建筑機械設(shè)備電氣工程自動化的供配電節(jié)能控制探討

郭魯瑛　郭婧怡　王強　王保艷

摘 要：建筑使用的過程中，建筑電氣設(shè)備運行的情況直接影響用戶的使用效果。因此，施工過程中必須注意施工機械和設(shè)備安裝的質(zhì)量。建筑機械設(shè)備電氣工程設(shè)計的過程中，應(yīng)該應(yīng)用自動化技術(shù)，尤其是供配電節(jié)能控制中，有效提高控制效果，并且還能改善機械設(shè)備耗能大的現(xiàn)狀，推動著自動化技術(shù)的推廣使用。

關(guān)鍵詞：建筑工程；電氣自動化技術(shù)；供配電系統(tǒng)；節(jié)能控制

中圖分類號：TU85? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）07-0048-03

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對建筑物的功能需求也在不斷提高。電力、供電、配電是建筑的重要組成部分，電氣設(shè)備和電力供應(yīng)和分配系統(tǒng)的安裝質(zhì)量和操作狀況都會影響其使用性能。在現(xiàn)代建筑設(shè)計中，大力倡導(dǎo)節(jié)約能源，注重電氣設(shè)備和電力供應(yīng)、配電等設(shè)施的設(shè)計，并逐步完善電氣設(shè)備和配電設(shè)施的安裝流程。在設(shè)計中引入了節(jié)約能源和綠色環(huán)境的概念，并采用了自動化技術(shù)，可有效改善建筑的使用體驗。

1 建筑機械設(shè)備的電氣工程自動化網(wǎng)絡(luò)

1.1 中央控制設(shè)備

在建筑機械電氣工程自動化網(wǎng)絡(luò)中，中央控制設(shè)備在選用一級控制器時，必須兼顧以太網(wǎng)和ARCNET網(wǎng)兩個方面。中心控制設(shè)備的主要作用是接受電力系統(tǒng)自動程序的協(xié)調(diào)和調(diào)度命令，以達到對電網(wǎng)子程序的控制要求。施工機械設(shè)備的中央控制器具有微機大部分的執(zhí)行功能，它可以通過CPU和處理器部件來完成對自動界面的轉(zhuǎn)換。控制設(shè)備還具有連接到低端供電和分配節(jié)能部件的能力[1]。由于采用了控制器和備用電源，在某些特定條件下可以將備用電力的剩余電能用于建筑工程。

1.2 現(xiàn)場控制設(shè)備

該現(xiàn)場控制設(shè)備可以實現(xiàn)對各子系統(tǒng)的主控進行智能化的調(diào)試，并可根據(jù)各主控設(shè)備的聯(lián)接要求，實現(xiàn)相應(yīng)的供配電節(jié)能數(shù)據(jù)的隨機化存儲。當(dāng)一級控制器發(fā)生故障時，該二級控制器可以在常規(guī)控制區(qū)域中維持正常工作，實現(xiàn)了對供電、配電的節(jié)能信息的聯(lián)網(wǎng)共享。現(xiàn)場控制設(shè)備具有多種應(yīng)用接口，如ROM、RAM、CPU等，在實現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動化時，具有實現(xiàn)軟件共享的功能。在施工過程中，現(xiàn)場控制設(shè)備應(yīng)配備獨立的后備電源，可與集中控制設(shè)備一同使用，建立獨立的供、配、用、調(diào)系統(tǒng)。

1.3 建筑功能與特點說明

工程機械設(shè)備電氣工程自動化網(wǎng)由地面工程和地下工程兩部分構(gòu)成。

地上主要涉及到辦公樓、機床主機、柜式處理器等多種功能結(jié)構(gòu)。由于建筑的空間相關(guān)性，使得建筑之間總是存在一定的物理間隔，而且隨著項目的規(guī)模增加，其實際距離也會逐漸縮小。主機器主要安裝在建筑內(nèi)，它可以將工程機械的工作情況記錄下來，并且通過傳送線，將數(shù)據(jù)反饋給相應(yīng)的應(yīng)用設(shè)備。柜式處理器具有良好的物理適應(yīng)性，可以根據(jù)機床的連接方式，調(diào)整自己的應(yīng)用程序計劃功能[2]。

