現(xiàn)代工廠建筑樓宇自控系統(tǒng)應用:科特貝德公司空客A320系列飛機天津總裝線工廠案例分析

文｜科特貝德機電設備（北京）有限公司 張 婷 楊 建

1 前言

隨著現(xiàn)代化廠房對供冷、取暖及通風要求的進一步提高，如何對集中空調及通風設備進行有效的管理，并且在保證設備正常運行時控制能源的合理使用，達到節(jié)能的目的，已成為現(xiàn)代廠房設計的一個重要課題。將樓宇控制系統(tǒng)的理念融合進現(xiàn)代廠房暖通空調綜合控制系統(tǒng)中，利用先進的計算機控制技術，靈活的控制、管理軟件和節(jié)能程序，使其能對各機電設備進行科學的控制和管理，有效地解決了節(jié)能、節(jié)省維護管理工作量和運行費用的問題。

2 現(xiàn)代工業(yè)建筑的特點

國家宏觀調控投資政策對工業(yè)的支持，使工業(yè)廠房建筑的設計量迅速增加。工業(yè)廠房建筑不同于一般的民用建筑，其設計過程多受制于工藝專業(yè)的要求。現(xiàn)代工業(yè)建筑樓宇自控系統(tǒng)設計的同時要注意與消防、建筑物本身、結構梁柱、節(jié)能等諸多方面的統(tǒng)籌兼顧。工業(yè)建筑自身的生產工藝要求決定了其多樣性的特點。

（1）工業(yè)廠房平面根據(jù)生產工藝的特點設計：廠房的建筑設計是在生產工藝設計的基礎上進行的，并能適應由于生產設備更新或改變生產工藝流程而帶來的變化。相比較常見的一般民用高層建筑來講，工業(yè)廠房的樓宇自控系統(tǒng)還需與其所應有的生產工藝特點相適應。

（2）工業(yè)廠房內部空間較大：由于廠房內生產設備多而且尺寸較大，并有多種起重運輸設備，有的加工巨型產品，通過各類交通運輸工具，因而廠房內部大多具有較大的開敞空間。如有橋式吊車的廠房，室內凈高在8m以上，萬噸水壓機車間，室內凈高在20m以上，有些廠房高度可達40m以上。故暖通空調系統(tǒng)一般采用分層技術。

（3）廠房的建筑構造復雜：大多數(shù)單層廠房采用多跨的平面結合形式，內部有不同類型的起吊運輸設備，由于采光通風等要求，采用組合式側窗、天窗，使屋面排水、防水、保溫、隔熱等建筑構造的處理復雜化，暖通空調控制技術要求比較高。

3 天津空客項目背景概述

空客A320系列飛機天津總裝線位于天津濱海新區(qū)內的臨空生產區(qū)內，由A320系列飛機總裝線生產設施及相關附屬設施組成，總建筑面積約110000m2，建筑總占地面積約85000m2，共由19項單體建筑物組成。

空客A320系列飛機天津總裝線是空中客車在歐洲之外的首個總裝生產線，也是繼美國西雅圖、法國圖盧茲、德國漢堡之后，世界上第4個大飛機總裝線。該項目總投資預計為80億元?？傃b線將依照空客公司在德國漢堡的最先進標準進行建設，在中國總裝和交付的飛機與在歐洲制造的飛機的標準完全相同。

因此，空客公司對于樓宇自控系統(tǒng)有著極其嚴格的要求，不僅要滿足德國和歐洲的標準，還要滿足空客自行制定的一些標準。經(jīng)過招標以及專家的論證，科特貝德公司憑借先進的技術和豐富的經(jīng)驗獲得了該項目，不僅包括提供全部的樓宇自控產品，還包括MSR電控箱以及整個項目的工程實施和售后服務。

4 工程案例分析

在本工程中，科特貝德公司先進的產品得以大量應用，包括DDC4000自動化站、GLT7001N服務器以及TechnoLon房間自動化系統(tǒng)等。整個自控系統(tǒng)的監(jiān)控點數(shù)接近10萬點，DDC4000自動化站的使用量超過100臺。

（1）暖通空調機房設備監(jiān)控：DDC4000自動化站系統(tǒng)

