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智能楼宇控制系统设计与实现

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智能楼宇控制系统设计与实现　唐如龙　（南华大学创新创业学院，湖南衡阳４２１００１）　

系统解决方案　

摘　要：介绍楼宇直接数字控制系统的分类以及控制形式，阐述智能楼宇控制系统的设计和实现过程。　关键宇：智能楼宇；控制系统；设计与实现　

０引言　２楼字直接数字控制系统控制形式　随着计算机技术、通信技术、建筑技术以及控制　技术等的不断发展，智能建筑技术应运而生。智能建　筑技术作为一个新兴的交叉学科，越来越多的专家　和学者开始对其进行研究，并广泛应用于实际工作　中。以超高层建筑为例，它具有建筑设备数量多，内　部结构复杂等特点，对专业技术的要求较高，是智能　建筑应用领域中的难点。在建筑智能化系统中。楼宇　自控系统是关键部分。因此，本文从实际工程的需求　出发，针对超高层建筑设计智能楼宇自控系统，详细　介绍了对智能建筑的内涵，以及其在国内外的研究　现状及未来的发展趋势。并针对当前使用较多的楼　宇自控系统分析了其具体的结构层次、形式以及集　成技术，探讨了设计该智能楼字控制系统的具体方　法和步骤　

１楼宇直接数字控制系统（ＤＤＣ）的分类　从体系结构上来看，ＤＤＣ系统可分为硬件、软件　和网络结构３个部分。其中，主机、人机接口以及输入　输出单元共同组成了硬件结构部分；系统、输入输出、　监控组态、人机接口以及控制运算软件组成了软件结　构部分：通信网络和Ｉ／Ｏ总线共同构成了网络结构。　从算法上来说．ＤＤＣ系统可分为连续控制、逻辑　控制和顺序控制。其中，连续控制又分为常规ＤＤＣ　算法和现代ＤＤＣ算法。前者使用的算法构成控制器　以及控制理论都是较为经典的，典型代表为ＰＩＤ控　制器，构成的控制回路是多样化的；后者应用的算法　构成控制器和控制理论属现代算法，典型代表包括　自适应控制器、最优控制器以及预测控制器。在　ＤＣＤ、ＰＣＳ、ＰＬＣ以及ＦＣＳ中，这两类联系控制算法也　都适用　

作者简介：唐如龙（１９７９一），硕士研究生，主要从事电子　技术理论和工程实践教育的研究工作。　收稿日期：２０１７－０３．１３　

２．１　ＰＩＤ控制　ＰＩＤ控制算法在连续控制系统中应用较为广泛。　其具有结构简明、原理简单的特点，实现起来较为方　便，能满足大多数应用的需求，对多种不同的对象都　较为适用，从结构上来说鲁棒性较强。目前常用的虽　然是模拟ＰＩＤ调节器，但是相对而言数字ＰＩＤ调节器　更加灵活可用，更易于完善和改进。ＰＩＤ控制器较为典　型的结构示意图如图１所示。　

图１典型ＰＩＤ控制系统　ＰＩＤ控制规律为：　ｕ（　＝　（ｅ（　＋　１　ｆ。ｅ　ｄ抖　ｄ　ｅ（ｔ）一　（１）　

式中，“ｌ　）为控制量；ｅ　）为控制偏差，ｅＯ）＝ｒ　）　；　Ｋ　为比例系数；　为积分时间常数；ＴＤ为积分时间常　数。　其相对应的传递函数Ｋ。为：　

＝　鲁＋　

在连续时间系统中，Ｄ　）的作用是调节和校正，其　组成部分包括对偏差的积分、微分和比例运算的线性　组合。在实际应用中，Ｄ　）可以根据被控对象的要求和　特性对结构进行调整和改变，把其中一部分环节提取　出来重新组成控制器，如积分控制器、比例控制器、微　分控制器等。　２．２无模型自适应控制　无模型自适应方法即ＭＦＡ控制方法，无需构建　过程模型。其具有以下特性：无需精确的过程定量知　识：系统中不含辨识器和辨识机制；无需根据特定过　

自动化应用　２０１７　４期ｌ　１８　系统解决方案　程设计具体的控制器；针对复杂的人工控制器无需整　定参数；为确保系统的稳定性，分析和判据了闭环系　统的稳定性。　单回路ＭＦＡ控制系统示意图如图２所示。该系　统结构简单，由ＭＦＡ控制器、反馈回路以及一个ＳＩＳＯ　过程组成。　

