組網(wǎng)式建筑智能化實(shí)驗裝置的研發(fā)與應(yīng)用

任靜 武東輝 曹祥紅

摘??要：針對現(xiàn)有建筑智能化實(shí)驗裝置各子系統(tǒng)之間相互獨(dú)立、資源冗余嚴(yán)重的現(xiàn)象，本文設(shè)計了一種組網(wǎng)式建筑智能化實(shí)驗裝置。該實(shí)驗裝置在一幢模擬二層建筑上，集成了火災(zāi)自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)、視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)及綜合布線系統(tǒng)，各系統(tǒng)不僅可單獨(dú)工作，同時可通過信息的傳輸和共享，協(xié)同工作，聯(lián)動、聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，且后期可進(jìn)行其他系統(tǒng)的擴(kuò)展。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用表明，該實(shí)驗裝置集成度、可靠性高，采用低壓直流設(shè)備，極大地保證了學(xué)生在實(shí)驗中的安全，能有效地實(shí)現(xiàn)學(xué)與用的無縫對接，提升學(xué)生實(shí)踐動手能力。

關(guān)鍵詞：組網(wǎng)式??智能化系統(tǒng)??集成??聯(lián)動控制

中圖分類號：TU855?????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

R&D?and?Application?of?the?Networked?Intelligent?Experimental?Device?for?Buildings

REN?Jing??WU?Donghui??CAO?Xianghong

（Zhengzhou?University?of?Light?Industry，?Zhengzhou，?Henan?Province，?450000?China）

Abstract：?In?view?of?the?phenomenon?that?the?subsystems?of?the?existing?intelligent?experimental?device?for?buildings?are?independent?of?each?other?and?the?resource?redundancy?is?serious，?this?paper?designs?a?networked?intelligent?experimental?device?for?buildings.?The?experimental?device?integrates?the?automatic?fire?alarm?and?linkage?control?system，?video?security?monitoring?system，?intrusion?alarm?system?and?integrated?wiring?system?in?a?simulated?two-story?building，each?system?can?not?only?work?independently，?but?also?work?together?and?be?linked?and?networked?through?the?transmission?and?sharing?of?information，?and?it?can?be?extended?to?other?systems?at?a?later?stage.?The?practical?application?shows?that?the?experimental?device?has?high?integration?and?reliability，?adopts?low-voltage?DC?equipment，?and?greatly?guarantees?the?safety?of?students?in?the?experiment，?which?can?effectively?realize?the?seamless?docking?between?learning?and?use，?and?improve?the?practical?ability?of?students.

Key?Words：?Networked;?Intelligent?system;?Integration;?Linkage?control

1?研究背景

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)、傳感技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，人類對建筑環(huán)境的信息化、安全性和舒適性等要求越來越高，建筑智能化的需求也越來越高。目前智能建筑普遍實(shí)施了諸如火災(zāi)自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)、視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)等，隨著建筑智能化水平的提升，建筑的適用性也得到了提升，同時也降低了使用成本[1]。

傳統(tǒng)的建筑智能化實(shí)驗裝置受理念和技術(shù)的影響，各個系統(tǒng)之間相互孤立，存在相互重疊現(xiàn)象，資源冗余現(xiàn)象嚴(yán)重，無形中降低了系統(tǒng)的實(shí)用性，增加了系統(tǒng)維護(hù)工作量[2]?！敖M網(wǎng)式建筑智能化實(shí)驗裝置”為了突出重點(diǎn)，避免子系統(tǒng)相互重疊，包含了火災(zāi)自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)、視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)等4個子系統(tǒng)，不僅滿足本科相關(guān)專業(yè)實(shí)驗教學(xué)基本需求，后期還可進(jìn)行應(yīng)急照明與疏散指示、智能照明，防雷接地、巡更系統(tǒng)、對講門禁控制系統(tǒng)和有線電視系統(tǒng)等系統(tǒng)的擴(kuò)展。

2?實(shí)驗裝置的研制

2.1?技術(shù)方案

本設(shè)計為一種新型組網(wǎng)式建筑智能化實(shí)驗裝置，每臺實(shí)驗裝置模擬一幢二層建筑，結(jié)構(gòu)組成如圖1所示，主要由住戶1、住戶2、機(jī)房、會議室、管理中心、辦公室和消防電梯組成，其中住戶1、住戶2用于模擬智能小區(qū)，機(jī)房、管理中心用于模擬樓宇管控系統(tǒng)，會議室、辦公室用于模擬辦公大樓。為了突出重點(diǎn)，避免出現(xiàn)建筑智能化一些子系統(tǒng)相互重疊，每臺實(shí)驗裝置包括火災(zāi)自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)、視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)等4個子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)不僅可以單獨(dú)工作，同時可進(jìn)行信息的傳輸與共享，使多個子系統(tǒng)協(xié)同工作，聯(lián)動運(yùn)行，例如通過綜合布線系統(tǒng)，可遠(yuǎn)程查看視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)的工作情況。其次，多臺實(shí)驗裝置可模擬一個建筑群，各建筑中的系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗，通過Internet網(wǎng)絡(luò)及總控制臺進(jìn)行監(jiān)測與控制。

