大比重，下面結合設計中容易出現(xiàn)差錯的實際問題進行分析及控制。3.1針對工程地點進行設計由于我國幅員遼闊，南北氣候溫度等方面存在很大差異，在樓宇自控設計方面的選擇差別較大，在系統(tǒng)配置方面要注意區(qū)分。南方大多空氣溫度高且潮濕，要注重在除濕方面控制的考慮，北方空氣干燥，要注重在加濕方面控制的考慮。往往設計者依據(jù)常規(guī)進行設計，沒有結合我國各地氣候特點和地方要求進行分析研究及慎重確定，使設計方案選擇不當，結果不但對投資、運行、能源消耗起負面的影響，而且還危及人員的健康。3.2針對工程實際需求進行設計進行深化設計前要了解工程中被控設備的情況以及被控精度要求，根據(jù)實際情況進行系統(tǒng)設計。有些工程，尤其是政府出資興建的工程，業(yè)主方往往從業(yè)績方面考慮進行大而全的要求，工程商也出于為了多贏利的角度出發(fā)迎合業(yè)主需求擴大設計。但經(jīng)常由于設計不配套，在使用結果方面大打折扣，真正發(fā)揮作用的功能卻很少，性價比極低。在這種情況下，就要站在工程實際情況及需要的角度進行設計。3.3系統(tǒng)網(wǎng)絡構架設計在樓宇自控系統(tǒng)未招標選定設備前，設計院往往對樓宇控制網(wǎng)絡架構規(guī)劃設計不是很明確，DDC的布置比較隨意，只注重控制原理及點表，網(wǎng)絡架構形式、執(zhí)行標準、設備配置標準選用等方面的設計相對來講比較薄弱。目前，在樓宇各自動化控制系統(tǒng)中底層流行采用現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡，隨著工控計算機及網(wǎng)絡技術發(fā)展在建筑業(yè)廣泛普遍的應用，現(xiàn)場總線技術必將成為智能建筑領域主要的發(fā)展方向之一。3.4系統(tǒng)設備選型設計在滿足功能要求的基礎上，針對被控對象要求控制精度進行設備選型，這樣才能保證系統(tǒng)的性價比達到最佳，也不會造成因為設備選擇的失誤對使用造成影響。在設備選型中最主要的是電動水閥的選擇，包括特性選擇及口徑選擇。電動水閥的口徑?jīng)Q定了閥門的調節(jié)精度。常規(guī)設計中電動水閥口徑確定是根據(jù)被控設備管徑縮小一個級別進行的，水閥口徑選擇過大，不僅增大業(yè)主投資成本，而且使閥門基本行程變大導致閥門調節(jié)精度降低，達不到節(jié)能目的。水閥口徑選擇過小，往往會出現(xiàn)即使水閥全部打開時系統(tǒng)也難以達到設定溫度值，無法實現(xiàn)控制目標。根據(jù)在全國海關信息中心備份中心樓宇自控中的設計經(jīng)驗，對電動水閥型號的選擇可采用下述辦法進行。電動調節(jié)水閥的流量特性是指空調水流過閥門的相對流量與閥門的相對開度之間的函數(shù)關系，目前工程上常用的主要有直線流量特性、等百分比流量特性的電動水閥。等百分比流量特性水閥可調范圍相對較寬，比較適合具有自平衡能力的空調水系統(tǒng)，因此樓宇自控系統(tǒng)中大量應用的是等百分比流量特性的電動水閥。工程上我們常用的是通過計算電動閥門的流量系數(shù)Cv值來推導電動水閥口徑，因為流量系數(shù)和水閥口徑是成對應關系的，也就是說，流量系數(shù)定了，水閥口徑大小也就確定7°Cv值是當調節(jié)閥全開時，閥兩端的壓差AP為100KPa，流體重度r為1gf/cm3（即常溫水）時，每小時流經(jīng)調節(jié)閥的流量數(shù)，以m7h或T/h計。水閥流量系數(shù)Cv值可采用公式計算：Cv=Q/MP其中：Q為設備（空調/新風機組）的冷量/熱量；△P為調節(jié)閥門前后壓差比。