楼宇自动化系统也叫建筑设备自动化系统(BuildingAutomationSystem简称BAS),是智能建筑不可缺少的一部分,其任务是对建筑物内的能源使用、环境、交通及安全设施进行监测、控制等,以提供一个既安全可靠,又节约能源,而且舒适宜人的工作或居住环境。
楼宇自动化系统的组成与基本功能
建筑设备自动化系统通常包括暖通空调、给排水、供配电、照明、电梯、消防、安全防范等子系统。根据我国行业标准,BAS又可分为设备运行管理与监控子系统和消防与安全防范子系统,如图所示。一般情况下,这两个子系统宜一同纳入BAS考虑,如将消防与安全防范子系统独立设置,也应与BAS监控中心建立通信联系以便灾情发生时,能够按照约定实现操作权转移,进行一体化的协调控制。
建筑设备自动化系统的基本功能可以归纳如下:
(1)自动监视并控制各种机电设备的起、停,显示或打印当前运转状态。
(2)自动检测、显示、打印各种机电设备的运行参数及其变化趋势或历史数据。
(3)根据外界条件、环境因素、负载变化情况自动调节各种设备,使之始终运行于最佳状态。
(4)监测并及时处理各种意外、突发事件。
(5)实现对大楼内各种机电设备的统一管理、协调控制。
(6)能源管理:水、电、气等的计量收费、实现能源管理自动化。
(7)设备管理:包括设备档案、设备运行报表和设备维修管理等。
楼宇自动化控制系统的原理
楼控系统采用的是基于现代控制理论的集散型计算机控制系统,也称分布式控制系统(Distributedcontrol systems简称DCS)。它的特征是“集中管理分散控制”,即用分布在现场被控设备处的微型计算机控制装置(DDC)完成被控设备的实时检测和控制任务,克服了计算机集中控制带来的危险性高度集中的不足和常规仪表控制功能单一的局限性。安装于中央控制室的中央管理计算机具有CRT显示、打印输出、丰富的软件管理和很强的数字通信功能,能完成集中操作、显示、报警、打印与优化控制等任务,避免了常规仪表控制分散后人机联系困难、无法统一管理的缺点,保证设备在最佳状态下运行。
以下介绍与分布控制系统相关的几个概念。
3.l 直接数字控制系统(DDC)
直接数字控制系统(Direct Digital Control简称DDC)如图2所示。计算机通过模拟量输入通道(AI)和开关量输入通道(DI)采集实时数据,然后按照一定的规律进行计算,最后发出控制信号,并通过模拟量输出通道(AO)和开关量输出通道(DO)直接控制生产过程。因此DDC系统是一个闭环控制系统,是计算机在工业生产过程中最普遍的一种应用方式。
DDC系统中的计算机直接承担控制任务,因而要求实时性好、可靠性高和适应性强。
3.1.1 直接数字控制系统的组成
直接数字控制系统主要由过程输入通道、过程控制计算机、过程输出通道三部分组成。
过程输入通道由模拟量输入和数字量输入两部分组成。模拟量输入通道由变送器、采样开关、放大器、A/D转换器和接口电路组成。其中变送器的作用是将非电量信号变换成标准电信号,可将温度、压力、流量变换成0-10mA或4-20mA的直流电信号,它是通过A/D转换器来实现的。-数字量输入通道由开关触点、光电耦合器和接口电路组成,反映生产过程的通/断状态的触点信号,经过光电耦合器和接口电路变换成数字信号送给计算机。
过程控制计算机直接承担运算和控制任务,首先通过过程输入通道采集被控对象的各种参数信号,再根据预定的控制规律(如PID)进行运算,然后向被控对象发出控制信号,再通过输出通道直接控制调节阀等执行机构。
过程输出通道由模拟量输出和数字量输出两部分组成。前者把计算机输出的数字控制信号转换成模拟电压或电流信号,再经过放大器去驱动调节阀等执行器实现对生产过程的控制。这一部分由接口电路、D/A转换器,放大器和执行器组成。后者把计算机输出的开关信号,经放大器去驱动电磁阀和继电器执行器,它由接口电器、光电耦合器、放大器和执行器组成。
3.1.2 直接数字控制系统的基本算法
