Sistem de conducere centralizata BMS (Building Management System)
1. GENERALITATI In etapa actuala tinand cont de cerintele generale de gestionarea cat mai eficienta a energei, in cazul cladirilor cu dimesniuni mari se impune prevederea unui sistem de conducere centralizata (Building Management System). Sistemele BMS sunt implementate in general, in cladirile mari, cu instalatii si echipamente complexe, datorita necesitatii centralizarii informatiei si gestiunii sistemelor, pentru optimizarea functionala si energetica a acestora. Sistemele de conducere centralizata BMS pot integra toate sistemele (instalatiile din cladire): sistemele de climatizare si de producerea energiei termimce, sistemele de iluminat si de electricitate in general, sistemele de control acces si de antiefractie, sistemele de siguranta si de avertizare incendiu etc. Sistemul BMS se prevede cu doua calculatoare dispecer: - unul pentru sistemele speciale de siguranta: control acces, antiefractie, supraveghere incendii - unul pentru sistemele de HVAC (Heatin Ventilation Air Conditioning ) si Electrice Utilizarea unui sistem BMS are ca scopuri principale : • monitorizarea / urmarirea starii intregului sistem dintr-un singur punct al cladirii. Prin monitorizarea sistemului se intelege atat : vizualizarea cat si posibilitatea de a se da comenzi. • eficientizarea functionarii si maintenantei sistemelor integrate in BMS • realizarea unor importante economii de energie asigurand conditii de confort optime Prin monitorizarrealizarea ea sistemului se intelege vizualizarea cat si posibilitatea de a se da comenzi.
atat
:
Vizualizarea : - starilor de functionare pornit / oprit _ alarma defect pentru toate echipamentele conectate in reteaua de icomunicatie BMS . - valorilor instantanee ale parametrilor principali din instalatie (temperaturi, presiuni, curenti : Intensitati, tensiuni, puteri etc) - instantanee a prealarmelor si alarma prestabilite pentru diverse echipamente si parametrii (ex alarme: temperaturi minime protectie
antiinghte, temperaturi maxime limitare, presiune minima instalatie, presiune maxima, etc – ex prealarme: nivel colmatare filtre aer, nivel CO2, nivel presiune ulei chiller, etc.
Toate acestea asigura identificarea defectelor cu un efort minim si cu maxima eficienta permitand: - reducerea personalului de supraveghere si mentenanta - luarea unor decizii rapide si corecte (unele de tip preventiv), - eficientizarea interventiilor (reactii rapide, direct la echipamentul respectiv), imbunatatirea mentenantei prin posibilitatea programararii rationale a interventiilor Comenzi: - asigura posibilitatea realizarii si modificarii programelor orare / saptamanale / specifice pentru functionarea echipamentelor si instalatiilor -- informatiile primite (valori si stari) asigura realizarea unei baze de date, ce permite realizarea de grafice evolutive, cu urmarirea in timp a evolutiei diversilor parametrii, echipamente si instalatii (ex: informatiile primite de la centralele de masura electrice, permit monitorizarea consumurilor de nergie electrica si stabilirea de grafice de functionare, pot fi definite rapoarte si grafice on-line pentru orice valoare dorită: evolutia temperaturii (aer exterior, aer introdus,apa calda apa racita, etc), numarul orelor de functionare al diverselor echipamente (cazane, chillere, pompe, etc). - pe baza valorilor instantanee ale curentilor electric se pot realiza programe speciale de delestare / limitare a consumului pentru varfurile de sarcina, deconectand de la retea consumatorii mai putin importanti sau reducand treptele de consum (in cazul in care echipamentele permit acest lucru) - permite realizarea unei arhive de alarme, stocata in memoria calculatorului - permite transmiterea alarmei la o imprimanta matriciala, sau prin SMS la personalul de intretinere - pentru accesul la instalatie se poate stabili o anumita ierarhie, cu mai multe trepte de acces in functie de importanta personalului de exploatare (prin conexiunea la internet si utilizand unui dispozitiv specializat se permite accesul de la distanta - pentru orice persoana care detine o parola de acces valabila) Utilizand facilitatile de programare si comanda de la nivelul dispecerului central:
- se elimina factorul uman de interventie aleatoare prin actionarea manuala, locala de actionare pornit / oprit pentru echipamente si instalatii - se realizeaza functionarea in conditii de siguranta aechipamentelor si instalatiilor – la parametrii proiectati asigurand confortul optim necesar al persoanelor din cladire. - asigura realizarea de economii importante prin reducerea consumurilor de energie (determinat de automatizarea completa a operatiunilor de reglare automata, programare, optimizarea functionarii, etc) ;
2. ARHITECTURA de SISTEM si COMUNICATIE . Un sistem de conducere centralizata BMS trebuie sa aiba o structura modulara, care sa tina cont de conditiile de instalare si de functionare a echipamentelor existente administrate si sa permita si extinderi ulterioare ale retelei. (in functie de nevoile ulterioare de dezvoltare ale cladirii) . Orice arhitectura de sistem BMS se compune din trei nivele ierarhice, conform descrierii de mai jos, de la nivelul inferior la cel superior, dupa cum urmeaza: Nivelul 1. -Echipamente de culegere a datelor si echipamente de actionare (echipamente de camp) Nivelul 2. - Controlere de automatizare echipate cu interfete de comunicatie – utilizate pentru instalatiile HVAC, Electrice , Sanitare etc ( ex: centrale de ventilatie, centrale de firg, centrale termice, tablouri electrice, etc) Nivelul 3. - Post central de conducere a sistemului: dispecerul sistemului BMS Nivele ierarhice ale unui sistem de conducere centralizata BMS
In sistemul de conducere centralizata (BMS) fiecare echipament sau instalatie automatizata va putea functiona atat independent, controland local (echipamentul, instalatia) pentru care a fost prevazuta cat si conectat pe reteaua de comunicatie, la dispecerul central. Pentru integrarea intr-un sistem BMS este obligatoriu ca automatizare locale sa fie prevazute cu interfete de comunicatie.
