利用产品信息研发创新型控制方式

虽然BACnet技术可以推动创新,但仅依靠BACnet是不行的。为了真正实现创新解决方案,需要专业人士整合并充分利用BACnet全部信息。我们生活在“大数据”时代,但我们依然在不停的学习如何处理数据。因为BACnet期刊主题围绕推动创新,本文将使用变频驱动(VFDs)为实例进行讨论。

现在开始介绍实例:变风量系统(VAV)使用空气处理单元(AHU)。VAV系统需要VFD调节风扇速度,用于保持一个特定的管静态设定值。如何控制VFD?这个决策树的第一步,做的好它会带来一个可靠、创新的解决方案,否则也可能导致系统崩溃。

对于大多数应用来说,没有统一的解决方案。工业中往往需要在截止日期前尽快完工。同时,我们也在追求质量及创新性,需在这二者之间找到平衡点。BACnet的魅力在于能够快速提供用于创新性的信息。

现在许多VFD,尤其是为HVAC市场设计的VFD都包含BACnet标准特性。一些VFD有100多个节点可直接连接BACnet。BACnet能够简便的将双绞线(附件参考电位)电缆接在VFD上,并将其(双绞线)与楼宇自动化系统(BAS)连接,并未带来新的影响。但是,由于知晓哪些节点用于监控及/或控制,VFD可以成为高级设备中的一个小型但重要的部分

系统设计者通过以下三步流程充分利用VFD的性能:

(1)如何控制VFD

(2)应该通过BACnet选取VFD何种信息进行监测

(3)决策对那些信息点做些什么

VAV系统可采用双VFD控制方案。AHU控制器为VFD提供一个静态压力工作点,或者控制器简单地告知VFD应该以多快的速度运行。最可靠的解决方案一般是使“智能”尽可能接近终端应用。因此,更为创新的解决方案是VFD收到压力设定值,使用其内部PID控制环确定一个合适的风扇转速,达到静态工作点。这种解决方案的优势在于“逆向”控制硬件失灵(也许是一个控制器或者布线问题)不会导致空气控制器停止运行。取而代之的是VFD将记住最后一个良好的静态工作点命令,继续调整风扇速度维持这个工作点。压力静态设定点和运行命令能够通过BACnet从AHU控制器送至VFD。无需一个模拟信号的运行电缆,或继电器运行命令。

控制风险

AHU可能有一个电源风扇隔振器。如何控制振荡?我们又一次面临选择:采用VFD还是AHU控制器处理逻辑?如果你说VFD应该处理逻辑,你是正确的。市场上大多数HVAC VFD有一个基本的振荡内部时钟逻辑组态,能够工作在自动或者手动模式。假设如果你选择了使用AHU控制器处理振荡逻辑的方案。若出现由于某种随机问题导致系统不能运行的情况,将会导致控制器关闭振荡器。

一些户主抱怨空气闷热,一位经验丰富的维修工采用了VFD的“手动”模式,所以户主们至少在封闭空间使空气流通起来。一开始不会有空气运动,因为风门是关闭的,维修工持续为风扇提速,直到压力达到风门开启点。这种场景似乎每天在世界各地都在上演。通过VFD控制风门逻辑,一旦“手动”按钮按下,风门将在VDF开始增加风扇动力前打开。AHU控制器及/或BAS通过VFD读取BACnet状态点,能够继续监控风门位置。

AHU供给VAV系统将可能带来更多安全性,可实现例如高级静态保护装置,火警,冷冻警报,烟雾警报等多种可能需要的安全措施。以高级静态保护装置为例,我们如何操控安全性?现在我希望您已经知晓答案:使用VFD。之所以VFD具备安全性,是因为经验丰富的维修工和他自带的“手动”模式。

接上VFD具备安全性后,他们仍可工作在“手动”模式,因此将可以保护系统。如果接上AHU控制器确保安全性,一旦VFD采用“手动模式”,则安全可能被忽视。将安全加到VFD上增加可靠性,但这并不是创新。真正的创新是如何加载这些安全。一般安全措施都是一系列的,若某个安全开启,设备将停止工作。但那时,一开始并不会有提示说哪个安全措施开启,只有简单的报警。