按照偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控制,是连续系统中技术成熟、应用最为广泛的一种基本规律,将PID控制规律离散化并在计算机上实现,可以方便地利用已积累的成熟技术,而且可以在被控对象的数学模型或参数不很清楚的情况下,经过在线整定达到满意的效果。因此,将模拟调节规律离散化的数字PID算法,已被工业过程计算机控制系统普遍采用,成为DDC系统的基本算法。
数字PID控制算法,模拟量调节器的理想PID算式为
式中e(t)--偏差(设定值与实际输出值之差)
u(t)--控制量
Kp--比例放大系数
Ti一积分时间常数
Td--微分时间常数
写成传递函数形式
为了能在计算机上实现,必须将连续形式的微分方程化为离散形式的差分方程。设了为采样周期(与系统时间常数相比,T足够小),k为采样序号(k=0,1,2,……),可用矩形法计算而积以差分代替微分
式中e(k)--第k次采样所得偏差值
e(k-1)--第(k-1)次采样所得偏差值
u(k)--第k时刻的控制量
上式中的采样周期T越小(与系统时间常数比较而言),则被控过程与连续控制过程越接近,又称为“准连续控制”。
3.2 分布式控制系统的体系结构
分布式控制系统(Distributed Control Systems简称DCS)20世纪于70年代中期出现并迅速发展起来,它将计算机技术、控制技术、图形显示技术和通信技术汇集于一体,可对分散在现场的设备进行控制,又可方便地集中管理、操作,与以往的控制系统相比,既避免了单台计算机集中控制的不足,又克服了常规仪表人机交互困难的缺点。
分布式控制系统的多台微型计算机取代了集中控制系统的单台计算机,从体系结构上分散了危险性,提高了可靠性。其基本结构功能如图3所示,图中现场控制站、数据采集站、工程师站、操作员站、监控计算机和管理计算机通过数据通信网络被有机地结合起来,组成分级分布控制系统。
3.2.1 分布式控制系统的数据通信网络
数据通信网络是分布式控制系统的支柱。整个分布式控制系统的结构,实质上是一个网络结构,现场控制站、数据采集站、工程师站、操作员站、监控计算机等都是这个网络上的“节点”,都含有CPU和网络接口,它们都有自己特定的网络地址(节点号),可以通过网络发送和接收数据,网络中的各节点处于平等地位,既能共享资源,又不相互依赖,形成既有统一指挥,又使危险分散的功能结构,网络的架构区具有极大的伸缩性,可扩性很强,可以满足分布式控制系统扩充与升级的需要,十分灵活、方便。
(1)控制网络特点 分布式控制系统的通信网络不同于通用计算机网络,与一般的通信网络比较,它有如下特殊要求:①有高可靠性和安全性,要求传递的信息绝对准确、可靠,为此常采用冗余技术、后备措施和自诊断功能。如:控制站采用双CPU板,双I/0板等。②具有良好的实时性。③对环境适应性强。
(2)网络拓扑结构 建筑设备自动化系统常用的有总线网和环网,在两种结构中任意两节点通信可直接通过网络进行,各节点处于平等地位。
(3)网络通信协议 组成建筑设备自动化系统,必须有一种大家都能接受并且共同遵守的工作语言来实现相互之间的对话,这就是数据通信协议标准。
用于建筑自动化控制网络的BACnet协议由物理层、数据链路层、网络层和应用层组成,或相当于开放系统互联参考模型(OSI)的第一、二、三、七层协议
其中:ARCnet为令牌总线网,数据传输速率为2.5-20bit/s,有良好的实时性。MS/TP是一种主/从令牌传递数据链路层技术,允许使用EIA-485硬件。BACnet实现了不同生产厂家自控系统之间进行通信的技术,即从一个“岛”到另一个“岛”之间进行相互联系的技术。
3.2.2 现场总线技术的应用--分布式控制系统的进一步分散化
