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建筑设备监控系统在建设工程中的应用分析

发表时间：2020/11/4 来源：《基层建设》2020年第21期作者：廖祥龙

[导读] 摘要：本文以某建设工程的楼群建筑设备监控系统建设为例，对建筑设备监控系统在建设工程中的重点、难点、关键点进行了介绍，分别探讨了系统网络结构、系统总体要求、各机电系统的功能设置、控制软件功能，为楼宇自控的建设工程提供借鉴。

        四川省机场集团有限公司四川成都 610202
        摘要：本文以某建设工程的楼群建筑设备监控系统建设为例，对建筑设备监控系统在建设工程中的重点、难点、关键点进行了介绍，分别探讨了系统网络结构、系统总体要求、各机电系统的功能设置、控制软件功能，为楼宇自控的建设工程提供借鉴。
        关键词：建筑设备监控系统；建设工程；机电系统楼宇控制
        引言
        建筑设备监控系统主要是指为办公楼宇服务的各机电设备，如多联机新风系统，直膨式空调机组，送排风系统，给排水系统，燃气热水器群控系统，智能灯控系统，立面泛光、总平路灯控制系统，电梯系统，低压配电监控系统，能源计量系统，机房动环系统，机房视频监控系统集成控制和联动，通过实现建筑设备自动化控制，以达到合理利用设备，节省能源、节省人力，确保设备安全经济稳定运行。
        一、工程概况
        本项目为办公区楼群项目总规模38万平米，建筑设备监控系统集成管理单体建筑分为18个区域。建筑设备监控系统对机电设备和各个系统进行集中监测、控制和管理，提供机电设备和系统运行状况的有关数据、资料、报表，具有不同应用场合下调度控制的运行方案，为日常运营和高效管理提供服务，为各建筑内机电设备提供一套完善的自动化管理解决方案。
        通过生产设备网总线，与包括但不限于多联机空调系统，多联机新风系统，直膨式空调机组，送排风系统，给排水系统，燃气热水器群控系统，智能灯控系统，立面泛光、总平路灯控制系统，电梯系统，低压配电监控系统，能源计量系统，机房动环系统，机房视频监控系统集成控制和联动，以上各系统的集成平台称为“建筑设备监控系统”。
        二、建筑设备监控系统
        （一）系统网络结构分析