图２单回路ＭＦＡ控制系统　从控制目标上来说，控制器是为了使ｕ（　）满足过　程变量在设定值的范围内变化，且即便在改变过程动　态特性以及存在扰动的情况下仍可以对设定值ｒ（　进　行跟踪。即ＭＦＡ控制器使得过程变量以及设定值之　间的偏差以在线方式不断地缩小。通过以下两点还能　最小化两者之间的偏差：ＭＦＡ控制器自身的调节控制　能力；通过对ＭＦＡ控制器权重因子的不断调整，使控　制器能自如地对过程扰动、动态特性的改变及其他不　确定因素进行处理。　ＭＦＡ控制器中一个ＳＩＳＯ过程的基本结构如图３　所示，在设计上采用了人工神经网络，具有多层感知　器结构，具有隐含层、输入层以及输出层，其中输出层　含有一个神经元．隐含层含有多个神经元。　

图３　Ｓ１ＳＯ　ＭＦＡ控制器结构　在图３的神经网络中存在一组权重因子Ｗ．．和ｈ；。　可以根据需求的不同改变这组权重因子．达到调整控　制器行为的目的，尽量缩小过程变量与设定值之间的　偏差。由于控制目标和效果的一致性．所以权重因子　的使用有助于在改变共同动态特性的过程中减小控　制器产生的偏差。此外，在人工神经网络基础上设计　的ＭＦＡ控制器可保存部分历史数据，有助于对过程　动态特性的了解。而数字式ＨＤ控制器中，仅保留当　前的和之前的数据。从这一点上来看，ＭＦＡ的“记忆”　

１９　ｗｗｗ．ａｕｔｏ—ａｐｐｌｙ．ｃｏｒｎ；自动化应用　

能力是ＰＩＤ控制器没有的。　３楼字控制系统设计与实现　楼宇自控系统主要是用来控制和管理楼宇内部　的空调、给排水、通风以及冷热源等设备。楼宇自控系　统的功能还包括供配电系统的检测，但并不提供控制　功能。系统结构如图４所示。　

图４大厦楼宇自控系统结构　３．１空调监控设计　空气加热器、加温器、混合器、冷却器、净化器以　及去湿器等共同组成了空气处理装置。空调控制是　为了在安全生产和最大限度节能的基础上，通过对　设置实际输出量的自动调节。达到与实际负荷相适　应的目的：并且。通过集中对新风机组、空调机组以　及送排风机等进行启停操作管理．保障系统安全可　靠地运行。空调机组采用集中空调系统，在运行过程　中会有一部分回风使用，但为了保障人员的卫生安　全，需要一定的新风。因此设计了组合式和吊顶式的　空调机组。　３．２冷热源监控设计　在空调系统中，冷热源监控设备是最重要的设备　之一，主要包括冷冻水循环系统、冷水机组以及冷却　水循环系统。冷热源的监控管理，不仅能达到节能的　目的，还能维持室内的热环境控制。在冷源系统中，冷　侧的变水量和定水量共同组成了水系统，在定流量运　行控制中，采用定水量系统。负荷侧主要以温度信号　为依据，对冷盘管中的回水开度进行调节，控制通过　盘管的流量，对温度进行恒定维持。在集水器中，回流　的总流量是动态的，但是冷水机组需要的流水量是固　定的，通过旁通调节阀对开度进行调整。当减少负荷　侧的水量时，把多余的水量从旁通阀引流至冷水循环　泵中，维持固定的蒸发器水量，该系统的使用季节主　要为过渡季以及夏季。　３．３监测设计　依据设计方案，设计的智能楼宇控制系统汇总了　各个机电设备的监控点位。商业区的点位汇总如表１　所示，办公区的点位汇总如表２所示，整个楼宇的监　控点位汇总如表３所示　表１　商业区点汇总　表３整个大厦点位汇总　４结语　

