智能樓宇自動控制系統的設計與應用研究

隨著現代建筑技術和各項科技的發展，建筑工程逐漸走向智能化，其中智能樓宇的自動控制系統已經成為重要的表現之一，推動建筑工程質量的進一步提高。智能樓宇的自動控制系統是在結合計算機技術、自動控制技術、通信技術等的基礎上發展而來的，通過多技術融合而形成高度自動化、智能化的控制系統，為人們提供更加便捷的住房體驗。在智能樓宇自動控制系統的設計與應用過程中，相關人員應遵循相關原則，保障設計工作的正常運轉，建設出符合社會要求的智能樓宇，從而體現出智能樓宇的優越性，促進建筑工程的發展。
1、樓宇自動化概述
樓宇自動控制系統，又被稱為建設設備自動化系統，在通過智能監測與控制樓宇建筑內部的環境、安全設備、能源使用情況等過程中，不斷提升用戶的使用體驗，從而為用戶營造出良好、舒適的生活空間，也能符合現代建筑節能、安全的基礎要求。樓宇自動化應用的是現代控制理論中的集散型計算機控制技術，也是常見的分布式控制系統，其特點是能夠實現集中管理與分散控制。通過利用分布在現場被控設備處的微型計算機控制裝置完成被控設備的實時檢測和控制任務，突破了傳統計算機集中控制過程中可能出現的危險狀況、高度集中不足和常規儀表控制功能單一等的局限性，使得控制系統能夠妥善地完成對樓宇各處設備裝置的集中控制。例如，安裝在中央控制室的中央管理計算機具有CRT顯示、打印輸出、通信功能等功能，能夠在中央控制室實時對各處裝置進行集中操作，如報警、打印、優化控制等，改善傳統儀表控制中的分散局面，使得人機之間的聯系更加緊密，有利于統一管理樓宇設備，保證設備處于最佳狀態，加強樓宇自動化控制。
而為了更好地實現智能樓宇自動控制系統的建設，則要求人們對智能樓宇有清晰的了解。智能樓宇是在現代科學技術和建筑技術不斷發展的過程中形成的新的建筑理念，在智能化、節能化成為現代社會各行各業的追求目標時，加強智能樓宇建設是大勢所趨。智能建筑是在傳統建筑理念的基礎上形成的一種新的建筑理念，通過在建筑過程中融入智能化發展理念，從而對樓宇進行智能化改造，為用戶提供更加便捷、安全、舒適的居住環境，提升用戶的居住體驗。智能樓宇建設中自動控制系統是一種典型表現，目前主要在變配電控制、水暖控制、空調設備自動控制、照明設備自動控制、安保系統等方面開展自動控制。
樓宇自動化功能主要包括以下五點：一是自動監視被控制各種機電設備的起落，顯示出樓宇內設備的運轉情況。二是自動檢測、顯示出各種設備運行過程中的參數變化并集合成歷史數據，實現對數據的集合，及時檢測出異常數據，避免安全事故的發生。三是能夠根據外界的條件變化自動調節各項設備參數，保障設備始終處于最佳的運行狀態。四是針對突發事件進行有效檢測并傳輸至相應負責人的設備，使得事件得到及時處置。五是實現對樓宇內部各項控制設備的集中、統一管理，并推動樓宇管理的自動化，以及實現對設備檔案、設備運行報表、設備維修管理等日常數據的管理。
綜上，智能樓宇是時代發展的必然產物，也是當前乃至未來很長一段時間內智慧城市建設的重要突破口，對實現現代人類居住條件的改善有著重要意義。
2、樓宇自動控制系統的重要意義
2.1促進建設節能效率的提高
通過在智能樓宇建設中加強自動控制系統的設計與應用，能夠實時監控區域內的電力系統、空調系統等使用情況。當設備出現超負荷的情況時，控制系統能夠優化現有資源的配置，在保障基礎使用功能的前提下，盡可能地節省資源，減少資源浪費，體現出現代建筑中的節能理念。隨著人們生活條件和生活理念的變化，樓宇自動控制系統獲得了越來越多用戶的喜愛。而相關的研究結果顯示，通過在智能樓宇建設中使用自動控制系統可節約1/5的電腦，大大提高了樓宇對電能的使用效率，有效減少了電能浪費情況，這在原本的建筑工程中是難以依靠人力而達到的。
