建筑機(jī)械設(shè)備電氣工程自動(dòng)化的供配電節(jié)能控制探討

郭魯瑛　郭婧怡　王強(qiáng)　王保艷

摘 要：建筑使用的過(guò)程中，建筑電氣設(shè)備運(yùn)行的情況直接影響用戶的使用效果。因此，施工過(guò)程中必須注意施工機(jī)械和設(shè)備安裝的質(zhì)量。建筑機(jī)械設(shè)備電氣工程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)該應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，尤其是供配電節(jié)能控制中，有效提高控制效果，并且還能改善機(jī)械設(shè)備耗能大的現(xiàn)狀，推動(dòng)著自動(dòng)化技術(shù)的推廣使用。

關(guān)鍵詞：建筑工程；電氣自動(dòng)化技術(shù)；供配電系統(tǒng)；節(jié)能控制

中圖分類(lèi)號(hào)：TU85? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）07-0048-03

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對(duì)建筑物的功能需求也在不斷提高。電力、供電、配電是建筑的重要組成部分，電氣設(shè)備和電力供應(yīng)和分配系統(tǒng)的安裝質(zhì)量和操作狀況都會(huì)影響其使用性能。在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中，大力倡導(dǎo)節(jié)約能源，注重電氣設(shè)備和電力供應(yīng)、配電等設(shè)施的設(shè)計(jì)，并逐步完善電氣設(shè)備和配電設(shè)施的安裝流程。在設(shè)計(jì)中引入了節(jié)約能源和綠色環(huán)境的概念，并采用了自動(dòng)化技術(shù)，可有效改善建筑的使用體驗(yàn)。

1 建筑機(jī)械設(shè)備的電氣工程自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)

1.1 中央控制設(shè)備

在建筑機(jī)械電氣工程自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中，中央控制設(shè)備在選用一級(jí)控制器時(shí)，必須兼顧以太網(wǎng)和ARCNET網(wǎng)兩個(gè)方面。中心控制設(shè)備的主要作用是接受電力系統(tǒng)自動(dòng)程序的協(xié)調(diào)和調(diào)度命令，以達(dá)到對(duì)電網(wǎng)子程序的控制要求。施工機(jī)械設(shè)備的中央控制器具有微機(jī)大部分的執(zhí)行功能，它可以通過(guò)CPU和處理器部件來(lái)完成對(duì)自動(dòng)界面的轉(zhuǎn)換?？刂圃O(shè)備還具有連接到低端供電和分配節(jié)能部件的能力[1]。由于采用了控制器和備用電源，在某些特定條件下可以將備用電力的剩余電能用于建筑工程。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備

該現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各子系統(tǒng)的主控進(jìn)行智能化的調(diào)試，并可根據(jù)各主控設(shè)備的聯(lián)接要求，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的供配電節(jié)能數(shù)據(jù)的隨機(jī)化存儲(chǔ)。當(dāng)一級(jí)控制器發(fā)生故障時(shí)，該二級(jí)控制器可以在常規(guī)控制區(qū)域中維持正常工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)供電、配電的節(jié)能信息的聯(lián)網(wǎng)共享?，F(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備具有多種應(yīng)用接口，如ROM、RAM、CPU等，在實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化時(shí)，具有實(shí)現(xiàn)軟件共享的功能。在施工過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備應(yīng)配備獨(dú)立的后備電源，可與集中控制設(shè)備一同使用，建立獨(dú)立的供、配、用、調(diào)系統(tǒng)。

1.3 建筑功能與特點(diǎn)說(shuō)明

工程機(jī)械設(shè)備電氣工程自動(dòng)化網(wǎng)由地面工程和地下工程兩部分構(gòu)成。

地上主要涉及到辦公樓、機(jī)床主機(jī)、柜式處理器等多種功能結(jié)構(gòu)。由于建筑的空間相關(guān)性，使得建筑之間總是存在一定的物理間隔，而且隨著項(xiàng)目的規(guī)模增加，其實(shí)際距離也會(huì)逐漸縮小。主機(jī)器主要安裝在建筑內(nèi)，它可以將工程機(jī)械的工作情況記錄下來(lái)，并且通過(guò)傳送線，將數(shù)據(jù)反饋給相應(yīng)的應(yīng)用設(shè)備。柜式處理器具有良好的物理適應(yīng)性，可以根據(jù)機(jī)床的連接方式，調(diào)整自己的應(yīng)用程序計(jì)劃功能[2]。

