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[摘 要]楼宇智能化系统也叫建筑设备智能化系统，能自动对建筑内部的环境安全用电设施进行监控，是智能建筑中必不可少的一个重要部分，人们的舒适生活也少不了楼宇智能化系统。其主要部分电气自动化主要负责电力系统的运行和自动控制，通过自动化控制帮助人工操作的繁琐。本文对楼宇的电气自动化控制技术进行探讨，以供参考借鉴。
[关键词]楼宇 电气自动化
中图分类号：TU85-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-068-02
一、工程概况
某大厦总建筑面积51250m2，大厦地上20层，地下2层。其中，地下2层为停车场，地上1～3层为门市，4～9层为办公及会议，10～20层为高级写字间。
二、需要控制的机电设备情况
（1）冷冻/冷却水系统。
冷冻站系统共有5台冷水机组、5台冷却泵、5台冷冻泵、1个分水器、1个集水器位于地下2层；还有5台冷却水塔（每台有3个风机）位于楼顶屋面。
（2）换热站在地下2层，有2台平板式换热器，2台空调热水循环泵。
（3）给排水。
有2个生活水池，7台生活水泵位于地下2层，12个积水坑（每个积水坑有2个污水泵，一用一备），分布于地下1层和地下2层。
（4）空调机组共24台，分布于1～9、15层、16层和地下1层。采用组合式空调机，室内回风与新风混合，经过滤器加热（或冷却）、加湿后送入室内。
（5）新风机组共24台，分布于9-20层，将新风经过滤器加热（或冷却）、加湿后送人室内。
（6）送风机组共9台，分布于地下1层和地下2层，夏天送自然风，冬天送热风，将新风经过滤器加热（仅限于冬天）后送人室内。
（7）风机盘管共有363个，分布于9～20层。
（8）排风机共有17台，分布于地下1层和地下2层。
（9）热风幕共35台，分布于地下1层、地2层和4层。
（10）照明分为楼内照明和泛光照明，楼内照明控制87个回路，泛光照明控制21个回路。
（11）变配电。
变电所在地下1层，共有4台变压器。需要监测每台参数。
三、电气自动化控制
本工程选用了两台MBC、28台MEC、22台DPU及若干模块和前端设备。其中MBC和模块分别用于冷站和变电所，每台MEC用来控制两台空调机组。DPU用来控制排污泵、照明回路、排风机等。前端设备分别用于空调机、新風机、冷/热站、积水坑等处。为了便于对各种设备的集中管理，在楼宇控制中心安装了一台电脑、一台打印机。
按有关标准和规定完成布线和设备安装工作以后，就可以实施对各种设备的监控了，下面分别说明各种设备的监控情况。
（1）冷冻/冷却水系统的监控。
冷冻冷却水系统由冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵、分水器、集水器和冷冻机组等组成。要监控的数据点数量多、类型复杂。我们利用一台MEC-40、若干模块、若干前端设备加上我们在Insigh基础上开发的软件完成这些设备的监控工作，具体控制情况如下：
①冷冻冷却水系统由软件控制，严格按规定的顺序和时间间隔启/停各种设备，控制顺序如下：
开机：开冷却水阀门→开冷却塔风机→开冷却水泵→开冷冻水阀门→开冷冻水循环泵→开冷冻机组；
关机：关冷冻机组→关冷冻水循环泵→关冷冻水阀门→关冷却塔风机→关冷却水泵→关冷却水阀门。
