肖立梅

【摘 要】隨著現(xiàn)代經(jīng)濟與科技的不斷發(fā)展，建筑的智能化化水平越來越高，樓宇自控系統(tǒng)作為智能建筑的關(guān)鍵部分，對建筑內(nèi)機電設(shè)備的可靠運行及節(jié)能起著重要的作用。圖書館智能化系統(tǒng)設(shè)計中的樓宇自控系統(tǒng)設(shè)計尤其值得探討。

【關(guān)鍵詞】智能建筑；樓宇自控；圖書館；設(shè)計

0 引言

當(dāng)今社會隨著通信、電子、計算機以及自動控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對學(xué)習(xí)、辦公及生活環(huán)境的要求日益提高，智能建筑 （Intelligent Building，IB）應(yīng)運而生并得到高速發(fā)展，樓宇自控系統(tǒng)BAS（Building Automatic System）是其關(guān)鍵之一。樓宇的智能化自20世紀(jì)90年代已經(jīng)開始應(yīng)用于大中城市的高層及多功能建筑物上之后得到了廣泛應(yīng)用和飛速發(fā)展。

圖書館屬于公共建筑，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安全要求高、設(shè)備數(shù)量眾多，非常需要建設(shè)智能化系統(tǒng)。圖書館建筑的智能化程度，決定著其運行效率與安全等級，樓宇自控系統(tǒng)是其關(guān)鍵系統(tǒng)之一，起著重要的作用。

本文以一圖書館工程實例介紹樓宇自控系統(tǒng)的設(shè)計，此項目規(guī)劃占地2.1萬平方米，建筑面積約9.8萬平方米，地下2層、地上10層，建筑總高度約50米。設(shè)有辦公室、信息咨詢部、閱讀部、活動推廣部、數(shù)字資源與技術(shù)保障部、物業(yè)管理等多個部門。

1 樓宇自控系統(tǒng)的需求分析

樓宇自控系統(tǒng)設(shè)計具有很大的靈活性，應(yīng)根據(jù)建筑物的整體功能需求和物業(yè)管理方式確定控制水平，根據(jù)建筑物內(nèi)不同區(qū)域的要求和受控設(shè)備的分布特點，選擇技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠、經(jīng)濟合理的控制系統(tǒng)方案，避免投資的盲目性。

本樓宇自控系統(tǒng)擬對圖書館內(nèi)的各機電設(shè)備（包括：空調(diào)通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等），采用集散系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理，以實現(xiàn)對設(shè)備進(jìn)行可靠而經(jīng)濟的優(yōu)化控制，進(jìn)而延長設(shè)備的使用壽命、節(jié)約能耗和簡化管理。

系統(tǒng)必須具有開放性、可擴充性、標(biāo)準(zhǔn)化，采用開放性的標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議?？刂浦骶W(wǎng)和分布網(wǎng)要求采用BACnet/IP通訊協(xié)議，BAS分站則采用BACnet MS/TP或LONWORKS通訊協(xié)議。最終系統(tǒng)具備開放性、兼容性和擴展性具。

系統(tǒng)的管理訪問支持 B/S或同時支持 B/S 和 C/S，允許設(shè)置多個工作站，對系統(tǒng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和控制。

根據(jù)圖書館的使用要求，提供針對性的管理功能，包括：檢修提醒報警、越限報警、控制失效報警。

1.1 空調(diào)通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析

本工程中空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)考設(shè)備包括：冷源系統(tǒng)、空調(diào)機組、新風(fēng)機組、送/排風(fēng)機等。

冷源系統(tǒng)包括 4 臺冷機、5 臺冷凍泵、5臺冷卻泵、4 臺冷卻塔、1 個膨脹水箱、1個軟化水箱及2臺補水泵等設(shè)備。冷源系統(tǒng)由專用的群控系統(tǒng)管理，樓宇自控系統(tǒng)（BAS）只需通過BACnet、OPC 等開放的通訊協(xié)議接口，讀取設(shè)備相關(guān)參數(shù)，實現(xiàn)監(jiān)測。監(jiān)測的主要內(nèi)容：冷機、冷凍/冷卻泵、冷卻塔的運行狀態(tài)，冷凍水供回水總管的流量、溫度、壓力，冷卻水的供回水溫度等。

