智能楼宇自动控制系统的设计与应用研究_王荣琤.pdf

第 35 卷 第 11 期2022 年 11 月江西电力职业技术学院学报Journal of Jiangxi Vocational and Technical College of ElectricityVol.35 No.11Nov.2022智能楼宇自动控制系统的设计与应用研究王荣琤（南京高等职业技术学校，江苏 南京 210019）摘 要：随着社会经济的不断发展，人们在追求基本生活条件的基础上提出了更高的要求。楼宇作为人们日常生活、居住的重要场所，单纯的居住环境已经不适应人的发展需求，智能化成为现代楼宇的主要发展方向。而智能楼宇的自动控制系统直接关系到楼宇的智能化、自动化程度。基于此，阐述了楼宇自动化的含义，分析了楼宇自动控制系统的重要意义，研究了智能楼宇自动化控制系统的设计与应用，使得自动管理理念更加深入楼宇建设与管理，为人们带来更好的居住体验。关键词：智能楼宇；自动控制系统；设计与应用中图分类号：TU831 文献标识码：B 文章编号：1673-0097(2022)11-0010-030 引言随着现代建筑技术和各项科技的发展，建筑工程逐渐走向智能化，其中智能楼宇的自动控制系统已经成为重要的表现之一，推动建筑工程质量的进一步提高。智能楼宇的自动控制系统是在结合计算机技术、自动控制技术、通信技术等的基础上发展而来的，通过多技术融合而形成高度自动化、智能化的控制系统，为人们提供更加便捷的住房体验。在智能楼宇自动控制系统的设计与应用过程中，相关人员应遵循相关原则，保障设计工作的正常运转，建设出符合社会要求的智能楼宇，从而体现出智能楼宇的优越性，促进建筑工程的发展。1 楼宇自动化概述楼宇自动控制系统，又被称为建设设备自动化系统，在通过智能监测与控制楼宇建筑内部的环境、安全设备、能源使用情况等过程中，不断提升用户的使用体验，从而为用户营造出良好、舒适的生活空间，也能符合现代建筑节能、安全的基础要求。楼宇自动化应用的是现代控制理论中的集散型计算机控制技术，也是常见的分布式控制系统，其特点是能够实现集中管理与分散控制1。通过利用分布在现场被控设备处的微型计算机控制装置完成被控设备的实时检测和控制任务，突破了传统计算机集中控制过程中可能出现的危险状况、高度集中不足和常规仪表控制功能单一等的局限性，使得控制系统能够妥善地完成对楼宇各处设备装置的集中控制。例如，安装在中央控制室的中央管理计算机具有CRT显示、打印输出、通信功能等功能，能够在中央控制室实时对各处装置进行集中操作，如报警、打印、优化控制等，改善传统仪表控制中的分散局面，使得人机之间的联系更加紧密，有利于统一管理楼宇设备，保证设备处于最佳状态，加强楼宇自动化控制。而为了更好地实现智能楼宇自动控制系统的建设，则要求人们对智能楼宇有清晰的了解。智能楼宇是在现代科学技术和建筑技术不断发展的过程中形成的新的建筑理念，在智能化、节能化成为现代社会各行各业的追求目标时，加强智能楼宇建设是大势所趋。智能建筑是在传统建筑理念的基础上形成的一种新的建筑理念，通过在建筑过程中融入智能化发展理念，从而对楼宇进行智能化改造，为用户提供更加便捷、安全、舒适的居住环境，提升用户的居住体验。智能楼宇建设中自动控制系统是一种典型表现，目前主要在变配电控制、水暖控制、空调设备自动控制、照明设备自动控制、安保系统等方面开展自动控制2。楼宇自动化功能主要包括以下五点：一是自动监视被控制各种机电设备的起落，显示出楼宇内设备的运转情况。二是自动检测、显示出各种设备运行过程中的参数变化并集合成历史数据，实现对数据的集合，及时检测出异常数据，避免安全事故的发生。三是能够根据外界的条件变化自动调节各项设备参数，保障设备始终处于最佳的运行状态。四是针对突发事件进行有效检测并传输至相应负责人的设备，使得事件得到及时处置。五是实现对楼宇内部各项控制设备的集中、统一管理，并推动楼宇管理的自动化，以及实现对设备档案、设备运行报表、设备维修管理等日常数据的管理。