controlerele
de
Se vor utilizarea controlere cu protocoale de comunicatie standardizate (ex. LON, BACnet, Modbus, etc) care asigura comparibilitatea cu softwareurile specifice ale tuturor fimrelor de automatizare. Utilizarea de protocoale specifice limiteaza posibilitatile de integrare si implica costuri suplimentare substantiale in cazul dezvoltarilor /integrarilor ulterioare. Utilizarea protocoalelor de comunicatie standardizate asigura posibilitatea integrarilor ulterioare pentru noile echipamente sau sisteme montate in etapele urmatoare. Comunicarea dintre controlerele locale ale diverselor sisteme (HVAC, SANITARE, ELECTRICE, etc), in sistemul de conducere centralizzata, se va face pe mai multe retele in functie de protocoalele de comunicatie utilizate (LON, MODbus, BACnet, etc) Structura retelelor va fi conforma cu standardele internationale ISO. Retelele vor fi optimizat astfel incat sa permita obtinerea unor viteze maxime de transmitere intr-o retea cu o structura oarecare si de dimensiuni considerabile.
RECOMANDARE: cablul pentru reteaua de bus este: J-Y(ST)Y 2x2x0,8. Acest tip de cablu se recomanda a fi utilizat intre toate controlerele, precum si intre acestea si dispecerul central
Sisteme ce urmeaza a fi monitorizate prin intermediul dispecerului central : -
HAVC (Centrale Tratare Aer, Centrala Termica, Centrale Producere Frig, Ventiloconvectori, Ventilatii) Sanitare (alimentare cu apa, grupuri de pompare, contorizari) Electrice (tablouri electrice, centrale de masura) Alte sisteme (lifturi, grup electrogen, etc )
3. CONTROLERE DE RETEA Pentru asigurarea sistemelor monitorizate si pentru asigurarea unor viteze de transmisie corespunzatoare se vor folosi controlere de retea prevazute cu modem telefonic integrat si displayuri de vizualizare (nr si zone de amplasare in functie de posibilitatile de integrare ale devicesurilor conectate in retea) Controlerele de retea vor functiona atat independent sau conectate la un calculator central. Utilizarea unei arhitecturi de retea ce utilizeaza controlere de retea asigura urmatoarele avantaje, fata de utilizarea routerelor: - asigurarea permanenta a unui back up al sistemului, prin programele introduse in memoriile locale - asigurarea unei sicronizari automate a bazei de date existente in aceste controlere de retea - viteze marite de transmitere a informatiilor (intre controlerele de retea si calculatorul dispecer legatura se face pe retea Ethernet cu viteze de transmisie de 10-100 MBs, fata de alte sisteme la care
conectarea controlerelor se face direct in calculatorul central prin intermediul unui router viteza de transmisie ajungand pana la maxim 78kBs) - Controlerele de retea interogheaza in mod automat, periodic controlerele locale conectate in retea. - Interogarea controlerelor de retea realizata de dispecerul central se face cu viteze marite (pe Bacnet) - posibilitatea conectarii de la distanta direct la controlerele de retea – prin modemul telefonic sau prin reteaua TCP/IP Controlerele de retea vor fi prevazute cu mai multe porturi de comunicatie pentru nivelele inferioare si cu un port pentru nivelul superior . Comunicatia cu nivelele inferioare (regulatoarele locale ale diverselor echipamente si sisteme din cladire ce trebuiesc monitorizate) poate fi realizata prin protocoale: TCI, LON, MODbus. Comunicatia cu un nivel superior (calculator dispecer, prevazut cu programe software specializate) se realizeaza prin protocolul standardizat BACnet/ IP sau Ethernet. Controlerele de retea pot fi prevazut cu un display cu cristale lichide si modem telefonic. Cu ajutorul displayului se pot vizualiza si modifica parametrii din instalatie, iar prin intermediul modemului telefonic se permite accesul rapid, de la distanta Controlerele de retea vor permite supravegherea mai multor instalatii, numarul acestora variind in functie de producator, de tipul de protocol de comunicatie (Comm3, Comm4 sau LON) utilizat in sistemele conectate. Pentru fiecare controler de retea se realizeaza programarea specifica, tinand cont de fiecare din sistemele integrate.
4. POST CENTRAL DE CONDUCERE CENTRALIZATA A CLADIRII (Dispecer central) Dispecerul central al cladirii constă dintr-o unitate de control al clădirii: o staţie de lucru PC cu program software specializat pentru urmarirea sistemelor HVAC si electrice Operatorul clădirii foloseşte fie o staţie de lucru PC dintr-o reţea locală (LAN) Ethernet sau ARCNET, fie dintr-o reţea compatibilă cu protocol de control al transmisiei / protocol internet (TCP/IP). Se poate folosi un modem pentru accesarea de la distanţă şi pentru comunicaţia cu sistemul. Acest sistem de conducere centralizata va fi compatibil cu sistemele de control produse eventual de mai multe companii, avand insa la baza protocoale standardizate deschise (Lon, BACnet, Modbus).
