建筑電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王進(jìn)

(南京建工集團(tuán)有限公司, 南京 210012)

0 引言

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)居住或辦公環(huán)境的要求逐漸提高，建筑也逐漸向智能化方向發(fā)展，建筑電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生，為有效滿足現(xiàn)代節(jié)能理念要求，需對(duì)傳統(tǒng)建筑電氣自動(dòng)化進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使建筑電氣系統(tǒng)運(yùn)行方式更加自動(dòng)化，更加智能，隨著相關(guān)技術(shù)(以太網(wǎng)傳輸、控制總線等)在建筑電氣自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用，為系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化提供了技術(shù)支持。

1 需求分析

智能建筑中的電氣設(shè)備較多，系統(tǒng)以建筑物的功能區(qū)域?yàn)橐罁?jù)進(jìn)行相關(guān)控制環(huán)節(jié)的開(kāi)展，設(shè)計(jì)需求為：對(duì)辦公環(huán)境要求較高的區(qū)域(如會(huì)議室、辦公室等)，為實(shí)現(xiàn)最佳溫濕度的提供，需要系統(tǒng)能夠?qū)照{(diào)系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)控制；在最大程度降低電氣設(shè)備運(yùn)行成本的基礎(chǔ)上提高管理質(zhì)量與效率，系統(tǒng)的運(yùn)用需能夠發(fā)揮出節(jié)能控制的作用；建筑照明控制需實(shí)現(xiàn)燈光的開(kāi)啟/關(guān)閉及強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，除手動(dòng)觸發(fā)控制開(kāi)關(guān)外，對(duì)不同場(chǎng)景光照強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)定時(shí)可使用人體紅外感應(yīng)探頭等技術(shù)，以滿足照明需求和節(jié)能需求；在滿足建筑功能與實(shí)用性需求的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)需能夠?qū)υO(shè)備負(fù)荷進(jìn)行合理分配，提高設(shè)備使用壽命及效率[1]。

2 電氣自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要構(gòu)成為中央監(jiān)控設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備等，通過(guò)多個(gè)子系統(tǒng)功能的編制實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)控制與監(jiān)測(cè)(包括開(kāi)啟、運(yùn)行及關(guān)閉等)，并向管理人員顯示設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)，對(duì)不同設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中各參數(shù)的數(shù)據(jù)變化進(jìn)行自動(dòng)顯示及存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一集成和匯總系統(tǒng)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備的整體配置，能夠自動(dòng)開(kāi)啟應(yīng)對(duì)方案保證某一設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，為維修人員提供時(shí)間，確保設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定安全。系統(tǒng)以PLC(可編程邏輯控制器)等為核心，可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)功能進(jìn)行添加，以滿足不同用戶的多樣化需求。

建筑電氣自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)讀寫(xiě)、傳送所需數(shù)據(jù)時(shí)則通過(guò)使用以太網(wǎng)、TCP/TP 協(xié)議等完成，相關(guān)工作人員通過(guò)系統(tǒng)對(duì)各子系統(tǒng)的運(yùn)行信息及各項(xiàng)參數(shù)實(shí)施監(jiān)測(cè)或讀取等操作。系統(tǒng)中的重要元件：傳感器，包括溫濕度、壓力、流量等傳感器；現(xiàn)場(chǎng)控制器，由系統(tǒng)內(nèi)中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行管理(當(dāng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)可獨(dú)立運(yùn)作)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑內(nèi)各設(shè)備的有效控制；執(zhí)行器，作為系統(tǒng)終端的主控元件電磁閥的使用頻率較高，如電動(dòng)調(diào)節(jié)閥在改變風(fēng)量時(shí)可通過(guò)改變?nèi)~片面積實(shí)現(xiàn)；加強(qiáng)用電控制與管理提升節(jié)能效果，通過(guò)在系統(tǒng)中增加電量監(jiān)測(cè)及管理模塊，集中器根據(jù)主站發(fā)出指令進(jìn)行分析和處理，再將處理結(jié)果(通過(guò)專(zhuān)用線路或電力線載波)傳輸至終端器，各項(xiàng)數(shù)據(jù)采集完成后回傳至系統(tǒng)[2]。

(1)中央控制室設(shè)計(jì)

