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在我國當前的電力系統中,自動化技術已經得到了廣泛應用,其組成結構主要包括電網調度和變電站的自動化技術,以及分散測控系統。其中,分散測控系統主要運用的是分層分布方式,具體由運行員工作站、過程控制系統、高速數據網絡通訊設備、工程師工作站等四個部分組成。電網調度自動化主要由調度計算機電子系統、顯示裝置、服務系統等組成。變電站自動化主要由發電廠、變電終端裝置以及下級電網調度中心等幾部分組成。
2建筑電氣工程自動化技術的體現
建筑電氣工程自動化技術主要體現在以下幾個方面:首先,需要對建筑進行接地性測試,并一定要在接地性測試通過以后,再對建筑進行施工,尤其要對防雷自動技術充分重視,以保證接地引下線。另外,在對建筑施工的過程中,相應施工人員需要對鋼筋進行標記,以防止施工現場出現混亂。其次,關注相關的接地支線,也就是說,在建筑電氣工程中,不是所有的裝置與配件都需要應用金屬材質,也可以使用新型的塑料制品,因此,相關施工人員應當對接地的支線種類與作用進行系統明確的區分。再次,施工過程中需要對接地的支線與分線進行合理選擇,其原因在于不同用途的接地線其線路直徑也各不相同,如果出現差錯,不僅會在很大程度上影響接地效果,還會給用電戶帶來安全風險。最后,建筑工程完工以后,工作人員需要運用電氣工程自動化技術對接地線路進行監測,以防止線路被腐蝕,同時也對火災事故做出預防。
3建筑電氣工程自動化技術的應用
3.1變配電系統
1)變電系統的施工過程。
變電系統對建筑電氣工程自動化系統來說,有著非常重要的作用,因此,在整個施工過程中,應充分重視變電系統的施工,其具體的施工過程主要涉及到以下幾個步驟:首先,準備好建筑電氣工程施工所能夠應用到的一系列材料與裝備,之后對變電系統進行定位與測量,與此同時,還需要對設施定時開箱檢驗。其次,裝置變電系統設施所需要的基礎型鋼,并測量母線槽上下角度的水平與尺寸。最后,裝置變電系統所需要的電纜橋架,之后進行連接與鋪設,再進行試驗,并根據變電系統的情況做出合理調整。
2)低電壓配電系統。
所謂的低壓配電,事實上指的是以低壓電線為載體的配電,其配電方式主要有樹形結構、放射性結構以及鏈形結構三種。當前的很多建筑中,其電氣工程系統普遍使用的都是低電壓干線這種配電方式。一般情況下,低壓配電系統主要由配電線路以及配電設施共同組成,從我國當前的電壓標準來看,低壓配電設備的使用標準為1kV以下,在建筑工地中,常用的低壓配電裝置包括熔斷器、開關、低壓配電柜、接觸器等。在進行電氣工程自動化時,還要對其安全性進行充分考慮,低壓設備往往容易引發火災,在施工過程中,一定要對其倍加關注。
3)高電壓配電系統。
我國當前規定的高壓配電設備需要保證其電壓值要在1kV以上,但如此高的電壓值會令配電系統承受相對高的放射性電壓,因此,在選擇配電方式的過程中,要充分注重客觀條件,進行科學合理的選擇。在建筑施工過程中,常用的高壓配電裝置主要包括高壓的隔離開關、熔斷器、開關柜、避雷器、負荷開關、互感器、斷路器等,在建筑中運用電氣工程機器自動化技術,會很大程度上提升配電設備的電壓,因此,在整個施工過程中,要充分注意電氣事故的預防與控制。
3.2樓宇自動化系統
普遍意義上講,樓宇自動化控制系統的核心為分散控制集中管理,而該系統中的分散控制器一般情況下使用的是數字控制器,即Charge-CoupledDevice簡稱CCD,也叫電荷耦合原件,該裝置主要利用上位計算機來控制與管理想用的計算機畫面,而其主要的方式則是由一系列專門化的動畫、文本、曲線、控件、數據、腳本等組成。樓宇自動化控制系統內部主要分為消防、電梯、照明、通風、給排水、保安、電力等幾大系統,在對樓宇自動化控制系統進行設計的過程中,其根本目的在于將系統中的基點設施進行分析與整合,并對系統整體裝置進行統一管控,從而保證整個系統中的其他子系統可以協調有序,將其工作場所搭載得更加舒適、安全、高效,并在最大限度內降低能源與成本的消耗,節省工程造價。
3.3電氣安全
自人類進入電氣時代以來,用電安全問題便一直得到社會大眾的普遍關注,而建筑電力工程的電力安全問題始終威脅著施工人員的生命財產安全,因此,保證建筑電力工程的電力安全,是當前急需解決的主要問題。
1)安全載流量。
所謂的安全載流量,指的是建筑電氣工程中,能夠不間斷在導體里通過的相應電流量。正是因為其電流量不間斷,因此,在其內部的電流超出了安全載流量時,便會導致導體發熱,而當導體發熱到一定程度之后,隨著其溫度的升高,便會造成絕緣裝置的損壞,嚴重時還可能會造成漏電,甚至產生火災,對整個系統的用電安全產生嚴重威脅。因此,在建筑電氣工程中,采用適合的導體安全載流量,能夠有效幫助相關人員對設備進行選擇,同時也對確定導體截面有著非常重要的作用。
2)安全距離。
所謂的安全距離,指的是人或物在接近帶電物體的過程中,能夠保持安全的距離,這個距離能夠在最大限度內防止帶電物體中的電流對人體或物體產生傷害。舉例來說,在建筑電氣工程中,帶電體與人體,或與其他設備之間,都需要保持一定的安全距離,不僅如此,帶電體之間以及帶電體與地面之間,也都需要保持安全距離。所以,在建筑電氣工程的配電與變配電工作中,需要注重保持設備之間的安全距離,另外,在檢修以及安裝變配電方面,也需要注意安全距離。
3)電氣絕緣。
因為電具有一定的傷害性,所以在建筑電氣工程中,需要對電氣裝置以及配電線路進行絕緣處理,這樣做能夠在最大限度內保證施工人員的人身安全。同時,還要對電氣裝置進行絕緣檢驗,以在最大限度內避免電氣工程中電力安全事故的發生。
4結語
為解決模型的問題,構建統一的工程信息模型是一個有效的方法,建筑結構設計的信息包含了工程的物理模型、模型的邊界的條件、模型管理等很多方面的信息,物理模型包括了構件信息、截面信息、節點情況以及很多截面信息等,管理信息主要有不同構件的的關系以及模型與模型之間的關系等。建筑工程信息的管理性和一致性都比較好,相對而言可以更好的建立工程數據源,實現不同構件之間信息的共享,實現模型的全局共享,對建筑結構設計的模型自動轉化的實現具有十分重要的意義。圖1為建筑就該信息轉化的基本流程,建筑結構設計包括結構設計以及施工圖設計等,實現建筑結構模型的轉化基本流程是:首先要提前結構設計信息,構件建筑結構設計的一些基本模型;然后對已經分析好的模型通過接口導出,對結構模型提取、分析、計算;接著將分析好模型通過接口導入結構設計構件模型,實現施工圖設計;最后對設計好的結構模型進行工程量的計算,從經濟學角度控制工程造價。通過件PKPM和CAD之間的轉化解釋模型轉化的程序,當今結構設計中,軟件PKPM應用較為廣泛,其作為一個國產軟件,相對國際上的軟件易學而起比較好上手,但CAD和PKPM能夠實現轉換一直是工程師關系的問題,首先打開PKPM,選中AutoCAD平面圖向建筑模型轉化,導入的內容有軸網、梁、柱、剪力墻以及各種尺寸和標注,而要進行轉化的則有梁、柱、剪力墻以及軸網,進入建筑模型與荷載輸入,對各種模型進行修改。
2建筑設計模型轉化為結構設計模型
在建筑工程中二維圖形應用較多,設計人員主要進行結構圖和施工圖的設計,采用圖元識別方法獲取建筑軸網及定位墻、柱等,采用IFC文件導出,基于結構的設計模型和孔壁的實體的對結構墻體進行描述。材料相關和實體相關能夠建造墻體定義的多材料模型,基于識別材料實體實現本構模型的建立,除了實體墻如此建立之外,結構也可以用這種方法定義。
