基于flexROOM方案的房間自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要： 為實(shí)現(xiàn)辦公室照明、遮陽(yáng)和暖通聯(lián)動(dòng)控制、節(jié)能降耗、精細(xì)化管理的目的，基于WAGO公司的flexROOM方案設(shè)計(jì)了一套房間自動(dòng)化系統(tǒng)。重點(diǎn)介紹了房間自動(dòng)化系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略，分析了房間自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用效果。結(jié)果表明，在辦公室應(yīng)用flexROOM方案進(jìn)行房間自動(dòng)化控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)房間的精細(xì)化控制且滿足多樣化的客戶需求，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞： 房間自動(dòng)化; 智能照明; 遮陽(yáng)控制; 暖通控制

中圖分類號(hào)： TU855文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)： 1674-8417（2024）10-0021-04

DOI： 10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.10.004

0引言

隨著我國(guó)科技水平的不斷進(jìn)步和人民對(duì)生活質(zhì)量要求的不斷提高，具有舒適、便捷和節(jié)能特性的房間自動(dòng)化技術(shù)受到越來越多的青睞。傳統(tǒng)的房間自動(dòng)化技術(shù)往往將照明、遮陽(yáng)和暖通設(shè)置成獨(dú)立的控制系統(tǒng)，這將增大項(xiàng)目設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)的困難。建筑電氣智能化系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)是未來建筑領(lǐng)域的發(fā)展方向，對(duì)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義［1］。通過采用WAGO公司提供的flexROOM聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)，將照明、遮陽(yáng)和暖通控制集成在同一控制系統(tǒng)中，可以控制建筑房間的各項(xiàng)功能，提高建筑的舒適度，還能節(jié)約能源、降低消耗。

1項(xiàng)目概況

某工廠新建廠房的兩層辦公樓約5 000 m2，現(xiàn)場(chǎng)共放置1 000余盞帶數(shù)字可尋址照明接口（DALI）鎮(zhèn)流器的日光燈。業(yè)主希望實(shí)現(xiàn)智能照明、遮陽(yáng)控制和暖通控制于一體的聯(lián)動(dòng)控制。照明控制能夠根據(jù)房間的功能靈活選擇適宜的控制方式，遮陽(yáng)控制可以根據(jù)外部天氣情況和現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)的遮陽(yáng)控制。暖通控制能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)是否有人存在將暖通的溫度調(diào)節(jié)切換至不同的暖通模式。

整個(gè)系統(tǒng)需要滿足客戶后期對(duì)房間改造的需求，即在辦公樓房間重新隔斷劃分時(shí)，無須重新對(duì)照明、遮陽(yáng)和暖通進(jìn)行線纜重新敷設(shè)，只需要在控制系統(tǒng)的配置頁(yè)面上進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，即可實(shí)現(xiàn)改造要求，滿足客戶對(duì)房間自動(dòng)化靈活、節(jié)能和智能的需求。

2flexROOM方案

flexROOM方案是德國(guó)WAGO公司開發(fā)的實(shí)現(xiàn)房間自動(dòng)化控制的“半標(biāo)準(zhǔn)化”方案。該方案定義了軟件系統(tǒng)的一般架構(gòu)、控制箱基礎(chǔ)配置和系統(tǒng)軟件的一般功能，但硬件配置和軟件功能并不是一成不變的，其為客戶開放出來用于工程項(xiàng)目配置的Web頁(yè)面，可以滿足用戶實(shí)際工程項(xiàng)目的實(shí)際進(jìn)行硬件選擇和軟件功能靈活配置的個(gè)性化需求，因此被稱為“半標(biāo)準(zhǔn)化”方案。該方案集照明、遮陽(yáng)和暖通控制于一體，可以實(shí)現(xiàn)房間自動(dòng)化的綜合控制。

2.1基本理念

flexROOM方案基于最基礎(chǔ)的“房間分段單元”的理念，即將房間分成若干最小的“房間分段單元”。每個(gè)“房間分段單元”是房間自動(dòng)化的最小單元，該“房間分段單元”內(nèi)的所有照明、遮陽(yáng)和暖通會(huì)進(jìn)行統(tǒng)一控制。單個(gè)功能房間可以包含一個(gè)或多個(gè)“房間分段單元”，每個(gè)功能房間內(nèi)的所有“房間分段單元”采用相同的控制策略。

“房間分段單元”具體應(yīng)用如圖1所示。該平面建筑中規(guī)劃了3個(gè)功能房間區(qū)，即獨(dú)立辦公室、中型辦公室和會(huì)議室。“房間分段單元”以窗戶為參照，每個(gè)“房間分段單元”包含一片窗戶，以及該窗戶所對(duì)應(yīng)的照明和暖通。因此，獨(dú)立辦公區(qū)包含1個(gè)“房間分段單元”，中型辦公室包含2個(gè)“房間分段單元”，會(huì)議室包含3個(gè)“房間分段單元”。同一功能房間區(qū)的“房間分段單元”采取相同的房間自動(dòng)化控制策略。

