智能樓宇綜合監(jiān)控系統(tǒng)的研究和實現

徐 瓊，付慧敏，何之倬，戚忠賢（國網上海市電力公司青浦供電公司， 上海 201700）

樓宇監(jiān)控是一個智能樓宇的綜合系統(tǒng)不可或缺的一部分，主要是對建筑樓宇內的各種能源設備運行使用、環(huán)境及設施情況進行實時監(jiān)控，以便提供一個安全、高效、舒適、綠色的辦公和生活環(huán)境。

1 智能樓宇的概念

智能樓宇主要是指通過計算機技術和信息技術相結合的手段，實現對建筑樓宇內的變配電、空調、照明、電梯、視頻等系統(tǒng)的監(jiān)控進行相互協(xié)調，并對信息資源進行管理，為用戶提供信息服務，同時可實現建筑最大程度的節(jié)能優(yōu)化，為建筑樓宇內的用戶創(chuàng)造一個高效、節(jié)能和具有一定經濟效益的智能居住環(huán)境[1]。

2 智能樓宇綜合監(jiān)控系統(tǒng)的組成

智能樓宇綜合監(jiān)控是目前國內建筑行業(yè)中的主要應用領域，其應用范圍包括變配電、空調、照明、電梯、視頻等系統(tǒng)設備正常運行控制， 這些應用又是由一套具有相應的系統(tǒng)設備物理架構和軟件系統(tǒng)共同組成的[2]。

2.1 物理架構

從基本技術層面來說，監(jiān)控設備的整體硬件基礎架構主要包括感知層、協(xié)議層、物聯(lián)體系、數據中心、平臺應用，這些組成部分又分別包含不同功能型號的具體設備。物理架構說明如下。

（1）感知層：通過先進的數據采集技術，傳感器、智能儀表實現電、水等信息和數據統(tǒng)一接入，為智能樓宇綜合監(jiān)控提供了基礎數據支撐。

（2）協(xié)議層：智能儀表、傳感器、可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller,PLC） 等設備協(xié)議進行數據采集和傳輸。

（3）物聯(lián)體系：建設統(tǒng)一平臺，完善支撐網絡，保證通信網安全可靠，方便運維。

（4）數據中心：將能源網采集的各個子系統(tǒng)數據進行處理，實現數據的歸類、歸集和關聯(lián)性分析，并按照業(yè)務要求利用數據挖掘、分析等技術對數據進一步分析和利用。

（5）平臺應用層：實現能源調度與監(jiān)控、能量平衡管理、能源運營管理 3 部分內容，從 3 個層次提升整個用能系統(tǒng)的運行效率。

2.2 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)正常工作運行的信息管理技術是基于數據信息管理和多種綜合系統(tǒng)相互設計開發(fā)在運行中不斷實現的。在實際開發(fā)推廣過程以及應用中，可以通過軟件等多種形式將樓宇能源數據監(jiān)控信息管理軟件系統(tǒng)、電力數據監(jiān)控信息管理軟件系統(tǒng)、數據信息泄露監(jiān)控和視頻監(jiān)控等進行各種深度綜合應用，在專家系統(tǒng)不斷完善的實際應用情形下，減少由于專家系統(tǒng)正常工作運行中因缺陷存在所致的風險行為而使管理對象判斷力強和控制功能不足的現象，出現信息泄露誤報等其他負面影響管理問題[3]。

軟件系統(tǒng)功能包括以下幾點。

（1）能源管理。對配電網電力、暖通空調等系統(tǒng)用能數據進行全拓撲運行監(jiān)控，計量采集，實現數據多維度分析功能，為管理人員對用能情況進行掌握和分析助力，對減少能源損耗，提高用戶能源使用效率有著重要意義。

（2）能效評價。平臺對建筑內不同用戶類型建立各種維度的指標體系，采用曲線、圖表等多種方式直觀地展示建筑能源使用單耗情況，并以國家、行業(yè)節(jié)能標準中對各類的節(jié)能目標值作為評價參考值進行對比，通過評價體系生成評價結論，實現對樓宇各單位的能源使用指標、實際使用數據展示與能效評價排名，方便對用戶進行能源績效考核管理，較好地促進用戶改善用能習慣。

（3）設備管理。建立完整的設備基礎檔案，包括用能設備、配電網設備、計量與采集設備等的檔案，實現項目管理、臺賬管理、設備缺陷故障管理及試驗記錄管理等功能，便于運維人員對設備資產進行有效錄入、整理和查詢，提高工作效率，使設備在全生命周期內的運行維護得到保障。

3 設計原則

（1）先進技術原則。先進技術原則主要體現在工業(yè)智能化和信息化 2 個技術方面，因為采用先進的計算機技術可以實現信息設備的綜合應用[4]。①系統(tǒng)智能化主要特點體現在系統(tǒng)及硬件設備配置方面，即系統(tǒng)需要配置具備智能特征的一些和硬件設備，同時必須配備具有良好的自動通信控制能力和自動故障報警自動檢測處理能力、自動故障報警處理能力等的硬件設備。②信息化主要目的是通過采用計算機信息管理技術，以盡快實現大型智能公寓樓宇的信息化以及監(jiān)控信息管理等目標。