3結構設計模型轉化為結構分析模型
結構設計完成之后就要進行結構分析,國際上常用的結構析軟件結構一般采用的都是公開數據的模型格式,這樣方法將國產簡化了很多,但這種轉化的前提是基于不同分析軟件之間,而不是實現設計模型到分析模型的轉化。為此,需要遍歷結構設計模型,利用軟件導出結構構件信息寫入模型文件;然后定義模型的約束條件以及荷載的情況;然后把設計結果導出到數據庫;最后將構件配筋信息及其結構構件建立相對比較完整結構施工圖的設計模型。
4建筑結構施工圖的設計模型轉化
為工程算量模型由施工圖設計形成結構施工圖設計模式,包括工程模型中的所有計算的信息量算工程量直接的數據源的模式,國內計數的當前應用的三維圖形軟件的數量尚未實現,現在的國際金融公司(IFC)等國際標準進行數據交換的支持,實現模型數據轉換功能只能通過開發了一個專用接口?;诟鼜V泛的取樣的國內應用廣聯達鋼筋軟件,XML映射模型的結構模型的方式進入施工圖設計的工程計算該模型的量來實現的。元語言定義了XML語言提供的XML模式的機制,可以通過文檔類型定義有兩種方法來定義和模型模板用于XML模式定義??梢砸蕴娲绞降奈臋n類型定義文件的方式相比,由于元語言的具有XML文檔法律的一致性、可擴展性、靈活的出來數據等優點,所以利用現替代文檔類型方式定義XML文檔類型的模型模板。
5結論與展望
關鍵詞:建筑物自動化總線技術
中國行業標準JGJ/T16-92《民用建筑電氣設計規范》第26章《建筑物自動化系統(BAS)》所規定的模擬和數字混合的集散型系統(TDS),已面臨更新為全數字系統的挑戰。就像工業自動化一樣,建筑物自動化市場在技術接受期曲線上,通常落后于商業領域技術應用會有幾年之久,因此,在商業領域已經成功運用多年的個人計算機和以太網通信,現在卻成為BAS更新途徑的熱門話題。PC-BasedControl和以太網技術,已經開始全面進入BAS領域。2000年3月,Honewell公司推出的全數字化閉路電視監視系統DVM,就用PC-BasedVideoServer,類似于商業領域應用的個人計算機式視頻服務器,取代了傳統的模擬和數字混合的CCTV閉路電視矩陣切換器和磁帶錄象設備;DVM系統中,經過信號轉換接口把所有攝像機的視頻信號直接連入以太網通信,每20臺攝像機使用1臺VideoServer。這種第三代保安監控電視的全數字化CCTV以太網系統,已經在澳大利亞悉尼機場使用。
PC機技術日新月異的進步,使BAS的中央站功能不斷增強;PC機的商業軟件,如ODBC、API等等,已成為BAS的標準軟件;基于PC機技術的分站不斷發展。信息領域的以太網技術對工業自動化和建筑物自動化各個層面的影響,從上到下。BAS管理層的以太網正在下植到自動化層和更低的現場層。BAS三層結構將會成為以太網"一網到底"的三層網絡。完成這項"通體透明網絡"革新的主要技術,就是以太網現場總線。以太網現場總線,也可稱為以太網I/O(Input/Output),是控制技術和信息技術的完美結合,性能發揮到極致,它或許能夠解決工業自動化長期爭論不休的現場總線標準化問題,是商業技術影響工控技術的一個范例。
以總線為脈絡,分析計算機總線、測控總線和網絡總線在BAS技術發展中分別擔綱的角色,可以加深對BAS未來發展的了解。
1、總線BUS
總線一詞,源于計算機技術??偩€是各種信號線的集合(包括地址、數據、控制、電源等),是各種信息傳輸的通路,有匯總的涵義。微軟百科詞典定義總線為:計算機系統中各部件之間用于數據傳輸的一組硬件連線(導線)。IBM公司將其簡稱為用于傳輸信號或功率的一根或多根導體。在建筑物自動化中,BAS總線可解釋為用來連接中央站分站、現場設備或者各種系統的那些具有導電性的通路,以完成數據或信號的傳輸。
以應用范圍來分,BAS總線可劃分為計算機總線、測控總線和網絡總線、。計算機總線用于上位管理計算機和中央站內部部件的連接。測控總線用于中央站與分站的連接,分站與現場設備的連接,現場設備之間的連接。網絡總線則是將上位管理計算機和中央站、瀏覽器等視為節點而共同連接在一起的一條多分支線路,將數據置于網絡總線中,數據將會經所有的節點檢測后,由其指定地址的節點接收。BAS管理層的以太網就是網絡總線。當以太網下植到自動化層和現場層以后,以太網又扮演著測控總線的角色,在這種背景下,我們借用"網絡就是計算機"的概念,不免也可以說"網絡就是控制器",因為所有傳感器、執行器、分站、中央站已經遍布以太網中,以太網被賦予完成分布式控制兼有普通信息存取的能力,人們可以隨心所欲使用以太網,無論是進行實時控制還是傳遞管理信息。
2、標準化Standardization
作為信息傳輸通路的總線,追求標準化,是各種總線的共同目標;只有標準總線,才能夠支持更多的性能不同的產品的連接,完成更多更好的系統的集成,實現更完善的控制和管理,因此,總經以其有匯集性能的特點,尤其需要標準化。標準總線的形成,主要有兩種方法,一種是由非商業的或政府組織所產生的標準,目的在于使某一種類型總線開發和使用規范化,例如RS232C;這種正規的合法的技術標準,是在對已有方法、途徑及技術開發進行仔細研究的基礎上起草,并經正式批準后產生,這種標準通常包括著一些國際標準。另外一種方法,是有某一家公司先行開發出一種總線技術,由于成功,得到其它公司模仿和廣泛使用,以至一偏離該總線就會產生不兼容問題,導致產品在市場中受到限制,例如現場總線LonTalkBus;這類事實上的總線技術標準,是基于市場需求產生而形成的,無需正式批準,這種標準通常包括大量流行的工業標準。
3、計算機總線ComputerBus
中國行業標準JGJ/T16-92第26章BAS,對中央站硬件、組態、系統軟件的規定(26.4.26.5)非常簡單,僅是基于采用計算機作為監控中心的一般原則,如應設置CPU、CIU、CRT、打印機等規定,對上位管理計算機則僅限于優化控制與管理某些功能要求。但是,近年來計算機技術發展很快,系統軟件、應用軟件、存儲系統、處理器技術、輸入輸出系統和計算機結構,都是如此,其中,計算機總線技術與工業自動化、建筑物自動化關系密切,計算機總線是計算機系統信息總通道,性能優劣,對BAS上位管理計算機和工作站的影響是至關重要的。因為采用先進的計算機總線,可以提高工作站的帶寬,改變工作站的兼容性和開放性,并能提高工作站的可靠性,這對控制系統無疑是最重要的性能。例如,使用PCI總線技術的PC機,每年停機時間可以小于315秒中,可靠性高達99.99%,因此,BAS用戶已經開始關心工作站的計算機總線,2000年9月山西省太原市某國際貿易中心大廈BAS招標文件中,明確提出中央站應該使用計算機33MHz三總線結構PCI(外部設備互聯總線),說明用戶不僅關心各種功能模塊設置,還要求提供工控級別的總線來保證工作站性能。隨著基于PC機控制的技術進展,計算機總線對BAS的影響會更加重要。因為BAS將逐漸最終成為由一臺PC機控制幾條現場總線的系統。
3.1計算機總線的發展歷史
1970年,DEC公司首先推出了稱為Unibus的總線,把PDP11小型計算機上所有的部件、設備都連接在一起。它是一種單總線結構。