工作更为便捷

一个具有创新思维的人在VFD上将不同的安全项接到隔离的输入端上。因此,前面所列举的四项安全将会接到4个隔离的VDF输入端。由于接在不同的输入端,且不同输入可以通过BACnet监控,我们将能够准确的知道哪项安全措施被开启。这样一来,工厂管理者能够在远程电脑前准确的知道为什么AHU关断。排错时间将大大减少,解决方案也有可能在到达AHU前确定。这种类型的创新将会改变世界吗?不会,但这是一个设计、安装人员可能做到的小事例,使得设备操作人员工作更为便捷。

前面的例子介绍了一个采用BACnet系统的VFD节点的小例子。下面,我们将介绍一些最有用的节点,并附以原因。

手动状态:你还记得我们善解人意的维修工吗?如果VFD进入手动模式将进行监控,如果出现故障事件通过BAS提供报警功能,这将节省能源。很多情况下VFD进入“手动”模式,偶然的在这个模式先以固定告诉运行,可能长达数年。节能是VFD用于大多数尺寸合适的HVAC泵和风扇上的主要原因。当VFD的电机降速时将会节能。若驱动工作在“手动”模式下不允许VFD的电机降速。

kWh度量:许多市面上的VFD产品的能耗度量标准是千万时。这个度量说明电机能耗总量。回到VAV例子,风扇将会补偿那种AHU的绝大部分能耗。无需为AHU提供一个专用子测量设备。无需其他硬件,只需要使用VFD的相关设备,我们基本可以知道AHU消耗了多少能量。知道能量在哪里消耗是节能创新解决方案的第一步。预测这个信息也将有利于进一步理解尖峰能耗期。此外,使用KWh数据能够用于LEED认证,例如Measurement & Verification category中便有此项。

运行/停止状态:无需VFD提供一个继电输出,运行和停止状态能够通过BACnet实现。如果VFD工作与预设不符,BAS将会报警。

故障状态:VFD不仅能够告知BAS出现故障,而且能够说明哪里出现了故障。一些VFD的故障也可通过BACnet重置。举个例子,假设一家医院的由AHU供给风扇的VFD在凌晨2点雷雨期间出现故障。工厂经理在收到BACnet的一条消息后醒来了,报警让他去现场。他用手机远程登陆BAS系统,看到VFD过压。他远程重置VFD故障,观察风扇速度增大,使得静态电压达到设定值。他观察到电机电流曲线在正常区间,并无异常后,又去睡觉了。凌晨2点无需安排人在现场看守,无需加班费,无需再雷雨天爬上屋顶,并且减少了设备停机时间。

VFD输出频率(速度)及VFD输出电流(Amps:参考前面的例子。

启停控制:通过BACnet进行启停控制,不同于硬件继电接触器,由于减少了控制器I/O及布线所需电缆,减低了成本。

速度控制或者参考信号:通过BACnet发送信号,不同于硬件电缆4-20mA或者0-10VDC信号,将减低成本。

模拟输入监视:拿之前的VAV的例子来说,静态压力传感器的线接回到VFD的模拟输入。模拟输入能够被BAS监测,因此可令BAS知晓和显示管的静态。即使VFD正在操作风扇速度,控制其维持在设定点上,BAS也能知道实际静态值。

VFD温度:高温读取说明需要采取预防性维护措施(例如散热器脏了)或者可能出现的冷却风扇失灵。在出现故障前,我们可以提前对VFD做工作。花掉半小时清理一个单元,或者替换一个VFD上价值200美元的冷却风扇,可能会为主人节省5000美元。

旁路状态:通过BACnet,一些VFD能够指明是其是否被旁路模式替代了。当一个单元进入旁路模式后,将不会出现节能。

上述是一些实例。这些数据可以通过多种途径使用,有100多个不同的BACnet节点可以利用。过去,想要获取这些数据点,需要专业的模拟输出或继电输出。现在,通过一个单独的电缆与BACnet通信便可以获取了。这也将提供极大的灵活性,我们可以快速进行改变,不必再担心投入更多的电缆或者增加更多的I/O节点去支持最新数据了。

在过去十年间,我们的工业有技术有了长足的进步。相比过去,更多数据可以被我们使用。但是,不要进入这种误区:购买最新、最好的硬件,看到通信系统是采用BACnet就认为这个创新系统。要知道,真正的创新来自于幕后的设计者、安装人员对系统进行持续的优化。