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[摘 要] 随着电气智能化技术的深化应用,很多电气设备或系统的控制,逐渐走向由专业的控制系统进行控制,并向电气设备系统开放其通信协议,达到系统间的互联和互通。本文基于此,对智能化电气自动控制技术进行了初步分析。
[关键词] 电气系统 自动控制 智能化 管理系统
随着信息技术的发展,如计算机技术、控制技术、数字技术、显示技术、网络技术以及现代通信技术的发展,使电气技术实现了飞跃性的发展。当前,我国与国际上进行广泛的技术交流,国际上许多先进的新产品、新技术不断进入中国电气市场,使电气行业迈出了新的一步。至今为止全国智能化系统示范工程相继建成,令世界瞩目。
一、电气设备控制技术
二十世纪80年代主要采用计算机集中控制的方式,由于可靠性较差,运行速度较慢,90年代以后已经很少采用,取而代之的是集散式控制方式。在90年代末,随着计算机技术、控制技术、网络与通信技术的发展和结合,电气设备控制技术得到了迅速发展,突出表现在:
1、现场总线的体系结构与参考模型、应用软件的开发平台与工具、现场总线的应用等各方面取得了很大的发展,现场总线技术在电气设备控制系统中得到了广泛的应用。
2、在对控制网络的组网技术、实时网络操作系统、可靠性技术等方面进行深入研究的前提下,出现了以太控制网络。
3、控制网络与信息网络的集成成为控制网络技术发展的一个热点,各种电气设备控制系统与信息网络的集成技术日益成熟。
4、各种控制网络的新技术在电气设备控制系统中得到应用。计算机领域的OPC技术、Web技术、TCP/IP已逐渐融合到电气设备控制系统中,大大推动了电气设备控制技术的发展。
电力设备的控制,从过去的单一继电控制走向了自动控制,除了各类元器件性能更好、体积小,使控制箱体体积减小外,更主要是由于采用了数字技术控制,使受控设备处于最佳控制状态,进一步达到了节能的效果。照明工程更是从过去的光源单一、光源和灯具效率低的状况中走向了更广阔的前景。目前在电气系统中所采用的光源,有多种品种可供选择,光源朝着发光效率高、光色好、显色指数高方向发展,灯具也在不断提高其效率和配光形式,以利于各种不同场合的应用。光源的附件,例如用于荧光灯的镇流器,从过去的普通电感式镇流器发展到节能型电感镇流器、电子镇流器,而且针对谐波分量的大小,生产出低谐波电子镇流器。众多的光源、附件和灯具,能满足设计人员的各种选择和设计,并充分满足各类场所对照明的要求。不管是室内的工作照明还是装饰照明,不管是道路和庭院的室外照明还是建筑物的泛光照明,无一不显示出电气技术的发展给照明带来的方便和好处。
二、智能化电气控制系统的技术分析
智能化电气设施自动控制与管理系统包括两项内容,其一是计算机管理软件,其二是电气智能控制装置,实现对居室温度、湿度进行自动调节;对排风进行控制。而计算机管理软件要对电气设施进行管理并提供若干服务程序。
1、电气智能控制器的功能分析
(1)电气智能控制器功能
通过对室内温度监测,得到实际温度与设定温度比较:当实际温度低于设定温度一定值时,在夏季关空调,在冬季开暖气;当实际温度高于设定温度一定值时,在夏季开空调,在冬季关暖气。温度控制达到智能标准:18～28℃。
通过对室内湿度监测,得到实际湿度与设定湿度比较:当实际温度高于设定温度一定值时,关加湿器;当实际湿度低于设定湿度一定值时,开加湿器。湿度控制达到智能定标准:30～70%。
对三表实行脉冲计数,并发送到上位机。
当门磁或红外报警时,在设防状态下,声光报警和自动拨号器启动,并有报警信号传到上位机。
玻璃破碎报警时,声光报警启动;在设防状态下,自动拨号器启动:有报警信号传到上位机。
紧急按钮报警时,自动拨号器启动,并有报警信号传到上位机。
排风扇按钮控制排风扇,排风扇运行一段时间自动关闭。
烟感探头报警时,煤气闭阀器关闭,声光报警和自动拨号器启动,并有报警信号传到上位,此外,通过判断烟感探头输入信号可识别探头是否有故障。
煤气泄漏报警时,排风扇启动,煤气闭阀器关闭,声光报警和自动拨号器启动,并有报警信号传到上位机。
探头复位输入控制火灾探头掉电复位及开启煤气闭阀器。
通过上位机运作,可以控制厨房设备按一定时序启动。
温度的设置可以通过上位机或者设定按钮实现。
湿度的设置可以通过上位机或者设定按钮实现。
(2)采用lonworks技术进行开发
开放性:网络协议开放,对用户平等;
