摘要：本文介紹了智能樓宇設備系統的組成，總結了智能建筑設備系統集成的設計方案、組成和實現。介紹了系統采用標準開放的交互操作系統，控制并集成空調、冷凍站、換熱站、照明、給排水、消防、高低壓配電、車庫、巡更門禁等智能樓宇系統的方法。

關鍵詞：智能樓宇設備 控制 系統集成

1 前言

智能建筑屬大系統工程范疇，一般來說，大系統的特點在于：多目標、高維數、關聯性、分散性、不確定性和主動性。其中不確定性包括隨機性、模糊性與發展性等；主動性則表現在因人參與后導致系統特征的變化。智能樓宇是采用系統集成方法將計算機技術、通信技術、信息技術與建筑藝術有機結合在一起，通過對建筑設備的自動監控、對建筑內信息資源的管理和對使用者的信息服務，以及將設備監控技術、資源管理和信息服務與建筑要求優化組合，建立一個投資合理、適應信息社會需要并且具有安全、高效、舒適、便利與靈活特點的建筑物。

2 系統總體設計思想

系統集成大體上可以歸納為兩個方面的內容：設備的集成和信息的集成。所謂設備集成是指通過相似或兼容的技術實現不同系統在同一技術平臺上實現，從而達到減少設備投入，簡化施工，減少維護的目的，比如綜合布線、LONWORKS現場總線、BACnet等技術均可實現多個系統共用一個通訊平臺。所謂信息集成是指不同系統之間往往需要交換信息，或需要綜合多個系統提供的信息做出判斷，這就要求不同系統之間的信息能夠共享。盡管學術界提出"一體化集成"的說法，但在工程實踐中，由于技術條件和成本的限制，一般還是根據具體情況實施多種集成方案，以合理滿足用戶的需求。

2.1 系統組成

整個控制系統由就地計算機控制系統、中央操作站和現場顯示觸摸屏三個部分構成，其中就地計算機控制系統稱為下位機，中央操作站稱和現場顯示觸摸屏為上位機。下位機采用直接數字控制器（DDC），上位機采用基于Windows2000Pro操作系統。就地計算機控制系統和中央操作站一起組成了完善的DCS集散控制系統。整個系統包括12個子系統，分別是：中央空調、冷站、換熱站、給水系統、排水系統、照明、高壓配電、低壓配電、消防、巡更安防、車庫通風、可燃氣體防護。

2.1.1就地計算機控制系統

就地計算機控制系統控制現場設備，同時完成對各種接入傳感器的數據采集，然后通過通訊口向上位機傳輸所采集的模擬量、設備運行狀態等重要運行數據。另外，當設備運行出現異常時，DDC負責記錄報警信息，包括報警對象、報警時間、報警點的值、恢復正常的時間等，并向上位機傳送報警信息。概括的說，就地計算機是整個控制系統中真正對設備直接控制的關鍵部分。

2.1.2 中央操作站

中央操作站通過專門的工業通訊網絡與就地計算機一起構成完整的集散控制系統（DCS），一方面，它接收來自DDC發送的實時數據，利用自身的計算處理能力，對采集來的數據進行統計處理，形成完善的歷史曲線、報警記錄等統計數據，并提供諸如報表打印等一系列管理功能；另一方面，通過上位機可以完成所有下位機系統的遠程參數整定（Remote Setting)、控制功能選擇、設備遠程操作（Remote Operate）等工作，起到一個總管理者的作用。

中央操作站用完全圖形化的界面直觀地顯示各下位機全部運行參數，如圖1所示，在此基礎上加以處理、記錄。本系統軟件建立在可靠的Windows2000Pro中文平臺上，且內核完全中文化，非常易于學習使用。

在中央操作站可對現場控制器（DDC）進行遠程監控，它們之間利用符合工業標準的現場總線網絡系統進行數據交換，具有高速、可靠、可擴充性好的特點。

在中央操作站和DDC通訊時，使用主從方式，中央操作站作為Master發送指令給DDC，DDC作為Slave處于被動狀態，被傳送的一組數據成為“幀”。觸摸屏發送的幀的結構，如表1所示。