② 冷冻机组运行时，随时检测冷冻/冷却水的水流状态，一旦有冷冻或冷却水停止流动，立即停止冷冻机组运行，以免结冰，造成冷冻机组损坏的严重后果。我们的程序不但可以控制每台冷冻机组的启停，而且还可以使整个冷站达到最低能耗，达到最低的主机折旧率。在管道的适当位置设置温度传感器，以测量空调水供/回水温度，根据程序或管理的日程安排自动开关冷冻机组，根据管理的要求自动切换4台机组的运行次序，累计每台机组运行时间，自动选择运行时间最短的机组运行，使每台机组、运行时间基本相等，以延长机组使用寿命。自动监测各关键设备的运行状态，故障报警，并按照实际情况自动启动备用设备。根据总管水流量及供/回温度，计算系统总负荷来控制空调机组的运行台数。当负荷大于一台机组的15%，则第二台机组运行。
我们在分水器和集水器之间安装了旁通调节阀，并在供/回水管路上分别安装了压力传感器，根据冷冻机组供/回水压力差来调节冷冻水旁通阀开度。确保冷冻水系统供水压力稳定。
我们在冷却水的供/回水总管之间安装了旁通调节阀，通过调整冷却塔风机运行台数和冷却水供回旁通阀开度，使冷却水供回水温度保持在设定的范围内。
补水泵的启停也是由程序控制的。监测膨胀水箱水位，当水位降到低限时启动补水泵，当水位上升到标准水位时停补水泵。在实现自动控制的同时，在中央控制计算机上显示膨胀水箱的水位和补水泵的运行状态，并可做到超低水位报警。
（2）热换站的监控。
热换站与冷冻系统共用一个MBC-40，在管路的适当位置安装了温度传感器和热水调节阀。监测热换器二次测的供水温度，程序将此温度和设定值进行比较，采用比例积分微分算法，闭环调节换热器一次测的供水流量。在保证供热要求的情况下，尽可能地节约能量。
（3）给排水系统的监控。
用水位开关监测生活水池的水位，根据设定的高低水位控制供水阀的开/关。水位降到低水位时开阀，升到高水位时关阀。并做到超低水位（水池将无水）和超高水位（水将溢出）报警。
根据供水管路的压力，控制供水泵的启停，监测供水泵的运行状态，故障时报警。
用水位开关监测各积水坑的高/低水位，当达到高水位时启动排污泵，当水位下降到低位时停泵。每个积水坑中有两个排污泵，程序每次都选择累计运行时间少的泵运行，以确保设备使用均衡。为防止因排污泵等故障造成的污水溢出，监测了超限报警水位，当达到此水位时，系统将报警，以便工作人员及时处理。 （4）空调机组的监控。
当空调机组工作时，控制程序将利用风道温度和湿度传感器GFM65采集的回风温度和湿度与设定的温度和湿度进行比较，利用先进的比例积分微分（PID）算法闭环调节盘管供水阀门的开度（按冬季模式和夏季模式分别调节）和加湿器。由于算法先进，可使振荡最小，并保持精密的控制，始终使室内的温度和湿度接近于设定值。因为室外新风温度在大多数情况下都与设定值相差较多，无论升温还是降温，都要消耗能量，为此，我们根据空气质量检测的结果，由程序自行调节新风阀的开度，既可保证室内空气质量，又可避免几能量的浪费。在春秋过渡季节，因无需温度调节，可将新风阀全开，以获得尽可能多的新鲜空气。通过网络和软件，可以实现在中央控制室对各空调机组进行控制和管理，还可以将各空调机组的风机运行状态、风机故障报警、过滤阻塞报警、盘管低温报警等传到中央控制室的控制主机上，一旦有报警发生，程序将使现场控制器发出关机和开水阀等保护动作，以免设备受损。
（5）新风机组的监控。
因为新风机组和送风机组无回风，所以风道温度和湿度传感器GFM65安装在送风管道上。对新风机组和送风机组来说，只要机组工作，新风阀就得全开，不需要调节，因此选用开关式风阀驱动器。因为进来的都是新风，所以不用监测空气质量。
（6）送风机组的监控。
送风机组工作情况与新风机组大体相同。区别只有两点：其一，送风机是为地下车库送新风的，不需要调节湿度；其二，送风机组在发生火灾事故时必须启动，当消防系统启动送风机时，新风阀必须随之全开。
（7）风机盘管的监控。
