浅谈建筑设备一体化监控系统的研究与应用

孟焕平

（湖南省建筑设计院有限公司，长沙410012）

0 引言

随着科技的进步，人们对建筑的要求已不仅局限于对建筑使用空间的要求，而更加注重于满足其使用的舒适、安全和节能，从而最终实现建筑的智慧管理。 建筑智慧化管理很大程度上依赖于建筑设备的智能控制，这一课题需要不断研究与创新。

当前建筑物中设备监控通常采用BA 系统来实现，其建筑电气设计、施工、维护等均由强电和智能化两个专业完成，系统施工复杂、造价高、管理运维难度大。 为简化控制系统、节约投资，便于维护管理，促进湖南省智能建筑发展，湖南省住房和城乡建设厅组织相关单位编制湖南省地方标准图《建筑设备一体化监控系统设计》。

笔者作为该标准图主编人，结合研究成果，就建筑设备一体化监控系统的关键技术进行分析。

1 研究思路

传统建筑中的机电设备监控是强、弱电产品分别制造、分开施工。 建筑设备一体化监控系统的研究思路是将强电与弱电的控制元器件集成在一起，即将断路器、接触器、热继电器、电力仪表、电机保护控制器、DDC 控制器以及二次控制回路元件等多种配电、控制元器件集成到一个一体化控制装置中，其控制装置具有逻辑编程计算控制功能，可实现建筑物内风机、水泵等设备回路的保护、控制、测量、通信一体化。

2 系统组成

建筑设备一体化监控系统由三层设备和两层网络结构组成，分为站控层、通信管理层和现场控制层。 站控层与通信管理层之间通过TCP／IP 以太网连接，通信管理层与现场控制层之间通过现场总线网络连接，实现对分散建筑设备的远程监控管理，其系统网络拓扑图如图1 所示。

现场控制层由分散的建筑设备一体化监控装置组成，实现对建筑设备的就地自动控制。 同时通过现场总线将一体化控制装置的所有信息上送给通信管理层，并接受通信管理层的各种控制指令。

图1 系统网络拓扑图

通信管理层的主要设备是通信控制装置，主要实现对现场控制层中一体化监控装置信息的实时采集，同时把站控层的控制命令转发到现场控制层，连接现场控制层与站控层。

站控层通过通信管理层对建筑设备进行各种控制，实现整个系统实时监测、经济运行、能耗管理和运维管理等功能。

通信管理层与现场控制层之间通过现场总线连接，使用Modbus、Profibus 等总线进行数据传输。系统通过对建筑内机电设备的电量信号、温差、温度、湿度、空气质量、水位、流量等参数进行检测，经逻辑运算，完成对空调系统、排风系统、给排水系统中建筑设备的分散自动控制。

3 一体化控制装置控制原理

一体化控制装置是监控系统的核心，具有通信功能，可实现对设备的供电保护，监控设备的各种状态。 其装置采用模块化组件，实现标准化生产。在具体工程设计中，设计师只需绘制控制设备主回路并提出外接设备的控制要求，控制原理图可参考地方标准图集《建筑设备一体化监控系统设计》，这对规范设计行为、减少设计师工作量、提高设计工作效率起到事半功倍的作用。 图2 为典型的单台风机控制原理图，图3 为典型的一用一备两台水泵控制原理图。

图2 单台风机控制原理图

图3 一用一备排水泵控制原理图

图2 和图3 中，主回路均设置隔离开关（QA），起隔离作用，当一体化控制装置YSK 故障时，断开QA 便于安全维修。 现场控制层中控制箱通常由单台设备一体化控制装置组成；当单台设备容量较小时，也可采用多台一体化控制装置组成一个配电箱（柜）。 一体化控制装置YSK 有两个核心参数，一是额定电流，根据设备容量选择；二是外接设备数量，根据外接设备控制要求选择。 设计师在设计时只需根据控制设备容量及控制要求，参考厂商提供的产品选型表确定上述两个核心参数，即可完成一体化控制装置的选型。

4 一体化控制装置选型实例分析

笔者以江苏某公司生产的YSK2S 系列产品为例，详细阐述一体化控制装置在具体项目中的选型。 YSK2S 系列装置表达方式：YSK2S－1－2。

（1）上式中代号“1”指YSK2S 系列一体化控制装置的分类代号，共分为5 类，其具体含义：无代号为基本型，代号“K”为开关量型，代号“M”为模拟量型，代号“KM”为综合型。 不同代号所接的外接设备回路及开关数量详见表1。

（2）上式中代号“2”指YSK2S 系列一体化控制装置的设备额定电流分级代号，共分为5 级，其具体含义：代号“5”为电流在1.25 ～5A 之间可调；代号“12”为电流在2 ～12A 之间可调；代号“32”为电流在8 ～32A 之间可调；代号“63”为电流在15.75 ～63A 之间可调；代号“125”为电流在31.25～125A 之间可调。

以某项目中单台风机功率为2.2kW 的新风机为例，其外接设备控制点位表如表2 所示。

由表2 可知，该风机控制回路数为：6 个DI、1 个DO、2 个AI、1 个AO、1 个AI（温度），对照表1 选型，该风机的一体化控制装置分类代号“1”应选“KM”。

风机额定功率为2.2kW，计算容量约为4A，则该风机的一体化控制装置额定电流分级代号“2”选“5”。

外接设备回路及开关量 表1

设备控制点位表 表2

结合表1 和表2 的信息，可确定2.2kW 新风机的一体化控制装置型号为YSK2S－KM－5。

5 结束语

综上所述，采用建筑设备一体化监控系统既简化了设计、优化了系统，又使施工更简便、维护更方便，能有效解决传统建筑中机电设备控制设计及施工复杂、造价高等问题，必将成为未来智能建筑的重要组成部分，亦能为智慧城市的发展注入新的活力。