浅谈楼宇智能化控制系统架构

　　摘要：本文主要对楼宇自动化控制系统(BAS)作有关的论述。智能建筑往往是从楼宇自动化控制系统开始。智能建筑内部有大量的电气设备，如：环境舒适所需要的空调设备、照明设备及绘排水系统的设备等，这些设备多而散：多，即数量多被控制、监视、测量的对象多，多达上百到上万点;散，即这些设备分散在各层和角落。如果采用分散管理，就地控制，监视和测量难以想象。为了合理利用设备，节省能源，节省人力，确保设备的安全运行，自然地提出了如何加强设备的管理问题。

　　关键词：楼宇;智能化;控制

　　《智能系统学报》已于2006年3月正式出刊,双月刊。是由中国人工智能学会和哈尔滨工程大学联合主办，是中国人工智能学会会刊之一。主要刊登神经网络与神经计算、智能信息处理、自然语言理解、智能系统工程、机器翻译、复杂系统、机器学习、知识工程与分布式智能、机器人、智能制造、粗糙集与软计算、免疫系统、机器感知与虚拟现实、智能控制与智能管理、可拓工程、人工智能基础、生物信息学与人工生命等内容。

　　智能楼宇最早出现在美国，我国的智能楼宇起源于20世纪90年代，楼宇智能化是现代工业高科技的结晶，是未来“信息高速公路”的主节点，是进入“数字时代”新兴的产物。所谓楼宇自动化系统是对中央空调系统、通风系统、给排水系统、照明系统、变配电系统、电梯系统进行监控。随着高新信息技术和计算机网络技术的高速发展，对建筑物的结构、系统、服务及管理的最优化组合的要求越来越高。系统控制的方式由过去的中央集中监控，转而由高处理能力的现场控制器所取代的集散控制系统，本文设计的楼宇自动化智能控制系统是专门为楼宇智能化所设计，同霍尼韦尔、西门子等楼宇控制产品相比结构灵活，控制简便，并且易于针对个体需求进行软件的二次开发。

　　1楼宇自动化系统的功能：

　　1.1楼宇自动化系统将实现如下主要功能：中央空调系统的监控管理;给排水系统的监控管理;供配电监控系统;保安消防自动化系统;能量管理。

　　1.2楼宇自动化系统广义的组成

　　硬件网络系统集成。智能建筑的系统集成结构大多采用二层网络形式，上层为以太网络，下层采用RS485、LonWorks等速率较低的标准工控总线方式集成串联各种硬设备。集成模式还可通过开发与第三方系统的网络接口(网关或网络控制器)，将各种系统资料集成到网络主干上，实现集成目的。

　　信息系统集成。各楼宇自动控制系统的厂家基本都依照以上的集成原理进行系统集成，而且自行开发系统集成的管理软件。楼宇自动控制系统的厂家所开发的系统集成管理软件，透过已经架设好的网络架构系统集成，连接所有与之相关的对象，将信息综合地相互作用，以实现整体的目标。可采用OPC技术和ODBC技术实现智能建筑的系统集成。

　　远程系统集成。数字化建筑的最新的集成技术是将信息集成建立在建筑物在内部网Internet的基础上再通过Web服务器和浏览器在整个网络上的信息交换、综合与共享，因此可以远程取得资料，或发出连动，可将各大型建筑群统一在同一平台做出实时且有效的的监控管理。

　　实时数据与管理资料的集成。智能建筑中包括多个子系统，涉及实时控制和分时管理两个不同的信息处理领域。现场资料的收集与记录成为重要的系统集成对象，此必须透过现场资料收集器(例：DDC)来完成各个子系统集成连结成一个完整的大系统，实现对建筑物消防、保安、电梯控制、灯光控制、停车、周界防护、门禁等诸多子系统实时数据的集成，并完成各子系统之间的联动控制。

　　2软件流程

　　智能楼宇控制系统所控制的点位种类多样，如温度、湿度、流量、开关等。硬件电路依据数字量、模拟量以及输入、输出提供了通用的接口，因此具体识别控制每个点位则完全由软件完成。现场区域控制器作为整个系统的控制核心，既要检测自身输入输出单元，完成显示，报警等功能，又要根据上位机(PC)、控制模块提供信息发出控制决策。因此软件流程包括初始化、故障检测与处理、控制算法实现、上下位机通讯等，初始化包括数值初始化、中断初始化，通讯初始化，显示初始化;故障检测包括通讯故障，反馈故障，逻辑故障等;控制部分主要是程序算法的实现，对输入输出的智能控制，包括键盘/触摸屏输入及液晶输出，上位机通讯即远程PC与区域控制器通讯，而下位机通讯则是区域控制器与控制模块之间通讯。