LenL LenH 起始符數據長度節點號命令碼傳送的數據校驗和終止符

LenL

LenH

起始符數據長度節點號命令碼傳送的數據校驗和終止符

本協議每一個數據都是以無符號的8位數據傳送，每次只能傳送0~255之間的數，如果大于255就要將其分解傳送，先傳送低位，再傳送高位，傳送結束后再還原；如果是字符，則傳送字符的ASCII碼的值。其中，‘@’作為通訊的起始符，表示傳送一組數據的開始；LenL表示傳送數據長度的低8位，LenH是高8位。NodeNum是節點號，當中央操作站和多個DDC相聯時，用來標識DDC；CodeNum表示命令碼，用來判斷是向DDC讀或寫數據；Data是要傳送的數據；ChkSum是校驗和，計算方法是從NodeNum開始累加到ChkSum前一個字節為止，在累加過程中，如果溢出將溢出部分丟棄。‘$’是通訊的終止符，表示傳送一組數據結束。

其中，ChkSum（校驗和）是為了提高通訊的可靠性而設置的，它被安排在終止符的前面，以檢查傳送的數據是否正確。每次接收到一幀，計算校驗和，若與幀中的校驗和不相等，就認為本次幀傳送錯誤，數據舍棄不用。

2.1.4 通信方式

數據在通信線路上傳輸有方向性，按照數據在某一時間傳輸的方向，線路通信方式可以分為單工通信、半雙工和全雙工通信方式。系統采用485總線通信，因此線路通信方式為半雙工方式。傳輸速率是指單位時間內傳輸的信息量，它是衡量系統傳輸的主要指標。調制速率是脈沖信號在經過調制后的傳輸速率。信號在調制過程中，單位時間內調制信號波形變化次數，也就是單位時間內能調制的調制次數，其單位是波特（Baud）。調制速率和數據信號速率在傳輸的調制信號是二態串行傳輸時，兩者的速率在數值上是相同的，否則就不一樣。

3 設計功能詳述

3.1 各系統的構成及功用

整個系統分為12個子系統，分別是：中央空調、冷站、換熱站、給水系統、排水系統、照明、高壓配電、低壓配電、火災自動報警及消防聯動控制系統、巡更安防、車庫通風。各系統的構成及功用如表2所示。

系統名稱 監視對象 控制內容 中央空調智能系統 空調機組的送風機、回風機和相應的電動調節閥（包括加熱、加濕、制冷和風門執行器） 1. 根據房間的平均溫濕度與設定的溫濕度對比后根據以PID算法為基礎控制模型計算后自動控制電動調節制冷閥、加熱閥與加濕閥的開度。 2. 聯動控制3. 保護控制 冷凍站智能系統 1.（冷）交換器、換熱水泵 2. 換熱水泵的運行狀態和故障、蒸汽壓力與流量、蒸汽供汽/凝水溫度、熱水進水/出水溫度、一次/二次冷水進水/出水溫度、蒸汽/冷水調節閥溫度、換熱泵的電流信號等。 根據要求啟停冷水機組、冷卻泵、冷凍泵、電動蝶閥、冷卻塔風扇；冷水機組臺數控制、冷凍水壓差控制、冷卻水溫控制、定壓水罐壓力控制、補水箱液位控制 換熱站智能系統 對樓內空調機組、冷水機組、排煙風機、照明、變配電、新風機組及大廳噴泉水幕系統等實施自動化節能控制及設備運行狀態監視 1.冬季模式下，通過調節模擬熱水出水溫度的旋鈕來控制蒸汽調節閥的開度（PI調節） 2.夏季模式下，通過調節模擬二次側冷水出水溫度的旋鈕來控制一次側冷水調節閥的開度（PI調節） 生活給水排水智能系統 1. 生活泵、加壓泵、變頻器、中區/高區水箱水位、蓄水池 2. 排水泵、排污泵、積水坑/污水坑水位 1.水位控制生活泵的啟停、根據加壓泵總管出口壓力自動調節變頻器的變化、控制大樓的蓄水池自動啟停水泵 2. 積水坑/污水坑水位高于啟泵水位時自動啟動排水泵、排污泵，水位低于停泵水位時自動停排水泵、排污泵；積水坑/污水坑水位高于報警水位時，啟動備用泵 照明智能系統 1. 大廳、車庫、東西區走道的照明、辦公、障礙照明、建筑物立面照明 1. 根據照度控制或者由個人自行遠程集中控制 2. 實現以周為單位預設定實現定時控制 高低壓配電智能系統 1. 高低壓配電柜、變壓器 2. 電壓、電流、功率因數、變壓器、有/無功功率、斷路器的狀態 1.變壓器溫度超限報警 2.斷路器動作報警 3.自動計算有功功率、無功功率 車庫通風智能系統 1. 送風機、排風機的運行狀態、二氧化碳的濃度、車位的狀態 1.據測得二氧化碳的濃度與系統設定值比較，啟停送風機與排風機 2.自動判斷車位的有無 巡更安防智能系統 1. 更點、微波移動檢測器、線纜周界檢測器、玻璃破碎檢測器 2. 按照預先的設定線路檢測各個巡更點的狀態 1. 指定巡更路線和每巡更段完成的最長時間來檢測巡更人員的工作狀態，對他們的巡更情況進行監督、記錄，并能對意外情況報警和及時的處理。 2. 巡更超時報警、巡更暫停報警、各個檢測點報警 建筑消防智能系統 1.溫感器、感煙器、消防水泵、噴淋泵、定壓泵、火災廣播、疏散照明、正壓風機、排煙風機 1. 準確探測產生火災的警情并及時報警 2. 在確認火災發生后，可實施人工或自動滅火及阻隔火災的控制

