西班牙的卡蒂夫(CARTIF)基金会是一个非赢利性机构,建立于1994年,总部位于西班牙的瓦拉多利德市(Valladolid)。该基金会的目的是研究和开发新技术、新产品,帮助基金会所属企业提高其竞争能力。基金会建立以来,与许多企业建立了合作关系,在工业开发和应用技术领域都取得了巨大的成果。
卡蒂夫基金会在建设第二座科研大楼时,决定采用最先进的建筑物自动化系统,使用最现代化的设备,实现可计量的控制。为了保证在大楼里工作的130多位研究人员和管理人员能在最舒适的环境里工作,系统必须能智能化地控制环境温度、湿度和照明,同时还要最大程度地实现节能。
经过调研,卡蒂夫基金会认为:应用LonWorks技术既能实现可计量的控制,又能达到舒适和节能的要求。在LonWorks网络的基础上,采用LonMark标准,就可以把不同的系统集成到一个控制网络中。一般来说,在一个
控制系统中,可以在不同个层面实现分布式控制,比如:在系统层面、建筑物层面、房间层面或设备层面。卡蒂夫科研大楼是在“房间”层面上实现的分布式控制,这里所说的“房间”,实际上是指办公室与实验室的不同的工作区域。即在大楼内按不同的工作区域,安装调节设备,实现控制。
整个大楼采用辐射式暖气片和VAV控制器控制环境条件。每一组暖气片由一个电动阀门进行调节,VAV控制器则通过调节风门的开度和风机的转速实现对环境的加热、制冷和通风,所有的温度调节器都通过LonWorks网络相互连接。大楼的照明控制系统由灯具、占位
传感器、室内室外照度传感器以及各种开关组成。
由于LonWorks系统的开放性,项目的设计人员可以按照“优中选优”的原则,选择不同供货商的产品,连接到一个系统中。整个系统共采用了50台卡蒂夫基金会自己开发的控制器,还包括Echelon公司生产的iLON100以太网服务器和 Thermokon公司生产的温度调节器,这些设备都通过Loytec公司生产的开关模块与FTT-10双绞线网络连接起来。暖通空调系统中的加热和制冷则由Honeywell公司生产的控制器进行控制。整个控制系统有五百多个控制点,在网络的任意一点,只要连接上一台PC机,就可以对网络进行访问,实现分布式控制和集中式管理。
该系统的功能模块(目标结构形式)包括1个VAV控制回路、2组辐射式暖气片控制回路、1个照明控制回路、1个占位控制回路,可以连接2个占位传感器和1个照度传感器。该模块能满足一个区域控制的全部要求,通过对供暖和照明的自动控制,使环境条件达到最佳状态。当然,每个用户都有其特殊的爱好,比如:有人喜欢热一些,有人喜欢凉爽一些。在一个开放式的办公区域里,要满足不同的个人的爱好,确实是对系统设计者的一个挑战。为此,在每一个办公区域的不同位置,又分别安装了控制器。这样用户可以通过本地的温度调节器,调整自己工作区域的环境温度。比如,系统设定夏天的环境温度的是23℃(冬天是21℃),用户可以根据自己的愿望,在此基础上调高或降低自己周围的温度。
系统中丰富的照明控制功能也体现了LonWorks网络的灵活性。在大楼的某些区域是可以利用自然采光的,在这些地方,照度传感器检测室内自然光的照度,并依据这个参数自动调节人工光照的强度。这样不仅能够达到最佳的照明条件,而且可以最大程度地节约能源。在那些没有自然光照的区域,当占位传感器监测到有人进入时,启动照明时序控制程序,按不同的时间控制合理的照度,以达到既满足照明的要求,又实现节能的效果。
对于某些复杂的控制环境,仅采用一个功能模块可能满足不了要求,LonWorks网络的分布式控制功能就可以把多个控制模块的控制功能综合到一起。例如,对一个T型走廊进行照明控制时,需要接收四个占位传感器的信号。由于系统的每个控制模块只能接收2路占位传感器的信号(对应2个占位传感器功能块),控制2路照明输出(对应2个照明输出功能块),所以只靠一个功能模块就无法控制T型走廊的照明。我们可以利用另外一个功能模块接收另外2个占位传感器的信号,这样一个功能模块就可以通过网络,接收到4个占位传感器的信号,实现对T型走廊的照明控制了。
卡蒂夫科研大楼通过两种方法实现了系统的监控和数据采集(SCADA)功能。一种方法是采用LonWorks网络的标准工具,如Echelon公司的LonMaker网络集成软件。这样在计算机屏幕上就可以显示建筑物各个区域及其设备的运行情况,实时显示各种工作参数。第二种方法是通过Honeywell公司的Symmetre系统,科研大楼里原来已经安装了这套系统,用于控制和监视大楼的供暖、制冷和通风设备。该系统不仅有丰富的监控和数据采集功能,而且可以访问卡蒂夫基金会自己开发的控制器。通过这套系统能显示大楼里所有子系统和设备的工作状态,包括空气质量的情况。系统还能以电子表格形式输出数据,这就为今后的系统数据分析创造了条件。现在大楼的维修部门利用这套系统协助完成日常的设备保养,能源管理部门和其他一些部门则通过对系统采集数据的分析,进行节能管理和其他有关的管理工作。根据统计,采用这套LonWorks系统之后,最直接的经济效益是节约天然气消耗25%,节约电能消耗27%。
在该系统成功运行的基础上,卡蒂夫基金会已经开始考虑如何对系统进行进一步得更新和提高。首先他们希望在今后工作中减少铺设电缆的工作量,因此计划采用无线通信技术。同时希望减少设备的能耗,使设备能通过电池供电或由操作者通过压电或感应发电装置人力供电,从而省去电源线。这个设想在传感器上比较容易实现,因为传感器的能耗小。通常无线装置的体积都比较小,适合于添加到已经存在的系统中。一般来说执行器的能耗比较高,为此卡蒂夫基金会计划采用电源线网络系统,使电源线与通信线路合一,既免去了电源布线,又保留了网络通信的功能。
人们经过分析认为:系统的灵活性只是卡蒂夫基金会采用LonWorks网络的原因之一,研究中心工作人员对系统所创造环境的满意和管理者对节能效果的满意,才是LonWorks网络得以应用的最根本的原因。