（2） 穩(wěn)定管理原則。樓宇穩(wěn)定管理原則主要是為了保證樓宇自動化監(jiān)控的穩(wěn)定正常運行。

（3）硬件升級售后維護使用原則。在工業(yè)樓宇系統(tǒng)硬件選擇和系統(tǒng)軟件設計使用過程中,需要充分綜合考慮到系統(tǒng)的后期維護升級和售后維護使用問題，主要體現在硬件和系統(tǒng)軟件的升級維護和系統(tǒng)升級 2 個主要方面。①軟件維護升級。實施系統(tǒng)的軟件維護升級工作是勢所必須的，隨著系統(tǒng)軟件的不斷升級，自動化監(jiān)控軟件得到了重大更新和不斷完善，使系統(tǒng)的操作更加方便。②便于硬件的日常維護和軟件升級。由于其中的自動化特性，在設計時期所采用的硬件設備大多為一種模塊化硬件，如此方便系統(tǒng)的日常維護和硬件升級。

4 自動化監(jiān)控系統(tǒng)在智能樓宇中的應用

4.1 變配電系統(tǒng)

建筑樓宇中的變配電及應急發(fā)電設備監(jiān)控系統(tǒng)主要以監(jiān)視為主，各類控制、保護及聯(lián)動功能一般在各開關柜、變壓器、配電箱內部實現或由人工就地控制。

智能化樓宇的配電系統(tǒng)設計要滿足供電安全、可靠，管理、計量和維護方便的要求。

無論是樓宇自控系統(tǒng)直接監(jiān)控還是采用專業(yè)能源管理系統(tǒng)監(jiān)控，變配電及應急發(fā)電設備監(jiān)控系統(tǒng)的整體結構仍然是集散控制系統(tǒng)。通過現場總線連接各傳感器、變送器及執(zhí)行機構，現場信號送入上位機后進行統(tǒng)一監(jiān)視、管理。

4.2 空調系統(tǒng)

建筑空調監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控主要包括對空調管道供回水溫度、壓力、流量、室外溫濕度，以及空調系統(tǒng)設備運行狀態(tài)參數進行監(jiān)測，空調設備故障進行實時上報，并且，可根據系統(tǒng)整體運行情況對空調系統(tǒng)進行節(jié)能策略調控，包括空調設備啟?？刂?、機組加減載控制、水泵自動控制、主機出水溫度調節(jié)等，實現減少空調系統(tǒng)能耗的目的。

4.3 照明系統(tǒng)

照明系統(tǒng)監(jiān)控的目的是對樓宇照明系統(tǒng)進行精細化管理，實現最佳照明方案并能節(jié)約電量，包括：根據照度傳感器對燈具進行調光，根據不同的照明預設模式（時間、場景、區(qū)域、天氣）進行模式切換，對照明回路進行巡檢及查看回路開關狀態(tài)等功能。

智能樓宇綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現對照明控制系統(tǒng)的全面監(jiān)控，以分區(qū)域管理的模式對各個設備的使用情況進行監(jiān)測與維護，確保樓宇照明系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

4.4 電梯系統(tǒng)

樓宇智能電梯管理是指采集電梯運行過程中電梯運行實時速度信息、電梯所在的樓層信息、電梯起/停/運行的實時信息，實現對電梯的集中監(jiān)測，推進精細化管理，提升系統(tǒng)的運行效率。通過智能監(jiān)控方案，能夠實現電梯設備的遠程管理、設備歷史數據查詢、報警處理、數據分析、設備生命周期管理，以便及時調整設備的運行方式，降低能耗支出。

4.5 視頻系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)以智能監(jiān)控平臺為依托，運用物聯(lián)網技術對建筑視頻監(jiān)控進行整合，使建筑管理者、用戶和各種智慧系統(tǒng)形成各種形式的信息交互，以達到方便快捷的管理目的。

通過智能樓宇綜合監(jiān)控系統(tǒng)與所連接的視頻監(jiān)控系統(tǒng)的信息交互，聯(lián)動預案處理以及綜合監(jiān)視管理業(yè)務，構建動態(tài)信息資源庫，實現智慧視頻監(jiān)控管理。

5 結 語

隨著智能信息技術的不斷發(fā)展，綜合監(jiān)控系統(tǒng)在智能樓宇中的廣泛應用越來越重要。智能樓宇綜合監(jiān)控系統(tǒng)成功實現了建筑智能化的控制流程管理，為整個樓宇的智能性建設準備了一個基礎性質的工作，同時為提出和創(chuàng)造高效、經濟、節(jié)能的生活環(huán)境等做出了積極貢獻。