2.2?火災(zāi)自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)

火災(zāi)自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)由火災(zāi)自動報警及聯(lián)動控制兩部分構(gòu)成[3]。主要包括消防報警控制器、管理控制中心站、通信網(wǎng)絡(luò)、前端探測器、聲光報警器、消防電話、消防廣播、消火栓系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、防火卷簾門、消防電梯、強(qiáng)切等。該系統(tǒng)通過報警控制總線組網(wǎng)連接，消防電話通過消防電話線路與總控制臺相連，消防廣播通過廣播線路與總控制臺相連，防火卷簾系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)及排煙系統(tǒng)通過直接控制線與總控制臺組網(wǎng)相連，構(gòu)成火災(zāi)聯(lián)動控制系統(tǒng)。所有模塊及設(shè)備可重復(fù)拆卸安裝，所有接線端子引出，便于真實(shí)接線，實(shí)際操作及聯(lián)動控制更接近實(shí)際工程。單臺實(shí)驗裝置可獨(dú)立工作，又可組網(wǎng)由總控臺進(jìn)行監(jiān)控。

自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)備安裝布置如圖2所示，主要由壓力開關(guān)（撥動開關(guān)）、水流指示器（撥動開關(guān)）、信號閥（撥動開關(guān)）、閘閥（撥動開關(guān)）、泵故障（撥動開關(guān)）、噴淋泵（三相異步電動機(jī)）及控制箱組成。在消防控制室內(nèi)可對噴淋泵進(jìn)行手動/自動控制，并顯示水泵的狀態(tài)。

送風(fēng)排煙系統(tǒng)設(shè)備安裝布置如圖3所示，主要由正壓送風(fēng)機(jī)、排煙送風(fēng)機(jī)（分別由AC220風(fēng)扇模擬）、70℃防火閥、送風(fēng)口、280℃排煙防火閥、排煙口（分別由4只繼電器模擬）及控制箱組成。在消防控制室內(nèi)可對設(shè)備進(jìn)行手動/自動控制，并顯示狀態(tài)?；馂?zāi)發(fā)生后，應(yīng)啟動排煙風(fēng)機(jī)，打開排煙口及排煙閥進(jìn)行排煙。當(dāng)排煙防火閥熔斷后，總線聯(lián)鎖控制停止排煙風(fēng)機(jī)[4]。

防火卷簾門采用直流減速電機(jī)、卷簾幕布及控制箱模擬控制，設(shè)備安裝布圖如圖4所示。若卷簾門處感煙探測器報警時，系統(tǒng)控制器啟動一個輸入/輸出模塊，將卷簾門下降至半降狀態(tài)；當(dāng)卷簾門處的感溫探測器報警時，控制器啟動另一個輸入/輸出模塊（全降控制），將卷簾門下降到底。半降及全降到位的反饋信號（必須為無源觸點(diǎn)）分別接入各自的輸入/輸出模塊。同時可通過控制器上的手動按鈕或輸入/輸出模塊對應(yīng)的總線聯(lián)動控制盤上的按鍵控制防火卷簾門的升降。

消防電梯采用單座六層模擬電梯實(shí)現(xiàn)控制，電梯模型的電氣部分由永磁低速同步電動機(jī)、變頻器、PLC、歐姆龍編碼器、語音到站鐘等組成。當(dāng)某樓層發(fā)生火災(zāi)時，控制器通過總線啟動輸入/輸出模塊，控制消防電梯控制箱內(nèi)DC?24V繼電器動作，迫降消防電梯至首層，到位后的反饋信號（必須為無源觸點(diǎn)）通過輸入/輸出模塊反饋至控制器。

2.3?視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)

視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)采用監(jiān)控柜設(shè)計，包括監(jiān)視器、硬盤錄像機(jī)、監(jiān)控交換機(jī)等。監(jiān)視器包括紅外網(wǎng)絡(luò)高速智能球、超寬動態(tài)防暴半球型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、高清一體化激光云臺攝像機(jī)、紅外對射報警器、聲光報警器、門磁等[5]，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。紅外對射報警器、聲光報警器、門磁等入侵報警設(shè)備接入硬盤錄像機(jī)的報警輸入口，硬盤錄像機(jī)對周邊環(huán)境進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控及錄像，當(dāng)有警報發(fā)生時，可調(diào)動相應(yīng)的攝像機(jī)進(jìn)行報警聯(lián)動錄像。硬盤錄像機(jī)與計算機(jī)通過交換機(jī)組成局域網(wǎng)，可在計算機(jī)端遠(yuǎn)程查看監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控畫面，也可通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程查看監(jiān)控畫面?；谠搶?shí)驗裝置及系統(tǒng)平臺，教師可以進(jìn)行如圖像識別、人體特征捕捉等有一定前沿性的科學(xué)研究工作。

