楼宇自动化系统在工程实际当中的应用

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某单位大厦主要包括建筑面积8000平方米的综合办公楼一座、一个职工食堂和宾馆一座，具备了办公、会议、餐饮、住宿等功能，并基本具备了通信自动化和办公自动化的条件。本大厦作为办公、会议、餐饮、住宿等场所，其智能化设计应满足以下要求：

(1)具有现代化的通信手段与高效的办公环境。在办公综合楼内，管理与生产人员能通过DDD、roD、Email、电视会议、信息检索与统计分析等多种手段，及时获取各种情报和各种数据库系统中的最新信息。

(2)节能。现代化的大楼，其空调与照明系统的能耗很大，在满足工作人员对环境要求的前提下，可通过楼宇自动化系统降低能耗和节省费用。

(3)创造安全、健康、舒适和发挥创造性的生产与办公环境。防火与保安系统的智能化，使楼宇内部的安全度大大提高，从而保证大楼中工作人员的安全和健康；楼宇自动化系统对温度、湿度、照度均加以自动调节，可以使工作人员像在家里一样温馨、舒畅，也可以提高办公室工作人员的工作效率和创造性。

(4)良好的适应性。新技术的突飞猛进，加快了电信产品的更新速度，高新技术的发展与经营内容和方式的改变，使建筑平面与使用功能有可能变更。为此办公楼自动化设计应具有良好的适应性，能满足不同时期、不同用户对不同环境、功能的要求。因此楼宇自动化系统的主要功能应包括如下三个方面：

一系统构成

本大厦作为一综合性办公大楼，其BAS系统同样包括供热通风和空调系统、照明系统、火灾报警与消防联动控制系统、停车场管理系统、门禁系统、公共广播与背景音乐、给排水系统、电梯系统、电视监控(CCTV)、变配电系统。但由于一些条件的限制。使用LonWorks智能节点实现的系统可由图4-1表示。

图1 楼宇自动化系统框图

本系统共有81个模拟输入点(AI)、33个模拟输出点(AO)、194个数字输入点(DI)、76个数字输出点(DO)需要监测和控制，共用LonWorks智能节点49个。由于节点相对较少，网络的构成只需一个子网即可，网络媒介使用双绞线，以手拉手的方式构成总线拓扑结构。其中需一台PC机构成人机界面，一块LonTalk协议PC适配卡(PCLTA：PC LonTalk Adapter)将PC机与LonWorks网相联。

二变配电设备的监视

变配电系统可以分为低压配电系统和发电机系统。由于变配电系统的特殊性，对供电设备不实现控制，对主要参数，如电压、电流、视在功率、功率因数、频率等指标进行监视。所以对于变配电系统而言，进入LonWorks网的信号可以分为两类：监视信号和报警信号。

对于高压环节的监测内容主要有：高压进线主开关的分合状态及故障状态监测；高压进线三相电流监测；高压进线三相电压监测；频率检测；功率因数监测；变压器工作状态监测等。这些参数由自控系统检测并送往调度中心进行自动监视及记录，为管理人员提供高压供配电系统的运行参数。

对于发电机而言，其主要的监视信号有:柴油发电机运行状态、故障、电压、电流、有功功率、无功功率，用电量、累计柴油机运行时间等；报警信号有:柴油发电机故障报警等。

对于这种类型的监控节点而言，其控制逻辑仅为简单的开环传感器对象类型(open loop sensor object)，也就是说仅仅对要监察的信号进行采样，然后将其通过LonWorks控制网传送到监控主机。

在对边配电设备的监视中，由于存在大量同类型的开关量信号，为了减少网络交通量，对网络变量的个数进行压缩，因此自定义一个网络变量类型，使这种网络变量携带更多的信息量，其数据结构如下：

typedef struct

{

Int switches[11];

}ST_state;

网络变量定义为：network output ST_state novALLState；

这样网络变量将携带11个开关量信号在网络上传播，减少了网络交通量，简化了网络的维护和管理。

三 冷冻站设备的监视和控制

冷冻站是BAS中环境控制的动力中心，为整个楼区提供热能与冷气。它由直燃机组2台、冷冻泵3台、冷却泵3台、机组阀2对、冷却塔风机3台和冷却塔蝶阀6个共同组成。所有设备由5个智能节点完成其信号的采集和控制，这些节点本身构成一个逻辑小系统。

信号类型可分为监视、控制和报警三类。需要监视的信号有冷冻水供回水压差、冷冻水总回水流量、冷冻水总供水温度、冷却水总回水温度、直燃机组开关状态、直燃机组故障状态、直燃机组启停、冷却水水流开关、冷冻/热水水流指示、冷却水蝶阀开关、冷冻水循环泵状态、冷冻水循环泵故障、冷冻水循环泵启停、冷却水泵故障、冷却水泵状态、冷却水泵启停、冷却塔风机开关、冷却塔风机状态、冷却塔风机故障冷却塔蝶阀开关等。而其控制则是要根据时间表定时启停冷水机组，根据冷负荷控制机组运行台数等。而其报警信号则有:冷冻水、冷却水温度超值报警、冷冻泵、冷却泵故障报警、冷冻水供回水压差报警等。

所有的设备可根据用户的需要，任意分为第一组、第二组和备用组。根据当前的冷负荷情况，自动启停第二组设备；在系统运行期间当设备发生故障时，备用设备可自动投入运行。为了在节点间传递设备分组信息，定义分组信息网络变量类型，其数据结构如下:

typedef struct

{

int fan_number;

int Q_pump_number;

int unit_number;

int D_pump_number;

}program_infor;

