現(xiàn)代建筑弱電管網(wǎng)智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汪 軍

（江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江蘇 徐州 221011）

0 引 言

現(xiàn)代建筑弱電管網(wǎng)是城市電網(wǎng)建設(shè)中的主要設(shè)備，針對(duì)其穩(wěn)定性方面的研究受到相關(guān)應(yīng)用部門的密切關(guān)注。弱電管網(wǎng)智能控制能有效保證弱電管網(wǎng)的穩(wěn)定性，為其安全運(yùn)行提供重要保障，現(xiàn)代建筑弱電管網(wǎng)智能控制系統(tǒng)應(yīng)勢而生[1]。我國以往針對(duì)弱電管網(wǎng)智能控制系統(tǒng)的研究并不少見，但研究比較局限，主要通過改變運(yùn)行速率來控制弱電管網(wǎng)。傳統(tǒng)弱電管網(wǎng)智能控制系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中存在控制波特率低的缺點(diǎn)，主要原因?yàn)槲唇⑾鄳?yīng)的控制數(shù)據(jù)通信協(xié)議，無法實(shí)現(xiàn)弱電管網(wǎng)智能控制[2]。本文通過設(shè)計(jì)一種新型弱電管網(wǎng)智能控制系統(tǒng)，從根本上提高其控制波特率，進(jìn)而提高控制效率，為實(shí)現(xiàn)弱電管網(wǎng)智能控制的節(jié)本增效提供支持。

1 現(xiàn)代建筑弱電管網(wǎng)智能控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

弱電管網(wǎng)智能控制系統(tǒng)的硬件優(yōu)化主要針對(duì)以太網(wǎng)、微型控制器以及顯示器展開優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.1 以太網(wǎng)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)過程中選擇以太網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)支撐，為系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)管理提供一個(gè)完善的硬件環(huán)境，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程高效率傳輸。在傳統(tǒng)研究成果的基礎(chǔ)上使用雙絞線網(wǎng)絡(luò)將官網(wǎng)與系統(tǒng)內(nèi)交換設(shè)備進(jìn)行連接，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍[3]。同時(shí)，使用硬件模型對(duì)弱電信號(hào)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)數(shù)字信號(hào)的有效轉(zhuǎn)換，從而完成系統(tǒng)硬件環(huán)境的布設(shè)。

1.2 微型控制器

微型控制器是控制系統(tǒng)的核心硬件，本文采用二級(jí)板兩層模式優(yōu)化設(shè)計(jì)微型控制器，基于LonWorks技術(shù)內(nèi)置神經(jīng)元芯片[4]。控制器屬于一種微型結(jié)構(gòu)，由核心芯片和傳感信息裝置等構(gòu)成。通過此方面的研究可集成處理網(wǎng)絡(luò)信息，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，并縮短系統(tǒng)的綜合運(yùn)行時(shí)長，提升系統(tǒng)運(yùn)行效率，滿足系統(tǒng)需求[5]。微型控制器主要為弱電管網(wǎng)智能控制提供驅(qū)動(dòng)，將神經(jīng)元芯片發(fā)出的控制信號(hào)與電路相連，將弱電管網(wǎng)智能控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制當(dāng)量，從而智能控制弱電管網(wǎng)。

1.3 顯示器

顯示器用于展示系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果和微型控制器輸出的弱電管網(wǎng)智能控制數(shù)據(jù)[6]。本文設(shè)計(jì)中的顯示器型號(hào)為MN26840-001，尺寸為32寸，共有24路，通過串口通信能夠直接獲得弱電管網(wǎng)控制數(shù)據(jù)。

2 現(xiàn)代建筑弱電管網(wǎng)智能控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)軟件流程圖

2.1 弱電管網(wǎng)智能控制數(shù)據(jù)自動(dòng)采樣

系統(tǒng)軟件優(yōu)化中預(yù)先采集弱電管網(wǎng)智能控制信號(hào)，并將采集到的信號(hào)通過通信網(wǎng)絡(luò)傳遞到控制主站，由控制主站分析上報(bào)的控制信號(hào)，并確定控制頻率和控制區(qū)段[7]。考慮到弱電管網(wǎng)智能控制信號(hào)類型眾多，本文通過最小化輻射功率達(dá)到除雜和降噪的目的，進(jìn)一步保障信號(hào)的精度。此過程可表示為：

式中，R為目標(biāo)函數(shù)；n指的是弱電管網(wǎng)智能控制信號(hào)集；i指的是控制點(diǎn)位個(gè)數(shù)；P指的是信號(hào)的初級(jí)聲源聲壓；PH指的是信號(hào)的次級(jí)聲源聲壓。通過式（1），在保證弱電管網(wǎng)智能控制能量平衡的前提下，可以將其作為同步信號(hào)。

2.2 處理弱電管網(wǎng)智能控制數(shù)據(jù)

