智能建筑与电气自动化

智能建筑与电气自动化

刘丹丹

（廊坊师范学院土木工程11140142016）

摘要随着科技的发展，电气自动化的应用越来越广泛，其集合了传感技术、通信技术、计算机网络技术及自动化控制技术的优势，适应了现在建筑的需求，得到了很好的发展和普及。智能建筑内部系统主要是集现代的计算机系统、通讯系统和计算机网络技术为一体的模式。本文详细阐述了电气自动化在智能建筑中的应用，并指出其普及应用过程中存在的问题，着重介绍电气自动化的接地系统。

关键词智能建筑电气自动化应用分析研究

1.前言

随着我国经济的高速发展,建筑用户对于建筑物功能的多样化与个性化需求促使传统电气系统的缺陷逐渐暴露出来。一方面,人们越来越重视生活环境的舒适性、服务设施的完善性、信息沟通的便捷性等问题,造成电气设备与建筑设备的复杂性不断的提升;另一方面,建筑物高度的不断提升也是对供电、给排水、消防等大量电气系统的运行和管理提出了更高的标准与要求, 传统的电气技术严重制约了现代建筑功能的拓展。正是这一前提下，以电气自动化作为技术支撑的智能建筑设计布局得到了飞跃式的发展和应用。

2现代建筑中电气技术的应用特点以及发展趋势

2.1电气自动化控制的特点与技术优点

现代智能建筑的自动化系统主要指通过高处理能力的现场控制器,对包括楼宇配变电系统、照明系统、中央空调系统、给排水系统,及其电梯系统和通风系统等设备实现集散控制。由于建筑物中电气系统涉及的学科繁多、内容广泛,伴随着智能建筑发展需求的升级,现代建筑电气技术已经成为了具有重要意义的独立工种, 而《民用建筑电气设计规范》(JGJ 16—2008)和《建筑电气工程施工质量验收规范》(GB 50303—2002)等相关规范的相继颁布,也使其在我国逐渐成为了一种与应用对象结合紧密,具有电工学、电子学、信息学以及自动化控制技术等交叉学科特征的标准化技术。

从目前电气自动化控制应用的效果来看,其技术优势主要体现在:(1)实现了设备与系统全工作流程内的高效监控。在结构复杂的大型建筑中,电气系统组件繁多、结构复杂、功能多样,传统运行方式常常留下管理盲区,导致故障的发生。而现代自动化技术则通过“采集—处理—反馈”模块,对系统进行实时的数字化监控,能及时将控制中心的指令传达到系统, 并将反馈信息同时传递到控制中心,以实现对整个系统高效、实时、不间断的控制和管理。(2)联动性的提高。电气自动化技术将建筑中配电、照明、消防、空调等系统连接为一个整体,大大提高了其联动效果,解决了电梯系统依照各层用户流量实现其速度的自动调节,以及紧急情况下(火灾、水管爆裂等) 系统的自动识别、判断,及时实现预设的应急处理方案,开启紧急

照明系统、调整水压或开放喷淋灭火系统等,实现子系统间的配置与互动。(3)安全性强。由于电气系统固有的危险性,设备故障、操作失误以及环境变化等因素都可能导致系统产生严重的安全风险。而自动化控制有利于系统对异常情况及时作出反应,并可通过遥控模式降低故障对维修管理人员产生直接伤害的风险。(4)数据完备、计算精确。自动化系统可综合其操作流程、故障处理等数据建立准确清晰的数据库,以便为后期优化的决策提供信息支持。

3.智能建筑电气自动化系统的设计

建筑设备自动化系统并非只是简单的堆砌，想要充实发挥建筑电气系统的功能，保管建筑物整体电气设备的安全运转，就一定对楼宇电气自动化系统进行严格的设计，使各相当一部分可以合理地进行组合。弱电设计主要有以下几方面内容：建筑物防雷设计，接地安全设计，火灾自动报警及联动系统，安全防范系统，综合布线系统，通信网络系统，信息网络系统，建筑设备监控系统，有线电视系统，有线广播系统，扩声系统，呼应（叫）信号及公共显示装置。安置于中央控制室的中央方面的管理统计机能完成集中操纵、表现、报警、打印与优化控制等任务，克服了常规仪表控制功能单一的限制性和集散控制系统控制分散后人机联系困难、没有办法统一方面的管理的缺点，是对电气接地在建筑物供配电设计中，接地系统设计占有重要的地位，因为它关系到供电系统的可靠性，安全性。尤其近年来，大量的智能化楼宇的出现对接地系统设计提出了许多新的内容。于现代控制基本理论的集散型统计机控制系统。电子设备将会受到干扰而无法工作。因此智能建筑应设置电子设备的直流接地，交流工作接地，安全保护接地，及普通建筑也应具备的防雷保护接地。建筑电气自动化工程设计必须根据上级批件的内容进行，还应具备建筑单位的设计要求和工艺设备清单。并且，建筑电气自动化设计必须遵照国家和有关部的规程、规范和标准执行。此外，由于智能建筑内多设有具有防静电要求的程控交换机房，计算机房，消防及火灾报警监控室，以及大量易受电磁波干扰的精密电子仪器设备，所以在智能楼宇的设计和施工中，还应考虑防静电接地和屏蔽接地的要求。宇电气自动化系统的主要目的为了将建筑内各式各样机电设备的信息进行研究、归类、处理、判断，采纳应用最优化的控制本领，对各系统设备进行集中监控和方面的管理，使各系统设备始终处于有条不紊、协同一致和高效、有序的状态下运行，减少各系统造价。

