智能建筑電氣監(jiān)測與控制系統(tǒng)設計研究

劉富強

（中鐵西安勘察設計研究院有限責任公司，陜西 西安 710054）

0 引 言

隨著電氣技術、網(wǎng)絡技術及控制技術的不斷發(fā)展，智能控制成為未來建筑發(fā)展的重要方向之一，特別是商業(yè)大樓、圖書館、體育館等公共建筑對電氣智能化的要求更高且多樣。智能建筑電氣系統(tǒng)是現(xiàn)代技術發(fā)展的產(chǎn)物，其系統(tǒng)結構復雜，涵蓋了建筑電氣技術、電子技術、自動控制、計算機科學等學科內(nèi)容，屬于復雜的系統(tǒng)工程。優(yōu)良的智能建筑電氣系統(tǒng)可以很好的提高建筑服務品質(zhì)，提供更舒適、安全的辦公和生活環(huán)境[1]。文中針對建筑智能電氣系統(tǒng)，闡述了其主要構成結構，并對其涉及的關鍵子系統(tǒng)進行了分析。

1 智能建筑電氣系統(tǒng)結構

智能建筑的電氣系統(tǒng)主要由3大子系統(tǒng)構成，包括樓宇自動化子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、辦公自動化子系統(tǒng)，系統(tǒng)集成中心負責連接和控制3個子系統(tǒng)，智能建筑電氣系統(tǒng)結構如圖1所示。其中，樓宇自動化系統(tǒng)是整個建筑智能化控制的基礎設施，主要負責控制或管理智能建筑中的各類機電設備，如供配電設備、安防設備、給排水控制及照明等[2]。該系統(tǒng)利用現(xiàn)代網(wǎng)絡技術和計算機技術，完成對各個子設備的集中管理和分級控制，將各子設備之間產(chǎn)生關聯(lián)。

圖1 智能建筑電氣系統(tǒng)結構

通信子系統(tǒng)是整個智能電氣系統(tǒng)的重要組成部分，負責實現(xiàn)各子設備間的信息傳遞，除了負責完成采集數(shù)據(jù)的傳遞外，信息系統(tǒng)同時要具備傳遞圖像、語言、文字的功能。通信系統(tǒng)主要分為有線通信和無線通信兩個主要通信方式。辦公自動化系統(tǒng)的主要任務是辦公管理、信息公告、會議管理及線上服務等，具備多個功能模塊的劃分，實現(xiàn)整個辦公系統(tǒng)的自動化和智能化，同時保證整個辦公系統(tǒng)的安全性和實時性。

2 供配電系統(tǒng)

2.1 負荷等級劃分及核算

住宅建筑的電氣載荷按設計要求劃分為了3個等級。以一類高層建筑為例，其供配電和消防應急照明要求等級均較高，對于一類高層辦公樓，1～9層的樓梯、飲用水泵、污水泵、通道照明燈燈供電設備，需要按照一級載荷標準進行設計，10～13層的電梯、消防通道及住宅通道需要按照二級載荷標準設計，其他供電電氣設備可按照三級載荷標準設計。對于大功率設備的載荷計算問題，一般需要對載荷的有功功率Pjs、無功功率Qjs、視在功率S核算，計算公式為[3]：

2.2 供配電監(jiān)測

供配電監(jiān)測主要包括電能統(tǒng)計、供電回路狀態(tài)監(jiān)測以及電氣設備狀態(tài)監(jiān)測。電能統(tǒng)計主要指對用電量數(shù)據(jù)的采集，對于10 kV高壓側電路，其用電計量由專門的電業(yè)部門負責。低壓側用戶端配置計量表，并根據(jù)用戶需求對配電箱電表進行分表配置。供電回路狀態(tài)監(jiān)測主要是實現(xiàn)對電路回路的電壓電流信息進行采集，為電能統(tǒng)計提供參考數(shù)據(jù)，并監(jiān)測電路回路的狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和排除線路故障。電氣設備狀態(tài)監(jiān)測主要是實現(xiàn)對各類高壓供電設備的狀態(tài)監(jiān)測，當有設備發(fā)生故障時，能夠及時發(fā)現(xiàn)故障狀態(tài)，并發(fā)出報警信號，對各類故障進行類型、位置等信息的辨別。

3 照明控制系統(tǒng)