地下部分則是各種不同的通信線路，通常分布在各個(gè)建筑設(shè)備的結(jié)點(diǎn)之間，可以將有關(guān)的電力工程自動(dòng)化信息從一個(gè)設(shè)備的位置傳送到另一個(gè)設(shè)備的位置。

2 電氣自動(dòng)化在建筑供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 對(duì)供配電系統(tǒng)科學(xué)設(shè)計(jì)

在建筑供配電系統(tǒng)中，要明確工程的用電量標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)地設(shè)計(jì)供、配電網(wǎng)，以保證用電的真實(shí)需要。根據(jù)建筑物的實(shí)際用電量，選用變壓器等設(shè)備，采用綠色、節(jié)能、減排的思想，對(duì)高壓線路、高壓設(shè)備、變壓器、低壓設(shè)備進(jìn)行改造。通過(guò)對(duì)低壓線路的節(jié)能改造和節(jié)能控制，可不斷提高用電的利用率和使用環(huán)境。要推動(dòng)自動(dòng)化、智能化技術(shù)的科學(xué)運(yùn)用，使建筑供電、配電、消防、照明等系統(tǒng)的智能化，對(duì)各個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)化控制，并對(duì)各種故障和危險(xiǎn)進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，并自動(dòng)記錄、統(tǒng)計(jì)、計(jì)算相關(guān)的數(shù)據(jù)[3]。

在規(guī)劃和設(shè)計(jì)中，要正確掌握導(dǎo)致電力損失的主要原因，并對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格控制。比如要均衡三相電壓，并根據(jù)實(shí)際情況，科學(xué)、合理地調(diào)節(jié)電荷。為了避免對(duì)變壓器的正常工作造成影響，造成過(guò)熱，造成絕緣故障，同時(shí)保證三相電壓的均衡，減少相線、零線的損耗，提高建筑電器的使用壽命。

在建筑供、配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)中，要注意選用節(jié)能變壓器、干式變壓器等，并根據(jù)建筑物的電力需求進(jìn)行合理的選擇和調(diào)節(jié)，以保證所選用的設(shè)備具有較大的輸電能力、較低的損耗、較高的電壓品質(zhì)。

根據(jù)電力輸送的實(shí)際需求，對(duì)電力系統(tǒng)的功率因數(shù)進(jìn)行了科學(xué)的調(diào)節(jié)與控制，達(dá)到了降低線路損失、提高電力利用率的目的，并做好日常的各種檢查、檢測(cè)、維護(hù)、維修，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決各種線路的損壞。盡量減少輸電線路的損耗，在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到不合理的線路布局和布局，近電遠(yuǎn)供，迂回供電，并對(duì)電力系統(tǒng)存在的老化、污穢、缺陷、絕緣等級(jí)下降等問(wèn)題，進(jìn)行一系列的監(jiān)測(cè)與控制工作。

由于供、配電網(wǎng)中的大量諧波，使旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器等產(chǎn)生額外的損失，從而加快絕緣介質(zhì)的老化和破損，而電力供應(yīng)系統(tǒng)中的非線性元件是造成電網(wǎng)諧波過(guò)大的原因，因此必須對(duì)其進(jìn)行有效的控制。科學(xué)地運(yùn)用電力自動(dòng)化技術(shù)，為電力監(jiān)控與控制提供支持，并幫助相關(guān)工作高效地進(jìn)行和執(zhí)行[4]。

2.2 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化技術(shù)的廣泛應(yīng)用

在電力建設(shè)領(lǐng)域，應(yīng)大力推廣自動(dòng)化、智能化技術(shù)，并根據(jù)實(shí)際需求，不斷提高自動(dòng)化的整體水平，改善建筑電力系統(tǒng)之安全及運(yùn)作效能。

可編程控制器與多種先進(jìn)的運(yùn)算法則和電力自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合，使得建筑電氣的自動(dòng)化控制方式變得更加靈活、高效，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力系統(tǒng)、設(shè)備的動(dòng)態(tài)監(jiān)控與控制，便于異常和故障的處理，并根據(jù)工程的實(shí)際需求和電力系統(tǒng)、設(shè)備的運(yùn)行、使用狀況進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化和調(diào)節(jié)。在滿足施工需要的前提下，電氣系統(tǒng)和供電系統(tǒng)功能的自動(dòng)切換，能夠減少電氣故障和損耗。