中央控制室的設(shè)備需盡量靠近控制負(fù)荷中心，距離強(qiáng)電磁設(shè)備及其干擾場(chǎng)所大于15米，為避免突發(fā)停電狀況發(fā)生時(shí)影響建筑內(nèi)的正常工作，需設(shè)計(jì)備用電源備，變配電控制系統(tǒng)的主要功能在于監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備狀態(tài)及故障報(bào)警等，建筑包含較多的內(nèi)變頻器、電機(jī)等大功能電器設(shè)備，在設(shè)計(jì)電源時(shí)需滿足系統(tǒng)內(nèi)的整體用電負(fù)荷，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

(2) 控制器設(shè)計(jì)

作為系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，現(xiàn)場(chǎng)控制器需滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，為確保現(xiàn)場(chǎng)控制器設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，就需確保線路、管道及與強(qiáng)電磁干擾環(huán)境保持合理的距離，PLC 整體輸入及輸出預(yù)留超出20%的裕量以滿足系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)需求，在此基礎(chǔ)上完成設(shè)備安裝，并對(duì)功能進(jìn)行調(diào)試，通過(guò)應(yīng)用模塊化管理模式以便于后期開(kāi)展維護(hù)等工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)高效的系統(tǒng)管理。

(3)布線設(shè)計(jì)

以智能建筑實(shí)際情況為依據(jù)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的電源布線時(shí)，要結(jié)合使用網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備部署方式實(shí)現(xiàn)布線的靈活高效(即綜合布線系統(tǒng)PDS)，以保證系統(tǒng)高效穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，信號(hào)線在使用電纜布線時(shí)需進(jìn)行嚴(yán)格控制，完成信號(hào)傳輸線路的分槽式設(shè)計(jì)，對(duì)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)控制器等設(shè)備布線過(guò)程中，需同其他共用接地干線完成有效連接，以滿足電氣設(shè)備的運(yùn)行需求，進(jìn)一步提高建筑電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性[3]。

3 建筑電氣自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

智能建筑依托傳統(tǒng)建筑，結(jié)合信息化技術(shù)與建筑技術(shù)緊密結(jié)合，為用戶改善生活和工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)辦公的自動(dòng)化，達(dá)到對(duì)建筑設(shè)備的智能化管理過(guò)程，在科學(xué)布線的基礎(chǔ)上，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)建筑物內(nèi)各子系統(tǒng)(通常一個(gè)建筑體包含十幾個(gè)子系統(tǒng))進(jìn)行科學(xué)全面的管理，高質(zhì)量的智能建筑離不開(kāi)高效的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 建筑電氣自動(dòng)化系統(tǒng)狀態(tài)架構(gòu)

主要由空調(diào)監(jiān)控、照明控制、給排水控制等子系統(tǒng)構(gòu)成，涵蓋范圍廣，結(jié)合計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)化等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的統(tǒng)一高效管理，能夠?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)的各類(lèi)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控及管理，通過(guò)建筑設(shè)備知能化管理系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與傳送，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，在此基礎(chǔ)上完成對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)與參數(shù)的合理調(diào)整，以保證高效的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而提高建筑的管理效率[4]。

3.2 主要模塊功能的實(shí)現(xiàn)

(1)中央工作站功能的實(shí)現(xiàn)

作為電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的核心，對(duì)各監(jiān)視點(diǎn)的監(jiān)測(cè)、相關(guān)數(shù)據(jù)運(yùn)算和存儲(chǔ)等功能由中央工作站系統(tǒng)完成，負(fù)責(zé)集中顯示與管理整棟建筑內(nèi)的機(jī)電設(shè)備，該子系統(tǒng)與以太網(wǎng)直接相連，主要由主機(jī)、打印機(jī)、顯示器等構(gòu)成，從而進(jìn)一步提高了對(duì)各種數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、傳送及處理能力，再將這些相關(guān)數(shù)據(jù)信息以報(bào)告等直觀的界面形式供操作人員瀏覽及使用。