其中fan_number:的取值可为l、2、3，则分别表示选中1号风机、2号风机和3号风机；同样Q_pump_number的取值可为l、2、3，代表冷却水泵的设备编号：D_pump_number的取值可为1、2、3代表冷冻水泵的设备编号；而unit_number的取值可0、l、2代表冷却水泵的设备编号(0表示无效设备，只出现在备用组)。同时定义网络变量：

eeprom network input program_infor nviProgInfor[3]={{l,l,l,l},{2,2,2,2}，{3,3,0,3}}；

其中nviProgInfor[0]为第一组分组信息，nviProgInfor[l]为第二组分组信息，而nviProgInfor[2]为备份分组信息。同时把此网络变量定义为eeprom类，则是意味着要把此变量存入神经元芯片的eeprom内，从而在节点掉电时可以保证此信息不被掉失。对它们所赋的值则可用于系统的默认值，在用户没有设定的情况卜，系统则会自动使用此值。

同样，为了准确而又明了对所有以上设备进行控制，使控制信息在节点间传输，自定义控制信息变量类型，其数据结构如下：

typedef struct

{

int fan[3];

int Q_tower_valve[6];

int Q_pump[3];

int Q_valve[3];

int unit[2];

int D_valve[3];

int D_pump[3];

}control_infor;

以上21个元素的取值为0或l，当为0时则表示开闭此设备，而为1时则表示打开此设备，例如fan[1]等于1，则是表示打开2号冷却塔风机，其变量取值及意义以此类推。定义网络变量如一下：

network output control_infor nvoCtrllnfor；

四空调机、新风机组的控制和监视与公共照明系统

每台空调、新风机都有可选择的手动/自动控制。在自动控制模式下，楼宇控制系统能根据时间表定时自动启/停空调机、新风机。由于公共照明系统与空调新风系统遵循相同的时间表控制，故两系统合并考虑。采用回风温度来控制空调机阀门：当风量探头在发动机开动后仍未测得风量，空调机的状态将显示出故障。空调机过滤网堵塞时，压差开关动作，给系统报警信号。监视的运行参数有：送风机运行状态、故障状态，回风温度，送风温度，过滤器工作状态，冷热水阀开度，室外温度，累计机组的运行时间等。

由于系统本身的控制相对较为复杂，参与监控的节点的控制逻辑也相对繁琐，它们所包含的控制逻辑对象有开环传感器对象(用于监测回风温度、空调机开关状态、空调机风机故障、过滤网堵塞报警等)、开环执行器对象(open loop actuator object，用于控制空调风机开关、公共照明开关、冷热水阀等)和其他控制器对象，如PID控制器、时间表控制器、逻辑控制器、计时器等。

五 给、排水系统的控制和监视

整个给、排水系统由若干台水泵和各类水池、贮水箱组成，每台水泵都有可供选择的手动/自动控制。楼宇控制系统将根据水位的高低来操作供水水泵的启停，储存每台泵的累计运行时间，并自动更换泵的运行，以确保每台水泵有较平均的运行时间。当水位超过设定的高、低水位时，系统将给出报警信号。

生活用水系统有两台水泵互为备用进行工作，这就存在着一个优化的问题，其原则是应使两台水泵平衡使用。为了做到这一点，当水位报警需要启动水泵时，网络应先对两水泵的运行时间进行对比，选择其运行时间较短的水泵进行启动。

六 监控中心

在智能建筑中，监控中心将楼宇自控系统、消防系统、安防系统集中在一个控制室内实施管理，这样可以做到全面监控和对各个子系统进行协调及管理，及时快捷地响应处理各类突发事件，提高防灾及处理能力，节省管理人员，成为一个综合性的监控中心。

我国在“智能建筑设计标准”明确提出：消防控制室可单独设置，当楼宇自控系统和安防系统合用控制室时，相关设备应辟出独立的区域，并确保各子系统的设备工作不会互相干扰。

监控中心的用途、位置和设备布置情况如下：作为楼宇自控中心，监控中心设有中央工作站，由计算机系统和显示输出设备组成，中央站也叫管理中心或上位计算机，可对整个系统实行管理和优化调节，其作用是：可对楼宇自控系统的全部重要数据都能方便的读取和存储、监测、控制和打印输出，非标准程序的开发等。

监控中心位置宜设置在主楼底层接近被控设备中心的地方，也可在地下一层。监控中心要求设置在无有害气体、远离变电站、电梯、蒸汽及烟尘、水泵房等易产生强电磁干扰的地方。监控中心应将楼宇的重要区域的消防、安防、疏散通道及相关设备的所在位置给出醒目的平面图或模拟图。

一个监控中心所占面积与楼宇建筑面积间有一个可参考的比例关系：如楼宇建筑面积10000m2时，监控中心面积20m2；如楼宇建筑面积30000m2，监控中心面积90m2。

七 结论

本文根据某工地大厦的实际功能和需求给出了具体设计方案，详细介绍了系统的构成、变配电设备的监视设计、冷冻站设备的监视和控制方法、空调机、新风机组的控制和监视与公共照明系统的设计、给排水系统的控制和监视方案，最后给出了监控中心设计要求及注意事项。

参考文献：

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【2】 张少军. 建筑智能化系统技术. 北京: 中国电力出版社, 2006: 2-12, 13-40

【3】 阳宪惠. 现场总线技术及其应用. 北京: 清华大学出版社, 2001: 11-19

【4】 戴瑜兴. 建筑智能化系统工程设计. 北京: 中国建筑出版社, 2005: 50-59

【5】 刘刚, 李兵. 基于LonWorks现场总线技术的校园建筑智能化系统. 哈尔滨工业大学学报, 2008, (1): 106-108

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