4.电气自动化控制技术在智能建筑中的应用。

4.1智能建筑的系统自动化控制原理。

智能建筑的自动化控制系统是基于现代控制理论的集散型计算机控制系统，又称之为分布式控制系统（Distributedcontro systems DCS）。其实现原理是采取“分散控制、集中管理”的模式，通过对现场终端设备上的微型计算机控制装置（即DDC）进行实时检测和分布控制任务，而设备终端上的微型计算机控制装置实现对终端设备的控制以及管理，对终端设备进行信号采集，通过传感器进行信号传输，将传输信号送至智能设备上，实现对设备的工况

管理和自动控制。这样就避免了计算机集中控制带来的高危险性，同时也弥补了单机设备管理的局限性。

4.2 LONWORKS技术的应用。

LONWORKS技术原本是为工厂管理服务的，是以工厂测量和控制机器间的数字通讯为主的现场网络，通过将通讯的数字化，使得终端多点化成为可能，实现了传感器、终端设备和控制器之间的特化通讯。由于LONWORKS技术支持分布式网络控制，同时又是一个开发性的可交互操作的控制技术平台，其优势正符合智能建筑的系统需要。在早期的智能建筑中，并没有控制网络，其控制系统只是采用电线将气动控制装置连接而成，这种控制组成结构简单，不利于设备扩展。同时由于终端设备厂商所使用的通讯协议互不兼容，导致无法实现系统的整体自动化控制。随着计算机技术的发展，网络技术也越来越完善，基于网络开发的系统LONWORKS技术被逐步应用到智能建筑中。

LONWORKS技术能实现终端设备和智能设备在简单网络上可以进行对等的通信，能形成一个低成本、可相互操作的控制系统，便于服务定制、程序编写、功能扩容。在智能建筑的电气系统中，采用LONWORKS技术，将照明、保暖、通风、安保等终端设备进行资源整合，通过传感器控制为单一的开放式网络，节约了安装和运营成本。LONWORKS技术中，房间中的多功能传感器可以将房间的供暖控制器的运行状态进行改变，根据用户需要可从待机状态转为用户需要的模式；房间中的光感传感器对自然光进行检测，并将检测到的自然光数据通过网络传输给LONWORKS控制器，控制器根据设置自动进行区域内灯光照度的调节，可在外部阳光充足时，关闭房间内照明灯具，在房间光线较暗时，自动开启照明灯具，并可以根据用户的个人爱好或预先设定好的环境模式来调整灯光亮度。

LONWORKS技术中的Honeywell自动化控制系统控制着智能建筑的照明设备以及暖通空调，该系统与住户的门禁系统、闭路电视监控系统、消防报警系统以及防盗系统进行系统集成，通过对各个工作站通讯和信息综合，实现对住户特定生活需要的提供。例如：当智能建筑中的住户回到家时，楼道上的门禁控制系统输入安全代码，系统开始启动HVAC系统，将照明控制和暖通空调系统调节至用户离开前的照明度和室温。而在住户外出时，输入代码后实现对照明系统、空调系统的自动关闭，并将各设备调节至节能状态。在HVAC系统中，其控制器可根据房主的要求，将卧室和居室的温度维持在一定理想范围内，采用PI算法控制的FCU通过与暖气片的连接实现自动运行，达到对室内温度、湿度的自动调节、自动控制。

随着人们对建筑物功能要求的提高,消防、安保、空调以及照明等系统的自动控制水平已经成为衡量现代建筑品质的重要标志,作为现代建设核心技术的电气自动化技术也面临着新的挑战。建筑电气工程师应综合电气、信息、控制、管理、决策等多方面的技术,以节能、丰富、安全、个性化为目标,对自控系统进行进一步的探索, 将我国智能化建筑产业推向新的发展高度。