地下部分則是各種不同的通信線路，通常分布在各個建筑設(shè)備的結(jié)點之間，可以將有關(guān)的電力工程自動化信息從一個設(shè)備的位置傳送到另一個設(shè)備的位置。

2 電氣自動化在建筑供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 對供配電系統(tǒng)科學(xué)設(shè)計

在建筑供配電系統(tǒng)中，要明確工程的用電量標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)地設(shè)計供、配電網(wǎng)，以保證用電的真實需要。根據(jù)建筑物的實際用電量，選用變壓器等設(shè)備，采用綠色、節(jié)能、減排的思想，對高壓線路、高壓設(shè)備、變壓器、低壓設(shè)備進行改造。通過對低壓線路的節(jié)能改造和節(jié)能控制，可不斷提高用電的利用率和使用環(huán)境。要推動自動化、智能化技術(shù)的科學(xué)運用，使建筑供電、配電、消防、照明等系統(tǒng)的智能化，對各個系統(tǒng)和設(shè)備的運行進行實時監(jiān)控和自動化控制，并對各種故障和危險進行及時預(yù)警，并自動記錄、統(tǒng)計、計算相關(guān)的數(shù)據(jù)[3]。

在規(guī)劃和設(shè)計中，要正確掌握導(dǎo)致電力損失的主要原因，并對其進行嚴(yán)格控制。比如要均衡三相電壓，并根據(jù)實際情況，科學(xué)、合理地調(diào)節(jié)電荷。為了避免對變壓器的正常工作造成影響，造成過熱，造成絕緣故障，同時保證三相電壓的均衡，減少相線、零線的損耗，提高建筑電器的使用壽命。

在建筑供、配電網(wǎng)的設(shè)計中，要注意選用節(jié)能變壓器、干式變壓器等，并根據(jù)建筑物的電力需求進行合理的選擇和調(diào)節(jié)，以保證所選用的設(shè)備具有較大的輸電能力、較低的損耗、較高的電壓品質(zhì)。

根據(jù)電力輸送的實際需求，對電力系統(tǒng)的功率因數(shù)進行了科學(xué)的調(diào)節(jié)與控制，達到了降低線路損失、提高電力利用率的目的，并做好日常的各種檢查、檢測、維護、維修，及時發(fā)現(xiàn)和解決各種線路的損壞。盡量減少輸電線路的損耗，在規(guī)劃設(shè)計時，要充分考慮到不合理的線路布局和布局，近電遠供，迂回供電，并對電力系統(tǒng)存在的老化、污穢、缺陷、絕緣等級下降等問題，進行一系列的監(jiān)測與控制工作。

由于供、配電網(wǎng)中的大量諧波，使旋轉(zhuǎn)電機、變壓器等產(chǎn)生額外的損失，從而加快絕緣介質(zhì)的老化和破損，而電力供應(yīng)系統(tǒng)中的非線性元件是造成電網(wǎng)諧波過大的原因，因此必須對其進行有效的控制。科學(xué)地運用電力自動化技術(shù)，為電力監(jiān)控與控制提供支持，并幫助相關(guān)工作高效地進行和執(zhí)行[4]。

2.2 實現(xiàn)自動化和智能化技術(shù)的廣泛應(yīng)用

在電力建設(shè)領(lǐng)域，應(yīng)大力推廣自動化、智能化技術(shù)，并根據(jù)實際需求，不斷提高自動化的整體水平，改善建筑電力系統(tǒng)之安全及運作效能。

可編程控制器與多種先進的運算法則和電力自動化技術(shù)相結(jié)合，使得建筑電氣的自動化控制方式變得更加靈活、高效，實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)、設(shè)備的動態(tài)監(jiān)控與控制，便于異常和故障的處理，并根據(jù)工程的實際需求和電力系統(tǒng)、設(shè)備的運行、使用狀況進行自動優(yōu)化和調(diào)節(jié)。在滿足施工需要的前提下，電氣系統(tǒng)和供電系統(tǒng)功能的自動切換，能夠減少電氣故障和損耗。