        1.建筑设备监控系统采用集散式控制，两层或三层网络结构，两层网络即管理层、监控层；三层网络架构即管理层、监控层和现场设备层。现场控制器之间以点对点无主从对等方式进行直接数据通讯。
        2.系统通过对建筑内各种机电设备的信息进行分析、归类、处理、判断，采用最优化的控制手段，进行集中监视和遥控，提高对建筑的管理水平，降低设备故障率，减少维护及运营成本，使各个子系统设备始终处于协同一致、有序的状态下运行。有效降低建筑内各系统能耗，确保系统达到高效、节能、环保和安全可靠的运行。
        3.管理级网络：基于生产综合设备网络，系统设有建筑设备监控系统的监控中心以及各建筑单体分站，监控中心内管理服务器及工作站应采用双机热备。管理层采用Ethernet技术以10/100Mbps自适应的数据传输速度，支持TCP/IP传输协议，实现与建筑物中其它相关系统和独立设置的建筑设备监控系统之间的数据通信，系统集成以及其它厂商设备和系统的联接。通过这层网络应能把建筑设备监控系统中所有监控信息及时地反馈到监控中心，而监控中心也可通过这一网络传输程序，指令等到有关设备。
        4.现场控制层网络：采用TCP/IP以太网控制网络技术，设直接数字控制器（DDC），其功能主要是实现网络匹配和信息传递，具有I/O控制及扩展功能。DDC控制器须自身带有以太网接口，以高速通讯方式与上一级中心管理服务器进行信息交换，其通讯速率为10/100M自适应，实时性强。监控中心应可以通过这层网络把信息传送到任何指定的数据通信。所有DDC控制器应以同等地位即点到点方式彼此互通信息，无需通过监控中心，通讯速率为10/100M自适应。
        （二）系统总体分析
        1.现场数字控制器（DDC）应具有独立的工作能力，系统完成初始化、控制程序下载后，DDC能在脱离主控或分控计算机维持掉线前的控制状态，独立完成各种控制及监测工作。
        2.系统采用集散型控制系统，实现集中管理、分散控制，减少故障风险，提高可靠性。中央管理工作站与各分站通过网络连接实现数据传递与交换。
        （三）各机电系统功能分析
        1.多联机空调系统
        多联机本身独立有监控系统，建筑设备监控平台实现其组网远程控制、监测运行状态和运行报警。需要接入的内容有室内温度反馈、温度设定权限、启停控制权限、运行模式切换权限、风速反馈、故障报警。
        2.多联新风系统
        建筑设备监控平台实现其组网远程控制、监测运行状态和运行报警。需要接入的内容有室内温度反馈、温度设定权限、启停控制权限、运行模式切换权限、故障报警信息。
        3.空调机组
        建筑设备监控平台实现其组网远程控制、监测运行状态和运行报警。需要接入的内容有室内温度反馈、温度设定权限、启停控制权限、运行模式切换权限、故障报警信息。
        4.各类风机
        建筑设备监控平台实现其组网远程控制、监测运行状态和运行报警。需要接入的内容有运行状态反馈、故障报警、手自动状态、启停控制权限。
        5.低压电力监控
        系统本身独立有监控系统，建筑设备监控平台实现其组网远程控制、监测运行状态和运行报警。需要接入的内容有故障报警、相电压信号、相电流信号、有功功率反馈、无功功率反馈、功率因素反馈、总功率反馈、频率反馈。
        6.室内智能照明
        系统本身独立有监控系统，建筑设备监控平台实现其组网远程控制、监测运行状态和运行报警。需要接入的内容有回路开关状态反馈、回路开关控制权限。
        7.立面泛光照明、总坪路灯
        建筑设备监控平台实现其组网远程控制、监测运行状态和运行报警。需要接入的内容有回路开关状态反馈、回路开关控制权限。
        8.机房动环监测
        建筑设备监控平台实现其组网远程控制、监测运行状态和运行报警。需要接入的内容有机房温湿度、漏水报警、UPS运行状态、精密空调运行状态、各配电回路状态、机房重要设备监控视频。
        9.燃气热水器
        建筑设备监控平台实现其组网远程控制、监测运行状态和运行报警。需要接入的内容有运行状态反馈、故障报警、手自动状态、启停控制权限。
        10.无负压供水
        建筑设备监控平台实现其组网远程控制、监测运行状态和运行报警。需要接入的内容有运行状态反馈、故障报警、手自动状态、启停控制权限。
        11.雨、污泵排水
        建筑设备监控平台实现其组网远程控制、监测运行状态和运行报警。需要接入的内容有液位检测反馈、运行状态反馈、故障报警、手自动状态、启停控制权限。
        12.电梯
        建筑设备监控平台实现其组网远程控制、监测运行状态和运行报警。需要接入的内容有运行状态反馈、上行状态反馈、下行状态反馈、故障报警。
        13.能源计量
        建筑设备监控平台实现其组网远程控制、监测运行状态和运行报警。需要接入的内容有水、电、冷热负荷相关数据。
        （四）控制软件功能分析
        1.建筑设备监控系统对相关的设备实行信息共享的综合管理。监控中心对各建筑单体内各机电设备的运行、能源使用及节能情况等实现综合监测和管理。建筑设备监控系统调度员在监控中心大屏幕上可直接看到所有关联设备的网络结构和物理布局，能保证操作权限管理和监测内容的直观性。
        2.监控中心的服务器和各分控站的工作站共同连接在同一个网域的以太网中，具有数据的同步更新能力。具有相应操作权限的系统操作或者管理人员可在系统任何一台工作站上登录建筑设备监控系统并且进行与其权限界定内容相符的操作。

