組網式建筑智能化實驗裝置的研發與應用

任靜 武東輝 曹祥紅

摘??要：針對現有建筑智能化實驗裝置各子系統之間相互獨立、資源冗余嚴重的現象，本文設計了一種組網式建筑智能化實驗裝置。該實驗裝置在一幢模擬二層建筑上，集成了火災自動報警及聯動控制系統、視頻安防監控系統、入侵報警系統及綜合布線系統，各系統不僅可單獨工作，同時可通過信息的傳輸和共享，協同工作，聯動、聯網運行，且后期可進行其他系統的擴展。經過實際應用表明，該實驗裝置集成度、可靠性高，采用低壓直流設備，極大地保證了學生在實驗中的安全，能有效地實現學與用的無縫對接，提升學生實踐動手能力。

關鍵詞：組網式??智能化系統??集成??聯動控制

中圖分類號：TU855?????文獻標識碼：A

R&D?and?Application?of?the?Networked?Intelligent?Experimental?Device?for?Buildings

REN?Jing??WU?Donghui??CAO?Xianghong

（Zhengzhou?University?of?Light?Industry，?Zhengzhou，?Henan?Province，?450000?China）

Abstract：?In?view?of?the?phenomenon?that?the?subsystems?of?the?existing?intelligent?experimental?device?for?buildings?are?independent?of?each?other?and?the?resource?redundancy?is?serious，?this?paper?designs?a?networked?intelligent?experimental?device?for?buildings.?The?experimental?device?integrates?the?automatic?fire?alarm?and?linkage?control?system，?video?security?monitoring?system，?intrusion?alarm?system?and?integrated?wiring?system?in?a?simulated?two-story?building，each?system?can?not?only?work?independently，?but?also?work?together?and?be?linked?and?networked?through?the?transmission?and?sharing?of?information，?and?it?can?be?extended?to?other?systems?at?a?later?stage.?The?practical?application?shows?that?the?experimental?device?has?high?integration?and?reliability，?adopts?low-voltage?DC?equipment，?and?greatly?guarantees?the?safety?of?students?in?the?experiment，?which?can?effectively?realize?the?seamless?docking?between?learning?and?use，?and?improve?the?practical?ability?of?students.

Key?Words：?Networked;?Intelligent?system;?Integration;?Linkage?control

1?研究背景

隨著現代信息技術、傳感技術和通信技術的發展，人類對建筑環境的信息化、安全性和舒適性等要求越來越高，建筑智能化的需求也越來越高。目前智能建筑普遍實施了諸如火災自動報警及聯動控制系統、視頻安防監控系統、入侵報警系統等，隨著建筑智能化水平的提升，建筑的適用性也得到了提升，同時也降低了使用成本[1]。

傳統的建筑智能化實驗裝置受理念和技術的影響，各個系統之間相互孤立，存在相互重疊現象，資源冗余現象嚴重，無形中降低了系統的實用性，增加了系統維護工作量[2]。“組網式建筑智能化實驗裝置”為了突出重點，避免子系統相互重疊，包含了火災自動報警及聯動控制系統、視頻安防監控系統、入侵報警系統、綜合布線系統等4個子系統，不僅滿足本科相關專業實驗教學基本需求，后期還可進行應急照明與疏散指示、智能照明，防雷接地、巡更系統、對講門禁控制系統和有線電視系統等系統的擴展。

2?實驗裝置的研制

2.1?技術方案

本設計為一種新型組網式建筑智能化實驗裝置，每臺實驗裝置模擬一幢二層建筑，結構組成如圖1所示，主要由住戶1、住戶2、機房、會議室、管理中心、辦公室和消防電梯組成，其中住戶1、住戶2用于模擬智能小區，機房、管理中心用于模擬樓宇管控系統，會議室、辦公室用于模擬辦公大樓。為了突出重點，避免出現建筑智能化一些子系統相互重疊，每臺實驗裝置包括火災自動報警及聯動控制系統、視頻安防監控系統、入侵報警系統、綜合布線系統等4個子系統，各子系統不僅可以單獨工作，同時可進行信息的傳輸與共享，使多個子系統協同工作，聯動運行，例如通過綜合布線系統，可遠程查看視頻安防監控系統的工作情況。其次，多臺實驗裝置可模擬一個建筑群，各建筑中的系統進行聯網實驗，通過Internet網絡及總控制臺進行監測與控制。

2.2?火災自動報警及聯動控制系統

火災自動報警及聯動控制系統由火災自動報警及聯動控制兩部分構成[3]。主要包括消防報警控制器、管理控制中心站、通信網絡、前端探測器、聲光報警器、消防電話、消防廣播、消火栓系統、噴淋系統、送風系統、排煙系統、防火卷簾門、消防電梯、強切等。該系統通過報警控制總線組網連接，消防電話通過消防電話線路與總控制臺相連，消防廣播通過廣播線路與總控制臺相連，防火卷簾系統、消火栓系統、噴淋系統、送風系統及排煙系統通過直接控制線與總控制臺組網相連，構成火災聯動控制系統。所有模塊及設備可重復拆卸安裝，所有接線端子引出，便于真實接線，實際操作及聯動控制更接近實際工程。單臺實驗裝置可獨立工作，又可組網由總控臺進行監控。

自動噴水滅火系統設備安裝布置如圖2所示，主要由壓力開關（撥動開關）、水流指示器（撥動開關）、信號閥（撥動開關）、閘閥（撥動開關）、泵故障（撥動開關）、噴淋泵（三相異步電動機）及控制箱組成。在消防控制室內可對噴淋泵進行手動/自動控制，并顯示水泵的狀態。