(1)现场总线概况 现场总线(Fieldbus)是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络。不同的现场总线遵循的协议不同,接口标准不同,各具特色。现场总线技术具有如下一些特点:①以数字信号取代4-20mA的模拟信号,极大地提高了信号转换的精度和可靠性,因此现场总线具有很高的性能价格比。②现场总线把处于设备现场的智能仪表(智能传感器、智能执行器)连成网络,使控制、报警、趋势分析等功能分散到现场仪表,使控制结构进一步分散化,导致控制系统体系结构的变化。③符合同一现场总线标准的不同厂家的仪表、装置可以联网,实现互操作,不同标准通过网关或路由器也可互联,现场总线控制系统是一个开放式系统。
(2)LonWorks技术
LonWorks是一种完全分布式控制的局部操作网(Local Operating Network-LON)技术。LonWorks网络节点由神经元芯片、收发器、固件和I/O接口电路组成。神经元芯片(Neuron chip)是这种智能节点的核心,它由媒体访问控制处理器、网络处理器和应用处理器组成,这就使得节点既能管理网络通信,又具有控制功能。Neuron芯片方块图。
芯片附有固件,该固件实现LonTalk通信协议和所有的任务调度。LonTalk协议遵循世界标准组织ISO提出的开放式互联参考模型OSI,具有完整的7层协议,管理网络节点的通信,分配节点地址,运行内含的冲突/检测回避算法,控制物理/电气的连接等。
Neuron芯片除了具有控制功能外,还带有媒体访问控制处理器和网络处理器,LonTalk协议固化在芯片的ROM中,使得LonWorks的微型节点无需中心结构的完全分布式控制模式,将控制功能分散到了现场级仪表。
LonWorks网络,可以采用多种通信媒体,如双绞线、电力线、同轴电缆、光缆、无线电、红外线,并且提供与上述多种媒体相适应的收发器,这使得同一网络中的信号可以在不同的媒体之间传输,因而可以根据需要组网,不同媒体之间以路由器进行连接。
LonMark是为了避免众多制造商以不同的含义来解释LonWorks技术,保证不同的产品能够方便地集成一起,以便构成一个真正开放的系统,而制定的一个行业标准。
(3)分布式控制系统的进一步分散化
传统的分布式控制系统在现场控制站这一级依然是一个集中式结构,而现在的分布式控制系统是在原有分布式控制系统的基础上,采用LonWorks现场总线的建筑设备自动化系统发展起来的新系统,标准LAN为原有的分布式控制系统,使用BACnet协议,以利于实现多种供应商的不同类型的子系统之间的通信信息交换,把具有控制功能的各个岛连成一个整体。新增的LonWorks现场总线使用LonTalk协议,把控制功能进一步分散到现场级仪表,标准LAN与现场总线之间的路由器相联。这样BACnet和LonMark两项标准互相补充,互为依托,构成一个完全分散的、真正开放的建筑设备自动化系统。安本可视对讲维修员。
楼宇的自控系统
传感器是自控系统中的首要设备,它直接与被测对象发生联系。它的作用使感受被测参数的变化,并发出与之相适应的信号。在选择传感器时一般有三个要求:高准确性、高稳定性、高灵敏度。
1. 温度传感器:
楼宇工程中应用的主要接触式温度传感器,如热电阻、热电偶、PTC硅感应器等,由于测温元件与被测介质需要进行充分的热交换,测量常伴有时间上的滞后。如Pt1000其在0℃时电阻为1000Ω,随着温度的升高电阻减小,灵敏度一般在3~4Ω/K,响应速度一般在15~30秒。
2. 压力传感器:常用的有电气式压力传感器,将被测压力的变化转换为电阻、电感等各种电气量的变化,从而实现压力的间接测量。常用的有压差开关、表压传感器、静压传感器等。
3. 流量传感器:常用的是电磁流量计,由法拉第电磁感应定律知,在磁场中运动并切割磁力线的导体中会有感应电动势产生,此感应电动势与流体的体积流量呈线性关系。如果是改造还可以采用超声波流量计,方便安装和维护。
4. 湿度传感器:用于测量室内空气相对湿度。
5. 液位传感器:用于控制水箱、水池等的上限、下限液位。
在自动控制系统中,它接受控制器输出的控制信号,并转换成直线位移或角位移,来改变调节阀的流通截面积,以控制流入或流出被控过程的物料或能量,从而实现过程参数的自动控制。
