基于PLC 的大型公共建筑電氣智能化系統(tǒng)設(shè)計分析

（云南建投安裝股份有限公司，云南 昆明 650033）

當前，我國大型公共建筑多會采取以PLC 控制技術(shù)為核心的電氣智能化系統(tǒng)，連接智能設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建一體化的智能系統(tǒng)，為大型公共建筑的使用提供便利條件。但實際上，該項技術(shù)的應(yīng)用還存在一定問題，系統(tǒng)設(shè)計不合理，無法在大型公共建筑中發(fā)揮出最大價值，達不到預(yù)期目標的問題依然常見。因此，相關(guān)技術(shù)人員，必須在分析電氣智能化系統(tǒng)的設(shè)計現(xiàn)狀后，逐步調(diào)整基于PLC 的大型公共建筑電氣智能化系統(tǒng)的設(shè)計方法，提高該系統(tǒng)的實效性。

1 關(guān)于建筑電氣智能化

建筑電氣智能化，是通過各類高新技術(shù)手段，改變當前的環(huán)境、空間規(guī)劃，確保建筑的軟件系統(tǒng)與硬件設(shè)施能協(xié)調(diào)發(fā)展的一種新技術(shù)。而在設(shè)計電氣智能化系統(tǒng)時，技術(shù)人員會分析建筑的功能性需求及各個功能模塊的連接方式，借助多種高新科技，力求構(gòu)建出智能化、自動化的電氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)的合理應(yīng)用，還可以進一步降低公共建筑的能耗，順應(yīng)了綠色環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

2 大型公共建筑電氣智能化系統(tǒng)設(shè)計現(xiàn)狀

2.1 專業(yè)設(shè)計人員不足、技術(shù)水平落后

實際上，電氣智能化系統(tǒng)本質(zhì)上是各類強、弱電系統(tǒng)的集成系統(tǒng)。大型公共建筑中，功能區(qū)域眾多，強、弱電系統(tǒng)交雜，因此，PLC 下的電氣智能化系統(tǒng)復(fù)雜度較高，對于各細節(jié)處的處理標準較高，需要設(shè)計人員具備過硬的專業(yè)能力。而電氣智能化系統(tǒng)在我國起步較晚，該技術(shù)在大型公共建筑項目上的應(yīng)用案例并不多，業(yè)內(nèi)的研究或相關(guān)培訓(xùn)較少，致使該領(lǐng)域的專業(yè)設(shè)計人員不足，技術(shù)水平較為落后，在一定程度上限制了該領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展。

2.2 建設(shè)方需求不明確，系統(tǒng)設(shè)計難達預(yù)期目標

電氣智能化系統(tǒng)并非新興產(chǎn)物，但該系統(tǒng)在大型公共建筑中的應(yīng)用并不普及，依然還處于探索階段。該系統(tǒng)主要起到優(yōu)化運營管理、設(shè)備管理、安防管理與節(jié)能管理這四大方面的作用。而部分大型公共建筑在建設(shè)時，建設(shè)方僅僅是聽說過該系統(tǒng)，希望可以在建設(shè)過程中啟用該系統(tǒng)。但建設(shè)方自身對該系統(tǒng)的認知不足，了解并不深入，致使其實際需求不明確，若此時，設(shè)計人員根據(jù)過往的設(shè)計經(jīng)驗設(shè)計系統(tǒng)，極有可能會導(dǎo)致該系統(tǒng)建成后，沒滿足建設(shè)方的內(nèi)心需求或該建筑的管理需求。

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)不合理，智能化作用不顯著

基于PLC 的大型公共建筑電氣智能化系統(tǒng)的構(gòu)架必須科學(xué)、合理，才能真正發(fā)揮出其智能作用，確保集成平臺與各子系統(tǒng)間能達成良好的交互，數(shù)據(jù)互通共享體系完整，方可真正實現(xiàn)智能化管理。而目前，部分公共建筑電氣智能化系統(tǒng)的設(shè)計架構(gòu)并不合理，系統(tǒng)規(guī)劃不完善，系統(tǒng)兼容性及可拓展性并不符合要求，無法完成各個子系統(tǒng)的管理工作。

3 基于PLC 的大型公共建筑電氣智能化設(shè)計重點

現(xiàn)如今，我國已全面步入信息化時代，人們?nèi)粘５纳罴肮ぷ骶x不開持續(xù)的電力系統(tǒng)供應(yīng)，因而在大型公共建筑中，智能化電力系統(tǒng)受到了越來越多人的歡迎?；赑LC 的大型公共建筑電氣智能化系統(tǒng)，由強電系統(tǒng)與諸多弱電系統(tǒng)集合而成，各個子系統(tǒng)在PLC 的總控下有序運行。PLC 控制器可通過自身的自適應(yīng)模糊控制算法，對各電氣設(shè)備在運行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)做出監(jiān)控，分析不同設(shè)備運行過程中的誤差及誤差波動，在預(yù)設(shè)的處理器中，使用代數(shù)函數(shù)調(diào)節(jié)控制法，調(diào)整電氣設(shè)備的運行參數(shù)，確保整個電氣化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。PLC 控制器可以有效提高電氣智能化系統(tǒng)運行算法的精準度，能夠以PLC 總控制器為核心，綜合考慮各電氣設(shè)備運行過程中可能存在的全部狀況，并實現(xiàn)智能化調(diào)控，確保建筑內(nèi)的各個設(shè)備，均能在總控下有序執(zhí)行任務(wù)，實現(xiàn)強電系統(tǒng)與弱電系統(tǒng)的智能化管理。