新風(fēng)機組的監(jiān)控需求包括：風(fēng)機的啟?？刂?、水閥的控制、狀態(tài)監(jiān)測及報警；空調(diào)機組的監(jiān)控需求包括：風(fēng)機的控制、水閥的控制、新/回風(fēng)閥開度的控制、狀態(tài)監(jiān)測及報警；送排風(fēng)機的監(jiān)控需求包括：風(fēng)機的啟?？刂?、狀態(tài)監(jiān)測及報警。

1.2 給排水系統(tǒng)的需求分析

本工程給排水系統(tǒng)包括：36個集水井、72臺排污泵，分布在負(fù)二層；消防1個水池、2個生活水箱（配有5臺生活水泵）、1臺直飲水泵。排污泵的啟停由液位開關(guān)自動控制，BAS對消防及生活給水設(shè)備只監(jiān)不控。監(jiān)測內(nèi)容：排污泵的狀態(tài)（運行、手/自動和故障報警）生活水泵組的運行狀態(tài)、故障報警，生活水箱和集水井的超高、超低水位；報警提示：集水井水位過高、消防水池或生活水箱水位過低時發(fā)出報警；生活水泵、排污泵的運行狀態(tài)與控制要求不一致時發(fā)出報警；互為主備的排污泵一臺發(fā)生故障報警時另一臺不能自動投入運行時系統(tǒng)發(fā)出報警；當(dāng)水泵累計運行時間越限時，系統(tǒng)發(fā)出提示消息。

1.3 第三方系統(tǒng)集成

本工程中冷源系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、不間斷電源、發(fā)電機系統(tǒng)等第三方系統(tǒng)需要通過集成接入樓宇自控系統(tǒng)（BAS），要求BAS通過軟件讀取各系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)，并詳盡、準(zhǔn)確、實時的記錄數(shù)據(jù)。

2 樓宇自控系統(tǒng)的方案設(shè)計

2.1 樓宇自控系統(tǒng)的基本組成

為提高可靠性，本系統(tǒng)采用分布式集散型控制系統(tǒng)，系統(tǒng)由中央管理站（服務(wù)器/工作站）、各種DDC（Direct Digital Controller，直接數(shù)字控制器）及各類傳感器、執(zhí)行器等組成，能夠完成多種控制及管理功能，是一種智能化控制管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

中央管理計算機（又稱上位機、系統(tǒng)服務(wù)器）通常設(shè)置在中央控制室，由PC主機、顯示器及打印機組成，是樓宇自控系統(tǒng)的核心。中央管理計算機實時監(jiān)測來自現(xiàn)場設(shè)備的所有信息數(shù)據(jù)和報警信息，并發(fā)出各種控制指令給現(xiàn)場控制器，對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和記錄，并通過各種輸出設(shè)備通知工作人員。

DDC控制器是一種可獨立運行的數(shù)據(jù)采集和控制裝置，由處理器、輸入輸出通道和各種接口電路等組成。DDC控制器是樓宇自控系統(tǒng)的核心和實現(xiàn)控制功能的關(guān)鍵部件，通常分散設(shè)置在受控設(shè)備的附近，是系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備的接口。DDC通過各種輸入通道采集實時數(shù)據(jù)，再按一定的控制規(guī)律進(jìn)行運算，最后發(fā)出控制信號，控制受控設(shè)備的運行。 DDC的輸入輸出接口分為四類，分別是：模擬輸入（AI），數(shù)字輸入（DI），模擬輸出（AO），數(shù)字輸出（DO）。

傳感器和執(zhí)行器是安裝在受控設(shè)備里的傳感元件和執(zhí)行元件，是樓宇自控系統(tǒng)的末端設(shè)備。傳感器對一些直接反映系統(tǒng)性能的物理量，如溫度、濕度、壓力等進(jìn)行檢測，并將檢測到的物理量輸入到DDC，DDC則輸出控制信號傳送給各執(zhí)行器，進(jìn)而控制受控設(shè)備。

2.2 各子系統(tǒng)的設(shè)計

2.2.1 空調(diào)通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)

1）風(fēng)機的監(jiān)控

現(xiàn)場控制器（DDC）通過事先編制的啟?？刂泼?，通過數(shù)字輸出（DO）控制風(fēng)機的啟停，并將風(fēng)機主電路上交流接觸器輔助觸點的狀態(tài)輸入到DDC的數(shù)字輸入（DI），監(jiān)測風(fēng)機的運行狀態(tài)；主電路上熱繼電器的輔助觸點信號作為風(fēng)機過載停機報警信號，通過DDC的數(shù)字輸入（DI）反饋到系統(tǒng)中來。