6. 风阀执行器:用于控制安装于新风、回风口的风阀,既可进行开关控制,也可进行开度控制。执行器设有万能夹具,可直接夹持在风阀的驱动轴上,设有手动复位钮,在故障时可手动调节。根据风管横截面的大小可选择不同钮矩的执行器。
7. 水管阀门执行器:与阀门配套使用,有开关式和调节式两种,开关式一般口径大,在冷热站中用于控制各系统工艺管道的开启和关闭、各种工况间的切换等;调节式主要用于控制流量,在空调机组中,根据控制器的温湿度设定值控制回水流量和蒸汽加湿的流量,使温湿度维持在设定值。 DDC是用于监视和控制系统中有关机电设备的控制器,它是一个完整的控制器,有应有的软硬件,能完成独立运行,不受到网络或其它控制器故障的影响。根据不同类型的监控点数提供符合控制要求和数量的控制器。每处DDC 具有10-15%点数的扩充或余量。
(1)控制器构成符合以下要求:
A) 以32位或16位微处理器的可编程DDC
B) 具有可脱离中央控制主机独立运行或联网运行能力
C) 具有电源模块
D) 具有通信模块
E) DDC 有在模板LED显示每个数字输入,输出点的实时变化状态。当外电断电时,DDC的后备电池可保证RAM中数据在60天不掉失。
F) 当外电重新供应时,在无需人工干预的情况下,DDC能自动恢复正常工作。
G) 当DDC存储的数据非正常丢失时,用户可通过现场标准串行数据接口和通过网络操作将数据重新写入DDC控制器。
H) DDC的操作程序与应用程序皆采用PPCL高级语言编写。
I) DDC程序的编写,修改既可在中央站上进行,也可通过便携机进行。
J) DDC在外电断时,同时后备电池丢失时,能存储其应有程序。
K) DDC的采集精度与传感器的精度相匹配。
L) 工作环境:温度0度到50度,相对湿度0-90%
M) 电源:AC220V, ±10%,50HZ。
2)DDC具备以下功能:
定时启停自适应启/停
自动幅度控制需求量预测控制
事件自动控制扫描程序控制与警报处理
趋势记录全面通信能力 最近几年,未来的楼宇被人们认为 将会是充满了各种各样的智能设备。楼宇控制网络中的传感器、执行器、阀门等都是智能的,楼宇 的基础设施能无缝隙的将数据网和控制网连接起来,形成整体的楼宇网络。 整体的楼宇网络将成为未来楼宇控制的典范。在九十年代中,人们逐渐对楼宇自控中信息的传 递形成了新的概念: 智能设备-传感器、执行器形成能自主的控制环境即智能的温度传感器、 电灯开关、窗帘、电梯按钮、读卡机等能混如一体的工作。 网络-新一代的智能设备能无缝隙的将各种网络如国际互联网、企业网 或楼宇的广域网、局域网等连接起来。 全球联网-随着网络、设备和系统的发展,用户能在世界上任何地方,任 何时间对智能楼宇网络上住何一点进行远程访问。 整体的楼宇网络概念已不再是一个对将来的期望,今天它正在发生中。提供智能设备、子系 统和系统的厂家正在如指数般的成长。这种推动力主要来自于业主们,他们对楼宇物业集成度的要 求越提越高,这也是合理的。因为在今天,楼宇自控子系统如门禁、闭路电视、电梯、空调暖通、保 安和消防中的智能产品都已问世了。 虽然这许许多多的智能产品正在导致楼宇子系统的逐渐更新,但真正的整体的楼宇网络系统 仍然少见。生产厂商们一方面表示他们全面向开放性系统靠拢,但另一方面又限制互操作性产品的 发展,因为他们惧怕一个标准网络通信协议和真正的开放性结构所带来的市场变化。大公司愿意维持现状是因为他们是既得利益者。许多大厂商们在他们的底层设备申采用了L0NWORKS技术,是因为 他们发现使用L0N WORKS平台这一经济有效的技术可以实现他们的封闭系统中的设备互通信息,但他们也只愿意做到这 个地步而已。在六十年代和七十年 代,计隽机行业中,的巨人们如:IBM,Burroughs,Control Data,Sperry,NCR,Honeywell垄断了计算机市场,他们的设备又大又封闭,价钱也非常昂贵。在七十和八十年代,出来了一批新的计算机公司如:DEC,Data Geheral,Tande和王安电脑,这些公司的电脑产品是比较分布的但他们仍然是昂贵的封闭式的主从系统。