Programul software specializat trebuie sa transforme cerinţele complexe în operaţiuni simple, unitare şi fiabile. El poate controla orice tip de echipament HVAC, dar conferă avantajele suplimentare ale unui sistem Integrated Comfort™ când este conectat la un echipament trane HVAC. Mai mult, softwareul va putea fi interconectat si cu alte sisteme ale clădirii, cum ar fi sistemele de averizare împotriva incendiilor, sisteme de control al evacuării noxelor, etc prin semnalele puse la dispozitie de acestea. Programul realizat pentru staţiile de lucru PC este program intuitiv şi uşor de folosit. Monitorizarea interactiva este realizata in timpi reali De la calculatorul dispecer central, operatorul va avea acces la toate marimile, va putea realiza modificarea valorii temperaturilor, modificarea programelor de functionare orara, curbele de temperatura dupa care se doreste a functiona instalatiilor, etc. Toate aceste operatii se vor realiza usor, fara a necesita cunostinte de informatica, ci numai cunoasterea instalatiilor propriu-zise. Prin acest sistem toate operaţiile zilnice se pot efectua dintr-un singur loc…..printr-un simplu click: • • • • • • • • • •
Schimbarea setpointului / punctului de functionare al instalatiei Vizualizarea alarmelor şi a jurnalului de evenimente aparute in sistem Gasirea solutiilor pentru alarmele si problemele tehnice aparute Comanda prioritara / suprascrierea programelor, simplu si rapid Schimbarea orelor de functionare din programele de timp zilnice Administrarea sistemelor HVAC si Electrice integrate Arhivarea datelor inregistrate Trasarea de curbe grafice Monitorizarea consumurilor energetice Stabilirea de programme de delestare pentru reducerea consumurilor
4.1. CALCULATOR DISPECER (STATIA DE LUCRU) Calculatorul dispecer va fi echipat corespunzator din punct de vedere hardware si software. Hardware Urmatoarele componenet vor fi instalate in camera dispecerului: 1. Calculatorul personal: Unitatea centrală de procesare va fi cel puţin un procesor Intel Pentium şi va funcţiona la cel puţin 1,5 GHz, min.512 megabiţi de RAM, inscriptor de CD 32X , DVD ROM, hard disk 100 GB, timp de acces minim de 8 milisecunde, porturi seriale,
paralele, de comunicare în reţea necesare şi toate cablurile pentru funcţionarea corespunzătoare a sistemului. • tastatura si maus optic cu două butoane • monitor LCD 17" , cu o placă grafică corespunză toare. • Imprim anta de alarme – matriciala, format A4 2. Modem: modemuri telefonic cu formare automată a numărului + cablurile respective de conectare. Viteza de transmisie 56 kBPS, va comunica prin linii telefonice cu frecvenţă vocală (PSTN). 3. BACnet™: Staţii de lucru (controlere de retea) vor fi compatibile cu modulele interoperabile BACnet™ (BIBBS) pentru servicii de citire (iniţiere) şi scriere (executare). Software Urmatoarele programe vor fi instalate pe calculatorul dispecer: 1. Sisteme de operare acceptate sunt: minim Microsoft® Windows XP Professional. 2. Licenţa software specializata (exemplu: TRACER SUMMIT) pentru staţia de lucru Licenţa va fi: • unică pentru fiecare staţie de lucru PC din reţea • independentă de numărul de puncte din sistem. Orice extinderi ulterioare ale sistemului vor fi usor de integrat, fara a necesita suplimentari ale licentei de software Softwareul specializat va fi furnizat cu o librărie grafică standardizata, de o mare complexitate, usor de folosit de catre oricare utilizator (manager, proprietare, personal de intretinere). Simpla reprezentare a informaţiei grafice permite operaţii mai uşoare şi ajută utilizatorii să ia decizii corecte, bine informate în legătura cu optimizarea propriului sistem. In plus faţă de librăria grafică extensivă, va include, de asemenea, toate funcţiile standard ale unei conduceri centralizate si anume: - Controlul alarmelor - Programari orare - Vizualizarea Zonelor (stari si parametrii)
-
Arhivarea datelor Schimbarea datei Suprareglari manuale Editor pentru crearea sau modificarea graficii
Grafica: Aplicaţia software a operatorului va fi orientată grafic, permitand afişarea a minimum 10 ecrane grafice simultan pentru compararea şi monitorizarea stării sistemului. Permite operatorului o metodă de a trece uşor de la un afişaj grafic la altul şi de a modifica dimensiunea şi amplasarea acestora pe ecran. Elementele grafice ale sistemului vor putea fi modificate online sau offline. Un operator cu un nivel de parolă adecvat va putea adăuga, şterge sau modifica punctele dinamice pe un grafic. Punctele dinamice vor include valori analogice şi binare, text dinamic, text static şi fişiere de animaţie. Elementele grafice vor putea indica animaţia echipamentului. Elementele grafice vor putea să lanseze alte aplicaţii ale calculatorului. Următoarele elemente pot fi incluse în grafică: • Orice informaţii disponibile în sistem sub formă de date numerice sau text • Valori analogice care pot schimba culorile pe baza devierii de la o valoare dorită • Text static definit de utilizator, într-o mare varietate de caractere şi culori • Animaţie, folosind imagini binare, fişiere animate GIF sau video (AVI) • Text hyperlink şi imagini care pot fi adăugate pentru deplasarea între elementele grafice • Imagini grafice multiple care corespund formatelor standard JPEG, GIF, BMP, pe lângă biblioteca de imagini a echipamentului HVAC, inclusă în pachetul de program Tracer Summit • Reprezentări grafice al tendinţelor istorice sau valori în timp real • Comenzi ale utilizatorului, printre care butoane, casete, liste şi câmpuri 4.2. FUNCTII ALE PROGRAMULUI SOFTWARE UTILIZAT PENTRU CONDUCEREA CENTRALIZATA 1. Salvarea şi actualizarea automată a bazei de date a sistemului. Baza de date va fi actualizată ori de câte ori este făcută o modificare. Stocarea acestor date se va face automat şi nu va necesita intervenţia operatorului. 2. Salvarea şi actualizarea manuală a bazei de date. Un operator al sistemului cu o autorizaţie de parolă corespunzătoare va putea să arhiveze baza de date di orice controler al sistemului şi să o stocheze pe un mediu de stocare.
