组网式建筑智能化实验装置的研发与应用

任静 武东辉 曹祥红

摘  要：針对现有建筑智能化实验装置各子系统之间相互独立、资源冗余严重的现象，本文设计了一种组网式建筑智能化实验装置。该实验装置在一幢模拟二层建筑上，集成了火灾自动报警及联动控制系统、视频安防监控系统、入侵报警系统及综合布线系统，各系统不仅可单独工作，同时可通过信息的传输和共享，协同工作，联动、联网运行，且后期可进行其他系统的扩展。经过实际应用表明，该实验装置集成度、可靠性高，采用低压直流设备，极大地保证了学生在实验中的安全，能有效地实现学与用的无缝对接，提升学生实践动手能力。

关键词：组网式  智能化系统  集成  联动控制

中图分类号：TU855     文献标识码：A

R&D and Application of the Networked Intelligent Experimental Device for Buildings

REN Jing  WU Donghui  CAO Xianghong

（Zhengzhou University of Light Industry， Zhengzhou， Henan Province， 450000 China）

Abstract： In view of the phenomenon that the subsystems of the existing intelligent experimental device for buildings are independent of each other and the resource redundancy is serious， this paper designs a networked intelligent experimental device for buildings. The experimental device integrates the automatic fire alarm and linkage control system， video security monitoring system， intrusion alarm system and integrated wiring system in a simulated two-story building，each system can not only work independently， but also work together and be linked and networked through the transmission and sharing of information， and it can be extended to other systems at a later stage. The practical application shows that the experimental device has high integration and reliability， adopts low-voltage DC equipment， and greatly guarantees the safety of students in the experiment， which can effectively realize the seamless docking between learning and use， and improve the practical ability of students.

Key Words： Networked; Intelligent system; Integration; Linkage control

1 研究背景

随着现代信息技术、传感技术和通信技术的发展，人类对建筑环境的信息化、安全性和舒适性等要求越来越高，建筑智能化的需求也越来越高。目前智能建筑普遍实施了诸如火灾自动报警及联动控制系统、视频安防监控系统、入侵报警系统等，随着建筑智能化水平的提升，建筑的适用性也得到了提升，同时也降低了使用成本[1]。

传统的建筑智能化实验装置受理念和技术的影响，各个系统之间相互孤立，存在相互重叠现象，资源冗余现象严重，无形中降低了系统的实用性，增加了系统维护工作量[2]。“组网式建筑智能化实验装置”为了突出重点，避免子系统相互重叠，包含了火灾自动报警及联动控制系统、视频安防监控系统、入侵报警系统、综合布线系统等4个子系统，不仅满足本科相关专业实验教学基本需求，后期还可进行应急照明与疏散指示、智能照明，防雷接地、巡更系统、对讲门禁控制系统和有线电视系统等系统的扩展。

2 实验装置的研制

2.1 技术方案

本设计为一种新型组网式建筑智能化实验装置，每台实验装置模拟一幢二层建筑，结构组成如图1所示，主要由住户1、住户2、机房、会议室、管理中心、办公室和消防电梯组成，其中住户1、住户2用于模拟智能小区，机房、管理中心用于模拟楼宇管控系统，会议室、办公室用于模拟办公大楼。为了突出重点，避免出现建筑智能化一些子系统相互重叠，每台实验装置包括火灾自动报警及联动控制系统、视频安防监控系统、入侵报警系统、综合布线系统等4个子系统，各子系统不仅可以单独工作，同时可进行信息的传输与共享，使多个子系统协同工作，联动运行，例如通过综合布线系统，可远程查看视频安防监控系统的工作情况。其次，多台实验装置可模拟一个建筑群，各建筑中的系统进行联网实验，通过Internet网络及总控制台进行监测与控制。

2.2 火灾自动报警及联动控制系统

火灾自动报警及联动控制系统由火灾自动报警及联动控制两部分构成[3]。主要包括消防报警控制器、管理控制中心站、通信网络、前端探測器、声光报警器、消防电话、消防广播、消火栓系统、喷淋系统、送风系统、排烟系统、防火卷帘门、消防电梯、强切等。该系统通过报警控制总线组网连接，消防电话通过消防电话线路与总控制台相连，消防广播通过广播线路与总控制台相连，防火卷帘系统、消火栓系统、喷淋系统、送风系统及排烟系统通过直接控制线与总控制台组网相连，构成火灾联动控制系统。所有模块及设备可重复拆卸安装，所有接线端子引出，便于真实接线，实际操作及联动控制更接近实际工程。单台实验装置可独立工作，又可组网由总控台进行监控。

自动喷水灭火系统设备安装布置如图2所示，主要由压力开关（拨动开关）、水流指示器（拨动开关）、信号阀（拨动开关）、闸阀（拨动开关）、泵故障（拨动开关）、喷淋泵（三相异步电动机）及控制箱组成。在消防控制室内可对喷淋泵进行手动/自动控制，并显示水泵的状态。