1981年,IBM公司在第1臺個人計算機IBMPC/XT上推出了XT總線,也是單總線,1984年,采用16位CPU的IBMPC/AT出臺,AT總線在XT總線結構上,增加了一組輸入/輸出總線,形成雙總線結構。AT總線就是著名的工業標準總線ISA,全稱是IndustrialArchitecture工業標準結構,它是通過將板卡出入IBMPC及其兼容機的標準擴展槽來添加計算機部件的總線設計規范。1989年康柏、惠普等9家公司在ISA基礎上,推出EISA,擴展工業標準結構,這是一種把附加卡(例如視頻卡、內置卡MODEM卡及支持其它設備的卡)聯接到PC機主板的一種總線標準。EISA總線操作頻率比ISA高很多,能提供很多的數據吞吐率。
為了提高PC機性能,使某些擴展板可以直接與微處理器通信,而不必經過通常使用的系統總線,Intel公司提供了PCI總線規范。這種局部總線允許在計算機上安裝多至10個PCI兼容的擴展卡,PCI局部總線系統需要在某個PCI兼容插槽中安裝一塊PCI控制卡,每次可以以32位或64位的速度與CPU進行數據交換。PCI規范還考慮了多路復用Multiplexing。因此,PCI總線已成為今天計算機事實上的局部總線標準。由于PCI獨立于處理器,不僅Intel系列可用,DEC的Alpha、Motorola的PowerPC等系列也可以用,它的向前向后兼容性,能使現有的多種計算機都能平滑過度到新標準,所以尤其受工業控制機行業的歡迎,建立了PCI工業計算機協會PCIIndustrialComputerManufacturersGroup(PCIMG),致力于在工控機行業推廣PCI總線。1995年,出版了CompactPCI規范。
PCI總線在計算機中配置了3組總線,時鐘33MHz,與CPU時鐘頻率無關,寬度32位,可擴展至64位,帶寬達132Mbps至246Mbps,可以和ISA、EISA、VL-BUS等總線兼容,支持5V和3.3V兩種電壓,可以在芯片、軟件和開發工具方面廣泛利用PC機豐富資源,它具有良好的網絡性能、圖形視窗介面和數據存貯性能,是工業自動化和建筑物自動化中央站理想的計算機總線。
3.2標準計算機總線
國際標準
IEEE969(S-100)微機通用
IEEE488(HP-IB)測試儀器
IEEE1394(FireWire)測試儀器
EIARS232C設備總線
EIARS422/423/449/485設備總線
ANSISCSI小型計算機,設備總線
VESAVL-BUS局部總線
工業標準(流行微機總線)
ISA系統總線
EISA系統總線
PCI局部總線
3.3新一代計算機總線(正在開發中)
1998.9PCI-XCompaqIBMHP
1998.12NGIO(NextGenerationI/O)IntelDellSunNEC日立NEC西門子
1999.2FutuieI/OCompaqIBMHP
4、網絡總線NetworkBus
中國標準JGJ/T16-92第26章BAS,規定"優先采用共享總線型"局域網結構作為BAS管理層、自動化層、現場層的網絡拓撲,即用一條總線,把上位管理計算機、中央站、分站、現場設備各自連接在一起,形成三層局域網。因為所有節點共享一條傳輸通路,一次只能允許一個節點發送信息,所以需要建立信息發送的控制方式,JGJ/T96-在26.6.6條文說明中,沒有明確規定是用IEEE802.3以太網的CSMA/CD波及監聽多路訪問/沖突檢測爭搶發送,還是用IEEE802.4令牌總線排隊訪問控制,只有指出這兩種方法都是"目前流行的",但是"并無一致的看法"。在26.6《信號傳輸與數據通信》中,則把現場層至自動化層之間的信息傳遞成為"信號傳輸",把自動化層和管理層之間的信息傳遞,稱為"數據通信",以示區別,前者為現場設備與計算機通信,包括模擬信號,后者為計算機之間通信,全部為數字信號。
20多年來,發展極為成功的以太網技術,已經得到公認。人類進入英特網時代,以太網也迅速進入工業自動化的各層網絡。電氣電子工程師協會IEEE基于802.3以太網國際標準,正在積極制定現場與以太網通信的新標準,使以太網能夠直接為現場層所使用,可以預見,正象個人計算機PC迅速進入工業自動化領域一樣,以太網以及TCP/IP、UDP/IP協議將十分迅速進入工業自動化各個領域,包括BAS。
網絡總線是網絡通信總線的簡稱,在BAS中,網絡總線是上位管理計算機、中央站、分站、現場設備之間的連接總線,從計算機系統結構的角度上看,它是計算機的外部總線,計算機總線則可視為內部總線。網絡總線屬于網絡技術,計算機總線屬于計算機技術,網絡是多個計算機的集合系統,數據通信和資源共享是其特點。今天,已經進?quot;網絡就是計算機"的時代,通信和計算機技術緊密結合、同步發展,計算機總線和網絡總線是計算機一種技術的兩個方面。新一代的計算機已經把網絡接口集成到計算機母板上,網絡功能已經嵌入到操作系統中,使得網絡總線可以視為計算機總線的外部延伸,密不可分。不進入網絡的工作站,是不完整的工作站。在建筑物領域,BAS是建筑物整體計算機網絡的重要子網,形成建筑物管理和建筑物設備控制一體化是從網絡開始的。計算機總站維系著BAS的通信子網,資源子網和通信子網的組合,就是建筑物自動化網絡,就是建筑物自動化系統。
4.1以太網的發展歷史
1968-1972Aloha無線電系統夏威夷大學開創爭用型通信
1972-1977首臺以太網2.94MMetcalf和Boggs先生建立CAMA/CD
1979-1983粗同軸以太網10MCom(DEC、Intel、Xerox)10BASE5
1980-1982細同軸以太網商品化10M3ComISA總線與10BASE2相連
1984-1987雙絞線以太網1MUTPHP、AT&T1BASE5
1986-1990綜合布線+雙線絞線以太網10MSynOptics、HP10BASET
1990-1994交換式和全雙工以太網10MKalpanaEtherSwitch
1992-1995快速以太網100MUTPGrandJunction100BASET
1996-?千兆位以太網1000MIEEE802.3z1000BASEF
4.2以太網與局域網國際標準IEEE802.3
以太網是商業市場上發展的,而802.3標準是獨立的標準組織《電氣與電子工程師學會》開發的802.3是基于以太網第1個版本制定,但在一定程度上改進了設計,1983年公布以后,以太網以此又作了修改,原來互不兼容的局域網,變為互相兼容(但不完全兼容)。二者主要區別是結構不同,例如,最大數據單元,802.3是1460字節,以太網是1500字節。但是,通??梢园?02.3視同以太網。
以太網速率有10M和100M兩種,最大1518字節,最大段長度500米(粗同軸)、185米(細同軸)、100米(UTP),中斷段綜合長度2500米(粗同軸)、925米(細同軸)、2500米(UTP)。
在BAS中用以太網作為網絡總線時,現在BAS供應商所提供的以太網接口卡NIC(安裝在中央站中),應該是10M/100M自適應型,以滿足用戶部署100M快速以太網的要求,例如Intel公司的PRO/100+管理適配器,適用于有PCI總線的臺式機,能自動監聽集線器速度,從而自動選擇10M或100M,能支持最新的連接管理規范wfw2.0,支持所有的主要操作系統和網絡操作系統,WinNT、95、98、2000,Nerware、UNIX,支持10BAS-TX,5類UTP,RJ-45連接器,數據路徑寬度32位,可在0-55℃環境中工作。
4.3以太網介質訪問控制(MAC)CSMA/CD