3. Configurarea sistemului. Aplicaţia software a sistemului va oferi o metodă grafică de configurare a sistemului. Utilizatorul cu o autorizaţie de securitate corespunzătoare va putea să adauge / elimine / editeze dispozitive. 4. Asistenţa şi instruirea online. Oferă un sistem de asistenţă contextual online care îl ajut pe operator în operarea şi editarea sistemului. Asistenţa online va fi disponibilă pentru toate aplicaţiile şi va oferi date relevante pentru acel ecran. Informaţii suplimentare de asistenţă vor fi disponibile prin utilizarea hipertextului. Oferă un disc compact interactiv cu instrucţiuni care va funcţiona drept instruire/asistenţă online pentru operatorul sistemului.(CD Tutorial)
5. Securitate – Parole de acces Fiecare operator va trebui să deschidă sesiunea în sistem cu un nume de utilizator şi o parolă pentru a vizualiza, edita, adăuga sau şterge date. Accesul unui grup de utilizatori la o aplicatie din sistem poate fi definita prin diverse autorizari, destinate unei functii importante din aplicatie. Parola de acces pentru fiecare grup de utilizator permite printre alte autorizari si autorizarea de a porni si de a opri o anume aplicatie. Administratorul de sistem va putea stabili parolele şi nivelele de securitate pentru toţi ceilalţi operatori.. 6. Diagnosticul de sistem. Sistemul va monitoriza automat unitatile de control de retea tip BCU şi controlerele, inclusiv starea de comunicare a acestora. Eroarea unui dispozitiv va fi anunţată operatorului. 7. Procesarea alarmelor. Orice obiect din sistem poate fi configurat pentru a alarma şi dezalarma în cazul oricărei devieri de la starea normală. Operatorul va putea configura limitele alarmei, limitele de avertizare, stările şi reacţiile fiecărui obiect din sistem. a) Reacţii la alarmă. Operatorul va putea să stabilească ce acţiuni, dacă există, vor trebui efectuate, de către fiecare obiect (sau punct), în timpul unei alarme. Acţiunile vor include logarea, tipărirea, iniţierea programelor, afişarea mesajelor, apelarea staţiilor la distanţă, chemarea, redirecţionarea către o adresă de e-mail, oferirea unui anunţ audibil sau afişarea anumitor elemente grafice ale sistemului b) Alarme binare. Fiecare obiect binar va fi setat să alarmeze în funcţie de statutul specificat de operator (stare : functionare / defect). Oferă capacitatea de a dezactiva alarmarea atunci când echipamentul asociat este oprit sau reparat. c) Alarme analogice. Fiecare obiect analogic (ex. Senzor de temperatura, presiune) va avea atât limite maxime cât şi minime de alarmare şi avertizare. Alarmarea trebuie să poată fi dezactivată automat şi manual.
8. Jurnale de tendinţă (Grafice) . Operatorul va putea defini două tipuri de tendinţe: Curbe grafice dinamice . Un număr nelimitat de ferestre grafice de tendinţe dinamice pot fi afişate simultan. Poate fi afişată tendinţa a maximum patru puncte de date de sistem, pe fereastră. Punctele de date de tendinţă pot reprezenta un mixaj de orice tip (analog, binar). Perioada de eşantionare este selectabilă în funcţie de utilizator pentru fiecare tendinţă dinamică cu o valoare minimă de zece secunde. Configuraţia tendinţei grafice dinamice poate fi salvată pentru o utilizare viitoare. Tipul diagramei (bare, linii) poate fi selectat. Curbe grafice cronologice: Un număr nelimitat de ferestre grafice de tendinţe cronologice poate fi afişat simultan. Poate fi afişată tendinţa a maximum douăsprezece puncte de date de sistem pe fereastră. Punctele de date de tendinţă pot reprezenta un mixaj de orice tip (analog, binar). Perioada de eşantionare este selectabilă în funcţie de utilizator pentru fiecare tendinţă dinamică cu o valoare minimă de un minut. Configuraţia tendinţei grafice cronologice poate fi salvată pentru o utilizare viitoare. Definiţia tendinţelor include intervalul, momentul de început şi momentul de oprire. Vor fi selectate intervale de tendinţă de 1, 5, 15, 30 şi 60 de minute precum şi o dată pe schimb (8 ore), o dată pe zi, o dată pe săptămână şi o dată pe lună. Operatorul de sistem cu o parolă corespunzătoare va putea să stabilească câte eşantioane sunt stocate în fiecare tendinţă. Datele de tendinţă pot fi de asemenea stocate şi exportate în format ASCII delimitat prin tabulatori pentru a fi folosite cu alte pachete de procesare a textului şi foi de calcul standard în domeniu. Tipul diagramei (bare, linii) poate fi selectat.
9. Jurnal de alarme şi evenimente. Operatorul va putea să vizualizeze toate alarmele şi evenimentele sistemului din jurnal din orice locaţie a sistemului. Operatorul va putea să sorteze şi să filtreze cu uşurinţă alarmele precum şi să exporte datele jurnalului de evenimente către aplicaţii externe. Evenimentele vor fi listate cronologic. Un operator cu un nivel de acces corespunzător poate lua la cunoştinţă şi şterge alarmele. Toate cele care nu au fost şterse de operator vor fi arhivate pe hardwareul staţiei de lucru. 10. Obiecte şi setarea proprietăţilor. Sistemul va oferi o metodă prin care operatorul cu un nivel de acces corespunzător va seta orice obiect din sistem. Setarea va fi disponibilă din meniu sau din elementele grafice. 11. Sincronizarea ceasului. Ceasurile în timp real din toate panourile de control şi staţiile de lucru ale clădirii vor fi sincronizate la comanda operatorului. Sistemul va putea sincroniza automat toate ceasurile sistemului, zilnic de la orice dispozitiv din sistem desemnat de operator. Va regla automat ora de vară precum şi ora standard, după caz.