2） 送、回風(fēng)溫濕度監(jiān)測及水閥的控制

在送、回風(fēng)口各設(shè)置一個溫濕度傳感器，其輸出信號接至DDC的模擬輸入（AI），對送、回風(fēng)的溫濕度進(jìn)行監(jiān)測。比較回風(fēng)溫度與設(shè)定溫度的差值，采用PID 等控制算法，通過模擬輸出（AO）控制二通閥的開度。

3） 新/回風(fēng)閥開度比例控制

空調(diào)機組的新/回風(fēng)閥開度比例控制信號為模擬輸出（AO）信號。

4）狀態(tài)監(jiān)測及報警

通過DDC的數(shù)字輸入通道（DI）采集空調(diào)機組/新風(fēng)機組的風(fēng)機手/自動狀態(tài)、風(fēng)機壓差、過濾網(wǎng)堵塞報警信號。系統(tǒng)會將監(jiān)控數(shù)據(jù)自動記錄下來生成表格，便于以后查找、打印或者作進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。

空調(diào)通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)各設(shè)備的監(jiān)控點位如表1所示。

2.2.2 給排水系統(tǒng)

1）采集生活水泵組和排污泵的運行、故障報警、手自動狀態(tài)等信號，集水井水位（超高、超低水位）信號，通過DDC的數(shù)字輸入（DI）到BAS，在系統(tǒng)界面上實時顯示。

2）通過軟件的報警提醒功能設(shè)置報警點，如：啟停泵異常、設(shè)備累積運行時間越限等，提醒工作人員現(xiàn)場排查或檢修。

給排水系統(tǒng)的監(jiān)控點位如表2所示。

2.2.3 第三方系統(tǒng)集成

冷源、電梯、發(fā)電機、不間斷電源等第三方系統(tǒng)需要通過集成網(wǎng)關(guān)接口接入BA系統(tǒng)，這四個第三方系統(tǒng)分別由各自廠家通過其專用的監(jiān)控系統(tǒng)自行監(jiān)控和管理，再將各監(jiān)測數(shù)據(jù)通過集成網(wǎng)關(guān)接口提供給BA系統(tǒng)，各系統(tǒng)設(shè)置一個 BACnet網(wǎng)關(guān)用于與BA系統(tǒng)的連接和通訊。

3 樓宇自控系統(tǒng)的選型及配置

3.1 樓宇自控系統(tǒng)的選型

樓宇自控系統(tǒng)的選擇既要滿足業(yè)主的要求，又必須符合“智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”（GB/T50314-2006），應(yīng)全面考慮系統(tǒng)的可靠性、開放性、可擴展性及技術(shù)的先進(jìn)性。

在選用產(chǎn)品時，首先應(yīng)從該建筑物的要求出發(fā)，充分分析和考慮市場可供商品的市場定位和特性，選擇適合的產(chǎn)品。首先要對產(chǎn)品進(jìn)行性能/價格比較，其次對樓宇自控系統(tǒng)方案進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)業(yè)主的投資預(yù)算和實際需求，選擇最具有節(jié)能功能、方便管理的樓宇自控系統(tǒng)方案。

樓宇自控系統(tǒng)的設(shè)備配置及選型優(yōu)劣，不僅對樓宇機電設(shè)備的運轉(zhuǎn)和能源利用的效率有影響，而且影響建筑物的樓宇自動化水平。選擇合適的產(chǎn)品將有利于系統(tǒng)的建設(shè)及日后的維護。系統(tǒng)選型應(yīng)遵循如下原則：

1）穩(wěn)定性：保證系統(tǒng)不僅長期可靠地運行，而且各項指標(biāo)也保持長期穩(wěn)定，進(jìn)而減少設(shè)備的維護維修費用。在滿足成本控制后，關(guān)鍵部件（如：控制軟件、各類控制器及擴展模塊、傳感器等）應(yīng)選用技術(shù)成熟的產(chǎn)品。

2）經(jīng)濟性：在滿足建筑物舒適性條件下，合理組織設(shè)備運行，降低大樓運行時產(chǎn)生的費用，體現(xiàn)出采用樓宇自控系統(tǒng)后所帶來的經(jīng)濟效益。

3）先進(jìn)性：選用的系統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)該簡單，便于工程安裝和系統(tǒng)調(diào)試、以及日后的維護與系統(tǒng)升級。