理論上講，在不同的空調回路中，AP值是不同的，是一個動態(tài)變化的值，取值范圍一般在1?7之間。但由于在流量系數(shù)的計算過程中AP是開根號取值，所以對Cv計算影響并不是很大。因此，在工程設計中一般選AP值為4。然后用計算出來的流量系數(shù)Cv來選用與其相應口徑的調節(jié)水閥。4施工階段質量控制施工階段按施工工藝和相關的施工及驗收規(guī)范分階段進行施工，按質量保證體系進行質量控制。做好電管、線槽、電纜敷設及隱蔽工程的施工記錄和驗收。表現(xiàn)在了解現(xiàn)場樓宇自控系統(tǒng)工程的建設環(huán)境以及其他各專業(yè)的施工進度基礎上，按設計圖紙及施工規(guī)范進行施工。除了常規(guī)的工程施工質量管理外，對樓宇自控系統(tǒng)更應重點抓好以下幾個方面的質量控制。4.1圖紙會審與技術交底圖紙會審是樓宇自控系統(tǒng)施工重要的環(huán)節(jié)之一，通過圖紙會審可以發(fā)現(xiàn)本專業(yè)與其他專業(yè)圖紙有沖突的地方，及時進行調整。并通過技術交底將施工方法及施工要點傳授給直接進行施工的人員，保證施工要求的連續(xù)性，確保施工質量。4.2施工過程中接口方面樓宇自控系統(tǒng)與被控設備間的接口包括兩種，一種是將監(jiān)控信號采用干接點的方式接人DDC，另一種是采用通信接口點對點或總線的方式接入樓宇自控系統(tǒng)。干接點的方式實現(xiàn)起來比較簡單，也比較可靠，不足之處是采集的信息量比較少，采用通信接口的方式可以克服干接點的不足，但實現(xiàn)起來比較困難，受通信協(xié)議是否標準、廠家是否開放編碼表等因素的制約。4.2.1硬件接口的實現(xiàn)由于樓宇自控系統(tǒng)接口涉及到暖通空調、給排水、照明、變配電等多個專業(yè)，因此，在相關設備訂貨前即向業(yè)主提出接口要求并積極與各設備商探討接口的解決方案，避免資金的浪費，同時明確各方的責任及工作內容，避免出現(xiàn)問題時，互相扯皮，從而實現(xiàn)樓宇自控系統(tǒng)的完整性。下面就與配電控制箱的設計接口為例來說明。配電控制箱內設本地與遠程轉換開關和控制用隔離中間繼電器（無源或有源AC220V）,本地手動控制，遠程靠樓宇自控系統(tǒng)的DDC向配電控制裝置發(fā)出遙控啟/停信號，并接收配電控制箱返回的運行狀態(tài)、熱繼電器過負荷信號及本地/遠程控制轉換開關狀態(tài)信號。本地DDC的電源（AC220V）由配電控制箱提供，包括DDC有源控制和無源控制兩種方式，應該優(yōu)先選擇有源控制，因為有時配電控制回路并未設控制隔離變壓器，這樣無源控制觸點有可能直接接入AC220V回路，造成對其他控制線路的干擾。另一方面，樓宇自控系統(tǒng)的控制電源宜由自己提供，避免造成扯皮現(xiàn)象。以上這些需要在業(yè)主訂購配電控制箱之前提出來，便于廠家加工。但在系統(tǒng)實施過程中，經(jīng)常出現(xiàn)由于系統(tǒng)硬件接口的問題而導致系統(tǒng)的最終功能不夠完善，丟項、甩項等事情經(jīng)常發(fā)生。4.2.2軟件接口的實現(xiàn)樓宇自控系統(tǒng)與制冷機組、電梯、變配電、C-BUS照明控制等自帶控制裝置設備的接口現(xiàn)在基本上都是通過通信協(xié)議方式來實現(xiàn)的。在以上設備訂貨時要及時向業(yè)主提出書面的接口協(xié)議要求，以免造成協(xié)議間不能正常通信的后果。