由于风机盘管在空调系统中只起微调作用，各个房间对温度的要求也不统一，很难集中控制。而且，可通讯的风机盘管控制器的价格是普通型的数倍（362风机盘管控制器将增加相当多的投资），从性能价格比来看，现阶段采用连网集中管理分散控制风机盘管方式的意义不大。所以在风机盘管所在房间安装了手动风机盘管控制器，由各房间人员自行调节。但考虑到节能，我们将这些风机盘管分为四组，每组由计算机来控制其电源和水阀。免得楼内无人时还有许多风机盘管开着而造成浪费。
（8）排风机系统的监控。
这些排风机平时用作排风，火灾时用作排烟。为了便于设备的集中管理，在不影响消防系统的情况下，对每台排风机进行启停控制，使其按一定的时间间隔，定时启/停。必要的时候，在现场和楼控计算机上都可让每一台风机进行手动启/停。计算；机上可对每一台风机的运行状态和故障状態进行监视，累计运行时间。
（9）热风幕的监控。
本大厦采用的是电热幕。这种电热幕要求电热器关闭后，风扇要继续工作2～3min，以免余热散发不出来而造成损坏。厂家提供的电热幕有两个按键，分别控制电热器和风扇，可在现场手动操作。
楼控系统若想控制热风幕有两种方法：其一是用控制器分别控制电热器和风扇。从技术上讲是很容易的，但要增加一倍的控制点，而控制器的价格很高，每增加一个控制点，将增加一千元左右的投资，建设方难以接受；另一种方法是将热风幕的供电回路分为主回路和辅助回路，主回为电热器供电，辅助回路为风扇供电。重新设计一套控制回路，使主回路一接通，辅助回路随之立即接通，而当主回路断开时，辅助回路延迟一段时间才断开。这样做既达到了控制要求，也节省了投资，所以我们选择了这种方法，仅此一项，就为本大厦节省了近四万元。在楼控中心计算机上，程序首先采集环境温度，当环境温度低于设定值（10℃）时，根据预先设定的时间表控制每台热风幕的启停，并显示热风幕的工作状态。当有特殊情况时，在现场和楼控计算机上都可对热风幕进行手动启动停。
（10）照明系统的控制。
我们利用MBC，DPU、计算机和软件配合，对每一回路按预先设定的时间表进行控制。必要的时候，在现场和楼控计算机上都可对每一路灯进行手动开/关。对公共走廊和泛光照明也实现了光控制，即：当该处较亮时，不开灯。每一路灯的状态可在计算机上显示，并可累计开灯时间。为防止突然灯灭，应用数字输出点的常闭触点控制灯回路。
（11）变配电的监控。
我们监测了全部四台变压器的输出功率、功率因数、用电量和次级回路每相电压、电流，并可按时间累计这些数值。当出现过压、欠压、过流等异常情况时报警。所监测的各项参数均可在楼控计算机上显示。
四、自动化控制中心的计算机中央控制管理
楼控中央控制计算机上安装了楼控管理软件，在此软件基础上进行了二次开发，使其和各控制器实现通讯，完成对各控制器的管理。各种机电设备都是在现场控制器MBC、MEC的程序控制下工作的，但必要时，在楼控中央控制计算机上可以随时改变任意设备的启停状态。在屏幕上可以实现三维图象显示每台设备的系统图，如：冷水机组、水泵、空调机组等；现场控制器随时与楼控中央控制计算机交换数据，楼控中央控制计算机可显示所有测量点如温度、流量、压力、压差等动态趋势图；可监视各设备的工作状态和故障报警。一旦有报警发生，现场控制器将做好保护动作，计算机发出声音，同时在屏幕上显示出报警位置和性质，以提醒工作人员及时处理。可打印输出自动记录及空调系统负荷，并可根据管理部门要求以不同时段累计负荷情况并打印。
五、实施自动化控制所取得的成果。
经过调研，与同等规模，但不采用楼宇自动化的大厦相比：
（1）可节约电能30%以上。
（2）可节约人力60%。
（3）可延长设备使用寿命。
6.4 可以更充分地满足用户需求。
六、结束语