2.2系統(tǒng)架構(gòu)

flexROOM方案控制系統(tǒng)架構(gòu)主要由兩類控制箱組成，分別是氣象站控制箱和辦公室控制箱。其中，氣象站控制箱將監(jiān)測(cè)到的風(fēng)向、風(fēng)速、空氣濕度、光照強(qiáng)度和光照輻射強(qiáng)度等氣象信息轉(zhuǎn)化成氣象報(bào)警指令，通過Modbus/TCP協(xié)議發(fā)送至辦公室控制箱。辦公室控制箱綜合氣象站控制箱指令、現(xiàn)場(chǎng)傳感器指令和配置完成的應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)“房間分段單元”的照明、遮陽(yáng)和暖通控制。flexROOM方案系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖2所示。

2.3硬件接口

氣象站控制箱主要配置PLC的CPU模塊、DI模塊、AI模塊、RS-485接口模塊和RTC模塊。其中DI模塊用于連接雨水傳感器和煙霧傳感器的報(bào)警信號(hào);AI模塊和RS-485接口模塊用于連接風(fēng)向傳感器、風(fēng)速傳感器、光照傳感器、暮光傳感器、輻射傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器;RTC模塊用于GPS-DCF觸感器。

辦公室控制箱主要配置PLC的CPU模塊、DI模塊、DO模塊、AI模塊、AO模塊、RS-485接口模塊、KNX/TP1接口模塊、DALI接口模塊。其中，DI模塊用于連接普通自復(fù)位開關(guān);DO模塊用于連接控制暖通閥門開閉的繼電器線圈;AI模塊用于連接房間溫度傳感器和二氧化碳傳感器;AO模塊用于控制暖通閥門的開度;RS-485接口模塊用于連接EnOcean無線接收器;KNX/TP1接口模塊用于連接現(xiàn)場(chǎng)的KNX/TP1接口面板開關(guān);DALI接口模塊用于連接DALI接口的燈具、開關(guān)面板、人體感應(yīng)傳感器和照度傳感器。

2.4軟件功能

flexROOM方案集智能照明、遮陽(yáng)控制和暖通控制于一體，實(shí)現(xiàn)房間自動(dòng)化的綜合控制功能。flexROOM方案軟件配置界面如圖3所示。該方案支持用戶自己配置和調(diào)試相關(guān)參數(shù)。應(yīng)用DALI總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)照明燈具的多種控制方式，如手動(dòng)開關(guān)控制、KNX/TP1接口開關(guān)控制、EnOcean無線開關(guān)控制、人體感應(yīng)控制、時(shí)間控制、恒照度控制、場(chǎng)景控制等［2］;應(yīng)用SMI電機(jī)控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)遮陽(yáng)和自動(dòng)遮陽(yáng)兩種控制方式。其中，手動(dòng)遮陽(yáng)可以應(yīng)用EnOcean無線開關(guān)控制實(shí)現(xiàn)全開控制或半開控制，自動(dòng)遮陽(yáng)可以根據(jù)時(shí)間和光線照度自動(dòng)調(diào)節(jié)百葉窗的角度和位置，也可以根據(jù)風(fēng)速報(bào)警和雨水報(bào)警等自動(dòng)收起百葉窗;應(yīng)用開關(guān)量和模擬量控制技術(shù)可以調(diào)整暖通水閥的開閉控制，實(shí)現(xiàn)房間溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

應(yīng)用舉例：人體感應(yīng)傳感器探測(cè)到有人進(jìn)入房間后，系統(tǒng)將燈光打開，并調(diào)整到恒定的照度;

百葉窗將根據(jù)外接光線照度和時(shí)間等信息將遮陽(yáng)板調(diào)整到合適的角度和位置;同時(shí)系統(tǒng)根據(jù)房間內(nèi)的實(shí)際溫度與設(shè)定溫度的差值，調(diào)整暖通水閥開閉的狀態(tài)，進(jìn)行制冷或制熱工作，如將房間溫度控制在23～25 ℃內(nèi)。當(dāng)人從房間離開并持續(xù)一段時(shí)間后，系統(tǒng)進(jìn)入“待機(jī)模式”，房間照明調(diào)光值照度調(diào)至“待機(jī)照度值”，暖通系統(tǒng)也將房間內(nèi)的溫度控制目標(biāo)調(diào)整至“待機(jī)暖通溫度范圍值”，如將房間溫度控制在18～30 ℃內(nèi)。如果人長(zhǎng)時(shí)間在房間沒有出現(xiàn)，則自動(dòng)將照明關(guān)閉，將房間內(nèi)的溫度調(diào)整至“無人活動(dòng)值”，如10～40 ℃。flexROOM方案軟件配置界面如圖3所示。

3智能照明系統(tǒng)的工程實(shí)施

3.1控制系統(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)

本房間自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用集散式控制方式，即根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)燈具數(shù)量、百葉窗數(shù)量和暖通末端電磁閥數(shù)量。房間自動(dòng)化控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示。設(shè)計(jì)1個(gè)flexROOM氣象站控制箱（AL08）、5個(gè)flexROOM辦公室控制箱（AL01-AL05）和2個(gè)照明管理控制箱（AL06-AL07），其中照明管理控制箱只對(duì)燈具進(jìn)行智能照明控制?，F(xiàn)場(chǎng)辦公樓共設(shè)置A、B、C、E、F 5個(gè)區(qū)，每個(gè)建筑分區(qū)布置1個(gè)flexROOM辦公室控制箱，照明控制箱AL06設(shè)置在A、B、C區(qū)，AL07設(shè)置在A、B、C區(qū)。