利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能化技術(shù)，結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)，對(duì)建筑物的電力系統(tǒng)及設(shè)備進(jìn)行智能化控制，起到保護(hù)、控制、信號(hào)傳輸?shù)裙δ?，結(jié)合模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等先進(jìn)技術(shù)，不斷地提升建筑電氣控制的水平和效率。

電氣故障是引起建筑電氣故障的重要原因，必須進(jìn)行定期的維修和維修。自動(dòng)化技術(shù)在建筑電氣故障診斷分析、故障檢修中具有顯著的優(yōu)越性。它可以對(duì)建筑電氣的全方位實(shí)時(shí)、全方位的掃描和檢測(cè)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理故障，還能自動(dòng)生成、記錄和分析建筑電氣系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行和使用情況，從而全面、準(zhǔn)確地反映建筑電氣的運(yùn)行狀況、異常情況和故障問(wèn)題，并迅速找到故障的原因、發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)等，從而迅速、有針對(duì)性地解決問(wèn)題。

對(duì)電力系統(tǒng)的線路狀況、電壓、電流進(jìn)行判斷與分析。通過(guò)負(fù)載等，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸電、變電、配電等有效調(diào)控和控制，建立智能電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、集中、現(xiàn)場(chǎng)控制，對(duì)各種輔助設(shè)施、消防系統(tǒng)等進(jìn)行管控，實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)的集成化管理，促使其功能和效率充分發(fā)揮[5]。

2.3 供配電平臺(tái)的選擇與搭建

從整體上看，供配電系統(tǒng)的節(jié)能控制主要是以自動(dòng)主機(jī)為上位計(jì)算機(jī)，以EPS為終端，建立多線程的數(shù)據(jù)采集體系。采用相同的數(shù)據(jù)交換方式，分別連接低壓配電柜和高壓配電柜，以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電系統(tǒng)的控制。為保證主機(jī)的工作可靠，必須對(duì)UPS進(jìn)行獨(dú)立的后備供電。這種設(shè)計(jì)的邏輯是將收集和運(yùn)算分開(kāi)，通過(guò)有線傳輸系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和傳送。

這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于3個(gè)方面：第一，主機(jī)可以獨(dú)立工作，不管是電源和信號(hào)的輸入，都與主機(jī)保持著獨(dú)立的狀態(tài)，保證了數(shù)據(jù)的安全和高效。第二，在不同的設(shè)備端分別使用不同的傳感器，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和時(shí)效性，同時(shí)從客觀上減少了上位機(jī)的計(jì)算量，使上位機(jī)可以選擇較低的配置以保證系統(tǒng)的可靠性。第三，在設(shè)備側(cè)的隔離可以保證節(jié)能控制系統(tǒng)的分布式接入，在某些設(shè)備因生產(chǎn)需要而不需要降低能耗的情況下，可以臨時(shí)切斷與主機(jī)的通信，而不會(huì)影響其他設(shè)備的節(jié)能控制，大大減少了后期的維修和更新費(fèi)用。

2.4 供配電節(jié)能管理上位機(jī)的實(shí)現(xiàn)

電力工程自動(dòng)化系統(tǒng)可以直接控制供、配、用節(jié)能設(shè)備的終端節(jié)電，并可以用單片機(jī)來(lái)調(diào)試輸入/輸出信號(hào)。

其工作原理是利用數(shù)據(jù)串口，從各個(gè)設(shè)備上接收回送的資料，經(jīng)過(guò)處理后，再向系統(tǒng)反饋。在節(jié)能控制的全過(guò)程中，供電、配電繼電器和接觸器都會(huì)一直處于使用狀態(tài)。從實(shí)用性角度出發(fā)，該控制執(zhí)行功能軟件應(yīng)具有建筑物內(nèi)部照明設(shè)備、特殊用電設(shè)備、分散式空調(diào)等。本系統(tǒng)具有多種自動(dòng)化調(diào)試功能，并根據(jù)施工機(jī)械電氣工程自動(dòng)化的特殊要求，對(duì)其進(jìn)行調(diào)試和編譯。