4）可擴展性：系統(tǒng)設(shè)計方案具前瞻性，充分考慮系統(tǒng)日后的擴充，當(dāng)用戶有新的需求時，可在不改變現(xiàn)有系統(tǒng)的前提下實現(xiàn)用戶的擴充要求。

目前，樓宇自控系統(tǒng)品牌眾多、產(chǎn)品多樣化，市場上的主流產(chǎn)品以國外品牌為主，主要有霍尼韋爾（Honeywell）、江森自控（Johnson Control）、西門子（Siemens）、Delta、TAC、KMC等。其中，霍尼韋爾、江森自控和西門子三家公司因進(jìn)入中國市場早、品牌知名度大等原因在我國的市場占有率高，但同時這幾個品牌的產(chǎn)品價格也很高。相對樓宇自控領(lǐng)域的這“三大巨頭”，加拿大Delta控制公司進(jìn)入中國市場較晚（2002年進(jìn)入中國市場），但該公司具有多年的樓宇自控經(jīng)驗，是一家生產(chǎn)樓宇自控系統(tǒng)產(chǎn)品的專業(yè)生產(chǎn)商，其產(chǎn)品性價比較高。根據(jù)工程的實際情況及投資預(yù)算，本項目樓宇自控系統(tǒng)的工程實現(xiàn)將采用加拿大Delta控制公司的ORCA系統(tǒng)。

3.2 樓宇自控系統(tǒng)的配置

本工程BA系統(tǒng)總I/O容量為1500～2000點，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按中型規(guī)模的BA系統(tǒng)定位。由于Delta ORCA系統(tǒng)大、中、小型軟件對應(yīng)的I/O監(jiān)控點總數(shù)分別為無限點、500～2500點、500點以下，本項目應(yīng)選用帶歷史數(shù)據(jù)的中型Web server 軟件。

樓宇自控系統(tǒng)的硬件設(shè)備包括DDC控制器（含擴展模塊、DDC輔控箱）、傳感器及輔材。硬件設(shè)備的配置選項除了要達(dá)到智能化系統(tǒng)招標(biāo)文件的技術(shù)要求外，還應(yīng)考慮系統(tǒng)工程造價，選用性價比較高的產(chǎn)品和配置方案。在配置控制器時，可結(jié)合各受控設(shè)備的樓層及分區(qū)分組進(jìn)行配置，選用合適的應(yīng)用控制器及擴展模塊，每臺控制器監(jiān)控點數(shù)預(yù)留有不少于15%的裕量，以備系統(tǒng)今后的擴容。系統(tǒng)中DDC輔控箱為定制設(shè)備，由箱體、安裝底板、空開熔斷器、變壓器、繼電器及端子排等輔控元件組成，各箱體及元件數(shù)量根據(jù)實際需要而定。各類傳感器應(yīng)采用與DDC控制器相匹配的、靈敏度高、穩(wěn)定性好、壽命長的傳感器。為保障樓宇自控系統(tǒng)中信號的傳輸距離及質(zhì)量，應(yīng)選用合適的信號線和通信線。

根據(jù)本圖書館建筑功能分區(qū)，為便于建筑設(shè)備管理系統(tǒng)（BMS）對大樓內(nèi)的BA系統(tǒng)、智能照明控制系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)等進(jìn)行集成和管理，BA控制中心設(shè)置在負(fù)一層控制室，對全樓的設(shè)備行監(jiān)視和控制。

由于本圖書館建筑結(jié)構(gòu)及功能分區(qū)的實際需要，整個圖書館建筑各樓層均分為五個消防分區(qū)，大樓擁有五個弱電井。根據(jù)所選用的控制模塊配置方案，BA控制箱安裝在各樓層的弱電井。此外，由于本項目中工程現(xiàn)場總線距離長，整個BA系統(tǒng)采用五個系統(tǒng)管理器，組建五條子網(wǎng)，以保證網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的合理性及系統(tǒng)的實時性。

4 結(jié)束語

樓宇自控系統(tǒng)是建筑智能化系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，樓宇自控系統(tǒng)設(shè)計及其應(yīng)用直接關(guān)系到工程項目智能化系統(tǒng)的成敗。在設(shè)計樓宇自控系統(tǒng)時，應(yīng)因地制宜地根據(jù)不同的建筑、對象及用戶需求選擇合理的方案，以便更好地發(fā)揮樓宇自控系統(tǒng)的作用。本文圖書館樓宇自控系統(tǒng)的研究與設(shè)計對智能建筑的推廣與應(yīng)用具有一定的實際意義與參考價值。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]