2.2延長建筑設備的使用期限
建設設備一般擁有自身的使用期限，少則數年，多則數十年，是支撐建筑功能的重要工具，通過延長建設設備的使用期限，是節約資源、節約成本的一種形式，可以降低建筑商運營成本。通過安裝智能樓宇自動控制系統，能夠持續地監控與記錄樓宇內各項設備的運行狀況，保障各項設備穩定運行。而當設備的運行狀況、參數出現問題時，通過電子信號能夠及時在中央控制計算機中顯示，并派遣人員進行維護與保養。以電梯為例，作為智能樓宇的一大表現，除了日常維護電梯，電梯運行出現故障時也能夠清楚地在顯示屏中顯示，并等待維修人員進行維修。此外，在對設備自動監控時也會記錄相應的維修情況和故障原因，使得設備管理更加科學，可以延長樓宇設備的使用期限。
2.3控制人力成本
在常規的建筑中不會設置自動控制系統，但又需要檢測不同設備的日常運行情況，避免安全事故的發生。因此，只能依靠人工檢測，增加了建筑工程的人力成本。通過建設樓宇自動控制系統，能夠促進設備檢測的智能化發展，系統能夠根據實際需要自覺調整運行參數，使得樓宇設備始終處于最佳狀態，而不再需要依靠人力檢測，大大地節省了人力成本。研究結果顯示可以節約60%的人力成本。
2.4提升建筑安全管理水平
建筑的安全是關系樓宇建筑與管理質量的重要指標，除了建筑過程中的工程安全，建筑完成后樓宇日常的安全管理也至關重要。以停車管理為例，大多數小區都會設置地下停車場，在汽車數量不斷增加的當下，避免小區車輛進出發生碰撞等安全事故成為日常安全管理的重要內容。而通過自動控制系統能夠顯示出停車場的車位和進出情況，實現對車輛進步的統一規劃。
3、智能樓宇自動化控制系統設計分析
3.1系統設計
智能樓宇自動化控制系統涉及對電力、空調、冷熱源、照明、消防報警控制、環境監控、能源管理等一系列內容的控制。自動控制系統的功能主要是實時監控外界環境、負載等的變化情況，從而自動調解設備的運行，保證設備運行處于最佳狀態，有效監控火災、停電等意外情況，保障電力、供水、供熱的正常進行，并實現對能源的自動調節管理與使用。在此基礎上誕生的智能樓宇自動控制系統應當包含以下三個子系統。
3.1.1環境能源系統
作為保障樓宇日常能源供應的重要組織，環境能源系統涉及用戶生活的方方面面，注重能源環境系統的設計具有重要意義。在目前的環境能源系統設計中，應分為三個重要部分。
一是電力照明。作為能源系統的重要任務，控制電力要求系統能夠根據實際情況的變化調節電力供應情況，控制變壓器的天數與發動機相符合，及時對停電情況進行復電處理，負責晝光照明及點滅調光等控制，集中管理與控制日常樓宇照明涉及的設備，使得電力資源的利用效率最大化。
二是空調衛生。空調衛生涉及對新風的取入與供冷的控制，負責控制冷熱源的機器數、二氧化碳等濃度，以及隔熱、蓄熱等各項熱控制。保障最優控制空調的冷熱輸出，實現預熱預冷，保持設備始終處于最佳運行狀態。除此之外，空調衛生還會涉及太陽能的集熱控制與對蓄熱槽、給排水的控制。
三是運輸。運輸系統的管轄范圍包括電梯群和自動扶梯、自動停車場、自動搬運機、自動計量器等。同時實現運輸的系統化、智能化，保障樓宇內部運輸的有序進行，避免因擁擠等而造成安全事故。
3.1.2物業管理
在現今的智能樓宇中都會配備物業管理人員，通過建設自動化物業管理控制系統，能夠有效提高物業管理效率，提升住戶的居住體驗感。物理管理系統主要涉及計算和維護保養兩個方面內容。在計算中要求計算運行能量、用戶的租金，以及整理和分析運行數據，同時診斷系統異常和節能情況，并記錄相應的報警記錄，準確監控樓宇中的各項運行情況。而維護保養涉及記錄物業管理及其維護時間，當臨近檢修時間時能夠及時提醒相關物業管理人員組織檢修，保障設備、機器的正常運行。此外，還要負責診斷機器劣化程度和故障情況，系統自動生成相關數據作為修理參考，還要負責更新自動清掃機的軟件程序。
