建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中國(guó)安防產(chǎn)品網(wǎng)閥門現(xiàn)場(chǎng)總線智能閥門轡能變送器中國(guó)安防產(chǎn)品網(wǎng)閥門現(xiàn)場(chǎng)總線智能閥門轡能變送器變送器陶門變送器現(xiàn)場(chǎng)控制器現(xiàn)場(chǎng)控制龍摘要:本文闡述了建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的基本概念和系統(tǒng)構(gòu)成,根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題,并提供了工程設(shè)計(jì)實(shí)例,為設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、實(shí)用性強(qiáng)的好作品提供了有益的借鑒。關(guān)鍵詞:建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)控制器就地儀表1.引言隨著人類社會(huì)從工業(yè)化時(shí)代進(jìn)入到信息時(shí)代,一方面人們對(duì)建筑的要求已不局限于使用空間，而是更加注重建筑的舒適、安全、方便等方面的要求。另一方面，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、人工智能技術(shù)等的迅速發(fā)展，使得建筑物自動(dòng)化管理成為可能。因此，強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)效益驅(qū)動(dòng)與信息技術(shù)的良好機(jī)遇相結(jié)合，建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。目前,建筑設(shè)計(jì)院在建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中存在許多問(wèn)題:首先,設(shè)計(jì)前不進(jìn)行項(xiàng)目投資評(píng)估,而過(guò)于追求系統(tǒng)的規(guī)模和檔次,認(rèn)為規(guī)模大、檔次高就是水平的體現(xiàn),這是片面的；其次,不遵循設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和制圖規(guī)范,隨意性強(qiáng),給深化設(shè)計(jì)帶來(lái)不必要的麻煩；再次,是設(shè)計(jì)深度不夠,表面上看,系統(tǒng)是有了,但離設(shè)備選型和安裝的要求還相差很遠(yuǎn),比如:未提供橋架穿樓板、墻體條件,該預(yù)埋的主干線路未預(yù)埋等等；最后,就是設(shè)計(jì)的系統(tǒng)實(shí)用性差,工程實(shí)踐的調(diào)查表明:目前,大多數(shù)智能建筑達(dá)不到節(jié)能的目的,有的甚至不能正常運(yùn)行。這固然有很多原因,但作為建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者,我們應(yīng)避免在設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)上可能出現(xiàn)的問(wèn)題。所以,我們有必要對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和步驟進(jìn)行探討和研究。建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是運(yùn)用自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)過(guò)程控制和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),對(duì)建筑物內(nèi)部的環(huán)境參數(shù)和建筑物內(nèi)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)、監(jiān)視、優(yōu)化控制及管理，為建筑物內(nèi)提供良好環(huán)境，節(jié)省建筑物能耗和提高工作人員效率，減少運(yùn)行人員及費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化和自動(dòng)化管理。目前現(xiàn)代化辦公大樓、智能大廈的建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)主要監(jiān)控對(duì)象一般可分為如下幾個(gè)子系統(tǒng):暖通空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)包括空調(diào)系統(tǒng)、冷凍系統(tǒng)、送排風(fēng)系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)等。給水排水系統(tǒng)包括生活熱水、中水站、生活水池、水箱、集水池、污水池及各種水泵。變配電及照明系統(tǒng)包括供配電系統(tǒng)、電力變壓器、柴油發(fā)電機(jī)組、蓄電池、照明系統(tǒng)等。建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)一般由監(jiān)控主機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)控制器、就地儀表和通信網(wǎng)絡(luò)四個(gè)主要部分構(gòu)成。監(jiān)控主機(jī)是設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的核心,由主機(jī)、外設(shè)和軟件構(gòu)成,其主要功能為:自動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)中每臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),使其在合理化的狀態(tài)下工作,對(duì)設(shè)備故障和異常參數(shù)及時(shí)報(bào)警和自動(dòng)紀(jì)錄,自動(dòng)紀(jì)錄、存儲(chǔ)和查詢歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)等。通信網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)是現(xiàn)場(chǎng)總線,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖?，F(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（包括傳感器、控制器、智能閥門、微處理器、儀表等）和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。它使不同廠家的產(chǎn)品互操作，目前的開放性標(biāo)準(zhǔn)主要有:LonWorks標(biāo)準(zhǔn)和BACnet標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場(chǎng)控制器是安裝于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控對(duì)象附近的小型化專用計(jì)算機(jī)控制設(shè)備,它對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)作數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換,接受監(jiān)控主機(jī)命令或獨(dú)立工作,輸出控制信號(hào)至現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。