(2)給排水系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的自動(dòng)化控制通過(guò)使用PLC 等可編程控制設(shè)備能夠得以有效實(shí)現(xiàn)，在現(xiàn)代建筑中，給、排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要采用水泵及傳感器完成，給水方法一般包括水泵、高位水箱、氣壓罐三種，在使用高水位箱完成給水時(shí)則通過(guò)使用DDC(直接數(shù)字控制器)完成水量監(jiān)測(cè)、管理以及異常情況時(shí)發(fā)送報(bào)警信息。將三個(gè)液位傳感器設(shè)置在緩沖池內(nèi)以監(jiān)測(cè)使用水泵直接給水系統(tǒng)時(shí)的水量情況，包括監(jiān)測(cè)溢流情況的發(fā)生與否，一旦水量達(dá)到最低報(bào)警水位及時(shí)提醒相關(guān)工作人員進(jìn)行處理；通過(guò)使用重力流直接排放法完成排水，具體可通過(guò)設(shè)計(jì)集水坑在潛污泵的作用下將水排出室外(有泵房的情況下)，排水系統(tǒng)需完成對(duì)潛污泵的控制(包括啟或關(guān)停等)，具體可通過(guò)使用排水泵、集水坑、污水池等設(shè)施完成，結(jié)合監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)潛污泵的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在給排水系統(tǒng)內(nèi)通過(guò)水壓傳感器的設(shè)置完成對(duì)恒壓供水頻泵啟停的檢測(cè)和控制，此外還能夠?qū)σ陨显O(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行測(cè)定，將運(yùn)行異常情況自動(dòng)發(fā)送給相關(guān)工作人員。排水泵在檢測(cè)到水坑液面位置低于正常情況時(shí)將會(huì)自動(dòng)停止工作，液面位置高于正常情況時(shí)使用排水泵完成排水，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信息以供工作人員合理調(diào)度解決問(wèn)題[5]。

(3)照明控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

智能建筑日常使用中用電量需求較大，照明控制系統(tǒng)既保證照明質(zhì)量又要實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果，以降低建筑的能源消耗，從而節(jié)約成本，該子系統(tǒng)主要采用計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑內(nèi)電力照明設(shè)施的自動(dòng)控制，在降低照明消耗及其他費(fèi)用的基礎(chǔ)上(尤其是對(duì)走廊、樓梯照明的合理控制)，使照明效果保持在最佳狀態(tài)，并且能夠?qū)ㄖ镏械恼彰髟O(shè)施進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，通過(guò)一鍵控制開(kāi)關(guān)的設(shè)置實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物內(nèi)所有照明設(shè)施的整體控制，按區(qū)域或功能劃分的單項(xiàng)燈控開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)燈開(kāi)關(guān)的有效控制，除此之外還能夠?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)照明設(shè)備的工作狀態(tài)及故障情況自動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步降低了人力成本及管理成本，照明控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示[6]。

圖2 照明控制流程圖

(4)通風(fēng)與空調(diào)控制系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)的作用在于去除室內(nèi)污染物質(zhì)并將室外新鮮的空氣吸入室內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣的有效凈化，其中，空調(diào)控制系統(tǒng)由冷/熱源及前端設(shè)備等構(gòu)成，在對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟動(dòng)與關(guān)閉等控制操作主要依托制冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)控制冷風(fēng)機(jī)組開(kāi)啟的數(shù)量，借助監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)空調(diào)等設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，再通過(guò)熱水控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)交換設(shè)備二次熱水出口溫度的合理控制(包括回風(fēng)溫濕度值、開(kāi)啟/關(guān)閉時(shí)間等)，并監(jiān)測(cè)熱水泵各項(xiàng)工作情況等；為提升通風(fēng)效果，將通風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際建筑的構(gòu)造及功能劃分為局部與全面通風(fēng)系統(tǒng)。

(5)視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

視頻監(jiān)控需完成信息采集、錄像及遠(yuǎn)程傳輸與保存等工作，運(yùn)用Windpws的接口采用的視頻采集卡完成采集視頻工作，具體的流程如圖3所示，視頻編碼的制作通過(guò)使用MPEG4視頻壓縮功能實(shí)現(xiàn)，在將完成編碼后的數(shù)據(jù)保存至具有相應(yīng)存儲(chǔ)空間的硬盤(pán)中，根據(jù)實(shí)際需要通過(guò)Internet將視頻信息傳送給客戶端，從而實(shí)現(xiàn)視頻遠(yuǎn)程傳輸?shù)墓δ堋?/p>

圖3 視頻采集模塊圖

4 總結(jié)

為滿足居住或辦公環(huán)境的安全舒適與節(jié)能等需求，本文主要對(duì)建筑電氣自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)完成了電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)照明控制、視頻監(jiān)控等功能及實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行詳細(xì)闡述，在低碳環(huán)保的大環(huán)境下需要對(duì)照明、空調(diào)等設(shè)備耗能的予以重視程度，不斷優(yōu)化節(jié)能技術(shù)，充分利用智能、定時(shí)等控制方法最大程度降低能耗，空調(diào)設(shè)備結(jié)合熱泵技術(shù)降低耗能，外部空氣同室內(nèi)水分及熱量可通過(guò)中央空調(diào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，為建筑智能化管理提供參考。