西门子楼宇科技（天津）有限公司上海分公司
摘要：当前，楼宇的自动化系统在设计方面存在各类问题，本文从工艺要求、控制描述、集成理解、界面设计等方面加以阐述，并从楼宇的空调系统、冷热源系统、配电系统、给排水系统、照明系统等方面阐述科学的系统设计方法，以期为相关人员提供参考。
关键词：楼宇；自动化系统；设计方法；应用分析
引言：在楼宇中，自动化控制系统可针对各类机电设备展开集中管理和分散控制，降低了能源消耗的同时，节约了大量的人力投入，同时还能延长机电设备使用年限。在自动化系统中，空调系统、冷热源系统、配电系统等是重点部分，因此应选择科学的系统设计方案，保障系统的设计满足工程需要。
1 楼宇自动化系统设计存在的问题
1.1工艺要求不明确
在楼宇控制系统的设计过程，部分设计师对不同控制对象所需工艺要求不明确，存在设计失误，导致系统运行过程产生问题。例如：空调系统是重点设计部分，其设置基数、环境参数（温度焓值）、风量等选择十分重要，要求设计者结合我国气候特征展开设计，防止出现系统运行、工程投资以及能源消耗等方面的问题，保障使用者的安全[1]。
1.2控制描述模糊
在楼宇自动系统的设计过程，设计者常存在对控制描述模糊的问题。设计图纸中显示的原理大致相同，难以针对实际工程情况作出有效指导。通常受控对象数量比AI模块、AO模块、DI模块、DO模块等更多，特别是不同施工图纸中对每种模块状态反应信号不同。因此设计者应按照反应信号具有特征，对控制模块详细描述。
1.3集成概念不清晰
集成概念包括网络通信和子系统控制的连接以及整合网络信息的系统总称。通常楼宇自动系统设计重点偏向与各子系统之间的联动性能。但是以信息集成角度来讲，设计者应从使用者的实际需求出发，综合开展运行维护以及管理模型的设计，将服务模块、节能模块、安全模块、扩展模块、维护模块等合理设计。
1.4设计界面不全面
系统界面设计问题可导致系统功能受到影响。在界面设计过程，涉及到空调、配电、给排水等不同系统。因此设计者应在工程设备采购之前，结合业主要求，对设计界面展开合理设计，保障楼宇控制系统的界面功能的完整性。
2 楼宇自动化系统设计方法和应用
2.1空调系统
通常，在同一建筑楼宇中系统对空调机组以及新风机组有相同的监控要求，由于回风湿度和监测区湿度相近，因此，机组常使用回风湿度监测的方式。为调节风阀开度，使用能灵活调节的驱动器，将新风机和风阀在机组中形成联动，利用开关风阀加以驱动。对系统控制方面的要求，应同时将空调和新风机共同考虑其中。冷热源的负载主要来自空调机组以及新风机组，因此在设计过程，要保障自动控制符合区域舒适性能，同时节约能源消耗。其中，舒适性主要包括温度、湿度以及风量。风量控制方面，要按照风温度确定焓值，进而计算出混风比。如果被控区域中对空气质量要求较高，需要安装空气传感器，之后按照空气品质对风量进行计算，计算之后和最低新风量展开对比，选取新风门开启比例最大值。这样可确保在新风量最小的时候，最大利用新风。对新风机的湿度和湿度控制方面，主要是利用传感器，结合PID值展开计算，通过对冷热水盘位置的阀门开关比例加以控制，合理调控湿量。
空调机组主要有送风机、水管盘（冷/热）、过滤网、风阀、空调箱等部分构成。系统要实现灵活控制风量，应重点对风阀的控制加以考虑。风阀通常是设备施工企业进行安装，在楼宇控制系统的建设过程只需要增设一个驱动器即可。在驱动器的选择方面，应按照风门实际面积合理确定。例如：当风门面积＜3m2时，应选择20NM的驱动器；当风门面积＞3m2时，应选择35NM的驱动器。要灵活控制温度以及湿度，可在风管位置设置QFM21温度传感器，电阻为1000Ω，同时在水管盘回水管位置设计电动式调节阀，风管位置设置加湿器。在调节阀的选择方面，要同时考虑到管道设计压力值以及阀门口径。通常冷热管口径要小于调节阀。因为冷热管设计环节会预留余量。楼宇系统要准确控制水（冷/热）流量，需要按照机组的制冷或者制热性能共同决定，之后将阀门口径加以确定。在选择驱动器时，应按照口径与阀门间距。例如：当阀门与口径间距＜50mm时，可选择SAX/SKB/SKD类型驱动器；当当阀门与口径间距＞50mm，应选择SKC型驱动器[2]。
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在楼宇控制系统的中风机启动和停止控制方面，使用DO点对风机配电箱中二次回路展开控制，保障可随时对风机运行状况进行读取，同时还可读取到风机故障以及手自动等状态。此外，还可通过判断风机双侧压力差对其状态展开判断。对过滤网的监测，可使用压差开关。对盘管的监测可使用防冻开关。为达到系统控制要求，可选用PXC Compact系列控制器，对空调机组以及新风机组展开控制。可以根据实际空调机的控制要求选用不同点数控制器，包括16点，24点，36点。必要情况下，还可以通过扩展方式增加控制点数。
