智能建筑電氣自動化系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)研究

張宇程

摘 要：隨著人們生活水平的提升，對于建筑功能的需求不斷增多，在此背景下智能建筑應(yīng)運(yùn)而生。為了滿足建筑功能多樣化的需求，就必須完成電氣自動化系統(tǒng)建設(shè)。本文首先分析了電氣自動化系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢，然后介紹了自動化系統(tǒng)的組成和設(shè)計(jì)要求，最后詳細(xì)闡述了設(shè)計(jì)方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：智能建筑；電氣設(shè)備；自動化系統(tǒng)；優(yōu)勢；設(shè)計(jì)方法

中圖分類號：TU855 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0078-01

所謂智能建筑，指的是根據(jù)用戶的需求，對建筑物的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理等進(jìn)行優(yōu)化組合，從而提供一個高效、舒適、便利的居住環(huán)境。智能建筑具有環(huán)保、低碳、節(jié)能的優(yōu)勢，采用智能管理模式取代人工管理模式，并且利用自動控制系統(tǒng)，對設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，提高設(shè)備的舒適性，延長設(shè)備的使用壽命。以下針對智能建筑電氣自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

1 電氣自動化系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 節(jié)約資源能源

在電氣自動化系統(tǒng)中，主要是采用了通信技術(shù)、綜合布線技術(shù)、樓宇自控技術(shù)、安全防范技術(shù)等，通過對設(shè)備和軟件集成設(shè)計(jì)，能夠?qū)ε潆?、排水、照明、通風(fēng)、中央空調(diào)、網(wǎng)絡(luò)通信、電梯系統(tǒng)等進(jìn)行統(tǒng)一控制，提高設(shè)備的利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)約人力和資源的目標(biāo)，保證各種設(shè)備安全運(yùn)行。

1.2 有效控制設(shè)備

電氣自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，借助于網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)發(fā)出控制信號，能夠執(zhí)行用戶下達(dá)的指令，完成各項(xiàng)控制任務(wù)目標(biāo)。相比于人工管理，自動化管理能提高工作效率，減輕人員負(fù)擔(dān)。智能建筑在設(shè)計(jì)期間，首先應(yīng)該全面分析電氣自動化系統(tǒng)的功能，形成完整的信息技術(shù)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制的有效性。

1.3 實(shí)時監(jiān)測故障

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，大型建筑、高層建筑層出不窮，分析這些建筑的共同特點(diǎn)，在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多樣，電氣設(shè)備數(shù)量多，運(yùn)行期間容易出現(xiàn)問題和故障，為樓層管理工作增加了難度。電氣自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，采用了信息采集—處理—反饋的模式，能對建筑內(nèi)部的所有電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，并且將運(yùn)行信息反饋到控制中心，實(shí)現(xiàn)24小時不間斷管理，從而及時發(fā)現(xiàn)并處理故障。

2 智能建筑電氣自動化系統(tǒng)的分析

2.1 系統(tǒng)組成

在智能建筑中，電氣自動化系統(tǒng)是由以下部分組成：①中央計(jì)算機(jī)；②主控制器和現(xiàn)場控制器；③通信網(wǎng)絡(luò)；④兩級網(wǎng)。其中，中央計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)交流，現(xiàn)場控制器負(fù)責(zé)控制；一級網(wǎng)絡(luò)、二級網(wǎng)絡(luò)分別對應(yīng)局域網(wǎng)、工業(yè)控制總線。該系統(tǒng)的功能包括：第一，監(jiān)視、控制、顯示電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；第二，顯示并檢測設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)變化，并對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；第三，檢測并處理突發(fā)事件和故障意外；第四，依據(jù)外界環(huán)境條件的變化，對設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行調(diào)整，使其處于最佳運(yùn)行狀態(tài)；第五，對各種設(shè)備協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)自動化維護(hù)和管理。

2.2 重要元件

在該系統(tǒng)中，主要元件是現(xiàn)場控制器、執(zhí)行器、傳感器。其中，現(xiàn)場控制器是建筑內(nèi)部各種設(shè)備的直接控制者，一方面接受中央計(jì)算機(jī)的控制，另一方面也能在中央計(jì)算機(jī)之外獨(dú)立運(yùn)行?？刂破饕话悴捎肈DC模式和執(zhí)行器、傳感器相連，信號形式分為四種，即模擬量輸入、模擬量輸出、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出。執(zhí)行器屬于末端控制元件，常見如電動調(diào)節(jié)閥，能將控制器輸出的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殚y門開度大小。傳感器的類型劃分，主要依據(jù)溫度、濕度、壓力、流量等要素。

2.3 設(shè)計(jì)要求

第一，電源。在電氣自動化系統(tǒng)中，電源是最基本、最重要的組成部分，在設(shè)計(jì)時應(yīng)該滿足用電負(fù)荷要求。I類系統(tǒng)電源面對系統(tǒng)中的UPS設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)放射式供電；II類系統(tǒng)電源能夠利用臨近電源供電；如果系統(tǒng)中含有CPU控制器，那么電源應(yīng)該滿足控制器72小時運(yùn)行要求，即使在特殊情況下也能保證長時間供電。