暖通空調系統(tǒng)的監(jiān)控，具體包括制冷系統(tǒng)監(jiān)控、供熱系統(tǒng)監(jiān)控、空調機組監(jiān)控、送/排風機監(jiān)控、給排水等機房設備。主要采用了科特貝德公司DDC4200自動化站，該控制器以強大的數(shù)字控制解決方案，適用于當今以及未來所有的控制、應用、操作和任務監(jiān)視。

DDC4200自動化站為用戶提供全新的操作理念。彩色TFT觸摸屏可為用戶量身定做，單獨配置的各項菜單能直觀地指導用戶監(jiān)控設備，用戶能快速查看設備的不同情況，并告知用戶所有決策，通過輕輕的觸摸控制即可改變設備的工作情況?？湛蛷S房內空間大而高，飛機中的設備都屬于精密儀器，因而對溫濕度要求格外嚴格，而對于那些大慣性的空調設備，使用串級控制進行調節(jié)是必要的手段。例如，以送風溫度為主，同時增加回風溫度作為輔助變量，可以有效地減小溫度的大幅波動。DDC4200不但使用串級控制而且成功地保持了空客廠房內的恒溫恒濕（溫度浮動在±5℃），同時DDC4200自動化站實現(xiàn)了與消防系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，當接收到火災報警或防火閥關閉報警時，自動停止機組運行并報警。

同時，DDC4200還具有強大的事故處理能力。天津A320總裝線廠房內所有空調水系統(tǒng)均采用變頻泵，當正在運行的水泵變頻器發(fā)生故障時，DDC4200自動化站會及時提示維修，并根據(jù)當時的運行工況確定水泵是否需要由自動切換到工頻運行。而對于那些一用一備的冷水泵則根據(jù)運行周期進行自動輪換控制；在啟泵時，根據(jù)設備的使用時間，自動選擇已使用時間最少的水泵進行啟動；在一臺泵發(fā)生故障時，自動切換至備用泵。

目前，全世界出現(xiàn)的“能源危機”現(xiàn)象已經(jīng)得到了各個國家的重視，因此節(jié)能問題也已經(jīng)成為各個國家和每個企業(yè)最關心的問題。住房和城鄉(xiāng)建設部的一組數(shù)據(jù)顯示，建筑能耗占全國終端能源總消耗量的27.5%。天津A320空客總裝線廠房類建筑面積大，高度高，能耗問題不容小覷。廠房類建筑的節(jié)能，不僅包括對冷熱媒體的管道和容器的保溫設計，更重要的是采暖、通風空調形式的選擇，因此后者對于整個系統(tǒng)節(jié)能與否至關重要。

DDC4000系統(tǒng)控制器不但在本地控制方面具有可靠性和穩(wěn)定性，同時，DDC4000系統(tǒng)所有控制器已經(jīng)通過Native BACnet標準認證，DDC4000系統(tǒng)對于內部或者外部的網(wǎng)絡是完全開放的。

DDC4000系統(tǒng)具有更高的靈活性。DDC4000自動化站配有網(wǎng)絡服務器和Linux操作系統(tǒng)。在天津空客項目中，利用內部局域網(wǎng)絡，每一臺監(jiān)控PC電腦都能成為一個操作控制臺，通過Internet Explorer進行遠程操作。

（2）房間設備聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控：TechnoLon房間自動化系統(tǒng)

天津空客在其12棟建筑中，共采用了661套科特貝德公司的TechnoLon房間自動化產品，主要監(jiān)控風機盤管、變風量調節(jié)器和散熱器等室內設備。這些產品包括室內調節(jié)器RCN-L系列控制器和室內操作面板RBW118。

TechnoLon房間自動化產品是科特貝德公司在樓宇自動化方面積累了幾十年的經(jīng)驗，推出的一種LON總線技術的室內自動化產品。它可以既舒適又節(jié)能地監(jiān)控和調節(jié)室內溫度、空氣質量和采光效果，還可以收集各個房間的數(shù)據(jù)，然后控制建筑物里相關的機組和設備。在管理層中，設置有按照時間進行控制的管理程序，并通過軟件記錄和分析各類數(shù)據(jù)的趨勢，盡量減少高峰用電。