送风排烟系统设备安装布置如图3所示，主要由正压送风机、排烟送风机（分别由AC220风扇模拟）、70℃防火阀、送风口、280℃排烟防火阀、排烟口（分别由4只继电器模拟）及控制箱组成。在消防控制室内可对设备进行手动/自动控制，并显示状态。火灾发生后，应启动排烟风机，打开排烟口及排烟阀进行排烟。当排烟防火阀熔断后，总线联锁控制停止排烟风机[4]。

防火卷帘门采用直流减速电机、卷帘幕布及控制箱模拟控制，设备安装布图如图4所示。若卷帘门处感烟探测器报警时，系统控制器启动一个输入/输出模块，将卷帘门下降至半降状态；当卷帘门处的感温探测器报警时，控制器启动另一个输入/输出模块（全降控制），将卷帘门下降到底。半降及全降到位的反馈信号（必须为无源触点）分别接入各自的输入/输出模块。同时可通过控制器上的手动按钮或输入/输出模块对应的总线联动控制盘上的按键控制防火卷帘门的升降。

消防电梯采用单座六层模拟电梯实现控制，电梯模型的电气部分由永磁低速同步电动机、变频器、PLC、欧姆龙编码器、语音到站钟等组成。当某楼层发生火灾时，控制器通过总线启动输入/输出模块，控制消防电梯控制箱内DC 24V继电器动作，迫降消防电梯至首层，到位后的反馈信号（必须为无源触点）通过输入/输出模块反馈至控制器。

2.3 视频安防监控系统

视频安防监控系统采用监控柜设计，包括监视器、硬盘录像机、监控交换机等。监视器包括红外网络高速智能球、超宽动态防暴半球型网络摄像机、高清一体化激光云台摄像机、红外对射报警器、声光报警器、门磁等[5]，其系统结构如图5所示。红外对射报警器、声光报警器、门磁等入侵报警设备接入硬盘录像机的报警输入口，硬盘录像机对周边环境进行实时监控及录像，当有警报发生时，可调动相应的摄像机进行报警联动录像。硬盘录像机与计算机通过交换机组成局域网，可在计算机端远程查看监控系统监控画面，也可通过互联网远程查看监控画面。基于该实验装置及系统平台，教师可以进行如图像识别、人体特征捕捉等有一定前沿性的科学研究工作。

2.4 入侵报警系统

入侵报警系统将防范区域划分为8个防区，各个探测器（红外对射报警器、门磁、振动探测器、玻璃破碎探测器、红外对射报警器）装在模拟房间的对应位置，如模拟房门、模拟窗等，并分别接入8路入侵报警控制器的8个防区，可通过报警控制器键盘分别对防区进行布防，已布防的防区若发生非法入侵，可促发报警器发出警报。相应控制器通过转换开关，可分别工作在视频安防监控系统系统及入侵报警系统，多位转换开关设置如图5所示。

2.5 综合布线系统

综合布线系统是对建筑模型（住户、会议室、办公室、机房、管理中心）进行线路施工、调试及测试。主要包括RJ45配线架、以太网交换机、网络配线柜、电话程控交换机、电话配线架、底盒、电话模块、网络模块、路由器、电话机、RJ11水晶头、RJ45水晶头等安装器件，在建筑模型中实现了综合布线的七个子系统，实现房间内的数据与语音通信。通过外网接入，可将系统融合到Internet网络。

3 创新性

（1）整个系统按照规范要求进行设计，实验系统的设计和一个真实建筑物的弱电系统设计并无两样，实际操作及联动控制均接近实际工程，通过此实验系统的设计可实现“学”与“用”的无缝对接[6]。

（2）该系统采用Internet组网、多点冗余控制和模块化系统设计等技术进行开发，既可单台实验，模拟一栋建筑，又可多台联网实验，模拟一个建筑群；既可单独进行各子系统实验，又可对系统进行联动控制。

（3）该实验装置具有综合性、集成度高，避免采购多台单系统实验装置，很大程度地节约了经费，同时多个系统、多台装置之间还可进行联动及联网控制。

（4）实验装置监控系统采用总、分控制管理中心方式，可通过上位机图文显示管理，也可通过视频、广播、电话及网络与实验装置联系。

（5）火灾自动报警系统中的消防泵、喷漆泵、防烟风机等的联动控制采用双输入/双输出模块，提高了系统的可行性。

（6）通过多位转换开关，使入侵报警系统与视频监控系统组成视频安防监控系统，门磁、报警器等设备通过多位转换开关可在两个系统之间转换。

（7）多数采用12V或24V直流电源设备，保证学生在实验中绝对安全。

4 结语

该设计在接近工程现场的基础上，针对建筑电气与智能化、楼宇自动化工程技术等相关专业的教学实训，设计了一种新型建筑智能化实验装置。该实验装置上的实验系统采用真实智能建筑模型，由铝合金支架和网孔板搭建而成的两层模拟楼宇建筑，包含机房、办公室、住户和建筑周边等功能区域，建筑中包含了火灾自动报警及联动控制系统、视频安防监控系统、入侵报警系统、综合布线系统等4个子系统。该实验装置强化了系统的设计、安装、布线、接线、编程、调试、运行、维护等工程能力，能满足后期强电系统及其他智能化系统等实验设备的扩展。

参考文献[1] 高宇.智能建筑弱电系统施工常见的问题及其防范措施[J].科技创新导报，2021（7）：24-26.