就地儀表分為監(jiān)測(cè)儀表和執(zhí)行儀表兩大類。其中,檢測(cè)儀表包括:溫度、濕度、壓力、壓差、流量、水位、一氧化碳、二氧化碳、照度、電量等測(cè)量?jī)x表,它們能將被檢測(cè)的參數(shù)穩(wěn)定準(zhǔn)確可靠的轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場(chǎng)控制器可接受的電信號(hào)（數(shù)字量和模擬量）；執(zhí)行儀表包括:對(duì)被調(diào)量可進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)閥類儀表（如電動(dòng)調(diào)節(jié)閥）和對(duì)被調(diào)量進(jìn)行通、斷兩種狀態(tài)控制的切斷閥類儀表（如電動(dòng)蝶閥、電磁閥、電動(dòng)風(fēng)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）,它們接受現(xiàn)場(chǎng)控制器的信號(hào),對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定準(zhǔn)確可靠的調(diào)節(jié)。圖：現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)示意圖2.建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)近幾年，國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，固定資產(chǎn)投資與規(guī)模不斷提高，高檔次現(xiàn)代化的辦公大樓、酒店、智能大廈不斷興建，這些大廈都要求有建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)其運(yùn)行管理提供保障，我負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的中關(guān)村銀科大廈（5.7萬(wàn)平方米）、佳程廣場(chǎng)（14萬(wàn)平方米）、中服總公司富盛大廈（8.3萬(wàn)平方米）、上地軟件園鉆石大廈（3萬(wàn)平方米）、兵器部辦公樓（10萬(wàn)平方米）等都設(shè)有建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)這些工程，我積累了一些經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)對(duì)此類工程的設(shè)計(jì)做一下總結(jié)：2.1設(shè)計(jì)依據(jù)建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)不屬于國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，因此，首先要根據(jù)建筑物的使用功能和物業(yè)運(yùn)行管理需要，各相關(guān)專業(yè)的監(jiān)控要求，以及項(xiàng)目投資狀況等實(shí)際需求，做出投資估算，一般應(yīng)將建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)一次投資控制在總投資的2%以下，按每年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用10%~15%計(jì)算，5年內(nèi)可收回初投資。根據(jù)投資估算和建筑主要設(shè)備測(cè)量控制要求，確定建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)模和標(biāo)準(zhǔn)。2.2系統(tǒng)的選擇原則技術(shù)的先進(jìn)性，為了延長(zhǎng)建筑物及其設(shè)備的壽命，在可能的條件下盡量采用國(guó)際上先進(jìn)的、成熟的、實(shí)用的技術(shù)和設(shè)備。開放性和互操作性：一個(gè)完整的建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)往往由不同廠家的產(chǎn)品構(gòu)成，如果選擇的系統(tǒng)是封閉的，不能和別的廠家產(chǎn)品互聯(lián)，就會(huì)給系統(tǒng)的維護(hù)、擴(kuò)展和更新帶來(lái)麻煩?？杉尚裕簽閷?shí)現(xiàn)信息共享，提高大廈的全局服務(wù)功能和物業(yè)管理效率，BAS,OAS及CNS可能集成到一個(gè)圖形操作界面上對(duì)整個(gè)大廈全面監(jiān)視、控制和管理。(4)可靠性：系統(tǒng)必須具有保證可靠運(yùn)行的自檢試驗(yàn)與故障報(bào)警功能，主要包括：交流電源故障報(bào)警、通信故障報(bào)警、接地故障報(bào)警和外部設(shè)備控制單元故障報(bào)警等。2.3各專業(yè)間的配合建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)必須與大樓主體建筑的各專業(yè)設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行,具體內(nèi)容如下：土建：控制室、豎井面積和位置，土建裝修條件。電纜橋架、管線的預(yù)埋件、預(yù)留孔洞。暖通：有關(guān)工藝流程圖，測(cè)量控制要求，所帶設(shè)備的控制要求。給排水：有關(guān)工藝設(shè)備的測(cè)量控制要求、數(shù)量，所帶設(shè)備的控制要求。電氣：有關(guān)變配電、照明電氣系統(tǒng)圖及測(cè)量控制要求，動(dòng)力、照明配電箱的平面位置。2.4子系統(tǒng)控制功能的設(shè)計(jì)建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)由多少子系統(tǒng)構(gòu)成、各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如何、控制功能如何。例如：對(duì)于要求高的，要對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備實(shí)施完善的監(jiān)測(cè)、控制和管理功能；對(duì)于要求較高的，要采取必要的控制和管理功能以及完善的監(jiān)測(cè)功能；對(duì)于要求標(biāo)準(zhǔn)一般的，對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備采取必要的控制和監(jiān)測(cè)功能，以節(jié)省投資，使系統(tǒng)物盡其用。根據(jù)各子系統(tǒng)功能確定其相應(yīng)的測(cè)控原理圖,如空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)、冷凍系統(tǒng)、給、排水系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、高、低壓變配電系統(tǒng)等。