照明控制系統(tǒng)是建筑電氣系統(tǒng)中耗電量最大的子系統(tǒng)之一，對于改善照明環(huán)境和實現(xiàn)照明節(jié)能具有重要意義。照明控制系統(tǒng)需要根據(jù)照明目的和環(huán)境因素進行科學控制，照明控制可以分為兩大類，包括環(huán)境照明控制和節(jié)能照明控制，根據(jù)照明具體需要，實現(xiàn)照明在舒適度和節(jié)能兩個方面達到均衡。主要的照明控制方案包括波動開關控制、定時控制、斷路器控制、光電感應控制及智能控制等方法。波動開關方式是使用率最高的方式之一，可實現(xiàn)對單個或多個燈具的同時控制，也可在樓梯過道處設置雙開關或多開關聯(lián)動控制。波動開關電路復雜且線損較高。定時控制是根據(jù)照明時間需求，對燈具進行定時的開啟和關閉，實現(xiàn)了照明節(jié)能，但照明時間不夠靈活，無法自適應環(huán)境的變化。光電感應控制主要是通過實際照度與預設照度的對比值進行照明開關的控制，具有較好的節(jié)能效果。智能控制是以聲、光、紅外感應、視頻圖像等信息為輸入量，通過人工智能算法對照明進行綜合評估，實現(xiàn)輸出照度、舒適度、節(jié)能等指標的最優(yōu)控制，是未來照明發(fā)展的重要方向之一。

實際上，智能照明控制方案主要可以分為兩大類，一類為直接數(shù)字控制，另一類為總線分布式控制。直接數(shù)字控制方案是將智能照明與其他智能系統(tǒng)一起接入集中監(jiān)控系統(tǒng)，集中監(jiān)控系統(tǒng)利用接觸器來控制供電回路的開合。此類控制方案結構簡單，但系統(tǒng)工作可靠性偏低。總線分布式控制方案將接觸器進行模塊化設計，通過現(xiàn)場總線與智能開關連接。該方案線路集成度高，且具有較高的運行穩(wěn)定性，易于系統(tǒng)擴展，在智能建筑中得到廣泛應用。總線分布式智能照明控制結構如圖2所示。

圖2 總線分布式智能照明控制結構

4 安防監(jiān)控系統(tǒng)

智能建筑安防系統(tǒng)主要包括視頻監(jiān)控、門禁系統(tǒng)、緊急報警按鈕及電子巡更等部分。其中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)是最為直觀的監(jiān)控手段，主要由視頻圖像采集前端、圖像傳輸線路、控制器、顯示和存儲等部件構成[4]。監(jiān)控攝像機被安置在監(jiān)控區(qū)域，實時對監(jiān)控區(qū)域進行圖像采集，并將獲得的圖像音頻信息傳輸至控制中心。

門禁系統(tǒng)是目前智能建筑必備的安防設施之一，主要包括前端感應裝置、執(zhí)行裝置、后臺控制和存儲設備。控制方式分為單向感應和雙向感應兩類，智能建筑的門禁系統(tǒng)一般具有智能管理策略，既能進行在線實時控制，也可以進行離線狀態(tài)下運行。授權用戶一般會分配一張智能卡或者其他能夠識別身份的軟件識別碼。門禁系統(tǒng)會對每次訪問的時間、位置、卡號等信息進行記錄和存儲，并對用戶請求進行辨別和響應。

緊急報警按鈕主要被安置在一些特殊場合位置，在發(fā)生緊急情況時，可以觸發(fā)報警按鈕，以便控制中心的安防人員第一時間獲得報警信號。一般緊急按鈕分布在出入口、機房、崗亭、電梯、衛(wèi)生間等位置。

電子巡更系統(tǒng)可對巡更點、巡更狀態(tài)及人員進行電子表示，用于保證巡更路線的落實和對巡更值班制度的監(jiān)督，并將巡更過程中發(fā)現(xiàn)的問題進行反饋，電子巡更點一般可分為建筑內(nèi)和建筑外兩部分。

5 結 論

文中在分析建筑智能電氣系統(tǒng)結構的基礎上，對其供配電監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和安防系統(tǒng)進行了具體描述，智能電氣對實用性、穩(wěn)定性、智能化具有較高的要求，需要綜合整個建筑的多方面使用需求，構建一套復雜的智能控制系統(tǒng)。智能建筑將成為未來建筑的重要發(fā)展方向之一，我國目前智能建筑起步相對較晚，建筑智能化水平相對偏低，仍留有很多智能化電氣方面的問題有待進行進一步的研究。