第二，布線。電源布線時，嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)操作。網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)布線時，應(yīng)該分析線路周邊環(huán)境，保證布線的靈活性。信號線路布設(shè)時，應(yīng)該嚴(yán)格檢查電線電纜的規(guī)格質(zhì)量，優(yōu)先選用分槽、分管布設(shè)方式，能提高信號線路的獨(dú)立性。網(wǎng)絡(luò)控制器和計(jì)算機(jī)等設(shè)備布線時，一方面保證設(shè)備接地，另一方面和弱電工程接地干線良好連接，滿足電氣設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行的要求。另外，部分線路布設(shè)期間，還應(yīng)該設(shè)置專門的導(dǎo)線，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

第三，控制器。在現(xiàn)場控制器的設(shè)計(jì)上，要考慮到智能建筑的功能，具體如下：一是遠(yuǎn)離電磁干擾設(shè)備，例如線路、管道等，以提高運(yùn)行的穩(wěn)定性；二是現(xiàn)場控制器的輸入、輸出上，既要滿足系統(tǒng)設(shè)備的需要，又要預(yù)留出一定余量，一般按照20%預(yù)留；三是設(shè)計(jì)同時分析管理模式的便捷性、調(diào)試維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性，不能為了智能化而盲目利用資源、增加成本。實(shí)踐證實(shí)，現(xiàn)場控制器常設(shè)置在集中區(qū)域，并且采用防潮措施。

3 智能建筑電氣自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

3.1 給排水系統(tǒng)

現(xiàn)代建筑的給水系統(tǒng)，主要采用以下三種方式：一是水泵給水，二是高位水箱給水，三是氣壓罐給水；室內(nèi)排水則是利用重力自行排放，或者在泵房內(nèi)設(shè)置集水坑，利用潛污泵進(jìn)行排水。第一，如果采用水泵給水，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)該在緩沖池設(shè)置3個液位傳感器，作用是檢測溢流情況、允許啟泵液位、最低水位報(bào)警等。還要設(shè)置水壓傳感器，用來檢測、報(bào)警、運(yùn)行管理，實(shí)現(xiàn)恒壓供水、水泵啟停等操作。第二，如果采用高位水箱給水，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)該利用DDC實(shí)現(xiàn)檢測、報(bào)警、用電量計(jì)算、啟停操作等功能。第三，如果采用氣壓罐給水，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要用來檢測、報(bào)警、設(shè)備管理、啟停操作等。在排水系統(tǒng)的控制上，設(shè)備包括排水泵、污水池、集水坑等，可以實(shí)現(xiàn)檢測、報(bào)警、潛污泵啟停操作等。

3.2 供電系統(tǒng)

智能建筑對于供電系統(tǒng)的要求高，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，一方面要設(shè)置備用電源，預(yù)防電力系統(tǒng)故障，保證各種設(shè)備正常運(yùn)行，消除或減小停電對供電系統(tǒng)造成的影響。另一方面要對配電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，檢測各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)量用電量，遇到故障及時報(bào)警，促使控制系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3.3 通風(fēng)系統(tǒng)

通風(fēng)系統(tǒng)的工作原理，是檢測建筑內(nèi)部空氣中的CO、CO2含量，如果濃度超標(biāo)，通風(fēng)系統(tǒng)就會啟動風(fēng)機(jī)，及時排除污染空氣、吸收新鮮空氣，實(shí)現(xiàn)空氣凈化目標(biāo)，改善建筑內(nèi)部的空氣質(zhì)量。在智能建筑中，空調(diào)系統(tǒng)包括三種：一是集中式，二是局部式，三是半集中式。系統(tǒng)利用制冷技術(shù)，來控制設(shè)備啟停、水溫冷卻、壓差旁通等操作，并控制交換器二次熱水出口的溫度。另外，該系統(tǒng)對風(fēng)機(jī)盤管、風(fēng)速、電動閥門的控制，是依靠風(fēng)機(jī)盤管監(jiān)控系統(tǒng)完成的。考慮到空調(diào)系統(tǒng)的耗電量大，在設(shè)計(jì)時應(yīng)該遵循節(jié)能原則，必要時可以利用熱泵技術(shù)、末端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電能耗用的控制，提高空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性。

3.4 照明系統(tǒng)

智能建筑內(nèi)部的照明系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時既要滿足設(shè)備控制要求，又要實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。當(dāng)前我國的智能建筑以高層建筑為主，對照明、電梯動力系統(tǒng)的要求高，其中照明耗電量占建筑總耗電量的30%以上，為節(jié)能設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件。具體來說，動力控制系統(tǒng)和電梯控制箱的觸點(diǎn)采用DDC相連，能夠監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行，及時發(fā)現(xiàn)故障情況；照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，采用定時控制、智能控制等方式，準(zhǔn)確控制獨(dú)立光源的開關(guān)；針對樓梯、走廊等部位的照明，下班后要求全部關(guān)掉，達(dá)到人走燈滅的效果。

4 結(jié)語

綜上所述，電氣自動化系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢，在于節(jié)約資源能源、有效控制設(shè)備、實(shí)時監(jiān)測故障。電氣自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是電源、布線、控制器具有明確要求。文中從給排水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)四個方面，介紹了具體的設(shè)計(jì)方法，希望為類似工程提供一些經(jīng)驗(yàn)，提高智能建筑的安全性、舒適性。

參考文獻(xiàn)

[1]吳衛(wèi)博.智能建筑中樓宇電氣自動化系統(tǒng)問題與策略探究[J].科技尚品，2016，（6）：102.

[2]裴淵東.智能建筑電氣自動化系統(tǒng)的分析及設(shè)計(jì)思路[J].建材發(fā)展導(dǎo)向（下），2016，14（11）：388.