陶悦 周德健 崔忠毅
天津市川丰电气技术有限责任公司 300459
摘要：随着中国国民经济的快速发展，高层建筑如雨后春笋般出现，传统的供电系统已经无法跟上时代的步伐，其复杂的结构、较低的效率的和完全依赖手工操作，不符合我国提出的节能减排促进环境保护的理念，因此，智能建筑逐渐受到青睐，在这种背景下，研究智能建筑的自动化配电系统显得尤为重要。本文主要针对楼宇自动化供配电系统进行分析，为楼宇自动化供配电技术的发展提供了一个新思路。
关键词：PLC；楼宇供配电；应用研究
引言
传统的楼宇往往采用断路器、隔离开关、接触器、熔断器、继电器、互感器和多种检测仪器仪表等设备搭建的低压电气柜系统实现楼宇配电、检测、控制和保护等功能，这种系统结构简单，成本低廉，但不能通过计算机技术进行联网控制，无法进行统一管理，且需要人工操作较多，很难实现复杂的逻辑控制。新型楼宇供配电系统能对楼宇供配电线路和设备等进行状态监测，通过网络系统将信息传递给管理者，并能够自动化、智能化的管理用电情况，对所辖电气设备进行可靠的远程控制，减少能耗降低楼宇运行成本，并针对故障设备和线路提出警示。
1 楼宇自动化系统及作用概述
《智能建筑设计标准》GB/T50314-2015对智能楼宇概念做出如下定义：以建筑物为平台，基于对各类智能化信息的综合应用，集架构、系统、应用、管理及优化组合为一体，具有感知、传输、记忆、推理、判断和决策的综合智慧能力，形成以人、建筑、环境互为协调的整合体，为人们提供安全、高效、便利及可持续发展功能环境的建筑。
楼宇自动化系统是智能建筑系统中的重要组成部分。该系统可以通过 I/O 端口，对建筑物内的数据进行监测、统计、汇总与管理，能够自动对照明、空调、电梯、通风、给排水等子系统进行调节，为用户提供一个良好的使用环境，同时合理配置能源使用，降低能耗，达到减少建筑运行费用的目的。
楼宇自动化系统是智能建筑系统中最为复杂，设计和施工最为困难的子系统，它的设计水平和施工质量直接影响到智能建筑的使用效果。随着计算机技术、自动化技术和网络技术的不断提高，人们将这些技术应用到楼宇自动化系统当中，使楼宇自动化系统具有先进的数据采集、信息监控、协调处理、自动控制和远程控制等能力。该系统还可以通过图形技术，将数据通过图形化、动画化等方式传递给用户，并执行用户或自动控制系统下达的控制指令。系统可以协调各子系统工作，将各子系统进行联动控制，保证所有设备的正常运行，并通过协调控制，使设备保持在良好的运行状态。
2 楼宇自动化系统的应用原则
楼宇自动化系统建立在计算机技术、网络技术、自动化技术和建筑技术等先进技术的基础之上，因此在开发楼宇自动化系统时，需要相关技术人员针对不同种类技术进行综合考虑，在系统的设计中应遵循以下原则：
（1）实时性好
楼宇智能化系统应该具有较强的实时性，I/O 单元对采集到的数据和信号迅速传递给控制单元，由控制单元对采集到的数据做出回应，同时应保证数据传递的准确性和安全性，并能够正确处理定时任务和中断任务。
（2）可靠性好
楼宇自动化系统应该具有较强的可靠性，必须保证设备尽可能少的出现故障，确保楼宇自动化系统的平稳运行。由于楼宇自动化系统一旦出现故障可能会造成较为严重的后果，因此在必要的时候，可以采用双机并联的方式，确保始终能够有一套系统能够正常运转。
（3）操作性好
楼宇智能化系统应具有良好的可操作性，应该方便操作人员进行日常监控、定期维护和故障处理等工作。系统采集到的数据应通过文字、图形、动画等方式展示给操作者，操作者可以直观的观测到系统状态，并可以通过简单操作对系统进行控制。
（4）通用性好