系統名稱

監視對象

控制內容

中央空調智能系統

空調機組的送風機、回風機和相應的電動調節閥（包括加熱、加濕、制冷和風門執行器）

1. 根據房間的平均溫濕度與設定的溫濕度對比后根據以PID算法為基礎控制模型計算后自動控制電動調節制冷閥、加熱閥與加濕閥的開度。

2. 聯動控制3. 保護控制

冷凍站智能系統

1.（冷）交換器、換熱水泵

2. 換熱水泵的運行狀態和故障、蒸汽壓力與流量、蒸汽供汽/凝水溫度、熱水進水/出水溫度、一次/二次冷水進水/出水溫度、蒸汽/冷水調節閥溫度、換熱泵的電流信號等。

根據要求啟停冷水機組、冷卻泵、冷凍泵、電動蝶閥、冷卻塔風扇；冷水機組臺數控制、冷凍水壓差控制、冷卻水溫控制、定壓水罐壓力控制、補水箱液位控制

換熱站智能系統

對樓內空調機組、冷水機組、排煙風機、照明、變配電、新風機組及大廳噴泉水幕系統等實施自動化節能控制及設備運行狀態監視

1.冬季模式下，通過調節模擬熱水出水溫度的旋鈕來控制蒸汽調節閥的開度（PI調節）

2.夏季模式下，通過調節模擬二次側冷水出水溫度的旋鈕來控制一次側冷水調節閥的開度（PI調節）

生活給水排水智能系統

1. 生活泵、加壓泵、變頻器、中區/高區水箱水位、蓄水池

2. 排水泵、排污泵、積水坑/污水坑水位

1.水位控制生活泵的啟停、根據加壓泵總管出口壓力自動調節變頻器的變化、控制大樓的蓄水池自動啟停水泵

2. 積水坑/污水坑水位高于啟泵水位時自動啟動排水泵、排污泵，水位低于停泵水位時自動停排水泵、排污泵；積水坑/污水坑水位高于報警水位時，啟動備用泵

照明智能系統

1. 大廳、車庫、東西區走道的照明、辦公、障礙照明、建筑物立面照明

1. 根據照度控制或者由個人自行遠程集中控制

2. 實現以周為單位預設定實現定時控制

高低壓配電智能系統

1. 高低壓配電柜、變壓器

2. 電壓、電流、功率因數、變壓器、有/無功功率、斷路器的狀態

1.變壓器溫度超限報警

2.斷路器動作報警

3.自動計算有功功率、無功功率

車庫通風智能系統

1. 送風機、排風機的運行狀態、二氧化碳的濃度、車位的狀態

1.據測得二氧化碳的濃度與系統設定值比較，啟停送風機與排風機

2.自動判斷車位的有無

巡更安防智能系統

1. 更點、微波移動檢測器、線纜周界檢測器、玻璃破碎檢測器

2. 按照預先的設定線路檢測各個巡更點的狀態

1. 指定巡更路線和每巡更段完成的最長時間來檢測巡更人員的工作狀態，對他們的巡更情況進行監督、記錄，并能對意外情況報警和及時的處理。

2. 巡更超時報警、巡更暫停報警、各個檢測點報警

建筑消防智能系統

1.溫感器、感煙器、消防水泵、噴淋泵、定壓泵、火災廣播、疏散照明、正壓風機、排煙風機

1. 準確探測產生火災的警情并及時報警

2. 在確認火災發生后，可實施人工或自動滅火及阻隔火災的控制

以上弱電子系統在整棟建筑物內擔負著各自不同的功能，各系統的功能既相互關聯又相互獨立，如何利用現代網絡技術和高效可靠的網絡操作平臺實現相關功能子系統的互連、資源共享及信息交換，是保證本建筑內整個弱電系統能充分發揮其功能的核心問題。

3.2 集成系統的操作平臺