載波監聽多址訪問/沖突檢測是以太網搶先式信息發送的主要技術,它包括有先聽再講、無聲則講、有空就講、邊講邊聽、一人獨講、退避三舍等信息發送規則,保證所有站點都能以公平方式通過競爭來訪問大家共享的以太網,雖然難免有"后到先服務"的現象,但是,由于CSMA/CD有一套完整的處理沖突的方法,大體上實現了對網絡總線的公平訪問。它是退避三舍的自調整功能,保證所有信息的發送都是成功的,例如常用的一種沖突退避延遲算法,稱為"截斷的二進制指數回退(EBE)",它使發送信息的站點,每沖突一次,自動延遲一個以2的冪函數計算的退避時間,用這種不斷擴大回退時間來適應網絡流量的變化,這是一種很巧妙的方法。它規定了退避也是有限度的,即最大退避時間以210倍為限,忍讓次數也是有限的,以216次為限,否則就會丟掉這個屢發屢敗以太岡幀,這種情況是絕少發生的,除非以太網已經癱瘓。
以太網每幀發送之間有一個固定的間隙64字節、512位,稱為時間片,用來識別由于沖突而失敗的發送信息幀碎片(最小幀規定為64字節,包括48字節數據),在512位時間內,網絡岡所有站點檢測到載波(有信息發送)和合法的沖突、信息幀碎片,從而保證以太網能正常工作,不受非有效幀(碎片)的影響。
一般談到以太網,主要是指802.3的CSMA/CD協議,它是以太網的主經軟件(其它還幀結構軟件等)此外,以太網還包括以太網接口卡NIC、收發器、中繼器硬件??傊?,以太網是一種局域網,是共享總線型局域網(包括集線器Hub網絡),是國際標準局域網之一,應用最廣泛。
4.4以太網與TCP/IP
傳輸控制協議/網際協議(TCP/IP)是實踐中產生的解決網絡互連和異構計算機之間提供可行的透明通信服務的一組協議,它是世界上最大網絡因特網的基礎。以其公用性和有效性,成為公認的開放系統。TCP/IP是網絡數據傳輸事實上的標準,或者簡稱其為因特網通信協議。
BAS結構圖中,標明以太網,是說網絡采用共享總線拓撲,標明TCP/IP,是說數據傳輸采用因特網通信協議。
TCP/IP獨立于特定的計算機軟硬件、獨立于特定的網絡系統,即使你不接入Internet,用它也是最好的組網方案,所以,我們在本文開始,對JGJ/T16-92BAS的網絡結構就標明采用TCP/IP,更何況,BAS進入Internet也是勢在必行的事情。
TCP/IP協議有三個特點,首先它的開放性,可以把現行的各種局域網互聯起來,其次,它統一了地址規則,這種IP地址與域名系統的唯一性,保證了因特網走向全球,最后,高層協議基本標準化,使各種用戶可靠而且便利,這一特點,在工業自動化中,有很好的應用,可以把標準化的控制總線協議,包裝在高層協議中,使TCP/IP成為工業控制通信協議。
TCP/IP分成4個層次:
應用層--常用的應用程序有SMTP(郵件傳送)、NFS(網絡文件)、NIS(網絡信息)、SNMNP(網絡管理)、FTP(文件傳輸)、DNS(域名系統)等,以及工業自動化通信協議,也可在本層打包,如Moddbus、HoneywellC-Bus等。
傳輸層--提供端到端(即應用程序之間)的通信,主要功能是信息格式化、數據確認和丟失重傳等,主要有(TCP傳輸控制協議)和UDP(用戶數據報協議UserDataprogramProtocol,它在工業自動化應用中看好,它把數據先打包,后經IP發送,效率高于TCP)
網絡接口層--不同網或同網中計算機之間的通信,處理數據報和路由,主要是IP(網際互連協議)
網絡接口層--提供與物理網絡的連接,它包括所有現行的網絡訪問標準,最重要的是以太網(802.3系列)。
5、測控總線MeasureandControlBus
BAS現場層和自動層的總線,可視為測控總線。JGJ/T16-92第26章BAS26.6.l節規定"從現場到計算機系統的信號傳輸,需綜合考慮""(1)簡化傳輸控制的硬件結構;(2)減少傳輸導線的根數;(3)弱化維修的技術難度",還進一步指出了采用的方法"可選用一對一的傳輸方式、矩陣選碼一公用線傳輸方式或多路復用技術的一路通道多方使用的傳輸方式(陣列式傳輸方式)""首先考慮時分制"等等。反映中國行業標準對測控信號傳輸的重視以及要求采用最新技術的愿望。在當時的歷史條件下,已經把測控總線闡述得淋漓盡致。
自從HGH/TI6頒布近十年來,測控信號傳輸領域發生了重大的變化,這就是現場總線技術所帶來的深刻變革,對BAS的影響當然也是非常深遠的。只有現場總線技術才能符合JGJ/T1-92第26.6.1節規定的三項要求:最簡單的傳輸控制,最少的導線根數,最方便的維修技術;而且,最重要的是,現場總線帶來了工業自動化開放系統的新局面,減少了自控系統壽命周期成本LifeCycleCost。
因此,測控總線的討論,可以歸納為現場總線的討論。
國際電工委員會IEC定義現場總線是安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、串行、多點通信的數據總線。
安裝在控制室內的BAS中央站與現場的分站,分站與現場的傳感器,它們之間的信號傳輸均適用現場總線技術。換言之,自動化層和現場層,采用現場總線技術是歷史發展的必然。當有人提?quot;現場總線是管理控制一體化方案的催化劑"時(美國Fisher公司Martin先生),我們深刻體會這一雋語的豐富內涵。
5.1現場總線發展歷史
1983年,Honeywell公司推出的差分信號驅動器,成功地在4-20mA直流信號上疊加了數字信號,隨即投入市場的智能化儀表Smart變送器,是現場總線產品的前驅,這些帶有微處理器芯片的儀表,除了在原由模擬信號儀表的基礎上增加了復雜的計算功能外,還在4-20mA直流信號上迭加了數字信號,使現場與控制室之間的連接,從模擬信號過渡到了數字信號。這種工作機制,成為美國fisher-Rosemount公司著名的現場總線HART通信協議的基礎。
1984年,美國儀表協會ISA/SO50工作組,開始制定現場總線標準。IEC也成立現場總線工作組IEC/TC65/SC65C/WG6,開始研究現場總線標準。
1985年,國際電工委員會決定由ProwayWorkingGroup負責研究現場總線體系結構和制定標準。
1986年,德國推出Profibus過程現場總線標準。
1990年,美國Echelon公司推出LonWorks現場總線產品。
1992年,Siemens、Rosemount、Rosemount、ABB、Foxboro、Yokogawa等80家公司聯合,成立ISP協會,著手在Profibus基礎上制定標準。
1993年,Honewell、Bailey等公司成立WorldFIP協會,有120家公司參加,準備以法國標準FIP(FactorInsrtumentationProtocol)為基礎制定標準。
1994年,ISP和WorldFIP北美部份合并,成立FF現場總線基金會(FieldbusFoundation)。推動現場總線國際標準的開發。
1996年,FF公布了低速總線H1標準。
2000年1月4日,IEC宣布現場總線國際標準以86%贊成、12%反對通過,IEC-61158面世。
5.2現場總線國際標準IEC-61158
8種現有的現場總線納入國際標準,如果考慮到世界上已有30多種現場總線,這也還是在統一的路程上,前進了一大步。
從上表可以看出,8種現場,有8種通信協議,互不兼容,距離統一標準的現場總線,還有很大距離,雖然這些現場總線在功能上可以互補。