系统解决方案　

根据业主的实际需求，以行业规范为依据，设计　了智能楼宇控制系统，具有较强的实川意义　

参考文献　［１］张亚男，文雪新，董春桥．智能建筑控制网络的研究［Ｊ］．暖　通空调，２００９，２３（３）：９４．９７．　［２］黄皓明，董宝春，史杰．变流量系统中的几种控制方法　ｆＪ］．能源技术，２００８，２９（４）：２３６．２３９．　［３］陀向明．图书馆知识发现系统应用状况分析　．科技情　报开发与经济，２０ｌ３（１６）：ｌ５３．１５４．　【４】刘桂香，朱学峰，王伟．基于ＭＦＡ与ＰＩＤ控制器的串　级控制系统的实验比较［Ｊ］．自动化与信息工程，２００７　（４）：２５—２６．　［５］张亚男，文雪新，董春桥．智能建筑控制网络的研究［Ｊ］ｌ　暖通空调，２００９，２３（３）：９４．９７．　

（上接第１４页）　｛　＿　｝　、　｛　；　＿　＿　｝…　—　一　

ｌ　＿＿　＿＿＿＿　■■●　

………一＿………一０　

图９　ＩＧＢＴ驱动波形　现脉冲检测和保护功能，具有较高的创新性和一定的　实用价值。　

参考文献　【１］温银堂，贺睃华，王洪斌，等．基于模糊自适应ＰＩＤ算法　的改进三段式蓄电池快速充电系统［Ｊ１．清华大学学报　（自然科学版），２０１４，５４．（７）：９５２—９５８．　【２】田永盛．一种单片机控制的铅酸蓄电池充电源Ⅲ．电子　设计工程，２０１１，１９（３）：４８．５１．　［３］ＹｉｎｇＣｈｕｎＣｈｕａｎｇ，ＹｕＬｕｎｇＫｅ．Ａｎｏｖｅｌｈｉｇｈ—ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｂａｔ—　ｔｅｒｙ　ｃｈａｒｇｅｒ　ｗｉｔｈ　ａ　ｂｕｃｋ　ｚｅｒｏ—－ｖｏｌｔａｇｅ－－ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｒｅｓｏｎａｎｔ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ【Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，　２００７，２２（４）：８４８—８５４．　

［４］Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｇ　Ｅｇａｎ，Ｄａｒａ　Ｌ　Ｏ’Ｓｕｌｌｉｖａｎ，Ｊｏｈｎ　Ｇ　Ｈａｙｅｓ，ｅｔ　ａ１．　Ｓｉｎｇｌｅ—ｓｔａｇｅ　ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ　ｃｈａｒｇｅｒ　ｆｏｒ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｂａｔｔｅｒ—　ｉｅｓ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ＴＥＥＳ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｔｎｄｕｓｔｒｉａｌ２００７，　５４（２）：１２Ｉ７—１２２６．　［５］殷树刚，刘建明，赵羡龙，等．基于低压直流供电技术的　市政路灯与电动汽车充电桩一体化系统［Ｊ］．电网技术，　２０１４．３８（３）：５７１－５７５．　［６］秦岭，孔笑笑，茅靖峰，等大型停车场电动汽车直流充　电桩用低电应力ＺＣＳ・ＰＷＭ　Ｓｕｐｅｒｂｕｃｋ变换器［ＪＪ．电　工技术学报，２０１５，３０（２３）：３２．４１．　［７］王旭，齐向东．电动汽车智能充电桩的设与研究［Ｊ］＿机　电工程学报，２０１４，３ｌ（３）：３９３—３９６．　【８］杨彦兵，李辉，刘晓丹．基于单片机的双闭环控制智　能充电器研制电源技术［Ｊ］．电源技术，２０１４，３８（２）：　３０７—３０９．　［９］胡国珍，段善旭，蔡涛，等．基于模型参数拟合的锂离子　电池充电电源控制性能［Ｊ］．电工技术学报．２０１２，２７（２）：　１４６一ｌ５２．　［１０］桑雷，杨玉军．电动汽车充电桩工作原理及充电参数　分析［ＪＪ．计量检定与校准，２０ｌ４．　

自动化应用　２０１７　４期　２０

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基于DDC楼宇智能控制系统的设计

基于DDC楼宇智能控制系统的设计

基于DDC楼宇智能控制系统的设计摘要：当前，楼宇的智能化已成为了主流的发展趋势，研究楼宇的智能控制系统的设计具有重要的现实意义。

本文概述了楼宇的智能化控制系统，对系统的各个模块进行了介绍，并提出了一种基于DDC的楼宇智能照明控制系统，该系统有效降低了楼宇照明系统的能量损耗，达到了节能的目的。