12. Rapoarte şi jurnale. Oferă un pachet de raportare care permite operatorului să selecteze, modifice sau să creeze rapoarte. Fiecare raport va fi definit în funcţie de conţinutul de date, format. Datele din raport vor fi arhivate pe hard disk pentru raportarea cronologică. Rapoartele vor fi marcate în funcţie de oră şi dată şi vor conţine un titlu al raportului şi denumirea unităţii. Sistemul va permite definirea şablonului de raport care poate fi folosit pentru generarea rapoartelor. Rapoartele şi jurnalele vor fi stocate pe hard disk-ul calculatorului într-un format uşor accesibil din orice alte aplicaţii software standard inclusiv foi de calcul şi text. Rapoartele şi jurnalele vor fi uşor de tipărit pe orice imprimantă. Rapoartele pot fi programate: planificate în funcţie de zi, zi a săptămânii, zi a lunii/anului.
A. MONITORIZAREA SISTEMELOR HVAC 1. CARACTERISTICI SPECIFICE PENTRU SISTEMUL HVAC In corpurile de cladire realizate se vor monitoriza urmatoarele sisteme HVAC: - Centrale de Tratare a Aerului - Ventiloconvectori - Centrale de producere a apei racite - Centrala termica - Ventilatii Pentru noile echipamente ce urmeaza sa fie montate la Tomis Mall se propune realizarea unui sistem de conducere centralizata, care va permite asigurarea unei functionari optime cu consumuri reduse de energie electrica.
Pentru aceasta fiecare sistem va fi prevazut cu controlere locale de automatizare, specializate, cu interfete de comunicatie pentru integrarea in sistemul de conducere centralizata a cladirii. In acest sistem BMS nou propus vor putea fi integrat si alte echipamente / sisteme prevazute cu controlere sau interfete de comunicatie standardizate LON, Modbus RTU, BACnet.
2.1
Centralele de tratare a aerului
Centralele de tratare a aerului au fost prevazute cu toate echipamentele de camp necesare (senzori de temperatura, presostate diferentiale, servomotoare de clapete, vane si servomotoare de vane) si controlere locale ce permit automatizarea locala, pe baza unor programe specifice, ce tin cont de structura fiecarei centrale in parte. Echipamentele de automatizare de camp au fost alese pe baza datelor tehnice aferente fiecarei Centrale de Tratae a Aerului iar controlerele de automatizare alese sunt de tip liber programabil, prevazute cu interfete de comunicatie standardizata LON, permitand conectarea intr-o retea de comunicatie pentru BMS Local pentru vizualizarea parametrilor este prevazut cate un dispozitiv special, tip ecran tactil, ce se afla montat pe usa tabloului electric, aferent centralei de tratare a aerului respective Toate datele din controler pot fi vizualizate atat local (pe displayul LCD) cat si transmise si monitorizate (vizualizare si comanda) de la dispecerul central al cladirii Informatiile monitorizate sunt urmatoarele: Temperaturi: - temperatura aerului proaspat (exterior) – in functie de care se stabileste nivelul de temperatura din incapere in functie de regim vara / iarna - temperatura aerului introdus in incapere – pentru limitare inferioara sau superioara - temperatura aerului evacuat din incapere - pentru functia de reglaj
- temperatura aerului evacuat dupa recuperatorul de caldura – pentru asigurarea protectiei la inghet a recuperatorului cu placi - temperatura aer amestec - monitorizare - temperatura agentului termic la iesirea din bateria de incalzire pentru monitorizare eficienta baterie si asigurare suplimentara antiinghet a bateriei de incalzire Calitate aer : - calitate aer evacuat din incapere – pentru reglaj aport aer proaspat
Presiune aer : - presiune aer tubulatura introducere – pt comanda convertizor de frecventa ventilator introducere - presiune aer tubulatura evacuare – pt comanda convertizor de frecventa ventilator evacuare Stari de functionare si alarme : - stare functionare generala CTA (pornit – oprit local) - stare functionare generala CTA (pornit – oprit din BMS) - stare filtru aer proaspat (normal _colmatat) : alarma - stare filtru aer amestec (normal _ colmatat) : alarma - pericol inghet baterie incalzire : alarma - stare ventilator introducere : declansare suprasarcina – alarma - stare ventilator evacuare : declansare suprasarcina – alarma - stare usa acces ventilator introducere : inchis – deschis - stare usa ventilator evacuare : inchis - deschis - stare pompa de circulatie baterie incalzire : functionare : pornit _ oprit - stare pompa de circulatie baterie incalzire : avarie : normal _ alarma - stare pompa de circulatie baterie racire : functionare : pornit _ oprit - stare pompa de circulatie baterie racire : favarie : normal_alarma - reset general CTA - semnal avertizare incendiu (primit de la sistemul de detectie antiincendiu - determina oprirea centralei) Comenzi de actionare : - actionare ventilator de introducere (comanda pornit _oprit) - actionare ventilator de evacuare (comanda pornit _ oprit) - actionare pompa de circulatie baterie incalzire ( comanda pornit _ oprit) - actionare pompa de circulatie baterie racire ( comanda pornit _ oprit) - actionare continua servomotoare clapete de aer : aer proaspat / aer evacuat / aer recirculat / by-pass recuperator cu placi): actionare continua 0-10V - actionare continua servomotoare vane de reglaj agent termic baterie de incalzire si respectiv de racire : actionare continua 0-10V
2.2
Ventiloconvectori
Ca unitati terminale, pentru realizarea climatului local se utilizeaza ventiloconvectori cu 4 tevi, cu baterii separate pentru incalzire si respectiv racire. Acest tip de ventiloconvector (cu 4 tevi) permite ca in functie de zonele de amplasare, in perioadele intermediare (primavara / toamna) unele sa functioneze in regim de incalzire (in cazul incaperilor umbrite, orientate spre Nord) iar altele sa