2.4?入侵報警系統(tǒng)

入侵報警系統(tǒng)將防范區(qū)域劃分為8個防區(qū)，各個探測器（紅外對射報警器、門磁、振動探測器、玻璃破碎探測器、紅外對射報警器）裝在模擬房間的對應(yīng)位置，如模擬房門、模擬窗等，并分別接入8路入侵報警控制器的8個防區(qū)，可通過報警控制器鍵盤分別對防區(qū)進(jìn)行布防，已布防的防區(qū)若發(fā)生非法入侵，可促發(fā)報警器發(fā)出警報。相應(yīng)控制器通過轉(zhuǎn)換開關(guān)，可分別工作在視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)及入侵報警系統(tǒng)，多位轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)置如圖5所示。

2.5?綜合布線系統(tǒng)

綜合布線系統(tǒng)是對建筑模型（住戶、會議室、辦公室、機(jī)房、管理中心）進(jìn)行線路施工、調(diào)試及測試。主要包括RJ45配線架、以太網(wǎng)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)配線柜、電話程控交換機(jī)、電話配線架、底盒、電話模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、路由器、電話機(jī)、RJ11水晶頭、RJ45水晶頭等安裝器件，在建筑模型中實(shí)現(xiàn)了綜合布線的七個子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)房間內(nèi)的數(shù)據(jù)與語音通信。通過外網(wǎng)接入，可將系統(tǒng)融合到Internet網(wǎng)絡(luò)。

3?創(chuàng)新性

（1）整個系統(tǒng)按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計，實(shí)驗系統(tǒng)的設(shè)計和一個真實(shí)建筑物的弱電系統(tǒng)設(shè)計并無兩樣，實(shí)際操作及聯(lián)動控制均接近實(shí)際工程，通過此實(shí)驗系統(tǒng)的設(shè)計可實(shí)現(xiàn)“學(xué)”與“用”的無縫對接[6]。

（2）該系統(tǒng)采用Internet組網(wǎng)、多點(diǎn)冗余控制和模塊化系統(tǒng)設(shè)計等技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，既可單臺實(shí)驗，模擬一棟建筑，又可多臺聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗，模擬一個建筑群；既可單獨(dú)進(jìn)行各子系統(tǒng)實(shí)驗，又可對系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動控制。

（3）該實(shí)驗裝置具有綜合性、集成度高，避免采購多臺單系統(tǒng)實(shí)驗裝置，很大程度地節(jié)約了經(jīng)費(fèi)，同時多個系統(tǒng)、多臺裝置之間還可進(jìn)行聯(lián)動及聯(lián)網(wǎng)控制。

（4）實(shí)驗裝置監(jiān)控系統(tǒng)采用總、分控制管理中心方式，可通過上位機(jī)圖文顯示管理，也可通過視頻、廣播、電話及網(wǎng)絡(luò)與實(shí)驗裝置聯(lián)系。

（5）火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中的消防泵、噴漆泵、防煙風(fēng)機(jī)等的聯(lián)動控制采用雙輸入/雙輸出模塊，提高了系統(tǒng)的可行性。

（6）通過多位轉(zhuǎn)換開關(guān)，使入侵報警系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)組成視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)，門磁、報警器等設(shè)備通過多位轉(zhuǎn)換開關(guān)可在兩個系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)換。

（7）多數(shù)采用12V或24V直流電源設(shè)備，保證學(xué)生在實(shí)驗中絕對安全。

4?結(jié)語

該設(shè)計在接近工程現(xiàn)場的基礎(chǔ)上，針對建筑電氣與智能化、樓宇自動化工程技術(shù)等相關(guān)專業(yè)的教學(xué)實(shí)訓(xùn)，設(shè)計了一種新型建筑智能化實(shí)驗裝置。該實(shí)驗裝置上的實(shí)驗系統(tǒng)采用真實(shí)智能建筑模型，由鋁合金支架和網(wǎng)孔板搭建而成的兩層模擬樓宇建筑，包含機(jī)房、辦公室、住戶和建筑周邊等功能區(qū)域，建筑中包含了火災(zāi)自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)、視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)等4個子系統(tǒng)。該實(shí)驗裝置強(qiáng)化了系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、布線、接線、編程、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)等工程能力，能滿足后期強(qiáng)電系統(tǒng)及其他智能化系統(tǒng)等實(shí)驗設(shè)備的擴(kuò)展。

參考文獻(xiàn)[1]?高宇.智能建筑弱電系統(tǒng)施工常見的問題及其防范措施[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2021（7）：24-26.