淺談樓宇智能化控制系統(tǒng)架構(gòu)

劉瑤

（天津港生活服務(wù)有限公司，天津 300456）

智能樓宇最早出現(xiàn)在美國，我國的智能樓宇起源于20世紀90年代，樓宇智能化是現(xiàn)代工業(yè)高科技的結(jié)晶，是未來“信息高速公路”的主節(jié)點，是進入“數(shù)字時代”新興的產(chǎn)物。所謂樓宇自動化系統(tǒng)是對中央空調(diào)系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)進行監(jiān)控。隨著高新信息技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，對建筑物的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)及管理的最優(yōu)化組合的要求越來越高。系統(tǒng)控制的方式由過去的中央集中監(jiān)控，轉(zhuǎn)而由高處理能力的現(xiàn)場控制器所取代的集散控制系統(tǒng)，本文設(shè)計的樓宇自動化智能控制系統(tǒng)是專門為樓宇智能化所設(shè)計，同霍尼韋爾、西門子等樓宇控制產(chǎn)品相比結(jié)構(gòu)靈活，控制簡便，并且易于針對個體需求進行軟件的二次開發(fā)。

1 樓宇自動化系統(tǒng)的功能：

1.1 樓宇自動化系統(tǒng)將實現(xiàn)如下主要功能：中央空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)控管理；給排水系統(tǒng)的監(jiān)控管理；供配電監(jiān)控系統(tǒng)；保安消防自動化系統(tǒng)；能量管理。

1.2 樓宇自動化系統(tǒng)廣義的組成

硬件網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成。智能建筑的系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)大多采用二層網(wǎng)絡(luò)形式，上層為以太網(wǎng)絡(luò)，下層采用RS485、LonWorks等速率較低的標準工控總線方式集成串聯(lián)各種硬設(shè)備。集成模式還可通過開發(fā)與第三方系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口（網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)絡(luò)控制器），將各種系統(tǒng)資料集成到網(wǎng)絡(luò)主干上，實現(xiàn)集成目的。

信息系統(tǒng)集成。各樓宇自動控制系統(tǒng)的廠家基本都依照以上的集成原理進行系統(tǒng)集成，而且自行開發(fā)系統(tǒng)集成的管理軟件。樓宇自動控制系統(tǒng)的廠家所開發(fā)的系統(tǒng)集成管理軟件，透過已經(jīng)架設(shè)好的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)系統(tǒng)集成，連接所有與之相關(guān)的對象，將信息綜合地相互作用，以實現(xiàn)整體的目標。可采用OPC技術(shù)和ODBC技術(shù)實現(xiàn)智能建筑的系統(tǒng)集成。

遠程系統(tǒng)集成。數(shù)字化建筑的最新的集成技術(shù)是將信息集成建立在建筑物在內(nèi)部網(wǎng)Internet的基礎(chǔ)上再通過Web服務(wù)器和瀏覽器在整個網(wǎng)絡(luò)上的信息交換、綜合與共享，因此可以遠程取得資料，或發(fā)出連動，可將各大型建筑群統(tǒng)一在同一平臺做出實時且有效的的監(jiān)控管理。

實時數(shù)據(jù)與管理資料的集成。智能建筑中包括多個子系統(tǒng)，涉及實時控制和分時管理兩個不同的信息處理領(lǐng)域?，F(xiàn)場資料的收集與記錄成為重要的系統(tǒng)集成對象，此必須透過現(xiàn)場資料收集器(例:DDC)來完成各個子系統(tǒng)集成連結(jié)成一個完整的大系統(tǒng)，實現(xiàn)對建筑物消防、保安、電梯控制、燈光控制、停車、周界防護、門禁等諸多子系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)的集成，并完成各子系統(tǒng)之間的聯(lián)動控制。

2 軟件流程

智能樓宇控制系統(tǒng)所控制的點位種類多樣，如溫度、濕度、流量、開關(guān)等。硬件電路依據(jù)數(shù)字量、模擬量以及輸入、輸出提供了通用的接口，因此具體識別控制每個點位則完全由軟件完成。現(xiàn)場區(qū)域控制器作為整個系統(tǒng)的控制核心，既要檢測自身輸入輸出單元，完成顯示，報警等功能，又要根據(jù)上位機(PC)、控制模塊提供信息發(fā)出控制決策。因此軟件流程包括初始化、故障檢測與處理、控制算法實現(xiàn)、上下位機通訊等，初始化包括數(shù)值初始化、中斷初始化，通訊初始化，顯示初始化；故障檢測包括通訊故障，反饋故障，邏輯故障等；控制部分主要是程序算法的實現(xiàn)，對輸入輸出的智能控制，包括鍵盤/觸摸屏輸入及液晶輸出，上位機通訊即遠程PC與區(qū)域控制器通訊，而下位機通訊則是區(qū)域控制器與控制模塊之間通訊。

