淺談樓宇智能化控制系統(tǒng)架構(gòu)

　　摘要：本文主要對樓宇自動化控制系統(tǒng)(BAS)作有關(guān)的論述。智能建筑往往是從樓宇自動化控制系統(tǒng)開始。智能建筑內(nèi)部有大量的電氣設(shè)備，如：環(huán)境舒適所需要的空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備及繪排水系統(tǒng)的設(shè)備等，這些設(shè)備多而散：多，即數(shù)量多被控制、監(jiān)視、測量的對象多，多達(dá)上百到上萬點;散，即這些設(shè)備分散在各層和角落。如果采用分散管理，就地控制，監(jiān)視和測量難以想象。為了合理利用設(shè)備，節(jié)省能源，節(jié)省人力，確保設(shè)備的安全運行，自然地提出了如何加強(qiáng)設(shè)備的管理問題。

　　關(guān)鍵詞：樓宇;智能化;控制

　　《智能系統(tǒng)學(xué)報》已于2006年3月正式出刊,雙月刊。是由中國人工智能學(xué)會和哈爾濱工程大學(xué)聯(lián)合主辦，是中國人工智能學(xué)會會刊之一。主要刊登神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與神經(jīng)計算、智能信息處理、自然語言理解、智能系統(tǒng)工程、機(jī)器翻譯、復(fù)雜系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、知識工程與分布式智能、機(jī)器人、智能制造、粗糙集與軟計算、免疫系統(tǒng)、機(jī)器感知與虛擬現(xiàn)實、智能控制與智能管理、可拓工程、人工智能基礎(chǔ)、生物信息學(xué)與人工生命等內(nèi)容。

　　智能樓宇最早出現(xiàn)在美國，我國的智能樓宇起源于20世紀(jì)90年代，樓宇智能化是現(xiàn)代工業(yè)高科技的結(jié)晶，是未來“信息高速公路”的主節(jié)點，是進(jìn)入“數(shù)字時代”新興的產(chǎn)物。所謂樓宇自動化系統(tǒng)是對中央空調(diào)系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。隨著高新信息技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，對建筑物的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)及管理的最優(yōu)化組合的要求越來越高。系統(tǒng)控制的方式由過去的中央集中監(jiān)控，轉(zhuǎn)而由高處理能力的現(xiàn)場控制器所取代的集散控制系統(tǒng)，本文設(shè)計的樓宇自動化智能控制系統(tǒng)是專門為樓宇智能化所設(shè)計，同霍尼韋爾、西門子等樓宇控制產(chǎn)品相比結(jié)構(gòu)靈活，控制簡便，并且易于針對個體需求進(jìn)行軟件的二次開發(fā)。

　　1樓宇自動化系統(tǒng)的功能：

　　1.1樓宇自動化系統(tǒng)將實現(xiàn)如下主要功能：中央空調(diào)系統(tǒng)的監(jiān)控管理;給排水系統(tǒng)的監(jiān)控管理;供配電監(jiān)控系統(tǒng);保安消防自動化系統(tǒng);能量管理。

　　1.2樓宇自動化系統(tǒng)廣義的組成

　　硬件網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成。智能建筑的系統(tǒng)集成結(jié)構(gòu)大多采用二層網(wǎng)絡(luò)形式，上層為以太網(wǎng)絡(luò)，下層采用RS485、LonWorks等速率較低的標(biāo)準(zhǔn)工控總線方式集成串聯(lián)各種硬設(shè)備。集成模式還可通過開發(fā)與第三方系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口(網(wǎng)關(guān)或網(wǎng)絡(luò)控制器)，將各種系統(tǒng)資料集成到網(wǎng)絡(luò)主干上，實現(xiàn)集成目的。

　　信息系統(tǒng)集成。各樓宇自動控制系統(tǒng)的廠家基本都依照以上的集成原理進(jìn)行系統(tǒng)集成，而且自行開發(fā)系統(tǒng)集成的管理軟件。樓宇自動控制系統(tǒng)的廠家所開發(fā)的系統(tǒng)集成管理軟件，透過已經(jīng)架設(shè)好的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)系統(tǒng)集成，連接所有與之相關(guān)的對象，將信息綜合地相互作用，以實現(xiàn)整體的目標(biāo)?？刹捎肙PC技術(shù)和ODBC技術(shù)實現(xiàn)智能建筑的系統(tǒng)集成。