3.1.3安保管理
安保管理系統涉及防災、防范和數據三項內容。對于防災而言，要注意對火災的自動控制，通過安裝自動滅火器等形式監測火災，盡可能減少火災的影響。同時安排人員進行防排煙、引導，提高消防效率，在火災結束后迅速恢復樓宇供電，謹防漏電、漏氣情況的發生。
而防范則主要是管理樓宇日常進出情況，除業主外管理其他人員的進出情況，安排面部或指紋掃描機，盡可能保障進出人員的安全。同時，安裝監控設備自動監督樓宇內部情況，將傳感器技術應用于報警裝置，打擊違法犯罪。根據系統設定合理的管理時間表，結合閉路電視實現對樓宇的自動防范。而數據則主要對內部數據的儲存，如記錄指紋、聲紋、面部特征等，作為安保管理的重要依據，同時自動保存與管理樓宇的監控數據，當超過一定期限時自動刪除，使得系統始終擁有充足的儲存空間，保證系統運行的效率。
3.2系統的控制策略
在設計智能樓宇自動控制系統時，應仔細規劃其控制管理功能，使各項功能做到層次分明、互不干擾，保障系統的有效運行。在追求智能化的過程中，智能樓宇需要具備很多功能，需要各種各樣的設備、技術支持保障樓宇智能化功能的實現。在擁有設備后如何實現對設備的集中控制與管理也成為一大難題，在現有技術的基礎上，目前主要通過集中管控與集散控制系統實現。集中管控是一種典型的由計算機控制的系統，設備的監控點與報警點都被連接至中央控制室，由中央控制室的計算機負責集中處理這些設備的數據，并將得到的運算結果傳輸回執行器。這種集中管控的方式所需要處理的數據量較為龐大，極大地增加了自動控制系統的復雜性。而集散控制系統是在分布式理論的基礎上所形成的一種控制策略，將系統下的通信網絡以總線型結構分級分布的方式展開，系統能夠在運行時末端的控制器通過建立數學模型操縱分散設備。中央主機只需要反映各設備的結果，就能實現對不同設備的管理，有效提高了管理控制效率。
4、智能樓宇自動控制系統的應用
4.1智能卡系統
為了保障智能樓宇的安全性，將智能卡系統應用于自動控制系統，為樓宇內的用戶、工作人員等配備相應的智能卡，用戶通過識別智能卡的形式進出樓宇。通過刷卡的方式向自動控制系統提供認證信息，只有符合認證的人員才能自由進出，刷卡點設置在門禁、車庫等重要的進出位置，實現對出入人員身份的有效識別，極大地提升了智能樓宇進出的安全性。
4.2視頻監控系統
自動控制系統中視頻監控系統具有良好的應用意義，智能樓宇的運行中最主要的是保障安全，通過安裝視頻監控系統的方式能夠清晰地掌握樓宇內部、外部的情況。在視頻監控系統中除了常見的監控設備外，還要配置相應的防盜報警、信息巡防等設備，在樓宇的大門、過道、電梯等公共場所安裝視頻監控設備，能夠隨時掌握樓宇的環境狀況，避免各類沖突的發生。協調不同的管理區域內的人員，盡可能地覆蓋監控范圍，例如，通過在商業區中監控設備連接防盜報警裝置，能夠在警報觸發時傳達至監控室，保障值班人員能夠及時地找到事故位置，提高處理事故的效率。
4.3設備管理系統
在智能樓宇的建設過程中需要安裝大量的設備，實現設備管理的自動化能夠有效提高管理效率。以空調設備的安裝為例，在空調機組中采用PLC編程進行控制，能夠使得空調根據室內環境的變化自動調節風量和溫度，實現以室溫控制空調溫度，為用戶帶來更好的體驗。同時在空調設備中安裝傳感器，在夜間自動管理空調，能夠有效減少空調設備的能耗。諸如此類的設備自動控制管理不僅能大大提升樓宇設備的智能化水平，還能落實節能減排的現代環保理念。
5、結束語
通過設計與應用智能樓宇自動控制系統，能夠更加符合智能樓宇的建設需求，提升現代建筑的智能化、自動化水平。自動控制系統的深入應用使得人們的生活更加便捷，提升人們的居住體驗，是現代建設的發展方向。