為了解決現場總線統一問題,借鑒IT行業的統一網絡通信標準,就是第5種類型,即以太網現場總線。1998年,在美國休斯敦召開的ISA展覽會期間,成正了工業自動化開放式網絡聯盟IAONA,建議把FF的H2高速現場總線,改成高速以太網HSE,有Honeywell參加的18個公司31位工程師正在Foxboro公司積極進行開發,希望HSE能成為眾望所歸的現場總線。
HSE的特點是速度高(100Mbps),數據通過量大,與計算機聯接容易,價格低。有兩類用途,一類是完成由于計算量過大而不適合在現場儀表中進行的運算,另一類是作為多條低速H1總線或其他網絡的網關設備。
HSE是否適用干BAS,是有待研究的事情。
在IEC61158國際標準中,有歐洲標準建筑物自動化系統MBS-TC247推薦的ProfibusFMS總線和WorldFIP總線,但是沒有歐洲推薦的LonWorks總線和歐洲設備總線EIB。
5.3現場總線的三層結構
從IEC61158標準中的8類總線,可以看出現場總線并不需要保持與ISO/OS17層結構一致,只需物理層、數據鏈路層、應用層等三層就可以了。因為面向控制的信息比較簡單,但需要快速而可靠地到達目的地,七層模式使數據轉換變慢,會滯后實時控制的時間要求,七層有關的網絡接口成本也較高,同時,現場設備也不需要OSI地址。
IEC61158還規定,所有2至8類現場總線,均需對類型1的FF總線提供接口,但2至8類總線之間,不要求提供接口。
5.4以太網作為現場總線的主要問題及其解決方法
由于以太網802.3采用隨機式的CSMA/CD信息發送方式,對事實控制來說,就帶來一?quot;不確定性"問題,不能事先預言測控信息傳送的時間,存在著"后到先服務"現象。而令牌式"排隊發言"信息傳送是可以預言的。要克服這個缺點,就要提高以太網的傳輸能力。由于10/100BASE-T全雙工交換式以太網技術發展,基本上解決了CSMA/CD隨即發送帶來的"不確定性"問題。1990年,智能交換機的出現,基本上淘汰了信息發送時的沖突,而且,智能交換機的成本不斷下降,為工業控制實際應用提供了可能。智能交換機(網絡開關EtherSwitch),能同時提供多條數據傳輸途徑,功能和電話交換機相似,使整體吞吐量顯著提高,同時智能交換機還使用一種名為"切入法"(CutThrough)的新橋接技術(常規橋接是使用存儲轉發技術),是延遲時間又降低了一個數量級。1993全雙工技術是以太網可以同時發送和接收數據,理論上又可以使傳輸速度翻上一番,再加上快速以太網的出現,以太網在處理事實控制方面,已經可以做到測控信息的傳輸不再是"不確定"的,而是有著"良好概率GoodProbability"的表現,能夠適應事實控制的需要。
以太網傳送測控信息的另一個問題是線路"利用率",線路效率。利用率是指線路用來成功地傳輸幀的時間部分。每個以太網數據包中那些不代表實際數據部分(同步、地址、字段長度、錯誤檢驗)較大,共26個字節,這種"開銷"使線路利用率下降。在測控領域,實際數據很短,例如,DI20個字節、DO16個字?、AIAO200個字節、通信接口500字節、PID運算500字節、計數器4個字節等,這樣,當使用以太網信息包包裝時,大量信號還需要加上填充符才能滿足最小48個字節數據段的長度要求,如DI、DO、計數器,因此,效率較低。
但是,實際上,由于爭先式發送,會改變效率,計算指出,如果連續發送兩個64字節的以太網信息包,效率可以提高到54%。盡管如此,在工業自動化領域,仍然重視如何減少"開銷",提高通信效率,例如,在通信協議中,想已用戶數據報協議UDP來取代最常用的傳輸控制協議TCP,因為UDP信息包的包裝比TCP簡單,只有4個字節,而TCP,則是26個字節。IEC61158國際標準現場總線HSE高速以太網就考慮采用UDP/IP來代替TCP/IP。
不過,以太網的高速度,已經把這些問題全部覆蓋了,就算是以最低速3Mbps有效速率運行,一個100個字節的實時控制信息,在以太網的傳輸時間,只有0.336毫秒([100+26]×8/3M),對BAS,已是很理想的數據了。
5.5TCP/IP作為現場總線的通信協議的討論
TCP/IP協議是一組協議,采用四層結構,與現場總路線三層結構很相似,因此,適用于現場總線。
采用TCP/IP的以太網現場總線,由于數據鏈路層的CSMA/CD,使得數據傳輸時間是建立?quot;概率"基礎上,但由于以太網線路的改進,情況大為改善。
TCP/IP是非常流行的技術,移植到現場總線是順理成章的事,問題之一是TCP/IP是為因特網設計的,TCP是要處理面對成千上萬的網站,它要處理好這么多路由的連接,只能采取在TCP層,設置發送機和接收機,提供端到端的可靠的進程間的通信,使數據報在傳輸過程中始終保持連接狀態,只有雙向通信。TCP才去發送數據報(雙向通信不是指兩機器獨占式通過網絡對話,而是說兩臺機器間有一交互信息流),TCP發出信號后,必須等待對方應答信號,否則會重發,這種定向連接協議,使兩個端機經常以適當的速度相互通話,TCP傳輸控制在兩個機器問來回發送狀態信息。而UDP用戶數據表協議卻比TCP簡單得多。對于自動控制的應用程序來說,并不需要時時保持個連接,以節約開銷和網絡通信量,而UDP是一個無連接系統,從TCP到UDP放棄了許多功能,簡單了許多,只是作為一個數據報的發端機和收端機操作,而不理會二者之間的連接。幀的結構簡化為源端口2字節,目的端口2字節,長度2字節,校驗2字節。UDP傳遞服務不建立通信雙方的連接,發完數據就完事大吉,所以,比較靈活,效率高,非常適合測控數據的發送,因為這類數據非常短,還有,在控制網絡中,通行的站點比起因特網來,少之又少,非常強調二者之間的連接管理,就顯得多余,比起TCP的大文件來,測控程度只是"發出一個請求"或者"等待一個響應",三言兩語,傳遞本身就會很可靠。此外,在實時控制中,有時強調一種完全控制,即使在信號傳輸過程中發生錯誤,控制器業能夠自行處理作出決策,而不需要讓TCP一遍又一遍重復發送數據,因為自控系統控制器的自制能力都極強。
無論TCP還是UDP,應用程序都是駐留在通信協議頂層的應用中,包括控制和人機接口等一系列應用程序以及用于系統集成的OPC,都藉信息傳輸,獲取其中的數據。
5.6以太網在工業自動化中的應用
美國Foxboro公司在1995年就推出了采用以太網10BASE-5粗同軸電纜I/AnodeBus用于現場總線控制系統,近年來,新I/A現場總線系統已經改為雙絞線BASE-T,室內及機柜內,都使用RJ-45接插件,對室外及振動嚴重的場所,則按防護等級IP-67生產了密封式RJ-45的連接器,Hirschman公司也能提供現場總線中作為以太網連接的接插件,抗震密封,適用于工業環境。
1997年,Schneider公司為其著名現場總線ModbusTCP通信協議產品,它的PLC產品中的I/O模塊,Momentum系列,均可以設置以太網端口。這些I/O模塊通過這些端口直接連入以太網中。Schneider公司把Modbus通信協議變址為TCP/IP通信協議,這是世界上較早的以太網I/O產品。TCP/IP和UDP/IP的一個重要的優點是在同一個以太網中,可以運行許多不同的通信協議,它們都變址在TCP/IP或UDP/IP中。
Honeywell公司幾年前就已經開始著手把以太網用于建筑物自動化系統自動化層總線通信的應用工作,目前,第一步已經實現,即,把所有測控總線通過TCP/IP接口連入以太網中,通過以太網得數據通信,進行實時控制。以太網成為BA、FA、SA集成的通信平臺,進而與管理系統在此平臺上完成管理控制一體化集成。