在九十年代另一批计算机公司取代了行业的领导地位,他们是:Compaq,Dell,Gateway和 惠普。这些新公司能有如此成绩是因为他们的产品是全开放性的,性能价格比高,灵活性大。随着销 路的增加,厂家更能消减成本扩大市场从而获得更多的利润。 走向开发性 今天的楼宇自控行业与昨日的计算机行业有许多的相同之处。传统的楼宇控制系统也是封 闭式的,通常从一家公司购买并由他们安装。由于这种系统是主从式的控制结构,安装和维修成本都 较高且将来的增减、改造和维修都有一定的局限性。任何在子系统层上的集成都需要有昂贵的网 关硬件和专业人员专用的编辑程序来完成。 不幸的是不少的控制系统生产商并不愿意提供真正的开放平台。最终用户们要的是对等式的开放系统,不含那些昂贵的、独家的、封闭式的模板和中央控制器及相应的复杂布线、控制程序和维护。今天的控制设备厂商们希望用他们的昂贵的网关来做集成(达到互操作性),虽然这些网关可 以使子系统达到某一程度的互操作性,但网关限制了终端设备之间的通讯,并使整个系统复杂化了。 智能化的路由器可以解决上述弊病。路由器使通道之间透明,可从任何地方访问某通道上的某个终 端设备。路由器提高了系统的可靠性,为升级、改变和更换提供了足够的灵活性。这种路由器的工 作方式只是在网络中进行逻辑的隔离而非物理隔离。当我们这个控制行业采纳了真正的开放性系统时,业主和物业管理人员们才能享受到从不同 厂家产品中集成出一个楼宇管理系统的真正好处:自由选择最高性能价格比的产品、技术和服务;成 本也可以在产品的真正生命期中摊销完毕。开发、安装开放性的控制网络相关公司提供了开放性LONWORKS控制网络的系统级基本组成模块,这些系统模块主要是面 向OEM厂家的。产品是:开发工具、Lon Talk(通信协议) 、神经元芯片 、收发器 、网络接口 、网络操作系统 、网络管理软件 ,这些系列产品可以使OEM厂商直接获得LONWORKS网络的利益而无需重新开发开放性控制网络的技术核心,他们可以将他们宝贵的人力物力资源集中在开发控制设备和系统上,提高他们产品的附加值从而减低开发和生产的成本。提供给系统集成商的产品在完成一项高度分布、互操作性的控制方案时,系统集成商起了关键性的作用。为此,Eche 公司相应的对系统集成商们提供了一套Lon Point系统产品。这些产品使系统集成商们可以将不同生产商提供的L0NMARK产品集成在一起,完成 一个完整的控制解决方案。这种解决方案可以取代上面所说的中央控制器,将控制算法直接分布到 I/O设备上。
Echelon的Lon Point接口模块不但可以取代这些中央控制器,系统集成商们也可以用Lon Point将不具备神经元芯片和收发器的传统老设备连接到Lon Works网络上。LonPoint模块中的神 经元芯片可对传感器、执行器的信号进行直接处理。这些安装容易、编程简单的LonPoint模块与复 杂的中央控制器相比起来,无论在价格上或是接线工作和维修过程中都有很大的价格优势。Echelon的预见相关公司在楼宇自控领域的总之就是将市场推向基于LONMARK互才做性,开放式的全分 布网络控制系统。要做到这一步,就要求生产商们取缔那些独家性的中央控制器和网关,降低设备、 安装及生命周期的成本从而降低系统成本。有不少的生产商对“开放系统仍抱着怀疑态度。他们关心开放后,市场是否真能快速 成长。其实,他们多虑了。控制领域开放后,市场肯定会迅速扩张,那时生产者们才能真正达到薄利 多销的程度。LONWORK互操作协会和他的240多名成员们正致力于推广真正开放的楼宇自控市场。协会的成员们来自生产商、集成商和业主及最终用户们。协会的工作包括制定互操作性标准,对产品进行 认证,同时对市场做宣传和推广工作。企业的全面连网在建筑业中,随着企业的数据网和国际互联网的迅速发展,把企业的控制网连接上TCP/IP已 越来越迫切了。用路由器取代网关而将不同的通道连接起来,这种“隧道”路由器的工作原理将L0N WORKS信息打包在TCP/IP信息包内,送上TCP/IP网络。由于此类结构的系统是一个集成的网络,所有 的点都是透明连接的,使系统在安装、监测、诊断、维修都非常方便。也就是说:一个网络工具可以 在网上任何地点对网上的其他节点进行工作。