随着现代科学技术的不断发展，国外先进技术的不断引入，电气自动化控制技术也得到了很大的提高。 电气自动化控制水平是我国电子行业发展水平的重要标志。作为一名合格的电气专业人员，我们要适应时代的进步，不断探索电气自动化技术，开创电气自动化发展新局面。
[关键词]楼宇 电气自动化
中图分类号：TU85-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-068-02
一、工程概况
某大厦总建筑面积51250m2，大厦地上20层，地下2层。其中，地下2层为停车场，地上1～3层为门市，4～9层为办公及会议，10～20层为高级写字间。
二、需要控制的机电设备情况
（1）冷冻/冷却水系统。
冷冻站系统共有5台冷水机组、5台冷却泵、5台冷冻泵、1个分水器、1个集水器位于地下2层；还有5台冷却水塔（每台有3个风机）位于楼顶屋面。
（2）换热站在地下2层，有2台平板式换热器，2台空调热水循环泵。
（3）给排水。
有2个生活水池，7台生活水泵位于地下2层，12个积水坑（每个积水坑有2个污水泵，一用一备），分布于地下1层和地下2层。
（4）空调机组共24台，分布于1～9、15层、16层和地下1层。采用组合式空调机，室内回风与新风混合，经过滤器加热（或冷却）、加湿后送入室内。
（5）新风机组共24台，分布于9-20层，将新风经过滤器加热（或冷却）、加湿后送人室内。
（6）送风机组共9台，分布于地下1层和地下2层，夏天送自然风，冬天送热风，将新风经过滤器加热（仅限于冬天）后送人室内。
（7）风机盘管共有363个，分布于9～20层。
（8）排风机共有17台，分布于地下1层和地下2层。
（9）热风幕共35台，分布于地下1层、地2层和4层。
（10）照明分为楼内照明和泛光照明，楼内照明控制87个回路，泛光照明控制21个回路。
（11）变配电。
变电所在地下1层，共有4台变压器。需要监测每台参数。
三、电气自动化控制
本工程选用了两台MBC、28台MEC、22台DPU及若干模块和前端设备。其中MBC和模块分别用于冷站和变电所，每台MEC用来控制两台空调机组。DPU用来控制排污泵、照明回路、排风机等。前端设备分别用于空调机、新風机、冷/热站、积水坑等处。为了便于对各种设备的集中管理，在楼宇控制中心安装了一台电脑、一台打印机。
按有关标准和规定完成布线和设备安装工作以后，就可以实施对各种设备的监控了，下面分别说明各种设备的监控情况。
（1）冷冻/冷却水系统的监控。
冷冻冷却水系统由冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵、分水器、集水器和冷冻机组等组成。要监控的数据点数量多、类型复杂。我们利用一台MEC-40、若干模块、若干前端设备加上我们在Insigh基础上开发的软件完成这些设备的监控工作，具体控制情况如下：
①冷冻冷却水系统由软件控制，严格按规定的顺序和时间间隔启/停各种设备，控制顺序如下：
开机：开冷却水阀门→开冷却塔风机→开冷却水泵→开冷冻水阀门→开冷冻水循环泵→开冷冻机组；
关机：关冷冻机组→关冷冻水循环泵→关冷冻水阀门→关冷却塔风机→关冷却水泵→关冷却水阀门。
② 冷冻机组运行时，随时检测冷冻/冷却水的水流状态，一旦有冷冻或冷却水停止流动，立即停止冷冻机组运行，以免结冰，造成冷冻机组损坏的严重后果。我们的程序不但可以控制每台冷冻机组的启停，而且还可以使整个冷站达到最低能耗，达到最低的主机折旧率。在管道的适当位置设置温度传感器，以测量空调水供/回水温度，根据程序或管理的日程安排自动开关冷冻机组，根据管理的要求自动切换4台机组的运行次序，累计每台机组运行时间，自动选择运行时间最短的机组运行，使每台机组、运行时间基本相等，以延长机组使用寿命。自动监测各关键设备的运行状态，故障报警，并按照实际情况自动启动备用设备。根据总管水流量及供/回温度，计算系统总负荷来控制空调机组的运行台数。当负荷大于一台机组的15%，则第二台机组运行。