关键词：楼宇自动化；DDC；监控系统0 引言随着我国国民经济的快速发展以及科技的不断进步，人们的生活水平不断提高，生活环境也日益改善，人们对楼宇的智能照明系统提出了更高的要求，传统的照明控制系统已无法满足人们日益增长的要求。

因此，如何设计一套科学的楼宇智能照明系统，提高楼宇照明的质量，满足人们的需求是当前的一个重要课题。

基于此，笔者进行了相关介绍。

1 楼宇智能控制系统概述为实现楼宇照明系统的智能化控制，达到节能的目的。

本文应用直接数字控制器（DDC），设计了楼宇照明控制系统，实现了楼宇照明的智能控制。

该系统根据智能大楼里的实际需要分模式、分时间段，使照明灯具在规定的时间段开启和关闭。

把不必要的照明设备关掉，在需要时自动开启，并能够通过上位机组态实时监控照明灯具的运行状态。

本设计实现了照明控制的自动化，比传统的照明控制更容易管理，降低了电能消耗，节约了人力、物力、财力，具有经济节能的优势。

楼宇智能控制系统由DDC控制器、Lonworks网卡、组态监控软件、照明控制设备、光控开关等组成。

系统的总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图2 系统模块介绍2.1 直接数字控制器（DDC）简介DDC系统的组成通常包括中央控制设备（集中控制电脑、彩色监视器、键盘、打印机、不间断电源、通讯接口等）、现场DDC控制器、通讯网络、以及相应的传感器、执行器、调节阀等元器件。

它代替了传统控制组件，如温度开关、接收控制器或其他电子机械组件，已经成成为各种建筑环境控制的通用模式。

DDC控制器是利用微信号处理器来执行各种逻辑控制功能，它主要采用电子驱动，但也可用传感器连接气动机构。

楼宇智能照明控制系统方案设计

楼宇智能照明控制系统方案设计

楼宇智能照明控制系统设计方案新楼房的建设要适应网络时代的发展，应引入智能化的概念。

在传统的楼宇自控系统中，一般只包括了综合布线、计算机网络、安防、消防、闭路监控等子系统。

但近年来，随着科技的进步，人们对照明灯具节能和科学科学化管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能化领域的地位越来越重要。

而在新校区的建设热潮中，各大高校和他们的建设者也应该意识到智能照明的重要性。

相对商业楼宇而言，校园里的大功率动力和制冷设备比重较少，照明灯具则相对比重更多。

使用照明控制系统，更能体现其在节能与管理方面的优势，提高楼宇的科学管理水平。

1、采用智能照明控制系统的优越性1.1 良好的节能效果采用智能照明控制系统的主要目的是节约能源，智能照明控制系统借助各种不同的"预设置"控制方式和控制元件，对不同时间不同环境的光照度进行精确设置和合理管理，实现节能。