新一代的路由器可将四NW0RKS网络上的通道透明的、无缝隙的连接到以太网主干线的网络 上,也可直接连到有以太网插卡的计算机上。其结果是一个强有力而连贯如一的LONWORKS的楼宇自控系统,将楼宇物业管理软件系统与所有的智能节点连接起来。这种一体的网络结构大大减低系 统生命周期成本,更可以完成许多现在认为不可能的解决方案。为了实现这种IP(因特网协议)相连 方式的应用,相关公司正与CISCO公司紧密合作着,开发并推出适应这类市场需要的产品。 现在新一代的楼宇自控产品已经问市了,SIEMENS、Honeywell、Johnson、Hysine等公司也是在不断寻求技术的创新和突破。楼宇系统是真正开放的,需要业主、 设计师、集成商们共同向厂家们要求真正的开放又带互操作性的新产品。如果没有这种推动力的话 ,生产控制器的厂家们仍然会继续提供老产品。行业需要树立新的规范,制定 LONMARK互操作性,设计对等式平面的系统结构,使用不含网关和基于LNS平台的网络工具。
大楼的设施管理者们在为管理大楼环境的楼宇自控系统投入资金时必须考虑多个因素。成本通常是第一要素,但其它因素如系统可靠性、维护成本和能否提供现成的替换DDC等也不可忽略。从长远观点看,这些因素都会影响运行成本。
系统可靠性影响成本最明显的方式是,当需要更换网络中的DDC时,且如果DDC很容易失效时,更换成本将会提高。DDC的配置在整个系统的可靠性方面也起着至关重要的作用。在早些年的控制应用中,通常在接线允许范围内将大部分或全部任务分配到一个处理能力强的大型DDC中。这种做法常会将相互无关的功能分配至同一个通用控制器。这就意味着一旦该DDC失效,与此相关的所有功能也将丧失,从而影响多个设备正常工作。多个功能分配至一个大型DDC也意味着发现并修理故障是费时的过程,因系统配置无功能的逻辑分组,而且更换大型DDC的成本也比小型DDC为高。 基于上述因素,现今的做法已向更模块化方向发展,为克服使用大型 DDC的缺陷,出现了专用DDC(Application Specific DDC)的概念。即每台AS DDC 专用于某一逻辑相关的特定功能,如一台DDC专用于一台变风量终端箱,一台风机盘管,一个区域照明控制等等。这种一台DDC专注于一种特定功能即为模块化,且一旦故障,发现并修理故障将很容易。某一设备故障将立刻被发现并找到相应控制器,更换小型控制器也会更便宜。因其实现“单一”功能,一台大型多功能DDC实现多功能任务,一旦故障需要整个更换,这就是导致成本提高所在。
小型控制器并不意味着其能力弱于大型控制器,技术发展到今天,小型控制器具有与大型控制器相同的决策能力,其能力来自于固化在每台专用控制器上的软件(也称为固件)的更智能的控制策略。每台模块式控制器能够监测输入量并独立做出适当的控制输出到受控设备,即为智能化DDC,这种智能及不依赖系统服务器的决策能力对系统的可靠性至关重要。只要电源不中断,不依赖服务器而独立决策的DDC能够继续工作,确保设备的控制不受影响。即使服务器工作异常或网络通讯中断。
当考虑简单的设备诸如风机盘管和照明等,专用的一对一DDC是一理想的应用。许多厂商生产用于简单设备如VAV终端的控制器,但只有为数不多的厂商愿意生产较大型HVAC设备如冷水机及相关水泵、冷却塔的专用控制器。部分原因是相比大楼内所需的照明或风机盘管DDC数量而言,一对一应用会需要较多的实现冷水机组内不同控制功能的DDC,但数量较少,达不到一定数量自然意味着大型设备的专用DDC 很昂贵,因此许多冷水机组的控制依然是通用DDC(与 专用DDC相反)的领地。由系统集成商根据需要在现场编程实现控制。