我们在分水器和集水器之间安装了旁通调节阀，并在供/回水管路上分别安装了压力传感器，根据冷冻机组供/回水压力差来调节冷冻水旁通阀开度。确保冷冻水系统供水压力稳定。
我们在冷却水的供/回水总管之间安装了旁通调节阀，通过调整冷却塔风机运行台数和冷却水供回旁通阀开度，使冷却水供回水温度保持在设定的范围内。
补水泵的启停也是由程序控制的。监测膨胀水箱水位，当水位降到低限时启动补水泵，当水位上升到标准水位时停补水泵。在实现自动控制的同时，在中央控制计算机上显示膨胀水箱的水位和补水泵的运行状态，并可做到超低水位报警。
（2）热换站的监控。
热换站与冷冻系统共用一个MBC-40，在管路的适当位置安装了温度传感器和热水调节阀。监测热换器二次测的供水温度，程序将此温度和设定值进行比较，采用比例积分微分算法，闭环调节换热器一次测的供水流量。在保证供热要求的情况下，尽可能地节约能量。
（3）给排水系统的监控。
用水位开关监测生活水池的水位，根据设定的高低水位控制供水阀的开/关。水位降到低水位时开阀，升到高水位时关阀。并做到超低水位（水池将无水）和超高水位（水将溢出）报警。
根据供水管路的压力，控制供水泵的启停，监测供水泵的运行状态，故障时报警。
用水位开关监测各积水坑的高/低水位，当达到高水位时启动排污泵，当水位下降到低位时停泵。每个积水坑中有两个排污泵，程序每次都选择累计运行时间少的泵运行，以确保设备使用均衡。为防止因排污泵等故障造成的污水溢出，监测了超限报警水位，当达到此水位时，系统将报警，以便工作人员及时处理。 （4）空调机组的监控。
当空调机组工作时，控制程序将利用风道温度和湿度传感器GFM65采集的回风温度和湿度与设定的温度和湿度进行比较，利用先进的比例积分微分（PID）算法闭环调节盘管供水阀门的开度（按冬季模式和夏季模式分别调节）和加湿器。由于算法先进，可使振荡最小，并保持精密的控制，始终使室内的温度和湿度接近于设定值。因为室外新风温度在大多数情况下都与设定值相差较多，无论升温还是降温，都要消耗能量，为此，我们根据空气质量检测的结果，由程序自行调节新风阀的开度，既可保证室内空气质量，又可避免几能量的浪费。在春秋过渡季节，因无需温度调节，可将新风阀全开，以获得尽可能多的新鲜空气。通过网络和软件，可以实现在中央控制室对各空调机组进行控制和管理，还可以将各空调机组的风机运行状态、风机故障报警、过滤阻塞报警、盘管低温报警等传到中央控制室的控制主机上，一旦有报警发生，程序将使现场控制器发出关机和开水阀等保护动作，以免设备受损。
（5）新风机组的监控。
因为新风机组和送风机组无回风，所以风道温度和湿度传感器GFM65安装在送风管道上。对新风机组和送风机组来说，只要机组工作，新风阀就得全开，不需要调节，因此选用开关式风阀驱动器。因为进来的都是新风，所以不用监测空气质量。
（6）送风机组的监控。
送风机组工作情况与新风机组大体相同。区别只有两点：其一，送风机是为地下车库送新风的，不需要调节湿度；其二，送风机组在发生火灾事故时必须启动，当消防系统启动送风机时，新风阀必须随之全开。
（7）风机盘管的监控。
由于风机盘管在空调系统中只起微调作用，各个房间对温度的要求也不统一，很难集中控制。而且，可通讯的风机盘管控制器的价格是普通型的数倍（362风机盘管控制器将增加相当多的投资），从性能价格比来看，现阶段采用连网集中管理分散控制风机盘管方式的意义不大。所以在风机盘管所在房间安装了手动风机盘管控制器，由各房间人员自行调节。但考虑到节能，我们将这些风机盘管分为四组，每组由计算机来控制其电源和水阀。免得楼内无人时还有许多风机盘管开着而造成浪费。