这种自动调节照度的方式，充分利用室外的自然光，只有当必需时才把灯点亮或点到要求的亮度，利用最少的能源保证所要求的照度水平，节电效果十分明显，一般可达30%以上。

此外，智能照明控制系统中对荧光灯等进行调光控制，由于荧光灯采用了有源滤波技术的可调光电子镇流器，降低了谐波的含量，提高了功率因数，降低了低压无功损耗。

1.2延长光源的寿命延长光源寿命不仅可以节省大量资金，而且大大减少更换灯管的工作量，降低了照明系统的运行费用，管理维护也变得简单了。

无论是热辐射光源，还是气体放电光源，电网电压的波动是光源损坏的一个主要原因。

因此，有效地抑制电网电压的波动可以延长光源的寿命。

智能照明控制系统能成功地抑制电网的浪涌电压，同时还具备了电压限定和轭流滤波等功能，避免过电压和欠电压对光源的损害。

采用软启动和软关断技术，避免了冲击电流对光源的损害。

通过上述方法，光源的寿命通常可延长2～4倍。

1.3 改善工作环境，提高工作效率良好的工作环境是提高工作效率的一个必要条件。

良好的设计，合理地选用光源、灯具及优良的照明控制系统，都能提高照明质量。

建筑智能楼宇系统实现楼宇智能管理的技术要求

建筑智能楼宇系统实现楼宇智能管理的技术要求

建筑智能楼宇系统实现楼宇智能管理的技术要求在建筑智能楼宇系统中，实现楼宇智能管理是一个重要的技术要求。

楼宇智能管理是指通过先进的技术手段，对楼宇内的各项设备和系统进行监控、控制和管理，以提高楼宇的安全性、舒适性和能源利用效率。

为了实现楼宇智能管理，以下是一些技术要求需要满足。

一、集成控制系统建筑智能楼宇系统需要具备集成控制系统的功能，即将各种设备和系统整合在一起进行集中控制。

这需要具备良好的硬件平台和软件支持，能够实现设备之间的相互联接和信息共享。

同时，还需要实现对各项设备和系统的远程监控和控制，以实现楼宇的智能化管理。

二、感知网络技术为了实现对楼宇内各项设备和系统的监控和管理，建筑智能楼宇系统需要具备良好的感知网络技术。

这包括传感器、监测设备等，通过感知网络可以将设备运行状态、环境条件等信息传输到集成控制系统中，进行分析和处理。

三、数据采集与处理建筑智能楼宇系统需要能够对感知网络传输的数据进行采集和处理。

这涉及到数据的获取、传输、存储和分析等过程。

通过对采集到的数据进行处理，可以获得楼宇内各项设备和系统的运行状态，从而进行相应的控制和管理。

四、智能决策与优化建筑智能楼宇系统需要具备智能决策与优化的能力。

通过对采集到的数据进行分析，系统可以根据预设的算法和规则做出相应的决策，实现对楼宇内设备和系统的自动控制。

同时，还可以通过优化算法对楼宇的能源利用效率进行优化，降低运营成本。

五、安全与保障建筑智能楼宇系统需要具备安全与保障的功能，确保楼宇内各项设备和系统的安全运行。

这包括对系统的防护、数据的加密和安全传输、远程访问的权限控制等。

同时，还需要具备故障检测与排除的能力，及时发现并解决设备和系统的异常情况，确保楼宇的正常运行。

在实际应用中，建筑智能楼宇系统需要根据不同的楼宇类型和具体要求进行设计和实施。

这就需要建筑智能化领域的专业人员，包括设计师、工程师和管理人员等，进行全面的规划和实施。

同时，还需要与相关行业进行密切合作，积极引进和采用先进的建筑智能化技术和设备，推动楼宇智能管理的发展。

楼宇自控系统规划设计方案

楼宇自控系统规划设计方案

楼宇自控系统规划设计方案1.1楼宇自控系统1.1.1系统概述本工程为某体育中心, 设有网球场、室内健身、高尔夫、瑜伽室及办公室，建筑按五层设计。

楼宇自控系统将对整座建筑的机电设备进行信号采集和控制，实现体育馆设备管理系统自动化，旨在对体育馆内空调新风、通风、给排水以及动力系统进行集中管理和监控，以满足使用者对于馆内温度、通风等环境条件的严格要求，创造舒适的建筑环境同时达到服务和能源双优的效果。

根据某体育中心的特点，采用楼宇自控系统的主要目的在于将建筑内各种机电设备的信息进行分析、归类、处理、判断，采用最优化的控制手段,对各系统设备进行集中监控和管理，使各子系统设备始终处于有条不紊、协同一致和高效、有序的状态下运行，在创造出一个高效、舒适、安全的工作环境中，降低各系统造价，尽量节省能耗和日常管理的各项费用，保证系统充分运行，保证特殊生产环境需要，节省能源10%，节省人力，最大限度安全延长设备寿命的目的。

从而提高了智能建筑的高水平的现代化管理和服务，使投资能得到一个良好的回报。

1.1.2需求分析楼宇自控系统的建设需要充分体现技术的先进性、系统的专业性、功能的复杂性、投资的可行性、建设的实用性等弱电系统建设所特有的专业要求，确保某体育中心的建设的顺利实施和按期正常运行。

楼宇自控系统能自动接收各DDC控制器上传的统计信息及设备状态信息（正常、故障及报警），并能记录、打印、分析和管理。

可完成功能集成，实现与消防报警系统、智能照明、监控和报警等系统的接口和联锁控制，能与其他相关的工作站进行接口，配合集成商搭建成功能完善的物业管理中心。

本方案针对某体育中心的楼宇自动控制系统（BAS）而进行设计。

根据该项目的特点，针对建筑设备监控系统及系统集成的技术要求，围绕先进的控制理念和开放式的智能化建筑结构方式，依据有关国内外先进成功案例和相关设计规范并结合我们在建筑设备监控系统及系统集成方面的多年实践经验，运用当今主流的计算机技术和自动控制技术而进行的设计。