浅谈楼宇自动控制系统

杨子江

摘要：本文结合某建设工程建筑智能化系统工程实际，对该楼宇自动控制系统的整体结构、系统的节能控制进行详细的分析。

关键词：建筑智能化；整体结构；节能控制

1 前言

楼宇自动控制系统旨在通过现代计算机的集散控制，完成相关建筑的自动化管理。其控制涉及楼宇中的变配电系统、照明系统、电梯设备、空调系统、供暖及给排水等许多方面，通过对这些分散系统的统一集中监控，实现楼宇内部设备及能源的最优化管理。该系统的运用不仅利于提升楼宇的环境条件，减少了维修人员的数量，更能达到节能降耗的目的[1]。

本文以某建设工程建筑智能化系统工程为研究对象，该工程采用基于WEB技术的WEBs（Web-Enable Building solution）建筑设备监控系统。1）该控制系统由控制层及管理层两层网络结构组成，系统的服务器、操作站、网络通信设备等借助管理层的网络进行连接。系统管理层则基于100M BASE-T以太网及标准TCP/IP协议实现通信；2）系统的控制层则依靠LonWorks现场总线完成各控制器之间的通信，支持点对点通讯及在线增减设备等操作。

2 楼宇自动控制系统的内涵

现代楼宇的自动控制基于中央计算机和相关控制系统，通过传感、计算机及现代通信等技术，实现对楼宇内部采暖、配变电及自备电源的监控，火灾报警及消防联动，安全保卫等方面的综合监管。其中，传感和数据接口控制技术、管理信息系统是整个楼宇自动控制系统的关键。该系统的主要功能包括为系统的管理、调度、控制及日常维护等操作的相关策略实施提供支持，能够实现对相关系统及设备的运行和控制参数的存储，能够对自动控制系统的运行数据、图像及曲线进行显示，能够提供各类数据报表的打印功能，能够完成对系统运行历史数据的统计与分析。楼宇自动控制系统借助建筑的综合布线系统及计算机网络通信技术，以各种开放式的结构、通信协议及接口完成系统的标准化、集成化、规范化。其集成的主要方式涉及系统硬件网络系统的集成、信息系统的集成、远程系统的集成、实时数据与管理资料的集成等方面。

楼宇自动控制系统本质上是一个多级的计算机系统或计算机网络系统。该系统控制点的数量决定了系统的规模大小。同时，依据控制的设备系统的多少，可以将其分成高速通信网、楼宇级网络、局部区域级网络等不同的级别[2]。

3 楼宇自动控制系统分析

3.1 系统整体结构

对于该楼宇自动控制系统，从系统构建上，遵循分散控制、集中监视、资源及信息共享、标准化等原则；从系统硬件上，主要由中央管理计算机、网络传输及控制设备、直接数字控制器等构成；从系统软件上，一方面，采用WEBStation-AX软件中央管理平台作为系统的综合管理平台，管理层采用WEBStation-AX软件平台；另一方面，系统的管理层通讯、现场控制分别依靠标准的计算机以太网、LonWorks网络完成，其开放和模块化的结构便于系统各控制器的连接与扩展，增加了系统结构的灵活性。WEBStation-AX管理系统能够于管理层网络透过WEB-600网络控制器完成对现场各个设备控制器的监控，具体内容如下表。

3.2 系统的节能控制分析

在实际的楼宇自动控制系统中，中央空调耗费了很大一部分电能，因此，对中央空调系统进行节能控制是很有必要的。由于中央空调系统的冷水泵和冷却水泵的容量一般依据最大热负荷进行设计，而实际运行过程中，其负荷会随着季节和用户负荷的变化而改变，故很难保证空调系统一直处于额定的运行条件。这种与设计运行条件的差距导致了空调系统管路及水泵的能量损耗。变频控制不仅能够实现节能降耗的要求，更能借助其动态的速冻控制及软启动功能降低设备的振动及磨损，从而利于设备使用寿命的延长。此外，在系统运行过程中对冷水机等设备的运行数量进行调整也利于节能的实现[3]。

3.2.1冷水泵变频控制技术

实际中，中央空调系统的电能消耗主要由冷水机组和冷水、冷却水及冷却塔的风机产生。若各个冷水的末端用户均能实现良好的自动控制，则冷水机组的制冷量就应当随用户实际需求的改变而变化。此时，通过合理的对冷水机组的运行数量进行调控，就能够提高系统的能耗比，降低冷水泵、冷却水泵和冷却塔风机的电能消耗。

系统的冷水机能够根据负荷的大小自动调节自身的功率，在负载功率较小的情况下，若水温达到预设值，则冷水机能够实现自动停机操作。然而，减少冷水的流量会对系统主机的开机时间造成影响，主机的功率相对水泵较大，且冷却泵和冷却塔仍需运行，这样反而容易增加了系统的电能损耗。所以系统的冷水泵一定要当冷水机组运行于高效率区间时进行相应的变频调速操作，使得冷水流量高于冷水机高效率运行所需的流量。同时，为了避免水泵工作过程中喘振现象的发生，并保证冷水机组正常运行的最小流量，应当对冷却水泵的变频控制进行限制，例如，将最低频率限制在30HZ。

3.2.2冷却水泵变频控制技术

对于系统冷却水泵的变频控制，应当在保证冷水机组高效率区间工作所需冷却水流量的条件下，以冷水机组的负荷、冷却水的温度变化为依据进行。例如，可以将冷却水总管供回水温差作为相应的控制变量，当系统负载条件发生变化时，冷水机组加、减载，冷却水供回水温差产生变化，此时控制冷却水泵运行频率做出相应变化。依据相关技术要求，该温差一般是5℃，通过将设定的5℃温差和冷却水供回水温差进行对比，进而实现对冷却水泵的变频控制，能够实现最大程度的节能效果。

具体的控制过程是：相应的控制器通过不断的采集冷却水供回水温度的数据，对温差进行计算，并和预设值5℃进行比较操作，经过相应的比例、微分、积分调节环节，实现对水泵运行速度的闭环控制。与此同时，监控系统软件则对冷却水泵的综合效率进行分析，给出最优的运行模式，并把相应的控制策略以指令的形式发送给变频设备及电机，确保电机达到最优的节能运行效果。

4 总结

在实际的楼宇自动控制系统中，为了充分发挥系统的性能，需要相关单位对系统的设计规划、现场施工等环节进行严格把关。随着现代信息和计算机控制技术的日益发展，集成化、智能化及网络化成为楼宇自动控制系統的发展趋势，而系统集成和通信网络更是相关研究的重中之重。

参考文献：

[1]赵正奕.楼宇自动化系统工程应用简介.水运工程.2002（5）

[2]刘辉.浅议楼宇自动控制系统的设计与应用.建筑科学. 2007（11）

[3]杜星. 楼宇控制系统优化与改进设计. 武汉科技大学. 2012（4）