综上，智能楼宇是时代发展的必然产物，也是当前乃至未来很长一段时间内智慧城市建设的重要突破口，对实现现代人类居住条件的改善有着重要意义。2 楼宇自动控制系统的重要意义2.1 促进建设节能效率的提高通过在智能楼宇建设中加强自动控制系统的设计收稿日期：2022-08-10作者简介：王荣琤（1989），男，江苏南京人，讲师，主要研究方向为建筑电气与智能化，职业教育教学。基金项目：南京市教育科学“十四五”规划课题“生态系统观视角下校企融合机制的探索与实践”（课题编号：LZ/2021/034）；南京市教育科学规划第十二期个人课题“五年制高职专业技能课新型活页式教材开发研究以 楼宇自动控制系统工程技术 课程为例”（课题编号：Oy0013）；江苏省职教学会2021-2022年度职业教育研究课题“产教融合视域下五年制高职楼宇自控课程实训教学的开发与实践研究”（课题编号：XHYBLX2021090）。第 11 期智能楼宇自动控制系统的设计与应用研究11与应用，能够实时监控区域内的电力系统、空调系统等使用情况。当设备出现超负荷的情况时，控制系统能够优化现有资源的配置，在保障基础使用功能的前提下，尽可能地节省资源，减少资源浪费，体现出现代建筑中的节能理念。随着人们生活条件和生活理念的变化，楼宇自动控制系统获得了越来越多用户的喜爱。而相关的研究结果显示，通过在智能楼宇建设中使用自动控制系统可节约1/5的电脑，大大提高了楼宇对电能的使用效率，有效减少了电能浪费情况，这在原本的建筑工程中是难以依靠人力而达到的。2.2 延长建筑设备的使用期限建设设备一般拥有自身的使用期限，少则数年，多则数十年，是支撑建筑功能的重要工具，通过延长建设设备的使用期限，是节约资源、节约成本的一种形式，可以降低建筑商运营成本。通过安装智能楼宇自动控制系统，能够持续地监控与记录楼宇内各项设备的运行状况，保障各项设备稳定运行3。而当设备的运行状况、参数出现问题时，通过电子信号能够及时在中央控制计算机中显示，并派遣人员进行维护与保养。以电梯为例，作为智能楼宇的一大表现，除了日常维护电梯，电梯运行出现故障时也能够清楚地在显示屏中显示，并等待维修人员进行维修。此外，在对设备自动监控时也会记录相应的维修情况和故障原因，使得设备管理更加科学，可以延长楼宇设备的使用期限。2.3 控制人力成本在常规的建筑中不会设置自动控制系统，但又需要检测不同设备的日常运行情况，避免安全事故的发生。因此，只能依靠人工检测，增加了建筑工程的人力成本。通过建设楼宇自动控制系统，能够促进设备检测的智能化发展，系统能够根据实际需要自觉调整运行参数，使得楼宇设备始终处于最佳状态，而不再需要依靠人力检测，大大地节省了人力成本。研究结果显示可以节约60%的人力成本。2.4 提升建筑安全管理水平建筑的安全是关系楼宇建筑与管理质量的重要指标，除了建筑过程中的工程安全，建筑完成后楼宇日常的安全管理也至关重要4。以停车管理为例，大多数小区都会设置地下停车场，在汽车数量不断增加的当下，避免小区车辆进出发生碰撞等安全事故成为日常安全管理的重要内容。而通过自动控制系统能够显示出停车场的车位和进出情况，实现对车辆进步的统一规划。3 智能楼宇自动化控制系统设计分析3.1 系统设计智能楼宇自动化控制系统涉及对电力、空调、冷热源、照明、消防报警控制、环境监控、能源管理等一系列内容的控制。自动控制系统的功能主要是实时监控外界环境、负载等的变化情况，从而自动调解设备的运行，保证设备运行处于最佳状态，有效监控火灾、停电等意外情况，保障电力、供水、供热的正常进行，并实现对能源的自动调节管理与使用。在此基础上诞生的智能楼宇自动控制系统应当包含以下三个子系统。3.1.1 环境能源系统作为保障楼宇日常能源供应的重要组织，环境能源系统涉及用户生活的方方面面，注重能源环境系统的设计具有重要意义。在目前的环境能源系统设计中，应分为三个重要部分。一是电力照明。