4 設(shè)計過程

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

基于PLC 設(shè)計的智能化總控系統(tǒng)的控制對象，大體可分為建筑內(nèi)的照明設(shè)備、通風設(shè)備、安防設(shè)備、給排水設(shè)備等。在此基礎(chǔ)上，該電氣智能化的系統(tǒng)構(gòu)架可設(shè)置為照明、消防、通風、車輛出入管理系統(tǒng)等幾個主要模塊以及PLC 控制器。

系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計時，要求設(shè)計人員將各電氣設(shè)備及強弱電力系統(tǒng)，統(tǒng)一歸類到相應(yīng)的控制模塊下，并為每個子模塊設(shè)置相應(yīng)的感應(yīng)器及處理裝置，用以采集區(qū)域范圍內(nèi)的詳細信息，完成建筑內(nèi)部的環(huán)境信息采樣及監(jiān)控工作。傳感器得到的數(shù)據(jù)參數(shù)，可通過網(wǎng)絡(luò)通信傳遞給PLC 控制器，控制器內(nèi)設(shè)的邏輯算法可以根據(jù)得來的數(shù)據(jù)信息完成縝密的邏輯運算，分析出當前建筑內(nèi)部的環(huán)境情況，制定出子系統(tǒng)的控制方案，并自動運行程序，實現(xiàn)對建筑內(nèi)各功能模塊的智能化控制。

4.2 PLC 控制器選用設(shè)計

綜合而言，PLC 控制器是該系統(tǒng)的運行核心，因此，設(shè)計師必須詳細分析該電氣智能化運行系統(tǒng)的工作重心、該建筑的智能化運行要求及其實用功能，合理選擇PLC 控制器，確保該控制器滿足系統(tǒng)運行需求。選定PLC 控制器后，還需由專業(yè)人員使用函數(shù)調(diào)節(jié)法完成控制器的設(shè)計及優(yōu)化，確?？刂破骺稍谧赃m應(yīng)模糊控制算法下完成精密計算。進一步提高該系統(tǒng)的智能化運行水平。優(yōu)化控制器時，工作人員應(yīng)詳細分析當前系統(tǒng)的運行情況，若系統(tǒng)運行誤差明顯，但誤差波動不明顯時，要求由工作人員提升比例因子，降低量化因子，弱化算法的抑制力，提高系統(tǒng)輸出上升率，從而提高降低誤差的速度。若系統(tǒng)誤差不明顯，誤差波動明顯時，則恰好相反，降低比例因子并提升量化因子，提高算法抑制力，避免系統(tǒng)超調(diào)。

4.3 消毒通風設(shè)計

大型建筑的人流量多，且功能分區(qū)相對復(fù)雜，建筑內(nèi)的空氣質(zhì)量必須滿足不同功能區(qū)的具體要求，以提高建筑環(huán)境舒適度。因此，大型公共建筑的消毒通風設(shè)計是工作重點?；赑LC 技術(shù)的消毒通風模塊功能設(shè)計具體構(gòu)架如圖1 所示。

圖1 消毒通風系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

本方案中，工作人員選用動差式傳感器，用于收集大型公共建筑內(nèi)各個房間的氣壓數(shù)值，并使用了電信號傳輸法完成數(shù)據(jù)傳輸，為PLC 控制器提供環(huán)境數(shù)據(jù)。傳感器采集到的環(huán)境信息，會以電壓信號的形式輸送至A/D轉(zhuǎn)換器中，在此轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號后，直接提供給PLC 控制器完成邏輯運算。運算結(jié)束后，控制器會第一時間收到運算結(jié)果，便會根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的預(yù)設(shè)方案，控制通風消毒系統(tǒng)自動運行。PLC 控制器可以根據(jù)不同房間的實時采樣數(shù)據(jù)，評估建筑內(nèi)各區(qū)域的空氣質(zhì)量，并控制對應(yīng)區(qū)域范圍內(nèi)的通風開口程度、新風機停啟、風機轉(zhuǎn)速等，各區(qū)域系統(tǒng)各自獨立，便于PLC 控制器制定個性化控制方案，實現(xiàn)各個區(qū)域通風消毒系統(tǒng)的精細化管控。