（8）排风机系统的监控。
这些排风机平时用作排风，火灾时用作排烟。为了便于设备的集中管理，在不影响消防系统的情况下，对每台排风机进行启停控制，使其按一定的时间间隔，定时启/停。必要的时候，在现场和楼控计算机上都可让每一台风机进行手动启/停。计算；机上可对每一台风机的运行状态和故障状態进行监视，累计运行时间。
（9）热风幕的监控。
本大厦采用的是电热幕。这种电热幕要求电热器关闭后，风扇要继续工作2～3min，以免余热散发不出来而造成损坏。厂家提供的电热幕有两个按键，分别控制电热器和风扇，可在现场手动操作。
楼控系统若想控制热风幕有两种方法：其一是用控制器分别控制电热器和风扇。从技术上讲是很容易的，但要增加一倍的控制点，而控制器的价格很高，每增加一个控制点，将增加一千元左右的投资，建设方难以接受；另一种方法是将热风幕的供电回路分为主回路和辅助回路，主回为电热器供电，辅助回路为风扇供电。重新设计一套控制回路，使主回路一接通，辅助回路随之立即接通，而当主回路断开时，辅助回路延迟一段时间才断开。这样做既达到了控制要求，也节省了投资，所以我们选择了这种方法，仅此一项，就为本大厦节省了近四万元。在楼控中心计算机上，程序首先采集环境温度，当环境温度低于设定值（10℃）时，根据预先设定的时间表控制每台热风幕的启停，并显示热风幕的工作状态。当有特殊情况时，在现场和楼控计算机上都可对热风幕进行手动启动停。
（10）照明系统的控制。
我们利用MBC，DPU、计算机和软件配合，对每一回路按预先设定的时间表进行控制。必要的时候，在现场和楼控计算机上都可对每一路灯进行手动开/关。对公共走廊和泛光照明也实现了光控制，即：当该处较亮时，不开灯。每一路灯的状态可在计算机上显示，并可累计开灯时间。为防止突然灯灭，应用数字输出点的常闭触点控制灯回路。
（11）变配电的监控。
我们监测了全部四台变压器的输出功率、功率因数、用电量和次级回路每相电压、电流，并可按时间累计这些数值。当出现过压、欠压、过流等异常情况时报警。所监测的各项参数均可在楼控计算机上显示。
四、自动化控制中心的计算机中央控制管理
楼控中央控制计算机上安装了楼控管理软件，在此软件基础上进行了二次开发，使其和各控制器实现通讯，完成对各控制器的管理。各种机电设备都是在现场控制器MBC、MEC的程序控制下工作的，但必要时，在楼控中央控制计算机上可以随时改变任意设备的启停状态。在屏幕上可以实现三维图象显示每台设备的系统图，如：冷水机组、水泵、空调机组等；现场控制器随时与楼控中央控制计算机交换数据，楼控中央控制计算机可显示所有测量点如温度、流量、压力、压差等动态趋势图；可监视各设备的工作状态和故障报警。一旦有报警发生，现场控制器将做好保护动作，计算机发出声音，同时在屏幕上显示出报警位置和性质，以提醒工作人员及时处理。可打印输出自动记录及空调系统负荷，并可根据管理部门要求以不同时段累计负荷情况并打印。
五、实施自动化控制所取得的成果。
经过调研，与同等规模，但不采用楼宇自动化的大厦相比：
（1）可节约电能30%以上。
（2）可节约人力60%。
（3）可延长设备使用寿命。
6.4 可以更充分地满足用户需求。
六、结束语
随着现代科学技术的不断发展，国外先进技术的不断引入，电气自动化控制技术也得到了很大的提高。 电气自动化控制水平是我国电子行业发展水平的重要标志。作为一名合格的电气专业人员，我们要适应时代的进步，不断探索电气自动化技术，开创电气自动化发展新局面。