隨著以太網應用技術的進一步發展,把以太網芯片內嵌與現場設備的一天,也許會很快來臨,意味著因特網內置與現場設備的時代終會來到,其意義在于因特網與控制網融為一體,因特網無處不在,會進一步改變工業自動化和建筑物自動化的面貌。
5.7建筑物自動化的現場總線
現場總線這個技術熱點,長期爭論不休,雖然出臺了IEC61158所推薦的8種國際標準總線,但是仍然沒有一種統一的標準現場總線能夠滿足各種行業有要求。在這紛爭的局面中,以太網的確受到了許多廠商的重視,在管理層(工廠級)采用以太網已經成了共識,而在低層次上的應用,還要假以時日,許多廠商正在積極研究和開發。
目前,LonWorks現場總線在BAS行業中的地位,是很重要的,尤其LonMark產品給用戶帶來產品互換互操的巨大利益(大幅度下降系統的壽命周期成本),所以受到用戶的重視。Honeywell公司在2000年6月推出了全LonWorks現場總線系統,原來的C-BUS已經可以換用LonTalk現場總線,所有其它生產廠商的LonWorks現場總線,可以直接聯入Honeywell中央站。
變配電系統,顧名思義,就是保證建筑物供電與用電安全的系統,實現建筑物正常用電運行是變配電系統的主要監控目標。首先,變配電系統通過對建筑物各類型的電力開關設備進行監測,對配電柜高壓與低壓的運行狀態進行控制來實現對建筑物內部電力供應與使用的監督與管理。其次,變配電系統還會對建筑物電路回路的電流與電壓、功率因數這些電力關鍵參考值進行監測。變壓器與電纜的溫度、發電機的運行狀態的好壞都是變配電系統的重要監督。電力系統本身具有一定的特殊性,其可以在瞬間發生很多的變化,所以在利用計算機系統對電力系統進行控制之時,其監測的頻率是很高的,在監測的同時,要對這些監測中設備開關的狀態與參數的變化進行準確且連續的記錄,只有這樣,變配電系統才能夠準確地預測事故發生的機率,在自動狀態下對變電系統事故地點進行分析。樓宇自動化系統中的變配電系統可以利用計算機對供電設備的開關進行遠程控制,在停電發生后,可以對開關進行自動的順序控制。另外,變配電系統還可以對應急的發電設備進行運行狀態的監測,使其在有應急需要之時可以正常運行,自動切斷不主要的電路回路,保證應急發電機的負荷在合理的范圍之內。變配電系統除了對建筑物進行供電之外,還會對用電量進行計算,對每家每戶的電費進行分析與計算,還可以對我國的供電政策進行有效的落實與執行,在供電高峰期超負荷的情況下對不主要的回路進行切斷。
2給排水系統
使建筑物內部的中水系統得到正常的運行是智能建筑中給排水系統的運行目標與任務,給排水系統的主要功能是將建筑物內水泵與排水泵、污水泵等運行狀態進行監測與管理,使建筑內各水箱的水位保持在安全可靠的限制值當中。另外,給排水系統還會對給水系統的壓力進行測量,使水位與壓力保持在安全范圍內,根據水位與壓力的變化及時進行水泵的關閉與開啟。
3照明系統
智能建筑中的照明系統是建筑物內主要的節能系統,節能減排主要體現在照明系統的運行之中。照明系統的協調程度與運行力度是建筑物自動化與智能化的重要體現。在智能建筑中,電能是不可缺少的,照明系統是除了空調系統之外最大的電能消耗系統。與傳統的建筑管理方法相比,智能建筑中的自動化系統可以實現40%左右電能的節省。照明系統的節能,主要利用于自動化系統對于停車場、走廊與對門廳等照明進行開啟與關閉控制,對建筑物內的照明回路進行分組控制,使用電量過大、電路負荷過多時進行自動切斷,對辦公室與廳堂這些地方的照明系統進行無人熄燈的自動控制。這些控制的實現可以利用計算機中設定的開關開啟與關閉時間進行遠程控制,門鎖與紅外線也是比較好的照明系統控制手段。
4電梯系統
電梯系統屬于智能建筑中的交通系統,對電梯系統的自動化管理也是樓宇交通管理的重要內容。對于電梯而言,其本身具有全套的自動控制裝置,但是,要使其成為智能建筑中樓宇自動化系統的一部分,要將電梯本身的控制裝置與樓宇的自動化系統相聯系,使其實現數據的共享,使建筑物的管理者可以對電梯的運行狀況進行及時的掌握與分析,在有意外事故發生的時候,可以利用自動化系統對電梯進行有效的控制。
5保安監控系統
保安監控系統主要由三部分組成。第一,閉路電視監視系統。閉路電視監視系統主要是利用攝像機完成的,管理人員將攝像機安放在需要進行監控的各個區域之間,利用電纜這一中介將圖像傳達到建筑控制中心,使建筑物的管理人員可以對大樓內部的實時情況進行觀察與管理。還可以利用現代化的計算機技術對這些上傳的圖像進行分析,使影視中的物體與煙霧等不安全因素得到確認,為事故的處理提供證據。第二,出入口控制系統。對建筑物的出入口進行控制,就是利用電子鎖或者是門磁開關這些設備對建筑物的人群進行控制。將讀卡機等設備安裝在建筑物當中,使建筑物的進入具有一定的權限性,對進入到建筑物的對象與建筑物的開放時間進行控制,隨時掌握人員的出入情況。第三,防盜報警系統。防盜功能的實現,是利用各種敏感軟件的安裝實現對建筑物內部空間的控制,比如說紅外線與震動傳感器等等,將其安裝在重要的防盜部位,如果監測區域內出現異常,報警系統可以做出相應的反應,通過建筑物管理人員對異常情況進行及時的處理。
6結束語
1.1設備對建筑電氣自動化控制技術的影響
建筑電氣自動化控制技術的應用必然需要各種電氣設備的參與,并且設備的質量在整個的建筑電氣自動化控制技術應用中占據著重要的位置,一旦電氣設備存在一定的問題的話就會直接影響到整個建筑電氣自動化控制技術的實施質量,進而影響到后期建筑電氣自動化控制技術的應用,具體來看,設備對于建筑電氣自動化控制技術的影響主要體現在兩個方面:(1)設備自身的問題,電氣設備對于建筑電氣自動化控制技術的影響一個主要的問題就是我們所應用的設備自身存在質量問題,這種質量問題存在的原因有很多,比如設備在生產過程中可能就存在著質量問題,一旦在建筑電氣自動化控制技術應用中采用這些質量不達標設備的話就會影響到建筑電氣自動化控制技術的質量,另外,設備規格不符合我們所需要的要求的話也會影響到建筑電氣自動化控制技術的質量,設備在運輸或者安裝過程中受到一定的損害的話必然也會影響到后期的正常使用;(2)環境因素的影響,電氣設備對于周圍環境的依賴性也是比較強的,尤其是對于電氣設備周圍空間內的溫度和濕度的要求雖然不是特別的苛刻,但是一旦溫度或者濕度變化過大的話也會嚴重的影響設備的正常使用,最終影響建筑電氣自動化控制技術的質量。
1.2技術對建筑電氣自動化控制技術的影響
建筑電氣自動化控制技術作為一種最為新型的技術手段自然也離不開技術的支持,因此,反過來說,技術必然也會對建筑電氣自動化控制技術的質量產生直接影響,技術水平的高低也就直接決定著建筑電氣自動化控制技術運用水平的高低,但是就當前我國的建筑電氣自動化控制技術中的技術水平現狀來看,仍然存在著一些問題,這些問題主要表現在兩個方面:(1)技術升級不及時,雖然建筑電氣自動化控制技術就當前來看算是一種較為新型的技術手段,但是就建筑電氣自動化控制技術本身來說仍然需要不斷地進行技術升級才能更好地適應當前人們對于建筑電氣不斷提高的要求,一旦建筑電氣自動化控制技術升級不及時導致電氣自動化技術落后于人們日益提高的要求的話就會嚴重的影響建筑電氣自動化控制技術的應用價值,也不利于建筑電氣自動化控制技術的發展;(2)在技術管理方面存在一定的缺陷,技術管理對于整個建筑電氣自動化控制技術的重要性不言而喻,一個完善的技術管理體系能夠使得建筑電氣自動化控制技術最大程度的發揮自身的優勢,甚至能夠最為及時的針對自身的不足進行更新換代,而當前我國建筑電氣自動化控制技術不存在完善的技術管理制度和體系,進而就極有可能導致建筑電氣自動化控制技術在具體運用中出現質量問題。