楼宇自动化系统应尽可能采用通用化设计，选用常见的控制器件、系统构成方法、控制算法以及编程软件。通用化的系统设计可以使操作人员能够更加方便的学习系统开发与使用，同时增加了不同楼宇系统之间的关联，为建设智能楼宇集群提前做好准备。
（5）性价比高
楼宇自动化系统根据其基本框架、结构和组成不同，可以由不同方法搭建而成，例如核心控制器可以选择 PLC，也可以选择 DDC 控制器或其他核心控制设备，因此在楼宇自动化系统的设计过程中，除应当考虑系统性能外，还应考虑到系统价格，以便在性能与价格中选取最优构建方法。
3 楼宇供配电系统的设计与应用
基于楼宇自动化系统，对于配电系统的设计应用，首先应当根据楼宇实际负荷情况，选择合适的配电网络。电力负荷根据其重要性和一旦断电所造成的影响不同，可以划分为一类负荷、二类负荷和三类负荷，其对供配电系统的可靠性、稳定性和安全性逐级降低。为了确保楼宇供配电系统能够安全稳定运行，同时降低成本，首先要对楼宇进行分析，确定其配电网络结构、变压器台套数、有无备用电源以及保护设施的配备等情况。
智能建筑根据其一级分类可以划分为商用建筑、办公建筑、学校建筑、住宅建筑等十大类，每一类别所对应的建筑种类还可以细致划分为二级分类。在进行楼宇自动化设计之前应充分考虑其负荷特点，并计算用电负荷需求，选定留有一定容量裕度的供配电设备，为未来的建筑发展和改造留出一定空间，并尽可能的降低成本。根据楼宇供配电负荷情况选择变压器容量及台数，配置相应的电容补偿装置和应急电源装置，并采用各种方法提高电气线路和设备的可靠性。
4 PLC在楼宇自动化系统中的功能
在楼宇自动化供配电系统当中，利用PLC优秀的处理能力，可以将其作为楼宇自动化供配电系统的核心控制器。将控制子系统划分为配电监控子系统、照明子系统和空调子系统等三部分，由西门子S7-200CPU226PLC为控制核心，利用光照传感器来实现光信号的采集，利用接近开关实现人员检测，利用温度传感器检测室内温度，电源模块主要由继电器组成。按预定程序，S7-200CPU226的输入模块主要检测通过光照模块、温度检测模块，人数检测模块，时间设定模块、人工控制模块给定的数据。
图 PLC系统的输入输出功能模块
通过网络可以将PLC连接至其他PLC或上位机，为PLC增加远程控制或与其他PLC联动的功能。本次研究采用西门子S7-200系列的CPU226，搭配模拟量输出模块EM232，模拟量输入扩展模块EM231。接近开关与PLC的数字量输入相连，温度传感器、光传感器与模拟量输入扩展模块EM231相连。上位机通过电缆与PLC相连，同时为了避免PLC电源负载过大造成系统故障，需要考虑对模块进行单独供电。
结语
我国目前还没有关于智能化楼宇供配电的统一标准，但近年来我国对智能建筑越来越重视，部分发达地区已经开始逐步建设智能楼宇，同时还要看到我国还有许多一般楼宇可以升级改造为智能楼宇，行业发展潜力巨大，因此为智能化楼宇找到适合的智能供配电系统是很有必要的，其中以PLC为控制核心的智能化楼宇供配电系统有很大的发展潜力，同时，这也为智能化楼宇供配电系统指明了发展方向。
参考文献
[1]张军贤.基于PLC的楼宇热水站控制与监控系统研发[J].自动化与仪器仪表，2015，（02）：150～152.
[2]李晨.基于PLC的办楼宇中央空调控制系统仿真设计[J].电气应用，2013，32（12）
论文作者:陶悦,周德健,崔忠毅
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：楼宇论文; 系统论文; 自动化系统论文; 供配电论文; 模块论文; 子系统论文; 建筑论文; 《建筑学研究前沿》2018年第20期论文;