2.2冷热源系统
在楼宇控制系统中，冷热源包括水锅炉、冷冻机，此系统为高耗能系统，在系统控制设计过程包括：（1）负荷计算、机组台数等控制。负荷计算使用公式Q=C×M×（T1-T2），其中C是系数、M是管中流量，T1供水管温度、T2回水总管温度，按照计算负荷值，确定锅炉数量以及冷冻机开启状态。在系统设计过程，应在冷冻水的总管位置设置一个DWM2000的流量计，在供水总管以及回水总管位置设置544-577水温传感器。在机组的启停方面，应同时包含机组整体以及冷冻泵和开关阀。（2）控制冷却水温，合理对冷却水温展开控制可提高冷冻机的工作效率。在水温控制上，是依靠系统对回水温度展开监测实现的。当水温超高时，应将冷冻塔启动，使用风机降温，同时按照管路结构设置传感器。（3）控制冷冻水压。水系统设计过程，设计者要按照水系统的循环阻力对水管口径展开配置，以及供回水压差和水泵扬程等。控制空调机组过程，将盘管位置设置了控温水阀，水循环阻力增加，因此在分水器和集水器之间要额外增设VVF43.150的旁通阀，利用设备末端将水流量减小。同时还应在集分水器位置设计在两个QBE2003-P16的压力传感器，如果系统内压力差高于预设值，应立即将旁通阀开启。（4）监测水流，避免冷却水流动停止之后，冷冻机继续工作。在冷却管位置设置QVE1900水流开关，随时监测水流状态，这样冷却水一旦停止流动，即可将冷冻机的运行停止。
在设备启停、故障报警以及运行状态等控制方面应设置DI输入和DO输出等模块。在水系统内，I/O点的分布情况不规则，通常使用PXC Modular系列控制器，先将I/O点数量控制出来，将模块种类加以确定，根据实际数量合理确定控制箱。在1个PXC Modular控制器内，应设置1个处理模块以及电源模块。在24槽控制箱内最多可配置20个模块，在40槽控制箱内最多可配置36个模块。
2.3配电系统
当前国家电力部对楼宇配电系统的要求为监督、不控制。所有控制操作需要通过操作人员以及系统智能开关展开操作。因此，配电系统内没有输入，只有输出。系统主要利用电压和电流传送形式以及通信网关传送形式加以检测。具体的检测内容有：（1）三相电压和电流；（2）功率因数、有/无功功率；（3）频率；（4）配电开关的低压状态；（5）电量计测。在变压器温度报警系统中，使用PXC、AI和DI以及变送器组成。当低压配电较为分散时，可在AI上设置8个点位将模块扩展。利用多功能变送器，能直接和楼层网络相连，实现电流、有/无功功率、电压以及功率因素等的传送。
2.4给排水系统
在楼宇给排水系统的设计过程，其主要原理是对水箱、污水池、消防池等位置的液面高低进行监测，进而对水泵系统灵活控制，减少管理过程人力资源的投入。在给排水系统中，主要包括：（1）DI监测水箱的高低水位；（2）DI监测水箱的超高或者超低水位；（3）DI监测污水池高低水位；（4）DI监测污水池超高或者超低水位；（5）DO控制水泵启动和停止；（6）DI监测喷淋、消防、排水、高/低区水、消毒水等水泵的运行状态；（7）DO监测污水泵启停。为更好地对给排水系统进行控制，需要按照水箱、污水池以及消防池等数量，对扩展模块数量点以及液位开关合理配置。
2.5照明系统
楼宇中照明系统的能源消耗量较大，系统主要对楼宇公共区域、大厅、泛光照明以及航空障碍灯等部分展开节能控制。在控制过程可按照室外光照度对回路开关进行定时启动。照明系统中主要控制内容包括：（1）DO控制照明回路的启停；（2）DI检测回路开关工作状态；（3）1个AI模块检测室外光照度；（4）使用P1总线模块接入6个DO控制点、16个DI控制点对照明模块展开控制[3]。
3 结束语
为高效发挥楼宇系统自动化功能，在系统设计过程，应使用规范的设计方案，明确工艺要求，掌握集成概念，对系统界面展开优化设计，保障楼宇的空调、冷热源、配电、给排水、照明等重要系统的设计符合要求，提升设计水平，打造出更多智能化的楼宇系统设计。
参考文献
[1]胡飞.基于实时数据库的楼宇自动化系统设计与实现[D].东南大学，2015.
[2]石高健.关于智能建筑中楼宇自动化的设计及其应用[J].中华民居（下旬刊），2014（06）：30.
[3]张朋.基于Johnson Controls楼宇自动化系统的设计及其应用研究[D].西安电子科技大学，2014.
论文作者:程朝旭
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年10期
论文发表时间:2019/9/16
标签：系统论文; 楼宇论文; 模块论文; 机组论文; 过程论文; 风机论文; 驱动器论文; 《建筑学研究前沿》2019年10期论文;