氣象站控制箱（AL08）與flexROOM辦公室控制箱（AL01-AL05）通過Modbus/TCP協(xié)議進(jìn)行通信，5個(gè)與flexROOM辦公室控制箱之間通過網(wǎng)絡(luò)變量方式進(jìn)行相互通信，2個(gè)照明管理控制箱（AL06-AL07）之間通過Modbus/TCP協(xié)議進(jìn)行通信。

根據(jù)房間功能將現(xiàn)場(chǎng)分為基礎(chǔ)照明區(qū)、經(jīng)理辦公區(qū)、會(huì)議室、開放辦公區(qū)、茶水間和咖啡間，每個(gè)房間功能分區(qū)房間包含1個(gè)或多個(gè)“房間分段單元”，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，每個(gè)房間功能分區(qū)采取不同的控制策略?？刂撇呗匀绫?所示。

控制策略實(shí)施如下：

（1） 手動(dòng)控制照明：通過DALI接口開關(guān)、普通自復(fù)位開關(guān)、KNX/TP1接口開關(guān)或EnOcean無線開關(guān)（以下簡(jiǎn)稱手動(dòng)開關(guān)）實(shí)現(xiàn)照明的開閉或調(diào)光控制。

（2） 手動(dòng)控制百葉窗：通過手動(dòng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)百葉窗的位置控制和角度控制。

（3） 手動(dòng)控制暖通：通過手動(dòng)調(diào)節(jié)溫度面板開關(guān)設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)房間內(nèi)溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

（4） 時(shí)間表控制：照明、百葉窗和暖通可以根據(jù)預(yù)先設(shè)置的時(shí)間表進(jìn)行房間自動(dòng)化的自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制。

（5） 感應(yīng)控制：照明、百葉窗和暖通可以根據(jù)人體感應(yīng)傳感器的感應(yīng)信號(hào)，進(jìn)行房間自動(dòng)化的自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制。其中暖通可根據(jù)人體感應(yīng)傳感器給予的“有人”、“短暫離開”和“長(zhǎng)時(shí)間離開”的3種不同狀態(tài)分別進(jìn)入“工作模式”、“待機(jī)模式”和“普通模式”，進(jìn)行節(jié)能控制［3］。

（6） 場(chǎng)景控制照明：在會(huì)議室中將照明設(shè)置成會(huì)議場(chǎng)景、演講場(chǎng)景、休息場(chǎng)景和投影場(chǎng)景，供使用者調(diào)用。

（7） 氣象站遮陽(yáng)控制：根據(jù)外部氣象條件，自動(dòng)對(duì)百葉窗進(jìn)行控制。

4結(jié)語(yǔ)

以WAGO公司的flexROOM房間方案為基礎(chǔ)，介紹某廠房辦公樓的房間自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該房間自動(dòng)化系統(tǒng)通過自動(dòng)化技術(shù)將智能照明、遮陽(yáng)控制和暖通控制實(shí)現(xiàn)了聯(lián)動(dòng)控制，滿足客戶后期對(duì)房間重新隔斷而無須重新布線的需求，具有非常高的靈活性。該系統(tǒng)無須電腦安裝任何調(diào)試軟件，通過開放的Web界面即可實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)，應(yīng)用簡(jiǎn)單方便。同時(shí)，該系統(tǒng)具有開放的工業(yè)以太網(wǎng)接口，支持Modbus/TCP協(xié)議，可以與上位SCADA軟件實(shí)現(xiàn)集中控制，為類似辦公室的智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

［1］焦學(xué)淵.建筑電氣智能化系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)研究［J］.工程技術(shù)研究，2024，9（1）：97-99.

［2］秦國(guó)經(jīng)，韓銀鳳，賈洋洋，等.碳中和背景下某辦公樓建筑電氣設(shè)計(jì)探究［J］.現(xiàn)代建筑電氣，2022，13（12）：1-7.

［3］李亞芬.“雙碳”目標(biāo)背景下某綜合體項(xiàng)目電氣設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代建筑電氣，2024，15（1）：59-62.

收稿日期： 20240603

Design of Room Automation System Based on FlexROM Solution

DING Jingbao LI Lianwang

［1.Tianjin Maritime College， Tianjin 300350， China;

2.Wanke Electronics （Tianjin） Co.， Ltd.， Tianjin 300170， China］

Abstract： In order to achieve the goal of office lighting，shading，and HVAC linkage control，energy conservation and consumption reduction，and refined management，a room automation system was designed based on WAGO’s flexROM solution.The topology structure and control strategy of the room automation system were emphasized，and the application effect of the room automation system was analyzed.The results show that applying the flexROOM solution for room automation control in the office can achieve precise control of the room and meet diverse customer needs，with high promotion and application value.

Key words： room automation; intelligent lighting; sunshade control; HVAC control