1.3人員對建筑電氣自動化控制技術的影響
建筑電氣自動化控制技術的施工和具體應用都離不開具體人員的操作,因此,人員也會對于建筑電氣自動化控制技術的質量產生重要影響。就建筑電氣自動化控制技術本身而言,其應用的最根本的目的就是發揮自動化功能來減少建筑電氣工程使用中對于人員的依賴,但是這并不代表著在實施中就可以減少人員的使用,或者是降低施工人員的素質,就當前我國建筑電氣自動化控制技術的現狀來看,人員的影響主要表現在以下兩點:(1)專業素質不高,建筑電氣自動化控制技術作為一種新型的科學技術手段,其科技水平相對傳統電氣工程來說更高,因此,就對具體的工作人員提出了更高的要求,尤其是在專業性上更是要求人員具備較高的素質,一旦工作人員專業水平不夠的話就會在很大程度上影響實施的質量,最終影響建筑電氣自動化控制技術的應用效果;(2)缺乏對工作人員的監督,工作質量的高低和監督存在著密切的聯系,如果我們對工作人員的施工質量進行密切監督的話就會在一定程度上提高工作人員施工的質量,進而提高建筑電氣自動化控制技術的水平,而如果監督不到位的話,那么就會很容易使工作人員產生懈怠,甚至會出現工作失誤,最終影響建筑電氣自動化控制技術的質量。
2建筑電氣自動化控制技術的發展方向
2.1在建筑電氣自動化控制技術中融入網絡技術
網絡信息技術作為當前較為先進的另一種科學技術也應該使其在建筑電氣自動化控制技術中發揮一定的作用,網絡技術的合理運用能夠在很大程度上提高建筑電氣自動化控制技術的更新速率,擴展建筑電氣自動化控制技術的應用范圍;并且除此之外,在建筑電氣自動化控制技術中合理的運用網絡技術能夠在很大程度上提高建筑電氣自動化控制技術的管理水平,促進建筑電氣自動化控制技術的快速發展。
2.2加強系統的修復和維護
建筑電氣自動化控制技術在實施和具體應用過程中離不開系統的修復和維護過程,并且建筑電氣自動化控制技術的維護和修復極為關鍵,加強對于建筑電氣自動化控制技術的維護和修復管理能夠提高建筑電氣自動化控制技術的運用水平,確保建筑電氣自動化控制技術的應用穩定性。
2.3提高系統更新頻率
當前科學技術的發展速度越來越快,電氣自動化控制技術的更新也應該緊隨科學技術發展的步伐提高自身系統更新的速率,以滿足當前人們對于建筑電氣自動化控制技術不斷提高的要求。
3結語
1智能建筑設備監控系統總體構建框架
1.1智能建筑設備監控系統組成與結構框圖(圖1)
1.2智能建筑設備監控系統組成與結構
簡要介紹上圖為智能建筑設備監控系統組成與結構框圖,在智能建筑監控系統中,監控系統主要實現對六個子系統(照明、供配電、冷熱源、空調、給排水、電梯)的監控,并可控制其運行。由中央控制器統一全分布式控制運行,但由于每個子系統都由路由器分開,所以也可獨立運行,控制系統涉及智能建筑各個系統設備自動化控制,可實現高檢測功能。
1.3各設備監控子系統應該實現的功能
1.3.1供配電系統
主要功能為智能建筑提供電力。樓層配電設備分布在各樓層,電設備一般放置在建筑底層。監控系統主要實現對配電設備運行參數、配電電源、每個電源蓄電池的工作狀態和數據變化進行監控,同時對各樓層電設備電源運行狀態進行監控,若發生故障會產生警報并記錄故障數據。
1.3.2照明系統
主要功能是為智能建筑照明。其設備建設于建筑物的各個平面上,方便實現各角度全方位照明。照明監控分為室內和室外兩部分,室外照明分為公共照明部分,通過監控可根據室外照度值設定開關時間,也可通過更改程序實現不同照明燈具的啟動時間。室內照明監控可通過監控數據,采用總線控制方式,設定程序對不同場景開啟不同的照度。
1.3.3冷熱源系統
為智能建筑供給冷源和熱源,其噪音較大,設備一般置于建筑底層地下室內。通過對冷熱源系統運行數據和冷熱源供給量的監控和分析,可通過程序控制實現不同季節冷熱源供給量和供給時間。
1.3.4空調系統
保障智能建筑的環境溫度處于適宜狀態,空調設備一般置于各樓層高處位置,地下室也可以配置??刂谱酉到y主要對空調機組、風機盤管的工作參數和運行狀態進行監測,并通過監測數據進行分析,控制和設定主機房的溫度、濕度和運行時間。同時監測子系統還具備空調漏水監視功能,可有效實現對空調系統的漏水監測和控制。
1.3.5給排水系統
既能為智能建筑提供水源,又能排除建筑產生的污水,排水設備一般置于建筑物的地下室或建筑頂層,也可設置在樓宇夾層位置。監控系統可監控水泵的工作狀態,并對水池的液位隨時檢測,當設備出現故障或者水池液位異常時,子監控系統就會向中央控制器發出報警信號,并將故障數據記錄反饋,自動顯示故障發生區域和故障詳細情況。1.3.6電梯系統是為高層建筑提供上下交通的便利系統,設備一般置于建筑的垂直豎井內。電梯監控子系統主要實現對電梯設備運行狀態,監視電梯啟動、停止、方向等,動態顯示出電梯實時狀況,一旦發生故障,監控系統會對電梯設備電動機、電磁制動器等進行檢測,自動報警并顯示故障地點、狀態、時間等信息,并將故障記錄記憶并反饋給中央控制器。
2建筑設備自動化控制系統設計要素
2.1各監控子系統控制功能參數明細
將上文中所述設備監控子系統功能要求進行統計和匯總,確認各子系統監控點的分布位置和分布數量,將子系統的監控點設置類型、數量、相關設備、安裝需求、使用地點等詳細列出,并備份保留。依據各子監控系統技術和系統設備實際特點,以系統高效性、可靠性、實用性為前提,以滿足子系統功能需求為標準,以建筑設備自動控制系統設計的節能環保為核心,以建筑設備維護保養便捷性和低成本性為主要指標,詳細將設備子系統的各種功能參數、控制參數、技術參數列出并進行歸檔,為日后整體系統搭建安裝提供依據。
2.2監控系統控制器、傳感器和執行器的確定
按照監控系統被控設備的控制標準和監控點數量,結合安裝現場實際情況,對現場控制點進行設置和篩選,設計出被控設備安裝現場控制器控制區域內部的監控點分布圖,并根據實際要求確定選擇現場控制器。除了現場控制器,還要確定現場傳感器和執行器使用標準,傳感器和執行器是對被監控設備現場數據進行現場數據采集的基本組成部分,傳感器可監測設備狀態和數據變化,執行器對此進行分析和反饋,可以說兩者在自動監控系統中屬于核心構件。根據系統設備特性,對關鍵設備要采用高精度和高可靠性的智能型傳感器和執行器,以提高整個自動化系統的控制質量。非關鍵設備上可以采用傳統傳感器和執行器,如此可減少成本,降低整個系統造價。
2.3建筑設備監控系統
網絡構建智能建筑設備自動化監控系統整體網絡構建如上圖2所示,建筑設備LON現場總線設備自動化控制系統是現實意義上實現了分布式監控。此系統不同類型的控制器節點都具備高智能化特性和網絡通訊能力。由于控制器各節點具備通訊能力,能夠使節點與節點之間實現相互通訊功能,構成完整的通訊網絡。系統中的控制機構和管理機構可以通過總線現場連接為一個整體,彼此之間可以相互協作,共同完成自動化監控任務,兩者可實現控制數據和信息的共享。
2.4建筑設備監控系統硬件支持
智能建筑自動化監控系統構建必須有硬件支持,在硬件方面,主要選用以下器件:中央監控器(計算機,監控系統的核心部分,處理子系統反饋的綜合數據下達控制指令);監控顯示屏(將監控圖像實時顯示,便于觀察和分析故障狀況);鍵盤(更改程序或設定程序,典型的輸入設備);鼠標(輸入設備);不間斷電源(為監控中央系統和子系統供電,保障監控系統不間斷運行,保證整體系統的可靠性);網絡路由器(中繼器、橋接器、配置型路由器等聯合使用,實現網絡分布);控制總線(無屏蔽雙絞線、控制總線LON);控制節點(視具體情況而定)。