送風排煙系統設備安裝布置如圖3所示，主要由正壓送風機、排煙送風機（分別由AC220風扇模擬）、70℃防火閥、送風口、280℃排煙防火閥、排煙口（分別由4只繼電器模擬）及控制箱組成。在消防控制室內可對設備進行手動/自動控制，并顯示狀態。火災發生后，應啟動排煙風機，打開排煙口及排煙閥進行排煙。當排煙防火閥熔斷后，總線聯鎖控制停止排煙風機[4]。

防火卷簾門采用直流減速電機、卷簾幕布及控制箱模擬控制，設備安裝布圖如圖4所示。若卷簾門處感煙探測器報警時，系統控制器啟動一個輸入/輸出模塊，將卷簾門下降至半降狀態；當卷簾門處的感溫探測器報警時，控制器啟動另一個輸入/輸出模塊（全降控制），將卷簾門下降到底。半降及全降到位的反饋信號（必須為無源觸點）分別接入各自的輸入/輸出模塊。同時可通過控制器上的手動按鈕或輸入/輸出模塊對應的總線聯動控制盤上的按鍵控制防火卷簾門的升降。

消防電梯采用單座六層模擬電梯實現控制，電梯模型的電氣部分由永磁低速同步電動機、變頻器、PLC、歐姆龍編碼器、語音到站鐘等組成。當某樓層發生火災時，控制器通過總線啟動輸入/輸出模塊，控制消防電梯控制箱內DC?24V繼電器動作，迫降消防電梯至首層，到位后的反饋信號（必須為無源觸點）通過輸入/輸出模塊反饋至控制器。

2.3?視頻安防監控系統

視頻安防監控系統采用監控柜設計，包括監視器、硬盤錄像機、監控交換機等。監視器包括紅外網絡高速智能球、超寬動態防暴半球型網絡攝像機、高清一體化激光云臺攝像機、紅外對射報警器、聲光報警器、門磁等[5]，其系統結構如圖5所示。紅外對射報警器、聲光報警器、門磁等入侵報警設備接入硬盤錄像機的報警輸入口，硬盤錄像機對周邊環境進行實時監控及錄像，當有警報發生時，可調動相應的攝像機進行報警聯動錄像。硬盤錄像機與計算機通過交換機組成局域網，可在計算機端遠程查看監控系統監控畫面，也可通過互聯網遠程查看監控畫面。基于該實驗裝置及系統平臺，教師可以進行如圖像識別、人體特征捕捉等有一定前沿性的科學研究工作。

2.4?入侵報警系統

入侵報警系統將防范區域劃分為8個防區，各個探測器（紅外對射報警器、門磁、振動探測器、玻璃破碎探測器、紅外對射報警器）裝在模擬房間的對應位置，如模擬房門、模擬窗等，并分別接入8路入侵報警控制器的8個防區，可通過報警控制器鍵盤分別對防區進行布防，已布防的防區若發生非法入侵，可促發報警器發出警報。相應控制器通過轉換開關，可分別工作在視頻安防監控系統系統及入侵報警系統，多位轉換開關設置如圖5所示。

2.5?綜合布線系統

綜合布線系統是對建筑模型（住戶、會議室、辦公室、機房、管理中心）進行線路施工、調試及測試。主要包括RJ45配線架、以太網交換機、網絡配線柜、電話程控交換機、電話配線架、底盒、電話模塊、網絡模塊、路由器、電話機、RJ11水晶頭、RJ45水晶頭等安裝器件，在建筑模型中實現了綜合布線的七個子系統，實現房間內的數據與語音通信。通過外網接入，可將系統融合到Internet網絡。

3?創新性

（1）整個系統按照規范要求進行設計，實驗系統的設計和一個真實建筑物的弱電系統設計并無兩樣，實際操作及聯動控制均接近實際工程，通過此實驗系統的設計可實現“學”與“用”的無縫對接[6]。

（2）該系統采用Internet組網、多點冗余控制和模塊化系統設計等技術進行開發，既可單臺實驗，模擬一棟建筑，又可多臺聯網實驗，模擬一個建筑群；既可單獨進行各子系統實驗，又可對系統進行聯動控制。

（3）該實驗裝置具有綜合性、集成度高，避免采購多臺單系統實驗裝置，很大程度地節約了經費，同時多個系統、多臺裝置之間還可進行聯動及聯網控制。

（4）實驗裝置監控系統采用總、分控制管理中心方式，可通過上位機圖文顯示管理，也可通過視頻、廣播、電話及網絡與實驗裝置聯系。

（5）火災自動報警系統中的消防泵、噴漆泵、防煙風機等的聯動控制采用雙輸入/雙輸出模塊，提高了系統的可行性。

（6）通過多位轉換開關，使入侵報警系統與視頻監控系統組成視頻安防監控系統，門磁、報警器等設備通過多位轉換開關可在兩個系統之間轉換。

（7）多數采用12V或24V直流電源設備，保證學生在實驗中絕對安全。

4?結語

該設計在接近工程現場的基礎上，針對建筑電氣與智能化、樓宇自動化工程技術等相關專業的教學實訓，設計了一種新型建筑智能化實驗裝置。該實驗裝置上的實驗系統采用真實智能建筑模型，由鋁合金支架和網孔板搭建而成的兩層模擬樓宇建筑，包含機房、辦公室、住戶和建筑周邊等功能區域，建筑中包含了火災自動報警及聯動控制系統、視頻安防監控系統、入侵報警系統、綜合布線系統等4個子系統。該實驗裝置強化了系統的設計、安裝、布線、接線、編程、調試、運行、維護等工程能力，能滿足后期強電系統及其他智能化系統等實驗設備的擴展。

參考文獻[1]?高宇.智能建筑弱電系統施工常見的問題及其防范措施[J].科技創新導報，2021（7）：24-26.