作为能源系统的重要任务，控制电力要求系统能够根据实际情况的变化调节电力供应情况，控制变压器的天数与发动机相符合，及时对停电情况进行复电处理，负责昼光照明及点灭调光等控制，集中管理与控制日常楼宇照明涉及的设备，使得电力资源的利用效率最大化5。二是空调卫生。空调卫生涉及对新风的取入与供冷的控制，负责控制冷热源的机器数、二氧化碳等浓度，以及隔热、蓄热等各项热控制。保障最优控制空调的冷热输出，实现预热预冷，保持设备始终处于最佳运行状态。除此之外，空调卫生还会涉及太阳能的集热控制与对蓄热槽、给排水的控制。三是运输。运输系统的管辖范围包括电梯群和自动扶梯、自动停车场、自动搬运机、自动计量器等。同时实现运输的系统化、智能化，保障楼宇内部运输的有序进行，避免因拥挤等而造成安全事故6。3.1.2 物业管理在现今的智能楼宇中都会配备物业管理人员，通过建设自动化物业管理控制系统，能够有效提高物业管理效率，提升住户的居住体验感。物理管理系统主要涉及计算和维护保养两个方面内容。在计算中要求计算运行能量、用户的租金，以及整理和分析运行数据，同时诊断系统异常和节能情况，并记录相应的报警记录，准确监控楼宇中的各项运行情况。而维护保养涉及记录物业管理及其维护时间，当临近检修时间时能够及时提醒相关物业管理人员组织检修，保障设备、机器的正常运行。此外，还要负责诊断机器劣化程度和故障情况，系统自动生成相关数据作为修理参考，还要负责更新自动清扫机的软件程序。3.1.3 安保管理安保管理系统涉及防灾、防范和数据三项内容。对于防灾而言，要注意对火灾的自动控制，通过安装自动灭火器等形式监测火灾，尽可能减少火灾的影响。同时安排人员进行防排烟、引导，提高消防效率，在火灾结束后迅速恢复楼宇供电，谨防漏电、漏气情况的发生。而防范则主要是管理楼宇日常进出情况，除业主外管理其他人员的进出情况，安排面部或指纹扫描机，尽可12江西电力职业技术学院学报第 35 卷能保障进出人员的安全7。同时，安装监控设备自动监督楼宇内部情况，将传感器技术应用于报警装置，打击违法犯罪。根据系统设定合理的管理时间表，结合闭路电视实现对楼宇的自动防范。而数据则主要对内部数据的储存，如记录指纹、声纹、面部特征等，作为安保管理的重要依据，同时自动保存与管理楼宇的监控数据，当超过一定期限时自动删除，使得系统始终拥有充足的储存空间，保证系统运行的效率。3.2 系统的控制策略在设计智能楼宇自动控制系统时，应仔细规划其控制管理功能，使各项功能做到层次分明、互不干扰，保障系统的有效运行8。在追求智能化的过程中，智能楼宇需要具备很多功能，需要各种各样的设备、技术支持保障楼宇智能化功能的实现。在拥有设备后如何实现对设备的集中控制与管理也成为一大难题，在现有技术的基础上，目前主要通过集中管控与集散控制系统实现9。集中管控是一种典型的由计算机控制的系统，设备的监控点与报警点都被连接至中央控制室，由中央控制室的计算机负责集中处理这些设备的数据，并将得到的运算结果传输回执行器。这种集中管控的方式所需要处理的数据量较为庞大，极大地增加了自动控制系统的复杂性。而集散控制系统是在分布式理论的基础上所形成的一种控制策略，将系统下的通信网络以总线型结构分级分布的方式展开，系统能够在运行时末端的控制器通过建立数学模型操纵分散设备。中央主机只需要反映各设备的结果，就能实现对不同设备的管理，有效提高了管理控制效率1014。4 智能楼宇自动控制系统的应用4.1 智能卡系统为了保障智能楼宇的安全性，将智能卡系统应用于自动控制系统，为楼宇内的用户、工作人员等配备相应的智能卡，用户通过识别智能卡的形式进出楼宇。通过刷卡的方式向自动控制系统提供认证信息，只有符合认证的人员才能自由进出，刷卡点设置在门禁、车库等重要的进出位置，实现对出入人员身份的有效识别，极大地提升了智能楼宇进出的安全性15。4.2 视频监控系统自动控制系统中视频监控系统具有良好的应用意义，智能楼宇的运行中最主要的是保障安全，通过安装视频监控系统的方式能够清晰地掌握楼宇内部、外部的情况。在视频监控系统中除了常见的监控设备外，还要配