　　该系统按照设计要求采用计算机集散式控制系统，在结构上分为三层网络。一层是各子系统;二层是集成网络;一二层网络间通过开放的标准数据接口如ODBC、DDE、OPC等实现与各子系统之间的数据共享。三层是管理网络，二三层网络间通过软件的通信程序组件(NetClient/NetServer、通信程序采用以太网(TCP/IP)、进行数据通讯，它是连接客户端(View)和服务器(实时数据库)的桥梁，是构成系统分布式系统的重要组成部分，Web服务器是为用户提供Web服务的程序，用户可以通过IE等标准浏览器来访问系统的数据，从远程查看系统的运行数据，及时了解楼宇内重要信息，为管理层提供监控的平台。

　　2.1空调机组的自动调节

　　控制系统采用DDC控制，装设在回风管内的温度传感器所检测的温度送往DDC控制器与设定点温度相比较，用比例积分加微分控制，输出相应的电压信号，控制装在回水管上的电动调节阀的动作，使回风温度保持在所需要的范围。

　　装设在送风管内的湿度传感器所检测的湿度送往DDC控制器与设定点湿度比较，用比例积分控制，输出相应的电压信号，控制电动蒸汽阀的动作，使送风湿度保持在所需要的范围。

　　装设在回风管及新风管的温度及湿度传感器所检测的温/湿度送往DDC控制器进行回风及新风焓值计算，按回风及新风焓值的比例，输出相应的电压信号，控制回风风门及新风风门的比例开度，使系统节能。

　　冷水机组控制。由中央控制系统进行监视供/回水温度。按程序启/停冷水机组。根据系统的供/回水温度通过就地控制器(DDC)对温度重新设定及负荷的限制等。

　　冷却塔风机控制。由中央控制系统进行监视冷却塔的出水温度及控制水泵的启停。

　　冷却水泵/冷冻水泵的控制。根据冷冻站的控制程序启/停水泵过载报警，对水流量的记录。

　　2.2新风系统

　　监测新风机手/自动转换状态、运行状态，确认新风机机组是否处于楼宇自控系统之下;当处于楼宇自控系统控制时，可控制风机的启停。当系统出现异常时，系统会发出警报。并根据设定的温度、送风温度、冬季和夏季等条件变化进行送新风量调节。

　　系统中所有检测数据，均可以在显示屏上显示出来，如：

　　新风、回风、送风之温湿度;过滤器淤塞报警;风机开停状态

　　通过DDC控制器内预先编写的逻辑程序，系统可执行下列连锁功能。装设在新风入口处的风门与风机连锁。当风机停止后，新风风门全关。电动调节阀与风机启动连锁。当风机停止后，电动调节阀亦同时关闭。风机启停状态是用差压开关检测的。当风机启动后，风机两侧的差压超过其设定值时，差压开关内的常开触点闭合，信号送往DDC控制器，系统的控制程序立即投入运行。

　　通过手提检测器可现场提取及修改DDC数字控制器内的任何数据，如

　　传感器检测范围;控制程序参数，包括输入端到输出端等。

　　通过DDC上串行接口与网络控制器连接，成为中央监控系统的最基本监控单元。

　　2.3给排水系统

　　监测各集水坑高液位，水泵运行状态，过载报警，高水位报警。并可手动/自动启停控，故障复位等。

　　2.4照明系统

　　根据设定时间自动开启/关闭不同区域的灯光，达到节能的目的。

　　2.5供配电系统

　　实时监测楼宇内用电情况，过压、过流等故障报警提示，并生成用电量日报、月报、年报表等。

　　楼宇自动化系统是智能建筑的核心，我国市场正蓬勃发展，由于我国经济发展的不同，各地区的智能建筑建设速度及水平也有所不同。天津作为我国的现代化大城市，智能建筑的建设发展很快，各街区新建筑都朝智能建筑兴建的奇特现象。然而，真正楼宇自动化系统的智能与数字元化程度需要被真正的鉴定，各厂家提供的水平差异悬殊须慎选，因应市场的发展，订定管理楼宇自动化规范将是非常重要的一个课题。