智能建筑電氣監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

劉富強(qiáng)

（中鐵西安勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054）

0 引 言

隨著電氣技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及控制技術(shù)的不斷發(fā)展，智能控制成為未來建筑發(fā)展的重要方向之一，特別是商業(yè)大樓、圖書館、體育館等公共建筑對電氣智能化的要求更高且多樣。智能建筑電氣系統(tǒng)是現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涵蓋了建筑電氣技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科內(nèi)容，屬于復(fù)雜的系統(tǒng)工程。優(yōu)良的智能建筑電氣系統(tǒng)可以很好的提高建筑服務(wù)品質(zhì)，提供更舒適、安全的辦公和生活環(huán)境[1]。文中針對建筑智能電氣系統(tǒng)，闡述了其主要構(gòu)成結(jié)構(gòu)，并對其涉及的關(guān)鍵子系統(tǒng)進(jìn)行了分析。

1 智能建筑電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能建筑的電氣系統(tǒng)主要由3大子系統(tǒng)構(gòu)成，包括樓宇自動(dòng)化子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化子系統(tǒng)，系統(tǒng)集成中心負(fù)責(zé)連接和控制3個(gè)子系統(tǒng)，智能建筑電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)是整個(gè)建筑智能化控制的基礎(chǔ)設(shè)施，主要負(fù)責(zé)控制或管理智能建筑中的各類機(jī)電設(shè)備，如供配電設(shè)備、安防設(shè)備、給排水控制及照明等[2]。該系統(tǒng)利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，完成對各個(gè)子設(shè)備的集中管理和分級控制，將各子設(shè)備之間產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。

圖1 智能建筑電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通信子系統(tǒng)是整個(gè)智能電氣系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)各子設(shè)備間的信息傳遞，除了負(fù)責(zé)完成采集數(shù)據(jù)的傳遞外，信息系統(tǒng)同時(shí)要具備傳遞圖像、語言、文字的功能。通信系統(tǒng)主要分為有線通信和無線通信兩個(gè)主要通信方式。辦公自動(dòng)化系統(tǒng)的主要任務(wù)是辦公管理、信息公告、會議管理及線上服務(wù)等，具備多個(gè)功能模塊的劃分，實(shí)現(xiàn)整個(gè)辦公系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化，同時(shí)保證整個(gè)辦公系統(tǒng)的安全性和實(shí)時(shí)性。

2 供配電系統(tǒng)

2.1 負(fù)荷等級劃分及核算

住宅建筑的電氣載荷按設(shè)計(jì)要求劃分為了3個(gè)等級。以一類高層建筑為例，其供配電和消防應(yīng)急照明要求等級均較高，對于一類高層辦公樓，1～9層的樓梯、飲用水泵、污水泵、通道照明燈燈供電設(shè)備，需要按照一級載荷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，10～13層的電梯、消防通道及住宅通道需要按照二級載荷標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其他供電電氣設(shè)備可按照三級載荷標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。對于大功率設(shè)備的載荷計(jì)算問題，一般需要對載荷的有功功率Pjs、無功功率Qjs、視在功率S核算，計(jì)算公式為[3]：

2.2 供配電監(jiān)測

供配電監(jiān)測主要包括電能統(tǒng)計(jì)、供電回路狀態(tài)監(jiān)測以及電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測。電能統(tǒng)計(jì)主要指對用電量數(shù)據(jù)的采集，對于10 kV高壓側(cè)電路，其用電計(jì)量由專門的電業(yè)部門負(fù)責(zé)。低壓側(cè)用戶端配置計(jì)量表，并根據(jù)用戶需求對配電箱電表進(jìn)行分表配置。供電回路狀態(tài)監(jiān)測主要是實(shí)現(xiàn)對電路回路的電壓電流信息進(jìn)行采集，為電能統(tǒng)計(jì)提供參考數(shù)據(jù)，并監(jiān)測電路回路的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除線路故障。電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測主要是實(shí)現(xiàn)對各類高壓供電設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，當(dāng)有設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障狀態(tài)，并發(fā)出報(bào)警信號，對各類故障進(jìn)行類型、位置等信息的辨別。

3 照明控制系統(tǒng)