functioneze in regim de racire (in cazul incaperilor mai insorite, in care efectul de sera este mai pregnant) Pentru automatizarea ventiloconvectorilor se utilizeaza varianta controlerelor de automatizare cu comunicatie LON ce permit integrarea intr-un sistem BMS, cu posibilitatea de transmitere de date la nivelul unui dispecer central. Utilizarea controlerelor de automatizare speciale pentru ventiloconvectori ofera urmatoarele avantaje: Flexibilitate : programareai fiecarui ventiloconvector in conformitate cu cerintele Individuale ale fiecarei incaperi ● programarea mai multor regimuri de temperatura (redus/normal) ● trecerea in regimul de temperatura redus la parasirea incaperii sau pe baza de program orar ● posibilitatea supravegherii si realizarea comenzilor de la dispecerul central (nivelele de temperatura, gradul de ocupare, trepta de viteza a ventiloconvectorului din fiecare incapere) Economii de energie : ● programarea orara, saptamanala, etc permite (prin reducerea nivelului de temperatura) realizarea de economii importante Ventiloconvectoarele sunt echipate cu toate accesoriile necesare, specifice pentru transmiterea de date: controllere cu posibilitati de comunicatie LON. Pentru a da posibilitatea unui reglaj calitativ local, in functie de dorinta utilizatorilor zonei respective s-au prevazut si unitati de camera pentru controlul local (cu afisaj LCD). Acestea permit stabilirea in +/- 3 grdC fata de setpointul de temperatura prestabilit la nivelul dispecerului central. Deasemenea permit si oprirea sau trecerea in regim manual / automat a treptelor de ventilator si stabilirea unui regim de functionare (economic sau normal) Prin programul orar / zilnic / saptamanal se pot stabil regimurile de functionare dorite : - regim normal = confort in perioadele de ocupare - regim redus = economic in perioadele in care incaperile un sunt folosite. Unitatea de camera locala permite si o suprascriere temporara a programului prestabilit pentru gradul de ocupare astfel incat in cazul in care incaperea este in regim de neocupat si totusi persdonalul trebuie sa lucreze in continuare, prin simpla apasare a unui buton (grad de ocupare) se revine pentru o perioada la regimul initial, normal de confort. Timpul pentru care se realizeaza aceasta revenire se stabileste – in conformitate cu dorinta beneficiarului – in programul din dispecerul central.
Informatiile monitorizate sunt urmatoarele: de temperatura stabilit (Ocupat / Neocupat) ;
- temperatura ambianta din incapere - posibilitati de regalaj local +/- 3grdC fata de setpointul - grad de ocupare camera
- comanda trepte ventilator (I-II-III) - functionare ventiloconvector (oprit – manual – auto) Ca informatii suplimentare cititie la dispecerul central , in cazul utilizarii echipamentelor suplimentare pot fi monitorizate : temperatura de aspiratie si refulare a aerului in / din ventiloconvector temperatura agentului termic (incazul ventiloconvectorilor cu 2 tevi)
- mod de functionare incalzire / racire (comanda vana cald / vana rece) - fereastra inchisa / deschisa (in cazul conectarii la un contact de fereastra) - regim de functionare normal / redus - diagnoze (alarme aparute la ventiloconvector) Indiferent de suprascrierile locale (comenzile locale) pe baza unui program orar prestabilit se poate realiza trecerea in regimul redus (de incalzire / racire) permitand realizarea de economii de energie. In incaperile cu mai multi ventiloconvectori, prin realizarea unei configurari speciale master - slave a controlerelor ZN, vor putea fi actionate simultan mai multe ventiloconvectoare de la o singura unitate de camera. Nu sunt necesare echipamente suplimentare !
Toate datele pot fi vizualizate atat local cat si transmise si monitorizate (vizualizare si comanda) de la dispecerul central al cladirii
2.3 Centrala de frig In centrala de frig se vor monta 2 chillere pentru producerea apei racite si pompele de circulatie: circulatie agent termic prin chiller si circulatie apa racita catre consumatori (pompa circuit ventiloconvectoare, pompa circuite baterii de racire CTA) Chillerele fac parte din categoria celor mai scumpe echipamente termomecanice cu care sunt prevazute cladirile; fiind in acelasi timp si cei mai mari consumatori de nergie electrica. Tinand cont de aceste doua caracteristic principale este esential si in interesul beneficiarului ca durata de viata a echipamentului sa fie cat mai mare, iar consumurile energetice sa fie reduse cat mai mult posibil. Aceste doua motive principale, simple (durata de viata si consumul de energie electrica) trebuie sa stea la baza principiilor de automatizare a centralelor de frig. Pentru centrala de frig se recomanda instalarea unui sistem de automatizare bazat pe un program de aplicatie specializat denumit CPC – Chiller Plant Control (modul al softului Tracer Summit) Programul de aplicatie CPC se introduce intr-un controler specializat denumit BMTX, prevazut cu un display cu afisaj LCD si un modem telefonic integrat . Pentru realizarea cascadei de chillere sunt necesare echipamente specifice: - carduri de comunicatie pentru fiecare chiller - senzori de temperatura agent termic - controlere liber programabile care sa realizeze controlul si monitorizarea pompelor de circulatie (prin cillere si la consumatori) - controler specializat tip BCU (indeplineste si rolul de controler de retea )
-