　　遠(yuǎn)程系統(tǒng)集成。數(shù)字化建筑的最新的集成技術(shù)是將信息集成建立在建筑物在內(nèi)部網(wǎng)Internet的基礎(chǔ)上再通過Web服務(wù)器和瀏覽器在整個網(wǎng)絡(luò)上的信息交換、綜合與共享，因此可以遠(yuǎn)程取得資料，或發(fā)出連動，可將各大型建筑群統(tǒng)一在同一平臺做出實時且有效的的監(jiān)控管理。

　　實時數(shù)據(jù)與管理資料的集成。智能建筑中包括多個子系統(tǒng)，涉及實時控制和分時管理兩個不同的信息處理領(lǐng)域?，F(xiàn)場資料的收集與記錄成為重要的系統(tǒng)集成對象，此必須透過現(xiàn)場資料收集器(例：DDC)來完成各個子系統(tǒng)集成連結(jié)成一個完整的大系統(tǒng)，實現(xiàn)對建筑物消防、保安、電梯控制、燈光控制、停車、周界防護(hù)、門禁等諸多子系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)的集成，并完成各子系統(tǒng)之間的聯(lián)動控制。

　　2軟件流程

　　智能樓宇控制系統(tǒng)所控制的點位種類多樣，如溫度、濕度、流量、開關(guān)等。硬件電路依據(jù)數(shù)字量、模擬量以及輸入、輸出提供了通用的接口，因此具體識別控制每個點位則完全由軟件完成。現(xiàn)場區(qū)域控制器作為整個系統(tǒng)的控制核心，既要檢測自身輸入輸出單元，完成顯示，報警等功能，又要根據(jù)上位機(jī)(PC)、控制模塊提供信息發(fā)出控制決策。因此軟件流程包括初始化、故障檢測與處理、控制算法實現(xiàn)、上下位機(jī)通訊等，初始化包括數(shù)值初始化、中斷初始化，通訊初始化，顯示初始化;故障檢測包括通訊故障，反饋故障，邏輯故障等;控制部分主要是程序算法的實現(xiàn)，對輸入輸出的智能控制，包括鍵盤/觸摸屏輸入及液晶輸出，上位機(jī)通訊即遠(yuǎn)程PC與區(qū)域控制器通訊，而下位機(jī)通訊則是區(qū)域控制器與控制模塊之間通訊。

　　該系統(tǒng)按照設(shè)計要求采用計算機(jī)集散式控制系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上分為三層網(wǎng)絡(luò)。一層是各子系統(tǒng);二層是集成網(wǎng)絡(luò);一二層網(wǎng)絡(luò)間通過開放的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口如ODBC、DDE、OPC等實現(xiàn)與各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享。三層是管理網(wǎng)絡(luò)，二三層網(wǎng)絡(luò)間通過軟件的通信程序組件(NetClient/NetServer、通信程序采用以太網(wǎng)(TCP/IP)、進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，它是連接客戶端(View)和服務(wù)器(實時數(shù)據(jù)庫)的橋梁，是構(gòu)成系統(tǒng)分布式系統(tǒng)的重要組成部分，Web服務(wù)器是為用戶提供Web服務(wù)的程序，用戶可以通過IE等標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器來訪問系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，從遠(yuǎn)程查看系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，及時了解樓宇內(nèi)重要信息，為管理層提供監(jiān)控的平臺。

　　2.1空調(diào)機(jī)組的自動調(diào)節(jié)

　　控制系統(tǒng)采用DDC控制，裝設(shè)在回風(fēng)管內(nèi)的溫度傳感器所檢測的溫度送往DDC控制器與設(shè)定點溫度相比較，用比例積分加微分控制，輸出相應(yīng)的電壓信號，控制裝在回水管上的電動調(diào)節(jié)閥的動作，使回風(fēng)溫度保持在所需要的范圍。

　　裝設(shè)在送風(fēng)管內(nèi)的濕度傳感器所檢測的濕度送往DDC控制器與設(shè)定點濕度比較，用比例積分控制，輸出相應(yīng)的電壓信號，控制電動蒸汽閥的動作，使送風(fēng)濕度保持在所需要的范圍。