利用現(xiàn)代計算機技術(shù)和智能化技術(shù)，結(jié)合自動化技術(shù)，對建筑物的電力系統(tǒng)及設(shè)備進行智能化控制，起到保護、控制、信號傳輸?shù)裙δ埽Y(jié)合模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等先進技術(shù)，不斷地提升建筑電氣控制的水平和效率。

電氣故障是引起建筑電氣故障的重要原因，必須進行定期的維修和維修。自動化技術(shù)在建筑電氣故障診斷分析、故障檢修中具有顯著的優(yōu)越性。它可以對建筑電氣的全方位實時、全方位的掃描和檢測，便于及時發(fā)現(xiàn)和處理故障，還能自動生成、記錄和分析建筑電氣系統(tǒng)和設(shè)備的運行和使用情況，從而全面、準(zhǔn)確地反映建筑電氣的運行狀況、異常情況和故障問題，并迅速找到故障的原因、發(fā)生的時間和地點等，從而迅速、有針對性地解決問題。

對電力系統(tǒng)的線路狀況、電壓、電流進行判斷與分析。通過負(fù)載等，實現(xiàn)對輸電、變電、配電等有效調(diào)控和控制，建立智能電網(wǎng)，實現(xiàn)遠程、集中、現(xiàn)場控制，對各種輔助設(shè)施、消防系統(tǒng)等進行管控，實現(xiàn)各個子系統(tǒng)的集成化管理，促使其功能和效率充分發(fā)揮[5]。

2.3 供配電平臺的選擇與搭建

從整體上看，供配電系統(tǒng)的節(jié)能控制主要是以自動主機為上位計算機，以EPS為終端，建立多線程的數(shù)據(jù)采集體系。采用相同的數(shù)據(jù)交換方式，分別連接低壓配電柜和高壓配電柜，以實現(xiàn)對配電系統(tǒng)的控制。為保證主機的工作可靠，必須對UPS進行獨立的后備供電。這種設(shè)計的邏輯是將收集和運算分開，通過有線傳輸系統(tǒng)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和傳送。

這種設(shè)計的優(yōu)點在于3個方面：第一，主機可以獨立工作，不管是電源和信號的輸入，都與主機保持著獨立的狀態(tài)，保證了數(shù)據(jù)的安全和高效。第二，在不同的設(shè)備端分別使用不同的傳感器，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和時效性，同時從客觀上減少了上位機的計算量，使上位機可以選擇較低的配置以保證系統(tǒng)的可靠性。第三，在設(shè)備側(cè)的隔離可以保證節(jié)能控制系統(tǒng)的分布式接入，在某些設(shè)備因生產(chǎn)需要而不需要降低能耗的情況下，可以臨時切斷與主機的通信，而不會影響其他設(shè)備的節(jié)能控制，大大減少了后期的維修和更新費用。

2.4 供配電節(jié)能管理上位機的實現(xiàn)

電力工程自動化系統(tǒng)可以直接控制供、配、用節(jié)能設(shè)備的終端節(jié)電，并可以用單片機來調(diào)試輸入/輸出信號。

其工作原理是利用數(shù)據(jù)串口，從各個設(shè)備上接收回送的資料，經(jīng)過處理后，再向系統(tǒng)反饋。在節(jié)能控制的全過程中，供電、配電繼電器和接觸器都會一直處于使用狀態(tài)。從實用性角度出發(fā)，該控制執(zhí)行功能軟件應(yīng)具有建筑物內(nèi)部照明設(shè)備、特殊用電設(shè)備、分散式空調(diào)等。本系統(tǒng)具有多種自動化調(diào)試功能，并根據(jù)施工機械電氣工程自動化的特殊要求，對其進行調(diào)試和編譯。