通信媒介的多样性:可采用任何媒介进行通信,如双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、无线电波、红外等,并且同一网络可以有多种通信媒介;
互操作性:其通信协议lontalk是符合iso定义的osi模型,任何制造商的产品都可以实现互操作性;
网络拓扑:有星型、总线型、环型以及自由型;
网络结构:主从式、对等式或客户/服务式结构;
通信的每帧有效字数可从0至228个字节;
通信速率可达1.25mb/s,此时有效距离为130m;78kb/s的双绞线,直线通信距离可达2700m;
其技术核心器件棗neuron芯片内部装有三个8位微处理器、34种i/o对象和定时器以及lontalk通信协议等。该芯片具有通信和控制功能。 采用了lonworks技术:lonworks技术作为先进的总线技术,会更有利于电气智能控制装置的推广。
模拟量的引入:从长远来看,将模拟量引入智能电气将是必然,该系统将模拟量引入,也体现装置的前瞻性。
软件编程语言采用neuron c语言,利用该语言事件驱动任务的特点,增强了装置的实时性。
该系统可灵活组态:如果用户不需要该模块中的模拟输入,我们就会在设计硬件电路时预留出端口,而不焊接模数转换模块,这样可为用户省下投资,也为其将来扩展做好准备;数字输入点被开关量或脉冲信号来触发,其可以配置成电表水表煤气表输入,可以配置成安防信号输入,也可以是二者结合;12路输出只是一个开关信号,也可根据实际情况进行灵活配置。
与目前系统集成商所提出智能电气系统方案相比,该系统将计算机引入电气智能控制系统来管理电气设施。
电气节能:智能电气在提供给人们安全、舒适的环境的同时,也应将节能的概念引入智能电气系统中。我们可以对卫生间排风采取实时控制,使其在满足室内排风要求的同时做到节省电能;通过对室内温度的设定,在不同季节内对空调或供暖设备进行控制,使其在一定的条件下工作,当达到预期要求时,立刻停止工作,进而达到节能的目的。
2、计算机管理系统分析
计算机管理系统是在delphi5.2平台上开发而成,其功能、设计特点如下:
(1)功能。该软件通过网卡直接对电气设施进行管理:三表计费、设备状态显示、电气设备时序控制、温湿度设定。
(2)特点。系统是软、硬件技术成功结合的典范:将计算机硬件、软件技术相结合,通过lon控制模块成功地实现了环境监测及设备控制。
3、安全防范技术
安全防范包括闭路电视控制、入侵报警、通道控制(门禁)、巡更、对讲、周界防越等子系统。安防系统从最初的各子系统相互独立,发展到如今的各子系统之间的联动,极大地提高了安全防范的严密性、可靠性和实时性,为人们的工作、学习和生活提供了安全保障。闭路电视控制子系统也从以往的模拟技术向数字化方向发展,整个安全防范系统也朝着系统规模化、数字化、综合化方向发展。
4、通信网络技术
智能电气系统中的通信网络包括计算机网络、双向有线电视传输网络和电话通信网络等,前两者作为智能电气系统宽带骨干网集中了几乎全部的信息应用和信息管理资源,连接了几乎全部的用户站点。在二十世纪90年代中期以前,各种类型的网络均有一定的市场和用户,但在90年代后期,以太网以其投资合理、布线灵活、性能优越、使用维护方便等优点,逐渐在各种网络通信技术中独占鳌头。
5、综合布线技术
综合布线是智能电气系统中数据、语音以及多媒体通信的基础平台,自该项技术进入我国市场以来,由于其优异的性能,给国内的智能电气系统市场带来了一种新理念、新技术,并立即在电气行业引起了巨大的反响,被各类智能电气系统所广泛采用。为了适应网络传输带宽和速率的发展,综合布线新产品相继问世,从最初的3类线、5类线到6类线,甚至出现了超前于标准的7类布线系统产品,以满足千兆网的需求。尤其是进入到90年代中期,综合布线技术在电气中的应用,弱电系统的设计内容从当初的几个系统逐渐扩展到十几个子系统。
三、智能化电气系统的发展
当前,经建设部科技发展促进中心评估,通过了一批在工程中已实际采用、具有国内领先水平的电气智能化技术的科技成果,他们主要采用了电气系统集成技术。在智能电气系统内的每个子系统,一般来说均由各自的网络连接起来,在各自的操作站下完成预期的工作,但尚未达到信息资源共享。为了达到管理的方便快捷,各子系统之间的信息资源共享,应进行系统集成。