天津A320總裝生產線的建筑物除了高大組裝廠房外，還有10棟建筑為辦公建筑，這些建筑物的房間內全部采用了科特貝德TechnoLon房間自動化控制器，不僅可以滿足常規(guī)風機和室溫控制，還可以根據(jù)房間溫控器有人/無人按鈕狀態(tài)，自動調整溫度設定值的范圍，以實現(xiàn)節(jié)能。例如有人時為±1℃，無人時為±5℃。另外，在動力站的中控室，可以同樣遠程控制各房間溫度設定值，風機三速以及水閥開度，也可以通過時間程序集中控制各區(qū)域風機盤管的啟停。

（3）第三方集成系統(tǒng)監(jiān)控：EIB、LON、MODBUS等集成接口

空客項目中，變配電、辦公照明和應急照明系統(tǒng)全部采用集成接口進行監(jiān)控，變配電系統(tǒng)又包括高壓、中壓和低壓三部分，低壓設備接口采用MODBUS協(xié)議，高壓和中壓接口設備采用IEC協(xié)議，辦公照明接口采用EIB總線，應急照明接口采用LON總線，均通過相應的集成網(wǎng)關轉換為BACNet/IP和LON/IP協(xié)議。

（4）中央集成管理系統(tǒng)：GLT7001N集成管理系統(tǒng)

根據(jù)空客德國總部的要求，天津A320空客總裝線工程樓宇自控系統(tǒng)單獨構建綜合布線和網(wǎng)絡系統(tǒng)，用于實現(xiàn)所有服務器、分控計算機、自動化站和集成網(wǎng)關之間的連接。各建筑之間的樓宇自控系統(tǒng)網(wǎng)絡采用室外光纜構成環(huán)型連接。各建筑內部采用6類屏蔽銅纜或室內光纜構成星型連接。這種結構既考慮了系統(tǒng)的安全性，又最大限度地節(jié)省了布線和網(wǎng)絡成本。

樓宇自控系統(tǒng)的總控站設置在16號動力站，配置了3臺GLT7001N總控服務器。第一臺總控服務器用于監(jiān)控所有建筑的暖通空調設備，第二臺總控服務器用于集成所有建筑的變配電和照明設備，第三臺總控服務器是備用服務器。

5 空客項目技術特點

（1）嚴格按照德國和歐洲標準以及空客規(guī)范進行設計和施工

所有冷熱源、空調機組、風機、水泵等設備的控制和調節(jié)均配置了FSM現(xiàn)場優(yōu)先控制模塊，保證了即使在DDC控制器發(fā)生故障的時候也可以進行全方位的現(xiàn)場手動操作。

（2）工藝復雜，要求嚴格，有些設備的控制直接與生產工藝相關聯(lián)

噴漆廠房空調機組的控制就是非常具有挑戰(zhàn)性的，空調通風系統(tǒng)的控制是噴漆工藝的重要組成部分，空調機組的送回風量配合工藝的需要隨時進行切換，也就是說空調通風系統(tǒng)的控制效果將直接影響飛機噴漆質量。

（3）采用標準化的開放協(xié)議進行集成，集成度高，可靠性高

整個工程中的系統(tǒng)集成均采用標準、開放的協(xié)議進行，除了上述的變配電及照明外，冷水機組、空壓機、水處理設備、熱能表/水表、定壓設備等也采用了標準化協(xié)議進行集成。

6 結束語

通過天津空客項目我們得出經(jīng)驗，發(fā)達國家的智能建筑系統(tǒng)大都是按照建筑物使用功能進行設置，盡管沒有刻意把智能化放在建設目標上，但是智能化系統(tǒng)的裝備技術是先進的，系統(tǒng)的設置是完備的，系統(tǒng)的工程設計是合理的，最后得到系統(tǒng)的運行狀態(tài)必然是良好的。

為了充分體現(xiàn)天津A320總裝線現(xiàn)代化工廠的特色，科特貝德公司廣泛采用國際一流的高新技術，并秉承功能齊全、投資合理的宗旨，充分體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的理念，利用數(shù)字網(wǎng)絡技術及圖像顯示技術，使樓宇自控系統(tǒng)更好地為天津A320總裝線現(xiàn)代化工廠提供生產、生活、日常管理等多種綜合功能服務。