        3.系统的受控设备能根据机电设备运行计划表进行运行状态预设，并能根据现场情况和实际需要进行实时调整。完成与运行区域相关设备、空调系统、送排风系统、给排水系统、燃气热水器群控系统、照明系统、电梯系统等分级控制和管理。
        4.系统应提供编程工具，设计控制顺序，编制符合现场要求的应用控制程序。应用程序的编制应有多种控制模式，如：依据春夏秋冬温度控制原则、时间控制原则（分区域分时间段设定）、节假日控制原则、节能／群控原则、分区域性控制、单个设备参数调整、分专业群体参数调整、关键参数可视化维护人员调整等。实现对诸如工作联动、区域性控制、时间段控制等中所管理的点位手动的编排功能。
        5.所有受控设备在启动时，凡可能危及到设备和操作人员安全时，这类设备必须设有手动／自动转换开关，且系统只进行监视其工作状态、调节其运行参数，不得进行设备启／停的控制。并在中心控制器上显示上述设备的运行状态和手动／自动状态及故障报警显示。
        6.系统可自定义多级不同操作权限的级别设置和用户口令，只有经过授权的操作人员才能完成系统有关程序和运行参数的增/删和修改。所有操控终端的用户界面均保持统一的风格，提供统一的用户界面。
        7.报警的级别：报警的级别分为预警、报警、危险三级，每个优先级应最少支持5个次级优先级，允许进行复杂的报警优先级排序。报警的级别通过颜色、声音和图像显示方式的不同来区分。
        8.系统中每台设备的报警，均要求具有一般告警、重要告警和极限告警三种形式，用户也可以自行定义报警功能，报警信息可被设置发送到指定的工作站。告警时，自动弹出告警信息。操作员通过对告警界面的简单操作即可显示报警设备的详细信息，包括设备位置、故障类型等；极限报警时，系统应设置紧急处理程序，以保证设备及人身安全。全部报警信息均需被记录在数据库中，并可按权限输出，查询、打印。
        9.报警的确认：系统设置报警确认功能按钮。在报警发生时，颜色、声音、闪光、图标状态改变直到操作员按下确认按钮，此后，报警声音消失，报警指示灯变为常亮，其它报警形态仍然保持，只有最后报警信号消失时，系统回复原始正常状态。操作员确认报警后，将进入报警说明页面，该页面详细说明了合适的报警处理程序。操作员的响应记录在时间文件以便后期进行分析。
        10.能根据报警的级别自动归类报警，支持快速按优先级筛选报警，并进行批量确认。自动合并同类事件的反复报警，所有报警信息可以按业主的要求导出为csv或PDF或Excel文档。集中监控和管理机电设备的工作状态，及时诊断、显示设备的故障，进行报警、存储、统计和打印。
        11.该建筑设备监控系统应能自动接收各级分站及DDC控制器上传的统计信息及设备状态信息（正常、故障及报警），并能记录、打印、分析和管理。
        12.建筑设备监控系统软件应具备完善的用户管理功能。通过对用户操作权限的设置可灵活地控制用户操作的对象及操作内容。操作对象应可从单台设备至所有设备任意选择。
        13.应用软件采用分层面向用户的模块化结构，便于系统功能的扩充和更新，同时具有良好的用户界面，较强的容错能力及较短的响应时间。
        14.通过图形、图像、动画、报表等多种方式，表示设备的开/关、等级、人工/自动、温度、流量、湿度、压力、位置、照度等状态和参数，通过键盘或鼠标等操作方式实现对有关设备的监视。
        15.当设备发生故障时，自动报警、可通过报警菜单显示和切换至相关设备的位置画面或提供相关设备的位置信息，便于维护检修，同时建立设备的维护档案。
        16.系统操作软件必须是能够实现实时多任务处理的操作平台，并提供配套的设备管理软件、编程工具软件和绘图软件。还应配有通讯管理软件、PID控制及自适应最优化控制软件、故障诊断软件、能源管理软件、用户在线编程软件，以及数据库编程软件、数据库恢复/备份软件等。具有菜单式的选择方式，良好的人机对话界面。
        17.利用绘图软件，可以绘制并显示工作区各楼层设备的清晰的平面布局图和照明平面回路图、各受控设备控制的工艺流程图、自动控制系统图等，直观显示各受控设备和测试点位的地理位置。
        18.集散式控制系统
        建筑设备监控系统管理系统应采用集中管理分散控制的系统结构，为了系统的稳定可靠，数据不会轻易丢失，必须采用带有处理功能的中间层中央控制单元。中央控制单元可以提供监控、警告和事件管理、数据交换、趋势分析、能量管理、时间表以及数据储存。中央控制单元支持单一或多个Web浏览器用户界面，并采用了密码授权以及IT行业的安全保护技术。
        三、结论
        建筑设备监控系统在建设工程中运用，实现了集中自动监测和自动控制，由现场控制器全面自动控制所有机电设备，达到一些无法由手动实现的控制功能。通过最优化控制程序和预设时间程序控制对所有机电设备，实现全面节能，联动设备管理，能有效减少设备运行管理人员，降低劳动力成本，避免浪费，及时预防事故发生。
        参考文献
        ［1］刘理．建筑智能化系统的应用实践研究［J］．九江学院学报（自然科学版），2018(03) : 13-15.
        ［2］宇文卧龙．配电智能化综合监控系统的开发应用［J］．山东工业技术，2017(06) : 135-136+77.