Alerton楼宇自控系统在淮安涟水民用机场的应用

淮安涟水民用机场位于淮安市东北方向,涟水县陈师镇境内,距离淮安市中心22千米,距离涟水县城10千米。是国家“十一五”规划建设的重点支线机场。通航初期拟开通京、沪、蓉、广、深、昆、厦、沈等国内主要枢纽及城市航班,2010年10月1日前通航。机场工程建设内容有:飞行区跑道长2 400米、宽45米,垂直联络道长224米、宽23米;航站楼达到口岸开放条件建设,面积为14 600平方米;站坪长195米、宽110米、机位5个、航管楼和指挥塔台面积为2 000平方米。大楼的楼宇自动化系统(Building automation system)简称BA系统,采用了Alerton的楼控系统,它对楼内空调系统、排风系统、电/扶梯系统、登机桥、行李系统、公共区域照明系统实行监控,对高/低压变配电系统电力参数实行监视,极大地改善了大楼的办公环境,提高了工作效率和对设备的管理能力,并营造了一个舒适、安全、经济、高效和温馨的工作环境。

1 Alerton楼宇自动化系统技术特点及组成

Alerton楼宇自动化控制系统是美国HONEYWELL旗下的一个子品牌。美国Alerton公司成立于1980年,位于美国西雅图Redmond区。是世界上第一个使用BACnet标准通讯协议的楼宇自控系统生产厂商,它的BACtalk控制系统是一个基于以集散控制理论为基础,采用分布式计算机监控技术、计算机网络通信技术和模块化结构的设计,管理层采用了客户/服务器,基于Web架构的结构,可实现建筑物内不同系统间的数据交换和楼据共享。楼宇控制层采用了建筑自动化和控制网络TCP/IP BACNet通讯协议,具有高可靠性和全开放的特点,能集成遵循相同BACNet协议的不同品牌的楼宇自动化系统设备,在该层网络上,通过网关接口与MODBUS等不同通信协议的设备通讯,读取其开放式数据库,系统具有开放能力强,兼容性好,结构灵活、扩展方便、操作简单易学等特点,是楼宇自动化系统中很好的应用系统。

2 淮安机场BA系统网络架构

大楼内的Alerton楼宇自动化控制系统由中央管理站PC、全局网络控制器LTBT-BCMETHLTBT-BCMETH、DDC控制器和和现场设备等组成。如图1所示。中央管理工作站通过BACNET/Ethernet直接连接到LTBT-BCMETHLTBT-BCMETH全局网络控制器上,其数据传输速率为100 Mbps,并由LTBT BCMETHLTBT-BCMETH和18个DDC控制器、2个MODBUS网关组成的一条BACNet MS/TP RS485楼宇控制网络,其网络数据传输速率为38.4 kbps,网络总长约800米。MODBUS网关通讯速率为19.8 kbps。同时系统还支持灵活的拓扑结构,易于在网络中添加或减少设备,为对于机场航站楼这种拥有大量的数据通讯设备组网的实施和今后升级改造提供了最大的便利。面对面积大的机场其传输距离允许1 200米的最远端,通过中继可以扩展至4 800米,同时针对机场的结构在距离过于长、位置分散的被控设备配置中继设备,保障网络的通讯质量和稳定性,还为工程节约了通讯线的造价。在系统主机发生故障时,所有控制模块之间仍保持通讯和数据的交换,而倘若任何一个控制模块掉线,其余的全部现场控制器之间亦能保持直接通讯,从而保障系统不间断的可靠运行。

3 淮安机场楼宇自动化系统

目前Alerton楼宇自动化系统技术已成功地运用于淮安机场。整个系统采用分散控制、集中监视和管理,运行稳定,安全、可靠。

3.1 中央管理工作站

中央管理工作站由PC主机、键盘、鼠标、彩色液晶显示器及打印机等组成,是BA系统的核心。它以Windows XP系统平台支撑,运行Alerton的Envision for BACsoft楼宇自动化系统软件,负责对整个系统进行监控、数据存储、制表、打印、报警、事件记录等。Alerton楼控软件提供给操作人员下拉式操作菜单和彩色三维动态图形显示的监控画面,其人机友好的操作界面,使操作者无需掌握专业软件知识,即可通过鼠标和键盘操作管理整个楼宇自动化系统。

3.2 空调机组

(1)温度控制

大楼的空调系统由8台新回风组合式空调机组组成,供给楼内舒适的温度和足够的新鲜空气。由于空调机组均为二管制系统,冬天送热水,夏天送冷水,水阀的调节方式则要随冬夏供水不同而改变,其控制曲线如图2所示。在夏季工况时,当回风温度升高时,调节水阀开大;当回风温度降低时,调节水阀开小。在冬季工况时,当回风温度升高时,调节水阀关小;当回风温度降低时,调节水阀开大。使室温始终控制在设定值范围内。冬夏控制模式的自动切换,由空调总供水管上的水管温度测得,温度大于40°C时判定系统供热水,为冬季控制方式;小于15°C时判定系统供冷冻水,为夏季控制方式,实行自动冬夏模式切换。

各空调风机运行状态,由安装在风机两端的风压差开关,检测其实际风压,其好处能通过实际风压,真实地反映风机运行状态。而风机故障则通过风机过载继电器状态监测,产生风机故障报警信号。