在采集控制信號(hào)的基礎(chǔ)上，還需要將弱電管網(wǎng)智能控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步處理弱電管網(wǎng)智能控制數(shù)據(jù)[8]。本文按照Myspl_num4將控制信號(hào)從一個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器連接到另一臺(tái)服務(wù)器上，并按照數(shù)據(jù)的分類與存儲(chǔ)方式同步轉(zhuǎn)換控制信號(hào)與數(shù)據(jù)。由于控制信號(hào)與數(shù)據(jù)的同步轉(zhuǎn)換并不是一個(gè)獨(dú)立的行為，因此弱電管網(wǎng)智能控制數(shù)據(jù)的處理具有多數(shù)據(jù)異步并存的優(yōu)勢，為下文建立Lontalk通信協(xié)議奠定基礎(chǔ)。

2.3 建立弱電管網(wǎng)智能控制Lontalk通信協(xié)議

在處理完控制數(shù)據(jù)后，基于LonWorks技術(shù)建立弱電管網(wǎng)智能控制Lontalk通信協(xié)議，為控制數(shù)據(jù)的傳輸提供支持[9]。由于弱電管網(wǎng)智能控制數(shù)據(jù)中的字符長度較短，且包含的信息量較少，因此本文設(shè)計(jì)的Lontalk通信協(xié)議為單通道模式，通過發(fā)送控制數(shù)據(jù)，再由接收端接收的方式實(shí)現(xiàn)弱電管網(wǎng)智能控制Lontalk通信[10]。在此過程中，需監(jiān)測控制數(shù)據(jù)傳輸通道中的參數(shù)變化，一旦波動(dòng)過大，必須立即停止數(shù)據(jù)傳輸，并查明造成數(shù)據(jù)波動(dòng)的具體原因，從而提出相應(yīng)的解決措施，保證控制數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。

2.4 弱電管網(wǎng)智能控制功率相關(guān)性分析

當(dāng)弱電管網(wǎng)處于工作狀態(tài)時(shí)，弱電管網(wǎng)智能控制存在能量平衡的現(xiàn)象，與物質(zhì)平衡具有一定的相似性[11]。在做功過程中，弱電管網(wǎng)的非線性特征體現(xiàn)得尤為明顯，其智能控制功率計(jì)算為：

式中，N為控制功率；k指的是弱電管網(wǎng)電源額定電壓；P指的是弱電管網(wǎng)電源流經(jīng)電流；Q指的是弱電管網(wǎng)電源頻率；R為目標(biāo)函數(shù)，μ指的是弱電管網(wǎng)的蓄熱系數(shù)；t指的是弱電管網(wǎng)的運(yùn)行時(shí)長。

2.5 實(shí)現(xiàn)弱電管網(wǎng)智能控制

在完成弱電管網(wǎng)智能控制功率相關(guān)性分析后，為進(jìn)一步提高控制效率，以上文計(jì)算得出的控制功率為依據(jù)發(fā)送控制數(shù)據(jù)。在確保原構(gòu)件數(shù)量可滿足需求的條件下，對(duì)不同形式的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)度與轉(zhuǎn)換，并設(shè)置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，在此過程中需結(jié)合不同指令的語義，根據(jù)傳輸?shù)刂范ㄎ还?jié)點(diǎn)目標(biāo)，以此確保網(wǎng)絡(luò)端口的良好通信。同時(shí)，執(zhí)行對(duì)網(wǎng)絡(luò)端口的通信操作，向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息與二進(jìn)制代碼，并對(duì)端口控制的數(shù)據(jù)進(jìn)行送達(dá)處理，使用node表示代碼文件，采用自由傳輸?shù)姆绞絺鬏敂?shù)據(jù)，在接收響應(yīng)后實(shí)現(xiàn)弱電管網(wǎng)智能控制。

3 實(shí)例分析

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

構(gòu)建實(shí)例分析，實(shí)驗(yàn)對(duì)象選擇某現(xiàn)代建筑弱電管網(wǎng)，將使用本文設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)代建筑弱電管網(wǎng)執(zhí)行相應(yīng)的控制行為設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組，將使用傳統(tǒng)控制系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)代建筑弱電管網(wǎng)執(zhí)行相應(yīng)的控制行為設(shè)置為對(duì)照組，使用MATALB軟件進(jìn)行測試，通過對(duì)比控制波特率的方式判斷兩種系統(tǒng)的控制效率。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 控制波特率對(duì)比表

由表1可知，本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)控制波特率明顯高于對(duì)照組，更具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié) 論

弱電管網(wǎng)智能控制作為現(xiàn)代建筑弱電管網(wǎng)建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容，需借助硬件和軟件的支持，提高控制的實(shí)效性。本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)中是具有現(xiàn)實(shí)意義的，能夠?yàn)楦玫亻_展現(xiàn)代建筑弱電管網(wǎng)智能控制工作提供一定的幫助與引導(dǎo)。在后續(xù)的研究中，相關(guān)人員需加以拓展，進(jìn)一步提高研究的全面性，從而為現(xiàn)代建筑弱電管網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供系統(tǒng)化的理論支持。