此种做法的结果是成本依然较高,这并非对DDC厂商,而是对业主而言。专门编程的通用DDC并非模块化。直接的一对一更换有可能出问题,如果已完成的编程逻辑未做完整详细的文件记录,DDC失效的代价是昂贵的。因更换通用DDC将是一个恢复从前配置的复杂过程,其编程并未遵循特定标准而是集成商工程师根据情况编制,这意味着每个配置的系统可能是不同的。如果原来的系统集成工程师不再承担替换工作,遇到的问题将直接导致昂贵的修理费用。
专用 DDC将有所不同,由于更换简单直接且是模块化,因而是即插即用的做法。此外,如果新建系统选择了普遍应用的开放通讯协议,例如LonWorks网络,更换DDC甚至可以选择不同品牌从而节省成本,因业主可从中选择具有价格优势的产品。
缺乏大型设备的专用DDC的主要原因是未能深入研究不同设备组的模块划分。迈科智控UCP2484L采用的新颖的做法是根据逻辑功能分组划分模块,而不是分配给冷水机组的每套设备一台DDC。
每台冷水机须配备相应的水泵,这些设备逻辑上关联且按一定顺序操作。将这些设备分组,称为“每套冷水机组”,意味着模块化的确是可能的。具有该特点的DDC,迈科智控的UCP2484L采用该方式而成为专用DDC,该DDC控制每套冷水机组内的所有设备,包括冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔。
此处重要的是需注意逻辑分组是垂直而非水平的。也就是说,分组跨越了不同类型设备。相同类型设备的水平分组也可达到逻辑功能分组并专用的目的。但代价是牺牲了可靠性。因存在DDC失效的可能性,尽管作为工业用数字化产品这种可能性很低。设备水平分组意味着任意一个DDC失效后整个冷冻机房自动工作失效。例如,负责冷冻水泵操作的DDC失效时,所有冷水机组将无法开动,整个冷热源系统不能自动工作,故障率相当于冷冻机房所有监控冷水机组设备的DDC的总故障率。
从设备垂直分组可看出,任意一台迈科智控UCP2484L或一套机组内设备(如一台冷却塔)故障不会导致整个系统自动工作失效。而只会影响某一套机组。在所有带一台以上冷水机组的建筑物内,可在冷冻机房使用一台以上的迈科智控UCP2484L。另一种控制器UCL0882L是智能的群控控制器,它协调几台UCP2484L的操作并根据冷负荷需求量决定需开动的冷水机组台数。与天气逐渐变暖而按时间表启动各冷水机组,经常导致提供过多冷量的做法相反,此种控制极大地减少能耗,因冷水机组的耗电量占整个建筑物空调系统的50%以上。该控制法在新加坡管理大学冷水机组的控制中取得了显著的节能效果,其空调风系统为变风量系统。
该群控器DDC也能够顺序(按固定排序或运行小时)启动各冷水机组,以保证各机组磨损率基本相同,尽量减少机器故障及方便安排维护。然而,在现实中冷水机组的配置经常不会是一成不变的。这种时常存在的差别使得冷水机组专用DDC的概念变得困难。不同的情形很多,如:使用无冷却塔的风冷式机组、备用泵、二次泵及容量不同的冷水机等。以及在有些项目中,由于空间有限,冷却水泵与冷却塔一同置于屋顶、远离地下层的冷水机组等。还有的系统采用不带旁通阀的平衡管配置。
第二幅管线图取自实际工程配置,显示迈科智控控制器UCP2484L及UCL0882L也能够控制带不同容量冷水机组和二次泵的水系统(大容量机组及水泵标有字母”B”,而小容量者标有”S”,带相同号码的设备接至同一DDC)。该设计还应用了两台其它的专用DDC:迈科智控USP2484L,用于控制二次水泵组,一台控制大容量泵组,另一台控制小容量泵组。
即使对配置各异的冷冻水系统设计,该应用展示的灵活性也是实际和令人信服的,同时还保证了专用DDC的应用。随着当前的教育趋势集中于生物科技和信息技术,寻找具有必要的设备自控专业经验的暖通工程师已变得困难。因此,选择专用型的方式较从前更有意义。所有的智能控制策略写入DDC的固件中,让DDC处理控制并节省人力。
可以肯定的是,冷水机组控制正逐渐走向专用DDC的方向,因其给使用者带来的种种益处及可实现的成本节省。