2.5 創(chuàng)新和優(yōu)化供配電節(jié)能控制

建筑機械設(shè)備電氣自動化技術(shù)實際應(yīng)用的過程中，設(shè)計人員應(yīng)該將自動化技術(shù)與自動化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行融合，優(yōu)化和創(chuàng)新建筑供配電節(jié)能控制系統(tǒng)，減少能源物質(zhì)的損耗。優(yōu)化和改進的過程中，設(shè)計人員需要對供配電平臺的科學(xué)性進行分析，然后將節(jié)能理念融入其中，實時對下級供配電元件進行節(jié)能調(diào)試，確保建筑機械設(shè)備能耗量有所降低。與此同時，強化控制設(shè)備的執(zhí)行功能，建筑內(nèi)部的照明系統(tǒng)以及特殊用電系統(tǒng)，可以采用自動化調(diào)試的方式，做好建筑機械設(shè)備電氣工程的優(yōu)化，科學(xué)進行調(diào)試和編譯。加強對供配電系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，全面采集實時數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)收集的全面性，為后續(xù)工作的開展提供依據(jù)和支持[6]。

2.6 實現(xiàn)自動化和智能化技術(shù)的廣泛應(yīng)用

建筑電氣工程設(shè)計的過程中設(shè)計人員需要不斷提高自動化技術(shù)和智能化技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合建筑供配電系統(tǒng)的使用情況，不斷完善自動化整體的共享水平，不斷提高建筑電氣系統(tǒng)的安全性和運行的穩(wěn)定性。

將可編程邏輯控制器與先進的算法進行結(jié)合，不斷提高建筑電氣自動化控制方式的靈活性和高效性，確保電氣系統(tǒng)能夠高效運行。建筑供配電系統(tǒng)運行時一旦出現(xiàn)異常情況或者出現(xiàn)故障，工作人員必須及時對電氣系統(tǒng)設(shè)備進行調(diào)整，并且優(yōu)化和調(diào)整自動化設(shè)備。例如，建筑供配電系統(tǒng)運行時可以綜合運用人工智能技術(shù)，對電氣系統(tǒng)進行智能化控制，提高電能傳送的安全性[7]。

運用模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，保證建筑電氣自動化管控工作更好的進行。技術(shù)人員應(yīng)該全面分析電氣故障出現(xiàn)電力損耗的原因，定期對電氣設(shè)備進行維護和維修，分析故障原因。借助自動化技術(shù)可以對建筑電氣進行全方位和實時化的掃描，加大檢測力度，一旦發(fā)現(xiàn)故障及時進行處理。借助自動化技術(shù)，可以自動生成數(shù)據(jù)報告，詳細分析數(shù)據(jù)信息，加大對電氣運行狀況的分析力度。

借助自動化監(jiān)測技術(shù)，工作人員可以及時了解故障的位置以及故障原因，從而制定有針對性的問題解決方案，加大對電氣系統(tǒng)運行情況的分析，了解電壓和電流的變化情況，提高變電以及配電的效率。綜合運用遠程操控技術(shù)，提高對現(xiàn)場的控制力度，優(yōu)化和創(chuàng)新智能化網(wǎng)絡(luò)，保證技術(shù)人員可以實時了解現(xiàn)場的情況。做好各項輔助設(shè)施的安裝和管理，尤其是消防系統(tǒng)等，充分提高各個子系統(tǒng)的運行效率，最大限度減少能源損耗。

3 結(jié)束語

現(xiàn)代建筑的建設(shè)要求更高，電力系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，是一項復(fù)雜的工程。它不僅要在工程的規(guī)劃和建設(shè)中要兼顧多種功能的需要，還要滿足工程的專業(yè)性、安全性、實用性等方面的需求，更要將節(jié)能、環(huán)保、低碳的思想與經(jīng)濟相結(jié)合，改變過去的粗放式建筑電氣設(shè)計，減少資源、能源的消耗及浪費。推進自動化技術(shù)和其他先進技術(shù)的運用，能使建筑電氣自動化、智能化管理、遠程控制，保證其運行的安全性和可靠性，從而更好地達到節(jié)能控制的目的。

參考文獻

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