淺談樓宇智能化控制系統架構

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

　　關鍵詞：樓宇;智能化;控制

　　《智能系統學報》已于2006年3月正式出刊,雙月刊。是由中國人工智能學會和哈爾濱工程大學聯合主辦，是中國人工智能學會會刊之一。主要刊登神經網絡與神經計算、智能信息處理、自然語言理解、智能系統工程、機器翻譯、復雜系統、機器學習、知識工程與分布式智能、機器人、智能制造、粗糙集與軟計算、免疫系統、機器感知與虛擬現實、智能控制與智能管理、可拓工程、人工智能基礎、生物信息學與人工生命等內容。

　　智能樓宇最早出現在美國，我國的智能樓宇起源于20世紀90年代，樓宇智能化是現代工業高科技的結晶，是未來“信息高速公路”的主節點，是進入“數字時代”新興的產物。所謂樓宇自動化系統是對中央空調系統、通風系統、給排水系統、照明系統、變配電系統、電梯系統進行監控。隨著高新信息技術和計算機網絡技術的高速發展，對建筑物的結構、系統、服務及管理的最優化組合的要求越來越高。系統控制的方式由過去的中央集中監控，轉而由高處理能力的現場控制器所取代的集散控制系統，本文設計的樓宇自動化智能控制系統是專門為樓宇智能化所設計，同霍尼韋爾、西門子等樓宇控制產品相比結構靈活，控制簡便，并且易于針對個體需求進行軟件的二次開發。

　　1樓宇自動化系統的功能：

　　1.1樓宇自動化系統將實現如下主要功能：中央空調系統的監控管理;給排水系統的監控管理;供配電監控系統;保安消防自動化系統;能量管理。

　　1.2樓宇自動化系統廣義的組成

　　硬件網絡系統集成。智能建筑的系統集成結構大多采用二層網絡形式，上層為以太網絡，下層采用RS485、LonWorks等速率較低的標準工控總線方式集成串聯各種硬設備。集成模式還可通過開發與第三方系統的網絡接口(網關或網絡控制器)，將各種系統資料集成到網絡主干上，實現集成目的。

　　信息系統集成。各樓宇自動控制系統的廠家基本都依照以上的集成原理進行系統集成，而且自行開發系統集成的管理軟件。樓宇自動控制系統的廠家所開發的系統集成管理軟件，透過已經架設好的網絡架構系統集成，連接所有與之相關的對象，將信息綜合地相互作用，以實現整體的目標。可采用OPC技術和ODBC技術實現智能建筑的系統集成。

　　遠程系統集成。數字化建筑的最新的集成技術是將信息集成建立在建筑物在內部網Internet的基礎上再通過Web服務器和瀏覽器在整個網絡上的信息交換、綜合與共享，因此可以遠程取得資料，或發出連動，可將各大型建筑群統一在同一平臺做出實時且有效的的監控管理。

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

　　2軟件流程

　　智能樓宇控制系統所控制的點位種類多樣，如溫度、濕度、流量、開關等。硬件電路依據數字量、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。現場區域控制器作為整個系統的控制核心，既要檢測自身輸入輸出單元，完成顯示，報警等功能，又要根據上位機(PC)、控制模塊提供信息發出控制決策。因此軟件流程包括初始化、故障檢測與處理、控制算法實現、上下位機通訊等，初始化包括數值初始化、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，對輸入輸出的智能控制，包括鍵盤/觸摸屏輸入及液晶輸出，上位機通訊即遠程PC與區域控制器通訊，而下位機通訊則是區域控制器與控制模塊之間通訊。

　　該系統按照設計要求采用計算機集散式控制系統，在結構上分為三層網絡。一層是各子系統;二層是集成網絡;一二層網絡間通過開放的標準數據接口如ODBC、DDE、OPC等實現與各子系統之間的數據共享。三層是管理網絡，二三層網絡間通過軟件的通信程序組件(NetClient/NetServer、通信程序采用以太網(TCP/IP)、進行數據通訊，它是連接客戶端(View)和服務器(實時數據庫)的橋梁，是構成系統分布式系統的重要組成部分，Web服務器是為用戶提供Web服務的程序，用戶可以通過IE等標準瀏覽器來訪問系統的數據，從遠程查看系統的運行數據，及時了解樓宇內重要信息，為管理層提供監控的平臺。

　　2.1空調機組的自動調節

　　控制系統采用DDC控制，裝設在回風管內的溫度傳感器所檢測的溫度送往DDC控制器與設定點溫度相比較，用比例積分加微分控制，輸出相應的電壓信號，控制裝在回水管上的電動調節閥的動作，使回風溫度保持在所需要的范圍。

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

　　裝設在回風管及新風管的溫度及濕度傳感器所檢測的溫/濕度送往DDC控制器進行回風及新風焓值計算，按回風及新風焓值的比例，輸出相應的電壓信號，控制回風風門及新風風門的比例開度，使系統節能。

　　冷水機組控制。由中央控制系統進行監視供/回水溫度。按程序啟/停冷水機組。根據系統的供/回水溫度通過就地控制器(DDC)對溫度重新設定及負荷的限制等。

　　冷卻塔風機控制。由中央控制系統進行監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新風系統

　　監測新風機手/自動轉換狀態、運行狀態，確認新風機機組是否處于樓宇自控系統之下;當處于樓宇自控系統控制時，可控制風機的啟停。當系統出現異常時，系統會發出警報。并根據設定的溫度、送風溫度、冬季和夏季等條件變化進行送新風量調節。

　　系統中所有檢測數據，均可以在顯示屏上顯示出來，如：

　　新風、回風、送風之溫濕度;過濾器淤塞報警;風機開停狀態

　　通過DDC控制器內預先編寫的邏輯程序，系統可執行下列連鎖功能。裝設在新風入口處的風門與風機連鎖。當風機停止后，新風風門全關。電動調節閥與風機啟動連鎖。當風機停止后，電動調節閥亦同時關閉。風機啟停狀態是用差壓開關檢測的。當風機啟動后，風機兩側的差壓超過其設定值時，差壓開關內的常開觸點閉合，信號送往DDC控制器，系統的控制程序立即投入運行。

　　通過手提檢測器可現場提取及修改DDC數字控制器內的任何數據，如

　　傳感器檢測范圍;控制程序參數，包括輸入端到輸出端等。

　　通過DDC上串行接口與網絡控制器連接，成為中央監控系統的最基本監控單元。

　　2.3給排水系統

　　監測各集水坑高液位，水泵運行狀態，過載報警，高水位報警。并可手動/自動啟停控，故障復位等。

　　2.4照明系統

　　根據設定時間自動開啟/關閉不同區域的燈光，達到節能的目的。

　　2.5供配電系統

　　實時監測樓宇內用電情況，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。

　　樓宇自動化系統是智能建筑的核心，我國市場正蓬勃發展，由于我國經濟發展的不同，各地區的智能建筑建設速度及水平也有所不同。天津作為我國的現代化大城市，智能建筑的建設發展很快，各街區新建筑都朝智能建筑興建的奇特現象。然而，真正樓宇自動化系統的智能與數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，因應市場的發展，訂定管理樓宇自動化規范將是非常重要的一個課題。