淺談建筑設備一體化監控系統的研究與應用

孟煥平

（湖南省建筑設計院有限公司，長沙410012）

0 引言

隨著科技的進步，人們對建筑的要求已不僅局限于對建筑使用空間的要求，而更加注重于滿足其使用的舒適、安全和節能，從而最終實現建筑的智慧管理。 建筑智慧化管理很大程度上依賴于建筑設備的智能控制，這一課題需要不斷研究與創新。

當前建筑物中設備監控通常采用BA 系統來實現，其建筑電氣設計、施工、維護等均由強電和智能化兩個專業完成，系統施工復雜、造價高、管理運維難度大。 為簡化控制系統、節約投資，便于維護管理，促進湖南省智能建筑發展，湖南省住房和城鄉建設廳組織相關單位編制湖南省地方標準圖《建筑設備一體化監控系統設計》。

筆者作為該標準圖主編人，結合研究成果，就建筑設備一體化監控系統的關鍵技術進行分析。

1 研究思路

傳統建筑中的機電設備監控是強、弱電產品分別制造、分開施工。 建筑設備一體化監控系統的研究思路是將強電與弱電的控制元器件集成在一起，即將斷路器、接觸器、熱繼電器、電力儀表、電機保護控制器、DDC 控制器以及二次控制回路元件等多種配電、控制元器件集成到一個一體化控制裝置中，其控制裝置具有邏輯編程計算控制功能，可實現建筑物內風機、水泵等設備回路的保護、控制、測量、通信一體化。

2 系統組成

建筑設備一體化監控系統由三層設備和兩層網絡結構組成，分為站控層、通信管理層和現場控制層。 站控層與通信管理層之間通過TCP／IP 以太網連接，通信管理層與現場控制層之間通過現場總線網絡連接，實現對分散建筑設備的遠程監控管理，其系統網絡拓撲圖如圖1 所示。

現場控制層由分散的建筑設備一體化監控裝置組成，實現對建筑設備的就地自動控制。 同時通過現場總線將一體化控制裝置的所有信息上送給通信管理層，并接受通信管理層的各種控制指令。

圖1 系統網絡拓撲圖

通信管理層的主要設備是通信控制裝置，主要實現對現場控制層中一體化監控裝置信息的實時采集，同時把站控層的控制命令轉發到現場控制層，連接現場控制層與站控層。

站控層通過通信管理層對建筑設備進行各種控制，實現整個系統實時監測、經濟運行、能耗管理和運維管理等功能。

通信管理層與現場控制層之間通過現場總線連接，使用Modbus、Profibus 等總線進行數據傳輸。系統通過對建筑內機電設備的電量信號、溫差、溫度、濕度、空氣質量、水位、流量等參數進行檢測，經邏輯運算，完成對空調系統、排風系統、給排水系統中建筑設備的分散自動控制。

3 一體化控制裝置控制原理

一體化控制裝置是監控系統的核心，具有通信功能，可實現對設備的供電保護，監控設備的各種狀態。 其裝置采用模塊化組件，實現標準化生產。在具體工程設計中，設計師只需繪制控制設備主回路并提出外接設備的控制要求，控制原理圖可參考地方標準圖集《建筑設備一體化監控系統設計》，這對規范設計行為、減少設計師工作量、提高設計工作效率起到事半功倍的作用。 圖2 為典型的單臺風機控制原理圖，圖3 為典型的一用一備兩臺水泵控制原理圖。

圖2 單臺風機控制原理圖

圖3 一用一備排水泵控制原理圖

圖2 和圖3 中，主回路均設置隔離開關（QA），起隔離作用，當一體化控制裝置YSK 故障時，斷開QA 便于安全維修。 現場控制層中控制箱通常由單臺設備一體化控制裝置組成；當單臺設備容量較小時，也可采用多臺一體化控制裝置組成一個配電箱（柜）。 一體化控制裝置YSK 有兩個核心參數，一是額定電流，根據設備容量選擇；二是外接設備數量，根據外接設備控制要求選擇。 設計師在設計時只需根據控制設備容量及控制要求，參考廠商提供的產品選型表確定上述兩個核心參數，即可完成一體化控制裝置的選型。

4 一體化控制裝置選型實例分析

筆者以江蘇某公司生產的YSK2S 系列產品為例，詳細闡述一體化控制裝置在具體項目中的選型。 YSK2S 系列裝置表達方式：YSK2S－1－2。

（1）上式中代號“1”指YSK2S 系列一體化控制裝置的分類代號，共分為5 類，其具體含義：無代號為基本型，代號“K”為開關量型，代號“M”為模擬量型，代號“KM”為綜合型。 不同代號所接的外接設備回路及開關數量詳見表1。

（2）上式中代號“2”指YSK2S 系列一體化控制裝置的設備額定電流分級代號，共分為5 級，其具體含義：代號“5”為電流在1.25 ～5A 之間可調；代號“12”為電流在2 ～12A 之間可調；代號“32”為電流在8 ～32A 之間可調；代號“63”為電流在15.75 ～63A 之間可調；代號“125”為電流在31.25～125A 之間可調。

以某項目中單臺風機功率為2.2kW 的新風機為例，其外接設備控制點位表如表2 所示。

由表2 可知，該風機控制回路數為：6 個DI、1 個DO、2 個AI、1 個AO、1 個AI（溫度），對照表1 選型，該風機的一體化控制裝置分類代號“1”應選“KM”。

風機額定功率為2.2kW，計算容量約為4A，則該風機的一體化控制裝置額定電流分級代號“2”選“5”。

外接設備回路及開關量 表1

設備控制點位表 表2

結合表1 和表2 的信息，可確定2.2kW 新風機的一體化控制裝置型號為YSK2S－KM－5。

5 結束語

綜上所述，采用建筑設備一體化監控系統既簡化了設計、優化了系統，又使施工更簡便、維護更方便，能有效解決傳統建筑中機電設備控制設計及施工復雜、造價高等問題，必將成為未來智能建筑的重要組成部分，亦能為智慧城市的發展注入新的活力。