2.5建筑設備自動化監控系統軟件支持
建筑設備自動化中央監控器軟件功能具備操作級別和身份識別管理功能。軟件系統采用8位通行字進行鑒別和管理,對操作人員實現權限設置,只允許有權限操作人員在一定范圍內進行數據瀏覽,并對訪問者身份信息、訪問時間、訪問內容進行識別和記錄,且具備交互式菜單,為操作人員提供清晰的數據目錄,節省操作時間,便于高效作業;中央控制系統設計還具備邏輯格式數據顯示功能,可描述短語、數值、單位等數據,對不正常數據報警顯示;具有高效數據分離終端,控制特定數據在特定端口運行,只允許一個操作人員或打印機進行處理;具備特殊指令操作功能,響應命令,邏輯顯示并進行標識。
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關鍵詞:建筑工程;電氣自動化;自動化;施工管理
電氣自動化作為自動化技術領域中的一大重點分支,包含著較為繁瑣的工作內容以及較為龐大的施工運行體制。實際電氣自動化施工工程的建設工作也包含著較為廣泛的實際內容,主要包含配電系統、照明系統、動力系統、弱電系統、保護系統、防雷接地六大系統的實際建設工作。就此而言,如此龐大的系統性工程施工如若想要保證其施工工程中工作運行的穩定性以及科學性,對其進行施工管理工作就存在著相應的價值。但現如今,我國在建筑工程電氣自動化的相關施工工作中施工管理工作的建設現狀并不十分完善,在實際施工過程中依舊存在著施工管理的缺失以及施工管理體系建設不完善的現狀,就此來看在建筑工程電氣自動化相關施工工作中進行工程管理有效性的相關研究就具有著一定的積極價值。
一、我國建筑施工中電氣自動化施工管理現狀分析
就我國當前多數建筑工程的實際施工現狀來看,實際工程管理工作中存在著普遍性的缺失。其中,管理體制建設以及管理工作內涵缺失作為我國建筑工程中的實際現狀,具有著較高的研究價值。就其缺失現狀來看,我國建筑工程中存在的相關缺失現狀主要體現在以下兩個方面?,F就其實際缺失內容,淺析我國建筑工程電氣自動化施工管理建設工作的主要重點內容。1.缺乏完善健全的管理體制。由于電氣自動化相關施工工程在我國建筑施工單位中具有著工作強度大、工作內容豐富以及實際施工工作覆蓋面較廣的特點,在電氣自動化相關施工工程中進行施工管理就需要對電氣自動化相關工程施工領域的各個細節進行覆蓋。這一施工方式就與傳統的建筑工程施工方式存在著較大的區別,管理工作的實際職能也與傳統建筑工程施工管理的職能存在著較大的差異性。就此看來,傳統的工程施工管理工作在管理內容上以及管理機制的構建方面都需要得到相應的加強。然而就我國建筑工程電氣自動化工程施工管理的現狀來看,多數施工工程的管理者都沒有對管理體制的構建做到較為深化的認識,實際管理機制的構建依舊進行著與傳統管理體制的構建模式完全相同的方式進行。這就使得我國建筑工程在電氣自動化相關施工工作中表現出了較為不完善的實際管理體制,管理工作的實際內涵出現了目的與實際不符的現狀。管理體制的完善性對管理工作的實際進行具有著較為高度的促進作用,進行較為完善的實際管理體制建設也能直接提升我國電氣自動化相關建筑施工工程的質量提升,并直接提高電氣自動化相關建筑工程的品質以及效率。就此看來,缺乏健全的電氣工程自動化相關建筑工程管理體制作為我國建筑施工工程中較為嚴重的缺失,需要得到相關革新。2.缺乏正確的管理方法。由于電氣自動化相關建筑工程在管理機制以及管理模式上均與傳統的建筑施工工程存在著較為明顯的差異性,因而在實際管理方法上也存在著相應的差異性。因建筑工程電氣自動化工程的工程量較多,且涉及面廣等特點,這使得電氣自動化工程施工管理需要負責的內容較多。為了保證施工管理充分發揮作用,通常在具體執行施工管理之前根據建筑工程實際情況及電氣自動化施工特點及要求,合理規劃設計施工管理方案,選用適合的管理方法,以便在電氣自動化施工中有計劃的、有序的執行施工管理。但就我國建筑工程電氣自動化相關施工工程的管理現狀來看,管理的方法以及實際內容與傳統建筑工程依舊存在著較大的相似度。這在提升了實際管理機制的效率同時卻忽視了電氣自動化相關建筑工程與傳統建筑工程之間的體制差異,進而在實際管理工作上存在著重點管理方向缺失的問題。相關管理者在實際管理工作進行之前,往往忽視了對實際管理機制覆蓋面的實際考察,在實際管理方法上也一味采用著較為固定的管理內容與管理手段,這在電氣自動化相關施工工程的實際進行中往往只能降低施工工程的有效性,并降低管理機制發揮的實際效力,進而導致后續電氣自動化施工中按照方案所實施的施工管理方法不盡人意,使施工管理效果不佳,不利于保證電氣自動化工程質量。
二、優化建筑工程電氣自動化的施工管理相關有效措施分析
由于現階段我國在建筑工程相關電氣自動化施工工程中依舊存在著較多方面的缺失,既制約了我國建筑施工領域的實際發展,同時對我國電氣自動化相關領域的施工工程存在著管理工作相關的實際制約性,因而就我國建筑工程領域的實際發展前景而言,對建筑工程相關電氣自動化施工管理進行優化革新具有著較大的積極意義與研究價值。為保證我國建筑工程相關電氣自動化施工工作的高效性,筆者建議從以下方面開展相關優化工作。1.做好電氣自動化相關施工工作的準備工作。良好的準備工作在一定意義上來講能夠為后續施工工作提供有效的管理工作的相關幫助。因此為提升我國建筑工程相關電氣自動化施工管理,對電氣自動化相關施工工程進行施工工作準備階段的監督提升具有著良好的應用價值。首先,應當做好施工工程的前期準備。由于電氣自動化相關施工工程能夠有效在后續施工工作中對管理的實際內容進行優化與簡化。電氣自動化相關施工工作由于其存在著較為廣泛的涉及內容,因而在準備階段如果沒有對實際設計內容進行較為良好的優化,實際施工工作沒有了相應依據則會導致因設計施工不合理而返工或施工工作不達標而引發建筑施工的質量問題。而相應質量問題的變數一旦產生,就會對傳統的建筑施工電氣自動化相關工作的管理問題造成影響。其次,應保證設備選型的科學性。由于建筑工程中電氣自動化相關施工工程的實際內容較為豐富,在設備的使用方面也存在著相應的廣泛需求,因而就建筑施工的實際內涵來看,想要保證工程管理工作的科學性,在設備選型方面同樣應加強相應重視型號、規格不同的電氣設備的性能和標準,進而對采購的電氣設備進行質量檢查、功能測試、使用分析,進而根據不同設備的相應質量來滿足對于施工工作的具體要求。2.電氣工程自動化施工管理。在實際施工管理的直接提升方面,需要管理者對以下兩方面進行管理工作的革新加強。首先,需要監督工作人員加強做好日常的監督檢查工作。在工程施工過程中就需要結合建筑工程實際情況及電氣自動化施工要求,規范化、合理化地實施施工質量管理,可以有效控制電氣自動化施工工藝,避免質量隱患遺留。加強施工管理的實際規范性,不僅能夠促進工程施工相關工作人員提升自我防范意識,在實際施工管理工作中加強對管理工作的重視程度,且就其施工管理的工作內容來看需要使施工人員端正態度,并就實際管理職能來完善其管理的相關體系,做到建筑工程電氣自動化相關施工的科學性與完善性。
作者:黃炎 單位:中國二十二冶集團有限公司
參考文獻:
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