(2)空调机组时间程序

众所周知,空调是大型建筑内最主要耗能设备之一,在满足室内环境的前提下,合理地控制空调的启停能够很大程度地节省能源。根据淮安涟水民用机场航班的特点,为航站楼内空调机组制定了一套科学合理的定时启停程序,实现了很好的节能效果。机场每天航班时间相对固定,夏季、冬季和过渡季的不同客流量,利用楼控系统内嵌的时间程序,机场工作人员可以在上位机中直接定制空调程序的启停时间。空调时间程序插件可以设置几个时段供用户使用,而每个时间段除了占用和费占用模式,还可以选择半开机模式。这一功能很好地用在冬季,当第一班飞机到达之前开启空调机组,为房间送热风,满足第一班飞机乘客需要,乘客中午离开航站楼后将空调进入半开机模式,直到下午第二班飞机到达前再开启空调机组,为第二班飞机客人服务,第二班飞机离开后航站楼内无人进入,此时可以彻底关闭空调机组。

(3)空调机组过滤器堵塞报警

空调机组在空调的新风和回风口处都设置了过滤装置,过滤段成为空调很重要的一个功能段。随着时间的积累,过滤装置也会发生堵塞,是空调系统中发生频率最高的问题之一,过滤器堵塞导致机组送风量减少,风机效率降低和电耗增加。可以看出,过滤器的脏堵,对机组的送风量影响很大,最终将导致航站楼内的新风得不到保证。所以在空调调试及运行过程中应在必要时清洗或更换堵塞的过滤器。航站楼空调机组中设置过滤网压差报警对过滤网两侧的压力进行监控使过滤网及时得到清洗和更换,保证了机组正常的运行。滤网阻塞报警,也是通过安装在过滤网两侧风压差开关,检测其风压差,并产生报警信号,提示清洗过滤网,提高过滤效率。压差开关设定值可在20~300 Pa可调,可根据实际滤网阻塞报警需求调整。空调机组联锁控制,主要有风机故障联锁风机启动,风机启动联锁电动水阀。

Alerton楼宇自动化系统软件功能较强,对各空调机组均有彩色三维图形显示和控制,并配有动画效果图,可直观显示不同监控对象的运行状态和报警信号,每一点报警信号均有历史记录,可以与动画效果图关联。在报警发生时,可按照对象的时间、设备名称等信息,将报警内容显示于报警窗口,同时给出声效报警提示和报警打印。

3.3 登机桥、行李转盘、电/扶梯监视

本方案对淮安涟水民用机场的3台登机桥、3台行李转盘、4台电梯、4台扶梯的运行状态、故障报警实行监控,不控制。本着安全可靠、经济适用的原则,此部分的监视信号全班采用硬接点的方式接入DDC模块。考虑到被监控的设备为强电设备,为避免被干扰和强电辐射,工程实施上采用单独敷设管线不与强电走线并行,并使用RVVP 2×1.0mm2的屏蔽电缆和可靠的接地,保证信号准确无误地传送。

3.4 送排风系统监控

淮安涟水民用机场航站楼规模庞大,虽然只有两层,但是南北跨度较大达到180多米,东西跨度也达到了60多米,而且航站楼内外机电设备数量众多较为分散,十多台空气风幕分布在一层几个主要进出口以及国内进出港行李分检厅处,送排风机分布在航站楼各个送排风机房。BA系统对空气风幕和送排风机通过人工远程启停操作,时间表启停控制,也可根据空气品质传感器检测有害物质浓度自动启停排风设备,将航站楼内外空气隔断,并根据实际需求实现航站楼内外空气交换,保持一个较舒适的空气环境。各组热风幕和送排风机运行状态和故障状态与空调机组一样,配有彩色三维图形显示和控制,配有动画效果,可直观显示不同监控对象的运行状态和报警信号。

3.5 高低压变配电系统监视

大楼的变配电系统,有2台10 kV高压配电柜、12台0.4 kV低压配电柜、2台1 000 kVA变压器。为及时了解变配电系统运行状况,对变配电系统的基本电力参数由BA中央管理工作站实施监视。高、低压系统基本电力参数的监视,均通过MODBUS网关通讯接口实施完成,可参见图3所示方式,在楼宇控制层的BACNet网络上,增加接口FLG-MODBUS网关设备,将MODBUS通讯协议转换为BACNet通讯协议,将高、低压电力参数和设备状态采集到楼宇控制网络中。

由于MODBUS网关通讯网络敷设必须去配电房高低压柜,易受高、低压系统高电压和强电磁场干扰,现场调试过程中,经常出现MODBUS网关通讯故障,无法采集数据。最有效的处理办法参见图3。在MODBUS设备正端D +与高电位V+端并接一只1 kΩ电阻,同样在MODBUS设备负端D-与低电位V-端也并接一只1 kΩ电阻,增加MODBUS通讯抗干扰能力。

高压变配电基本电力参数主要监测1#柜、2#柜的线电压、线电流、有功功率、无功功率、有功电度和频率。

低压变配电基本电力参数主要监测1#柜、2#柜的线电压、线电流、有功功率、无功功率、有功电度和频率,对2路进电开关盒母联开关的分合状态、跳闸故障报警进行监视,在中央图形管理工作站上用彩色三维图反映出实际低压柜状态,并配有低压开关回路实时分合状态的动画效果。

4 结束语

楼宇自动化控制系统是一个涉及面非常广泛的学科,除了在控制领域下功夫,能够在设计和调试过程中认真对建筑、设备等专业工艺进行研究也是十分重要的。根据被控设备的工艺流程制定出一套科学合理的控制方案,达到节能的效果,为建设资源节约型社会做出贡献。淮安涟水民用机场Alerton楼宇自动化系统在2010年9月调试完成,并交付使用。自投入运行以来,系统运行可靠,抗干扰能力强。无论在操作功能和图形操作界面上,还是在安全性和稳定性上都达到了预期的要求,能有效管理和自动控制建筑物内的机电设备,提高设备的利用率,优化设备的运行状态,延长设备的使用寿命,降低能源消耗和维护人员的劳动强度。Alerton楼宇自动化系统在舒适性大厦方面是一个高效实用和安全可靠的好系统。