tablouri de forta si automatizare pentru pompele de circulatie (in tablou se vor monta controlerele )
Controlerele tip BCU pot functiona independent sau conectate la un calculator central. Pentru fiecare unitate tip BCU se realizeaza programarea specifica, tinand cont de fiecare din sistemele integrate
Cu ajutorul interfetei de operare (display-ul LCD) se pot vizualiza si modifica parametrii din toate instalatiile conectate in BCU (centrala de frig, 2 centrale de tratare aer, 60 ventiloconvectori) . Modemul telefonic integrat va permite accesul rapid, de la distanta, al echipei de interventie la sistemul respectiv in cazul unei defectiuni intervenite Acelasi controleru BCU necesar pentru controlul centralei de frig, asigura si functia de controler de retea si permite supravegherea celorlalyte instalatii din cladire (cele 2 CTA si 60 ventiloconvectoare). Comunicatia cu nivelele inferioare (carduri de comunicatie si regulatoare locale ale diverselor echipamente si sisteme din cladire ce trebuiesc monitorizate) poate fi realizata prin protocoale specifice, proprietare TRANE (TCI _ trane Communication Interface – care asigura un numar mai mare de informatii) sau prin protocol standardizat LON. Comunicatia cu un nivel superior (calculator dispecer, prevazut cu programe software specializate) se realizeaza prin protocolul standardizat BACnet/ IP sau Ethernet. Principalele obiective urmarite in procesul de automatizare si control al unei centrale de frig: - asigurarea unei temperaturi constante de agent frigorific in functie de necesarul termic al cladirii - repunerea in functiune a chilerelor dupa defectele aparute - rotirea chillerelor atat in vederea asigurarii unei uzuri uniforme (egalizarea timpilor de functionare) precum si pentru verificarea permanenta a starii de functionare - optimizarea consumurilor de energie electrica
Functii de control – Programul de aplicatie introdus in controlerul BCU va permite realizarea urmatoarelor functii de control pentru centrala de frig : 1. Programarea sistemului - activarea chillerelor pe baza unui program orar, a unei temperaturi ambiante /exterioare si necesar termic. O intrare de suprascriere va permite operatorului sa intervina manual in functionarea sistemului. 2. Secventa de pornire a chillerelor – activarea / dezactivarea pompelor de circulatie si chillerele tinand cont de incarcarea chillerelor aflate in functiune, dupa cum se detaliza in secventa de cascadare. 3. Controlul cascadarii Pornire / Oprire chilere - Aplicatia software va fi protejata printr-o parola, care va ce va permite accesul operatorului la reglarea temporizarilor necesare pentru cerintele de adaugare sau oprire in vederea evitarii pornirilor prea dese ale chillerelor. Criteriile de adaugare si oprire a chillerelor vor fi controlate
astfel: a. Controlul activarii unui chiller suplimentar se va baza pe setpointul apei racite a sistemului si pe temperatura apei racite produse b. Controlul opririi unui chiller se va baza fie pe ecartul de temperatura al sistemului fie pe temperatura tur apa racita, dupa cum va fi selectat de catre operator. 4. Rotirea chillerelor – Operatorul va avea posibilitatea de a desemna chillerele normale, de baza, de varf si de permutare (“swing”) pentru a creste eficienta energetica a sistemului si pentru egalizarea timpilor de functionare a chillerelor. Va fi posibila rotirea / permutarea manuala sau automata a cascadarii chillerelor. Timpul de permutare poate fi reglat de catre operator. 5. Chiller Soft Start – Softwareul regulatorului centralei de frig va permite un timp de incarcare reglabil de catre utilizator pentru momentul pornirii sistemului, in vederea limitarii consumului de energie electrica din perioada de intrare in regim a instalatiei 6. Afisarea starii sistemului – se furnizeaza toate starile de functionare din sistem. Afisarea va include toate punctele de date indicate in lista de puncte de date 7. Diagnosticare / Protectie – Programul controlerului BCU integreaza toate diagnozele individuale ale chillerelor in sistemul de luare a deciziilor de control a functiilor centralei. Deasemenea programul are posibilitatea de a desemna chillrele ca fiind in modul de intretinere (deci incapabile sa participe in procesul de cascadare) pentru a se evita generarea de alarme 8. Sistem de securitate – Sistemul de control al centralei de frig va permite realizarea unui sistem de securitate stabilit pentru mai multe nivele de utilizatori, cu posibilitatea de alegere a urmatoarelor functiuni; a) Vizualizarea starilor echipamentelor din centrala de frig b) Modificarea starilor din centrala de frig c) Vizualizarea setpointurilor din centrala de frig d) Modificarea setpointurilor din centrala de frig 9. Indicarea Alarmelor – La nivelul BCU vor fi afisate alarmele aparute in sistem precum si mesajele de alarma individuale ale fiecarui chiller / echipament 10. Repunerea in functiune dupa defect de chiler – La sesizarea unui defect al unui chiller softwareul controllerului centralei de frig va decupla chillerul si pompa respectiva si va initia imediat secventa de pornire a chillerului urmator din secventa de cascadare. Programul controlerului va decupla chillerele (dupa un numar de incercari reglabil de catre operator) daca toate chillerele au fost detectate ca fiind defecte. 11. Repunerea in functiune dupa Cadere de Tensiune Capacitatea de revenire rapida dupa o cadere de tensiune va readuce centrala de frig in ultima stare (avuta inaintea caderii de tensiune) cat mai repede posibil dupa ce se realimenteaza controlerul.