并制作出需納入建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的被監(jiān)控設(shè)備一覽表。2.5系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)數(shù)的確定在確定被控設(shè)備的數(shù)量及相應(yīng)的控制方案后，確定每一被控設(shè)備的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)及監(jiān)控點(diǎn)的性質(zhì)，核定對(duì)指定監(jiān)控點(diǎn)實(shí)施監(jiān)控的技術(shù)可行性，編制監(jiān)控點(diǎn)表。在建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)控制器輸入、輸出信號(hào)有四種類型。AI：模擬量輸入，如溫度、濕度、壓力等，一般為0V-10V或4mA-20mA信號(hào)；AO：模擬量輸出，作用于連續(xù)調(diào)節(jié)閥門、風(fēng)門驅(qū)動(dòng)器，一般為0V-10V或4mA-20mA信號(hào)；DI：數(shù)字量輸入，一般為觸電閉合、斷開狀態(tài)，用于起動(dòng)、停止?fàn)顟B(tài)的監(jiān)視和報(bào)警；D0：數(shù)字量輸出，一般用于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止控制，兩位式驅(qū)動(dòng)器的控制等。確定控制點(diǎn)要參考《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)甲級(jí)、乙級(jí)、丙級(jí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。要與暖通、給排水專業(yè)工程師協(xié)調(diào)，參考其設(shè)計(jì)圖紙，共同研究確定控制點(diǎn)，編制控制點(diǎn)表。2.6設(shè)備選擇首先應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控點(diǎn)的劃分，然后根據(jù)監(jiān)控范圍選擇現(xiàn)場(chǎng)控制器（其監(jiān)控點(diǎn)容量應(yīng)留有20%的余量），再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)控制器臺(tái)數(shù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，確定系統(tǒng)中央站使用的設(shè)備，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)滿足系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間要求，通訊子站、現(xiàn)場(chǎng)控制器的數(shù)量要求，系統(tǒng)總點(diǎn)數(shù)限制要求；在智能大廈中，需要監(jiān)控的設(shè)備品種繁多，分布在大廈的各個(gè)部位，這就要求建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)集中管理與分散控制相結(jié)合的總線制集散控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)控制器應(yīng)設(shè)置在被監(jiān)控設(shè)備較集中的場(chǎng)所，以盡量減少管線敷設(shè)，一般設(shè)置在電控箱內(nèi)掛墻明裝。最后，根據(jù)選定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備的具體布置，繪制整個(gè)大廈的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)豎向系統(tǒng)圖。2.7線路設(shè)計(jì)建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的線路設(shè)計(jì)可分為兩部分進(jìn)行。一部分是從控制中心或弱電豎井至各機(jī)房的現(xiàn)場(chǎng)控制器之間的連接線路，即干線線路。一般采用電纜橋架或穿金屬管在弱電豎井內(nèi)敷設(shè)和暗敷設(shè)相結(jié)合的方式。另一部分是現(xiàn)場(chǎng)控制器以下的線路，是連接閥門、風(fēng)門、傳感器、變送器、電氣開關(guān)接點(diǎn)的支線路，在機(jī)房?jī)?nèi)敷設(shè)一般采用明管或明線槽敷設(shè)。具體敷設(shè)方式可根據(jù)線纜數(shù)量和敷設(shè)場(chǎng)所確定。電纜橋架敷設(shè)時(shí)應(yīng)使強(qiáng)、弱電電纜分開，當(dāng)在同一橋架中敷設(shè)時(shí)，應(yīng)在中間設(shè)置金屬隔板；電纜截面積總和不超過(guò)橋架內(nèi)截面積的40％。現(xiàn)場(chǎng)控制器及監(jiān)控主機(jī)之間的通訊線宜采用控制電纜或計(jì)算機(jī)專用電纜中的屏蔽雙股線，截面積為0.5?lmm2;儀表控制電纜宜采用截面為1?1.5mm2的控制電纜，模擬量輸入、輸出采用屏蔽電纜，開關(guān)量輸入、輸出采用普通無(wú)屏蔽電纜。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出干線、支線平面圖及監(jiān)控中心的平面布置圖。2.8系統(tǒng)電源系統(tǒng)的監(jiān)控中心需從變配電所引來(lái)專用回路供電。為提高用電可靠性供電回路宜采用末端自動(dòng)切換的雙回路供電方式。系統(tǒng)用電負(fù)荷的總?cè)萘繎?yīng)為現(xiàn)有設(shè)備總?cè)萘颗c預(yù)計(jì)擴(kuò)展總?cè)萘恐停砂船F(xiàn)有容量的20%估算）。分站電源宜從監(jiān)控中心專用配電盤上以放射式供電。2.9系統(tǒng)接地方式建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的接地方式可采用集中接地或單獨(dú)接地方式，將本系統(tǒng)中所有接地點(diǎn)連接在一起后在一點(diǎn)接地，采用聯(lián)合接地時(shí)，接地電阻應(yīng)小于1Q,采用單獨(dú)接地時(shí)，接地電阻應(yīng)小于40。3.工程實(shí)例：中國(guó)出國(guó)人員服務(wù)總公司富盛大廈，總建筑面積83410平方米，地上27層，105米高，為辦公，其中首、二層為銀行、會(huì)議和展廳;地下四層為機(jī)房和車庫(kù)，中控室設(shè)在地下一層，建筑面積70平方米。建筑物設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)包括：空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)、冷凍系統(tǒng)、給、排水系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、高、低壓變配電系統(tǒng)等子系統(tǒng)，并留有與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、公共安全防范系統(tǒng)和車庫(kù)管理系統(tǒng)的通訊接口。共設(shè)監(jiān)控點(diǎn)1059個(gè)；分站63臺(tái)；中央