本系統采用重慶太和空調自控有限公司開發的大型建筑弱電系統集成軟件作為系統集成軟件操作平臺，是為完成智能建筑領域的控制集成和信息集成而開發設計的系統集成產品，通過系統內嵌的數據平臺與應用集成平臺，達到所有子系統間高效、可靠的信息交換，從而為智能大廈與智能小區提供靈活的解決方案，解決當前智能建筑系統集成過程中廣泛存在的問題。系統內部建有智能建筑各常用弱電子系統的標準控制模板，調試人員可根據工程項目的實際需要，靈活方便的裁剪出滿足設計要求的各子系統操作界面，完成對智能建筑功能子系統的集成，使現場調試人員無需編程，便可完成工程組態和調試，最終呈現給用戶滿意的功能和界面

系統主要特點如下：

采用Internet時代的B/S三層體系架構

支持局域網和廣域網的遠程監控和維護

內嵌實時數據庫保障子系統間數據交互

靈活的用戶權限管理，完善的安全保障機制，提供多級權限管理

綜合各個控制子系統的歷史和當前狀態信息，提供相關報告

系統內優化和聯動控制， 提供實時的系統間聯動功能

支持已開發工程及子系統的直接復用

支持LONWORKS現場總線

能夠支持第三方應用系統的集成，同時能夠被第三方系統集成

4 系統集成中決策支持系統需要解決的問題

集成后的系統往往很龐大，這個龐大的系統的復雜性并不是其組成的各個子系統的復雜程度的簡單代數和，往往是各個子系統復雜程度之和的幾十倍甚至數百倍，而我們常常面臨著這樣的大系統中的組織管理、協調、規劃、預測和控制等重大決策問題。這些問題的特點表現在層次結構上越來越復雜，空間活動的規模上越來越大，時間尺度上越來越快，后果和影響上越來越廣泛和深遠。

系統的復雜性和因素的模糊性，給系統帶來了新的問題，如：

4.1 知識獲取的不完全性

由于受認知過程的復雜性和認識水平的制約，此時人們獲得的數據往往是不精確的，即有所了解，但不全面；有所掌握，但不肯定；有所估計，但不確切。

此時，決策所需的規則往往是經驗式的。規則的前件或后件所包含的概念外延不清晰。用精確數學模型已經不能較好的描述這些大量存在的模糊概念了。

決策約束指標可能不是定量的指標，往往是類似如“較大”、“很高”、“非常快”等自然描述語言。

5 結束語

作為建筑智能化系統集成的應用實例，該系統構建了綜合局域網絡及現場控制總線網絡，通過智能建筑專用軟件平臺，良好的實現了各相關功能子系統的互連、信息交換及資源共享，并為日常管理提供了先進的智能化管理手段。

1 胡崇岳主編.智能建筑自動化技術機械工業出版社，1999.6

2 徐應聲智能建筑系統集成化技術. 建筑學寶，1992

[Abstract]The paper analyze the construction of intelligence building systems ， with the design scheme ，configuration of the simulative system ofintelligence buildingspresented. It introduce standard opening structurewith mutual operation mode . It also contain all of the subsystem of the intelligent buildings.

[Keywords]building intelligence ; computer control ; system integrated