4.4 消防安全設(shè)計

消防安全是大型公共建筑電氣系統(tǒng)的重要組成部分，也是公共建筑建設(shè)過程中的重點項目。設(shè)計消防安全系統(tǒng)時，應(yīng)在指定位置加設(shè)各類專業(yè)的消防探測器，隨后，基于PLC 控制器的內(nèi)置邏輯算法，分析不同空間內(nèi)的消防安全信息，確保傳感器及系統(tǒng)能夠快速、準確地識別出建筑內(nèi)存在的消防安全隱患并及時響應(yīng)，提高建筑自動化、智能化消防作業(yè)水平。設(shè)計人員需要分析大型公共建筑不同結(jié)構(gòu)的功能，查閱類似公共建筑的火災(zāi)特征及發(fā)生規(guī)律，并合理規(guī)劃溫度探測器、煙霧探測器、剩余電流探測器等消防探測器的安裝位置。在設(shè)計消防安全系統(tǒng)時，PLC 控制器的主要控制對象，由消防預(yù)警系統(tǒng)、消防噴淋系統(tǒng)、消防照明系統(tǒng)共同組成。一旦建筑內(nèi)部形成火災(zāi)隱患，探測器會第一時間察覺環(huán)境變化，并將數(shù)據(jù)報告至控制器，隨后由控制器立即分析信息并觸發(fā)消防安全控制程序，自動運行消防系統(tǒng)。

4.5 車輛出入管理系統(tǒng)設(shè)計

車輛出入管理系統(tǒng)可以將公共建筑停車卡讀卡器作為前端信息收集工具，控制器可直接在內(nèi)網(wǎng)讀取停車卡讀卡器收集到的車輛信息，并立即對車輛身份做出驗證。若為準入車輛，則立即開啟自動門，嚴控出入人員出入車輛，能有效提高大型公共建筑內(nèi)部的安全性。另外，車輛出入管理系統(tǒng)的靈活度極高，可根據(jù)業(yè)主需求適當拓展功能模塊，如計時計費停車、車輛數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能均可。

5 仿真測試

本文以某大型公共建筑為研究對象，在dSPACE 仿真平臺中，開展了消防監(jiān)測以及保安控制的仿真測試。

5.1 消防監(jiān)測測試

本次消防模塊的研究對象為公共建筑一樓。仿真實驗下，本次研究擬定事故為區(qū)域范圍內(nèi)的電氣電路或設(shè)備運行溫度，在某一時間或區(qū)域內(nèi)持續(xù)上升或出現(xiàn)明顯異常。

在仿真實驗中，消防監(jiān)測模塊與PLC 控制器的控制下，自動測量并生成了目標房間內(nèi)的溫度與濕度信息，并通過通信外接口將實時測量信息直接顯示在屏幕上，構(gòu)建組態(tài)，實時監(jiān)測。

在整個實驗過程中，監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控情況清晰、準確。

在目標，房間溫度、濕度等指標正常時，該系統(tǒng)運行狀況以監(jiān)測為主，指示燈為綠色。在目標房間內(nèi)溫度短時間內(nèi)持續(xù)上升，存在異常時，指示燈變?yōu)辄S色，并發(fā)出明顯的聲音預(yù)警。在溫度持續(xù)上升出現(xiàn)變電箱漏電等嚴重事故后，指示燈立即轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色。

本次仿真實驗結(jié)果證明，該電氣自動化系統(tǒng)可在火災(zāi)發(fā)生初期或未發(fā)生階段做出明確預(yù)警。

5.2 保安控制測試

本次保安控制測試對象為外圍區(qū)域電動門，測驗本系統(tǒng)車輛出入管理的智能化水平。本次研究主要針對車輛出入的身份驗證功能以及電動門的自動報警功能。因此，工作人員設(shè)計了幾臺身份信息不同的車輛駛?cè)牖蝰偝?，查驗了外圍區(qū)域電動門的智能化出入管理功能。實驗結(jié)果如圖2。

圖2 外圍區(qū)域電動門仿真實驗測試結(jié)果

在本次仿真平臺中的保安系統(tǒng)控制測試中，該系統(tǒng)體現(xiàn)出了較高的智能化水平，確認車輛出入管理模塊可準確、有效地識別車輛信息，并實現(xiàn)報警功能的智能化管控，能進一步提高公共建筑的安全性。

6 結(jié)語

大型公共建筑是我國的公共基礎(chǔ)設(shè)施，功能復(fù)雜、人流量極多。在現(xiàn)代化社會發(fā)展下，大型公共建筑應(yīng)具備智能化功能，可以基于現(xiàn)場環(huán)境自動響應(yīng)并調(diào)整各個子系統(tǒng)及搭載的電氣功能模塊。目前，PLC 技術(shù)下的電氣智能化系統(tǒng)在大型公共建筑中應(yīng)用趨于普遍。因此，相關(guān)工作人員必須對該系統(tǒng)的設(shè)計要點做出詳細分析，優(yōu)化該系統(tǒng)的設(shè)計思路與設(shè)計方法，提高基于PLC 的大型公共建筑電氣智能化系統(tǒng)的有效性。