4.3設備安裝過程中的質量控制樓宇自控系統(tǒng)前端設備多為檢測信號設備，對安裝位置有著嚴格的要求。施工過程中一定要嚴格遵照設備安裝圖紙以及設備說明書要求進行安裝，并重點注意設備的可靠接地。在空調控制中，測溫點位置的選擇尤為重要，測溫點應該設在具有典型代表的位置。尤其是在大堂等公共部位溫度調節(jié)時，不能守舊的安裝在空調機組的送風管道上，而是要選擇具有代表性位置點進行測溫，這樣才能真正滿足業(yè)主的需求。如位置選擇不當，則達不到溫度調節(jié)的目的，同時也造成了能量的極大浪費。5調試及驗收階段質量控制樓宇自控系統(tǒng)在調試階段，要嚴格進行施工文檔檢查以及現(xiàn)場施工檢查，檢查合格后編制調試大綱，經(jīng)審查確認后才能進行加電調試。調試過程中要準確記錄測試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題及時處理并采取有效措施解決。驗收階段嚴格按照規(guī)范和調試大綱要求進行驗收，科學客觀的檢查驗收是保證樓宇自控系統(tǒng)成敗的關鍵。樓宇自控調試的難點在于閉環(huán)控制PID調節(jié)參數(shù)的選擇方面以及對空調控制參數(shù)的認識。調試過程中經(jīng)常出現(xiàn)對夏季、冬季及過渡季的認識深度不夠。空調系統(tǒng)所指的夏季、冬季及過渡季控制參數(shù)是按照夏季、冬季及過渡季三種狀態(tài)劃分的三種工況，對應相應的溫度、濕度或焓值等工作環(huán)境參數(shù)，如果僅僅按照夏季、冬季及過渡季的實際季節(jié)變化來簡單的理解，往往使得空調系統(tǒng)最終不能獲得理想的控制效果。在樓宇自控系統(tǒng)的調試過程中，遇到了這樣的情況，空調控制系統(tǒng)在運行過程中按照回風、新風的溫濕度與設定參數(shù)的差值，不停地改變著各臺空調機組電動調節(jié)閥的開啟度，也就是常說的“振蕩”情況，最終形成了冷熱水管總流量值處于不停的變化之中。為了解決閥門的振蕩問題，筆者在現(xiàn)場做了幾天的實驗，結合基礎控制理論，總結出解決的技術辦法。整個空調系統(tǒng)在運行中是存在著極其復雜的動態(tài)擾動的，外來的擾動使得空調系統(tǒng)原有的平衡被破壞。智能化系統(tǒng)發(fā)揮調節(jié)作用，讓系統(tǒng)重新建立新的平衡。在舊平衡轉入到新的平衡所經(jīng)歷的過程在自動控制系統(tǒng)中稱為“過渡過程”。如果這個“過渡過程”是振蕩不收斂的，那么被調節(jié)量始終會在設定值的上下波動，達不到新的平衡穩(wěn)態(tài)。這種振蕩是由于PID參數(shù)整定不好所造成的。因此，PID參數(shù)的選擇就變成了解決問題的關鍵。實際的舒適性空調系統(tǒng)是個大慣性系統(tǒng)，對控制精度要求也不是特別高，主要以人體感覺舒適為主。而控制精度越高，系統(tǒng)越容易引起振蕩。調節(jié)時間過短，也容易引起振蕩，過快的調整反而會產(chǎn)生反彈超調現(xiàn)象。所以，在現(xiàn)場的實驗過程中，筆者參照人體工程學的觀點，選擇5°C的固定偏差值，同時根據(jù)室內溫濕度與室外自然氣溫之間的差值作為設定值選擇的參照。略微放寬調節(jié)時間要求，選擇恰當?shù)牟蓸又芷诤涂刂坪瘮?shù)，使系統(tǒng)實現(xiàn)最小調整時間，快速趨于穩(wěn)態(tài)。采樣時間的選擇：采樣時間的選擇取決于被控空調機組的響應過程特性曲線。比例增益P參數(shù)和積分I參數(shù)確定：這兩個參數(shù)的選擇應根據(jù)每臺空調機組不同的動態(tài)特性（傳