　　裝設(shè)在回風(fēng)管及新風(fēng)管的溫度及濕度傳感器所檢測的溫/濕度送往DDC控制器進(jìn)行回風(fēng)及新風(fēng)焓值計算，按回風(fēng)及新風(fēng)焓值的比例，輸出相應(yīng)的電壓信號，控制回風(fēng)風(fēng)門及新風(fēng)風(fēng)門的比例開度，使系統(tǒng)節(jié)能。

　　冷水機(jī)組控制。由中央控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視供/回水溫度。按程序啟/停冷水機(jī)組。根據(jù)系統(tǒng)的供/回水溫度通過就地控制器(DDC)對溫度重新設(shè)定及負(fù)荷的限制等。

　　冷卻塔風(fēng)機(jī)控制。由中央控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視冷卻塔的出水溫度及控制水泵的啟停。

　　冷卻水泵/冷凍水泵的控制。根據(jù)冷凍站的控制程序啟/停水泵過載報警，對水流量的記錄。

　　2.2新風(fēng)系統(tǒng)

　　監(jiān)測新風(fēng)機(jī)手/自動轉(zhuǎn)換狀態(tài)、運行狀態(tài)，確認(rèn)新風(fēng)機(jī)機(jī)組是否處于樓宇自控系統(tǒng)之下;當(dāng)處于樓宇自控系統(tǒng)控制時，可控制風(fēng)機(jī)的啟停。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)會發(fā)出警報。并根據(jù)設(shè)定的溫度、送風(fēng)溫度、冬季和夏季等條件變化進(jìn)行送新風(fēng)量調(diào)節(jié)。

　　系統(tǒng)中所有檢測數(shù)據(jù)，均可以在顯示屏上顯示出來，如：

　　新風(fēng)、回風(fēng)、送風(fēng)之溫濕度;過濾器淤塞報警;風(fēng)機(jī)開停狀態(tài)

　　通過DDC控制器內(nèi)預(yù)先編寫的邏輯程序，系統(tǒng)可執(zhí)行下列連鎖功能。裝設(shè)在新風(fēng)入口處的風(fēng)門與風(fēng)機(jī)連鎖。當(dāng)風(fēng)機(jī)停止后，新風(fēng)風(fēng)門全關(guān)。電動調(diào)節(jié)閥與風(fēng)機(jī)啟動連鎖。當(dāng)風(fēng)機(jī)停止后，電動調(diào)節(jié)閥亦同時關(guān)閉。風(fēng)機(jī)啟停狀態(tài)是用差壓開關(guān)檢測的。當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動后，風(fēng)機(jī)兩側(cè)的差壓超過其設(shè)定值時，差壓開關(guān)內(nèi)的常開觸點閉合，信號送往DDC控制器，系統(tǒng)的控制程序立即投入運行。

　　通過手提檢測器可現(xiàn)場提取及修改DDC數(shù)字控制器內(nèi)的任何數(shù)據(jù)，如

　　傳感器檢測范圍;控制程序參數(shù)，包括輸入端到輸出端等。

　　通過DDC上串行接口與網(wǎng)絡(luò)控制器連接，成為中央監(jiān)控系統(tǒng)的最基本監(jiān)控單元。

　　2.3給排水系統(tǒng)

　　監(jiān)測各集水坑高液位，水泵運行狀態(tài)，過載報警，高水位報警。并可手動/自動啟?？?，故障復(fù)位等。

　　2.4照明系統(tǒng)

　　根據(jù)設(shè)定時間自動開啟/關(guān)閉不同區(qū)域的燈光，達(dá)到節(jié)能的目的。

　　2.5供配電系統(tǒng)

　　實時監(jiān)測樓宇內(nèi)用電情況，過壓、過流等故障報警提示，并生成用電量日報、月報、年報表等。

　　樓宇自動化系統(tǒng)是智能建筑的核心，我國市場正蓬勃發(fā)展，由于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不同，各地區(qū)的智能建筑建設(shè)速度及水平也有所不同。天津作為我國的現(xiàn)代化大城市，智能建筑的建設(shè)發(fā)展很快，各街區(qū)新建筑都朝智能建筑興建的奇特現(xiàn)象。然而，真正樓宇自動化系統(tǒng)的智能與數(shù)字元化程度需要被真正的鑒定，各廠家提供的水平差異懸殊須慎選，因應(yīng)市場的發(fā)展，訂定管理樓宇自動化規(guī)范將是非常重要的一個課題。