2.5 創(chuàng)新和優(yōu)化供配電節(jié)能控制

建筑機(jī)械設(shè)備電氣自動(dòng)化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該將自動(dòng)化技術(shù)與自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行融合，優(yōu)化和創(chuàng)新建筑供配電節(jié)能控制系統(tǒng)，減少能源物質(zhì)的損耗。優(yōu)化和改進(jìn)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)供配電平臺(tái)的科學(xué)性進(jìn)行分析，然后將節(jié)能理念融入其中，實(shí)時(shí)對(duì)下級(jí)供配電元件進(jìn)行節(jié)能調(diào)試，確保建筑機(jī)械設(shè)備能耗量有所降低。與此同時(shí)，強(qiáng)化控制設(shè)備的執(zhí)行功能，建筑內(nèi)部的照明系統(tǒng)以及特殊用電系統(tǒng)，可以采用自動(dòng)化調(diào)試的方式，做好建筑機(jī)械設(shè)備電氣工程的優(yōu)化，科學(xué)進(jìn)行調(diào)試和編譯。加強(qiáng)對(duì)供配電系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，全面采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)收集的全面性，為后續(xù)工作的開(kāi)展提供依據(jù)和支持[6]。

2.6 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化技術(shù)的廣泛應(yīng)用

建筑電氣工程設(shè)計(jì)的過(guò)程中設(shè)計(jì)人員需要不斷提高自動(dòng)化技術(shù)和智能化技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合建筑供配電系統(tǒng)的使用情況，不斷完善自動(dòng)化整體的共享水平，不斷提高建筑電氣系統(tǒng)的安全性和運(yùn)行的穩(wěn)定性。

將可編程邏輯控制器與先進(jìn)的算法進(jìn)行結(jié)合，不斷提高建筑電氣自動(dòng)化控制方式的靈活性和高效性，確保電氣系統(tǒng)能夠高效運(yùn)行。建筑供配電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)一旦出現(xiàn)異常情況或者出現(xiàn)故障，工作人員必須及時(shí)對(duì)電氣系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，并且優(yōu)化和調(diào)整自動(dòng)化設(shè)備。例如，建筑供配電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可以綜合運(yùn)用人工智能技術(shù)，對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行智能化控制，提高電能傳送的安全性[7]。

運(yùn)用模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，保證建筑電氣自動(dòng)化管控工作更好的進(jìn)行。技術(shù)人員應(yīng)該全面分析電氣故障出現(xiàn)電力損耗的原因，定期對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和維修，分析故障原因。借助自動(dòng)化技術(shù)可以對(duì)建筑電氣進(jìn)行全方位和實(shí)時(shí)化的掃描，加大檢測(cè)力度，一旦發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)進(jìn)行處理。借助自動(dòng)化技術(shù)，可以自動(dòng)生成數(shù)據(jù)報(bào)告，詳細(xì)分析數(shù)據(jù)信息，加大對(duì)電氣運(yùn)行狀況的分析力度。

借助自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)，工作人員可以及時(shí)了解故障的位置以及故障原因，從而制定有針對(duì)性的問(wèn)題解決方案，加大對(duì)電氣系統(tǒng)運(yùn)行情況的分析，了解電壓和電流的變化情況，提高變電以及配電的效率。綜合運(yùn)用遠(yuǎn)程操控技術(shù)，提高對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制力度，優(yōu)化和創(chuàng)新智能化網(wǎng)絡(luò)，保證技術(shù)人員可以實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)的情況。做好各項(xiàng)輔助設(shè)施的安裝和管理，尤其是消防系統(tǒng)等，充分提高各個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)行效率，最大限度減少能源損耗。

3 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代建筑的建設(shè)要求更高，電力系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，是一項(xiàng)復(fù)雜的工程。它不僅要在工程的規(guī)劃和建設(shè)中要兼顧多種功能的需要，還要滿足工程的專(zhuān)業(yè)性、安全性、實(shí)用性等方面的需求，更要將節(jié)能、環(huán)保、低碳的思想與經(jīng)濟(jì)相結(jié)合，改變過(guò)去的粗放式建筑電氣設(shè)計(jì)，減少資源、能源的消耗及浪費(fèi)。推進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)和其他先進(jìn)技術(shù)的運(yùn)用，能使建筑電氣自動(dòng)化、智能化管理、遠(yuǎn)程控制，保證其運(yùn)行的安全性和可靠性，從而更好地達(dá)到節(jié)能控制的目的。

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