照明控制系統(tǒng)是建筑電氣系統(tǒng)中耗電量最大的子系統(tǒng)之一，對于改善照明環(huán)境和實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能具有重要意義。照明控制系統(tǒng)需要根據(jù)照明目的和環(huán)境因素進(jìn)行科學(xué)控制，照明控制可以分為兩大類，包括環(huán)境照明控制和節(jié)能照明控制，根據(jù)照明具體需要，實(shí)現(xiàn)照明在舒適度和節(jié)能兩個(gè)方面達(dá)到均衡。主要的照明控制方案包括波動(dòng)開關(guān)控制、定時(shí)控制、斷路器控制、光電感應(yīng)控制及智能控制等方法。波動(dòng)開關(guān)方式是使用率最高的方式之一，可實(shí)現(xiàn)對單個(gè)或多個(gè)燈具的同時(shí)控制，也可在樓梯過道處設(shè)置雙開關(guān)或多開關(guān)聯(lián)動(dòng)控制。波動(dòng)開關(guān)電路復(fù)雜且線損較高。定時(shí)控制是根據(jù)照明時(shí)間需求，對燈具進(jìn)行定時(shí)的開啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)了照明節(jié)能，但照明時(shí)間不夠靈活，無法自適應(yīng)環(huán)境的變化。光電感應(yīng)控制主要是通過實(shí)際照度與預(yù)設(shè)照度的對比值進(jìn)行照明開關(guān)的控制，具有較好的節(jié)能效果。智能控制是以聲、光、紅外感應(yīng)、視頻圖像等信息為輸入量，通過人工智能算法對照明進(jìn)行綜合評估，實(shí)現(xiàn)輸出照度、舒適度、節(jié)能等指標(biāo)的最優(yōu)控制，是未來照明發(fā)展的重要方向之一。

實(shí)際上，智能照明控制方案主要可以分為兩大類，一類為直接數(shù)字控制，另一類為總線分布式控制。直接數(shù)字控制方案是將智能照明與其他智能系統(tǒng)一起接入集中監(jiān)控系統(tǒng)，集中監(jiān)控系統(tǒng)利用接觸器來控制供電回路的開合。此類控制方案結(jié)構(gòu)簡單，但系統(tǒng)工作可靠性偏低。總線分布式控制方案將接觸器進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，通過現(xiàn)場總線與智能開關(guān)連接。該方案線路集成度高，且具有較高的運(yùn)行穩(wěn)定性，易于系統(tǒng)擴(kuò)展，在智能建筑中得到廣泛應(yīng)用。總線分布式智能照明控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 總線分布式智能照明控制結(jié)構(gòu)

4 安防監(jiān)控系統(tǒng)

智能建筑安防系統(tǒng)主要包括視頻監(jiān)控、門禁系統(tǒng)、緊急報(bào)警按鈕及電子巡更等部分。其中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)是最為直觀的監(jiān)控手段，主要由視頻圖像采集前端、圖像傳輸線路、控制器、顯示和存儲等部件構(gòu)成[4]。監(jiān)控?cái)z像機(jī)被安置在監(jiān)控區(qū)域，實(shí)時(shí)對監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行圖像采集，并將獲得的圖像音頻信息傳輸至控制中心。

門禁系統(tǒng)是目前智能建筑必備的安防設(shè)施之一，主要包括前端感應(yīng)裝置、執(zhí)行裝置、后臺控制和存儲設(shè)備。控制方式分為單向感應(yīng)和雙向感應(yīng)兩類，智能建筑的門禁系統(tǒng)一般具有智能管理策略，既能進(jìn)行在線實(shí)時(shí)控制，也可以進(jìn)行離線狀態(tài)下運(yùn)行。授權(quán)用戶一般會分配一張智能卡或者其他能夠識別身份的軟件識別碼。門禁系統(tǒng)會對每次訪問的時(shí)間、位置、卡號等信息進(jìn)行記錄和存儲，并對用戶請求進(jìn)行辨別和響應(yīng)。

緊急報(bào)警按鈕主要被安置在一些特殊場合位置，在發(fā)生緊急情況時(shí)，可以觸發(fā)報(bào)警按鈕，以便控制中心的安防人員第一時(shí)間獲得報(bào)警信號。一般緊急按鈕分布在出入口、機(jī)房、崗?fù)ぁ㈦娞荨⑿l(wèi)生間等位置。

電子巡更系統(tǒng)可對巡更點(diǎn)、巡更狀態(tài)及人員進(jìn)行電子表示，用于保證巡更路線的落實(shí)和對巡更值班制度的監(jiān)督，并將巡更過程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行反饋，電子巡更點(diǎn)一般可分為建筑內(nèi)和建筑外兩部分。

5 結(jié) 論

文中在分析建筑智能電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對其供配電監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和安防系統(tǒng)進(jìn)行了具體描述，智能電氣對實(shí)用性、穩(wěn)定性、智能化具有較高的要求，需要綜合整個(gè)建筑的多方面使用需求，構(gòu)建一套復(fù)雜的智能控制系統(tǒng)。智能建筑將成為未來建筑的重要發(fā)展方向之一，我國目前智能建筑起步相對較晚，建筑智能化水平相對偏低，仍留有很多智能化電氣方面的問題有待進(jìn)行進(jìn)一步的研究。