Principalele Informatii monitorizate prin cardurile de comunicatie tip TCI ale fiecarui chillere sunt urmatoarele:
- temperatura exterioara - temperatura tur si retur chiller - temperatura setpoint apa racita - stare chiller (pornit / oprit) - stare sesizor de curgere (activ / oprit) - capacitate de racire chiller - alarma generala chiller - comanda activare (enable) pompa de circulatie agent termic prin chiller - curent absorbit chiller - mod de functionare chiller (activare BMS_activare manuala) - comunicatie chiller (stabilit_deconectat) - temperatura refrigerant la intrarea in compresorul nr 1 / respectiv nr.2 - temperatura ulei compresor nr.1 / respectiv nr.2 - stare compresor nr 1 (pornit_oprit) / respectiv nr.2 - curent absorbit de compresorul nr.1 / respectiv nr.2 - nr ore de functionare compresor nr 1 / respectiv nr.2 - stare compresoare (pornit_oprit) - presiune refrigenrant intrare in condensator nr 1 / respectiv nr.2 - temperatura refrigerant la iesirea din condensator nr 1 / respectiv nr.2 - stare ventilator circuit condensator nr.1 / respectiv nr.2 - debit aer ventilatoare circuit nr.1 (ca procent din debitul total de aer circ.1) - debie aer ventilatoare circuit nr.2 (ca procent din debitul total de aer circ.2) - valoare de limitare a curentului absorbit de chiller (necesar pentru delestare) - presiune refrigerant pe evaporator circuit 1 / respectiv circuit 2 - temperatura refrigerant la iesirea din evaporator circuit nr.1 / respectiv nr2 - reset automat chiller (autodiagnoza) - reset automat circuit nr 1 / respectiv nr 2 - reset manual necesar de la tabloul chillerului pentru circuit nr 1 / respectiv nr2 - timp minim de functionare atribuit chillerului nr… - timp minim de oprire necesar pentru chillerul nr…
Principalele Informatii ce trebuie monitorizate de catre controlerele liber programabile, cu comunicatie standardizata LON sunt urmatoarele: -
temperatura apa racita tur comun chillere temperatura apa racita distribuitor catre consumatori temperatura apa racita colector de la consumatori temperatura apa racita retur comun catre chillere temperatura apa in by-pass intre distribuitor si colector
-
semnalizare lipsa apa in instalatie presiune apa pe distribuitor temperatura retur circuit ventiloconvectori temperatura retur circuit baterii de racire CTA
In instalatia centralei de frig (conform schemei) sunt prevazute in total 5 pompe simple de circulatie: 3 pompe de circulatie simple pentru agent de racire prin chillere (cate o pompa activa pentru fiecare chiller + o pompa rezerva) (Conform schemei urmeaza ca permutarea de pe pompa activa pe pompa de rezerva sa se realizeze manual) 2 pompe de circulatie simple catre consumatori : circuit Ventiloconvectori si circuit CTA
Informatiile monitorizate pentru fiecare pompa de (circulatie agent termic prin chiller, circulatie apa consumatori) sunt urmatoarele: -
circulatie racita la
mod de functionare pompa (manual – 0- automat) stare pompa (pornit _ oprit ) defect pompa (normal_alarma) comanda pompa (activare : pornit _ oprit)
Toate informatiile din controlere vor putea fi vizualizate atat local (pe displayul LCD) cat si la dispecerul central al cladirii 2.4
Dispecer central
Pentru integrarea sistemelor de HVAC prezentate mai sus e necesar sa se realizeze o retea de comunicatie, tip “dasy chain” ( de la un controler la altul, pana la controlerul de retea tip BCU si apoi la calculatorul central) . Distanta maxima a lantului de comunicatie este de 1400m, si poate fi extinsa la 2800m cu ajutorul unui repetor. Numarul maxim de echipamente din lantul de comunicatie este de 60 acest numar putand fi extins la 120 cu ajutorul repetorului. Cablul de comunicatie utilizat pentru reteaua de comunicatie este tip JY(ST)Y 2x2x0,8. Echipamentele minime necesare pentru realizarea sistemului BMS: - controlere de retea tip BCU _BMTX - repetoare de retea - interfete de comunicatie MODbus – LON - software specializat TRACER SUMMIT - calculator central PC = dispecer central (echipat corespunzator din punct de vedere hardware si software – min Windows XP) + UPS + imprimanta matriciala de alarme A4
Programul Tracer Summit realizat pentru staţiile de lucru PC este program intuitiv şi uşor de folosit. Monitorizarea interactiva este realizata in timpi reali De la calculatorul dispecer central, operatorul va avea acces la toate marimile, va putea realiza modificarea valorii temperaturilor, modificarea programelor de functionare orara, curbele de temperatura dupa care se doreste a functiona instalatiilor, etc. Toate acestea se realizeaza foarte usor, fara a necesita cunostinte de informatica, ci numai cunoasterea instalatiilor propriu-zise. Monitorizarea interactiva este realizata in timpi reali, putand realiza : • Schimbarea setpointului / punctului de functionare al instalatiilor • Vizualizarea alarmelor şi a jurnalului de evenimente aparute in sistem • Gasirea solutiilor pentru alarmele si problemele tehnice aparute • Comanda prioritara / suprascrierea programelor, simplu si rapid • Schimbarea orelor de functionare din programele de timp zilnice • Administrarea Centralei de producere a frigului / cascadarea Chillerelor • Arhivarea datelor inregistrate • Trasarea de curbe grafice • Monitorizarea consumurilor energetice • Stabilirea de programme de delestare pentru reducerea consumurilor Licenţa software specializata va fi unica că pentru fiecare staţie de lucru PC din reţea şi independentă de numărul de puncte de date din sistem (numar practic nelimitat de puncte de date). Orice extinderi ulterioare ale sistemului sunt usor de integrat, fara a necesita suplimentari ale licentei de software. Va fi necesara doar manopera de integrare pentru realizarea programelor si ecranelor respective. Conditia necesara pentru integrare este ca echipamnetele / sistemele respective sa fie prevazute cu - controlere sau interfete de comunicatie standardizate, tip LON, Modbus RTU, Mbus, BACnet