該系統(tǒng)按照設(shè)計要求采用計算機集散式控制系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上分為三層網(wǎng)絡(luò)。一層是各子系統(tǒng)；二層是集成網(wǎng)絡(luò)；一二層網(wǎng)絡(luò)間通過開放的標準數(shù)據(jù)接口如ODBC、DDE、OPC等實現(xiàn)與各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享。三層是管理網(wǎng)絡(luò)，二三層網(wǎng)絡(luò)間通過軟件的通信程序組件(NetClient/NetServer、通信程序采用以太網(wǎng)(TCP/IP)、進行數(shù)據(jù)通訊，它是連接客戶端(View)和服務(wù)器(實時數(shù)據(jù)庫)的橋梁，是構(gòu)成系統(tǒng)分布式系統(tǒng)的重要組成部分，Web服務(wù)器是為用戶提供Web服務(wù)的程序，用戶可以通過IE等標準瀏覽器來訪問系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，從遠程查看系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，及時了解樓宇內(nèi)重要信息，為管理層提供監(jiān)控的平臺。

2.1 空調(diào)機組的自動調(diào)節(jié)

控制系統(tǒng)采用DDC控制，裝設(shè)在回風管內(nèi)的溫度傳感器所檢測的溫度送往DDC控制器與設(shè)定點溫度相比較，用比例積分加微分控制，輸出相應(yīng)的電壓信號，控制裝在回水管上的電動調(diào)節(jié)閥的動作，使回風溫度保持在所需要的范圍。

裝設(shè)在送風管內(nèi)的濕度傳感器所檢測的濕度送往 DDC控制器與設(shè)定點濕度比較，用比例積分控制，輸出相應(yīng)的電壓信號，控制電動蒸汽閥的動作，使送風濕度保持在所需要的范圍。

裝設(shè)在回風管及新風管的溫度及濕度傳感器所檢測的溫／濕度送往DDC控制器進行回風及新風焓值計算，按回風及新風焓值的比例，輸出相應(yīng)的電壓信號，控制回風風門及新風風門的比例開度，使系統(tǒng)節(jié)能。

冷水機組控制。由中央控制系統(tǒng)進行監(jiān)視供/回水溫度。按程序啟／停冷水機組。根據(jù)系統(tǒng)的供／回水溫度通過就地控制器(DDC)對溫度重新設(shè)定及負荷的限制等。

冷卻塔風機控制。由中央控制系統(tǒng)進行監(jiān)視冷卻塔的出水溫度及控制水泵的啟停。

冷卻水泵/冷凍水泵的控制。根據(jù)冷凍站的控制程序啟／停水泵過載報警，對水流量的記錄。

2.2 新風系統(tǒng)

監(jiān)測新風機手/自動轉(zhuǎn)換狀態(tài)、運行狀態(tài)，確認新風機機組是否處于樓宇自控系統(tǒng)之下；當處于樓宇自控系統(tǒng)控制時，可控制風機的啟停。當系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)會發(fā)出警報。并根據(jù)設(shè)定的溫度、送風溫度、冬季和夏季等條件變化進行送新風量調(diào)節(jié)。

系統(tǒng)中所有檢測數(shù)據(jù)，均可以在顯示屏上顯示出來，如：

新風、回風、送風之溫濕度；過濾器淤塞報警；風機開停狀態(tài)

通過 DDC控制器內(nèi)預(yù)先編寫的邏輯程序，系統(tǒng)可執(zhí)行下列連鎖功能。裝設(shè)在新風入口處的風門與風機連鎖。當風機停止后，新風風門全關(guān)。電動調(diào)節(jié)閥與風機啟動連鎖。當風機停止后，電動調(diào)節(jié)閥亦同時關(guān)閉。風機啟停狀態(tài)是用差壓開關(guān)檢測的。當風機啟動后，風機兩側(cè)的差壓超過其設(shè)定值時，差壓開關(guān)內(nèi)的常開觸點閉合，信號送往DDC控制器，系統(tǒng)的控制程序立即投入運行。

通過手提檢測器可現(xiàn)場提取及修改DDC數(shù)字控制器內(nèi)的任何數(shù)據(jù)，如

傳感器檢測范圍；控制程序參數(shù)，包括輸入端到輸出端等。

通過 DDC上串行接口與網(wǎng)絡(luò)控制器連接，成為中央監(jiān)控系統(tǒng)的最基本監(jiān)控單元。

2.3 給排水系統(tǒng)

監(jiān)測各集水坑高液位，水泵運行狀態(tài)，過載報警，高水位報警。并可手動/自動啟?？?，故障復(fù)位等。

2.4 照明系統(tǒng)

根據(jù)設(shè)定時間自動開啟/關(guān)閉不同區(qū)域的燈光，達到節(jié)能的目的。

2.5 供配電系統(tǒng)

實時監(jiān)測樓宇內(nèi)用電情況，過壓、過流等故障報警提示，并生成用電量日報、月報、年報表等。

樓宇自動化系統(tǒng)是智能建筑的核心，我國市場正蓬勃發(fā)展，由于我國經(jīng)濟發(fā)展的不同，各地區(qū)的智能建筑建設(shè)速度及水平也有所不同。天津作為我國的現(xiàn)代化大城市，智能建筑的建設(shè)發(fā)展很快，各街區(qū)新建筑都朝智能建筑興建的奇特現(xiàn)象。然而，真正樓宇自動化系統(tǒng)的智能與數(shù)字元化程度需要被真正的鑒定，各廠家提供的水平差異懸殊須慎選，因應(yīng)市場的發(fā)展，訂定管理樓宇自動化規(guī)范將是非常重要的一個課題。

[1]陳一才主編.《智能建筑電氣設(shè)計手冊》中國建材工業(yè)出版社1999年8月