在系统集成过程中,集成所选择的系统平台不同,网络结构不同,所集成的子系统范围不同,有不同的集成模式。随着计算机技术、网络技术、控制技术、显示技术的发展,使电气设备控制系统通过计算机网络与其它子系统相连,由此产生以电气设备控制系统为主的系统集成方式。它们利用开放的协议以达到各相关子系统之间的联动控制和信息共享,提高了管理效率,也提高了处理突发事件的能力,并达到了节能和节省人力的目的,这就是电气设备管理系统(BMS)。系统集成不是目的,而是提升电气使用功能和提高管理效率的技术手段,集成的内容不是多多益善,而应根据使用和管理的需要,在技术成熟、系统可靠、投资合理、管理高效等前提下,按需集成。
参 考 文 献
[1] 中国计划出版社编《注册建筑电气工程师必备规范汇编》中国计划出版社2003.6
[2] 中国建筑设计研究院机电院编《智能建筑电气技术(精选)》中国电力出版社 2005.5■
[关键词] 电气系统 自动控制 智能化 管理系统
随着信息技术的发展,如计算机技术、控制技术、数字技术、显示技术、网络技术以及现代通信技术的发展,使电气技术实现了飞跃性的发展。当前,我国与国际上进行广泛的技术交流,国际上许多先进的新产品、新技术不断进入中国电气市场,使电气行业迈出了新的一步。至今为止全国智能化系统示范工程相继建成,令世界瞩目。
一、电气设备控制技术
二十世纪80年代主要采用计算机集中控制的方式,由于可靠性较差,运行速度较慢,90年代以后已经很少采用,取而代之的是集散式控制方式。在90年代末,随着计算机技术、控制技术、网络与通信技术的发展和结合,电气设备控制技术得到了迅速发展,突出表现在:
1、现场总线的体系结构与参考模型、应用软件的开发平台与工具、现场总线的应用等各方面取得了很大的发展,现场总线技术在电气设备控制系统中得到了广泛的应用。
2、在对控制网络的组网技术、实时网络操作系统、可靠性技术等方面进行深入研究的前提下,出现了以太控制网络。
3、控制网络与信息网络的集成成为控制网络技术发展的一个热点,各种电气设备控制系统与信息网络的集成技术日益成熟。
4、各种控制网络的新技术在电气设备控制系统中得到应用。计算机领域的OPC技术、Web技术、TCP/IP已逐渐融合到电气设备控制系统中,大大推动了电气设备控制技术的发展。
电力设备的控制,从过去的单一继电控制走向了自动控制,除了各类元器件性能更好、体积小,使控制箱体体积减小外,更主要是由于采用了数字技术控制,使受控设备处于最佳控制状态,进一步达到了节能的效果。照明工程更是从过去的光源单一、光源和灯具效率低的状况中走向了更广阔的前景。目前在电气系统中所采用的光源,有多种品种可供选择,光源朝着发光效率高、光色好、显色指数高方向发展,灯具也在不断提高其效率和配光形式,以利于各种不同场合的应用。光源的附件,例如用于荧光灯的镇流器,从过去的普通电感式镇流器发展到节能型电感镇流器、电子镇流器,而且针对谐波分量的大小,生产出低谐波电子镇流器。众多的光源、附件和灯具,能满足设计人员的各种选择和设计,并充分满足各类场所对照明的要求。不管是室内的工作照明还是装饰照明,不管是道路和庭院的室外照明还是建筑物的泛光照明,无一不显示出电气技术的发展给照明带来的方便和好处。
二、智能化电气控制系统的技术分析
智能化电气设施自动控制与管理系统包括两项内容,其一是计算机管理软件,其二是电气智能控制装置,实现对居室温度、湿度进行自动调节;对排风进行控制。而计算机管理软件要对电气设施进行管理并提供若干服务程序。
1、电气智能控制器的功能分析
(1)电气智能控制器功能
通过对室内温度监测,得到实际温度与设定温度比较:当实际温度低于设定温度一定值时,在夏季关空调,在冬季开暖气;当实际温度高于设定温度一定值时,在夏季开空调,在冬季关暖气。温度控制达到智能标准:18～28℃。
通过对室内湿度监测,得到实际湿度与设定湿度比较:当实际温度高于设定温度一定值时,关加湿器;当实际湿度低于设定湿度一定值时,开加湿器。湿度控制达到智能定标准:30～70%。
对三表实行脉冲计数,并发送到上位机。
当门磁或红外报警时,在设防状态下,声光报警和自动拨号器启动,并有报警信号传到上位机。
玻璃破碎报警时,声光报警启动;在设防状态下,自动拨号器启动:有报警信号传到上位机。
紧急按钮报警时,自动拨号器启动,并有报警信号传到上位机。
排风扇按钮控制排风扇,排风扇运行一段时间自动关闭。
烟感探头报警时,煤气闭阀器关闭,声光报警和自动拨号器启动,并有报警信号传到上位,此外,通过判断烟感探头输入信号可识别探头是否有故障。
煤气泄漏报警时,排风扇启动,煤气闭阀器关闭,声光报警和自动拨号器启动,并有报警信号传到上位机。
探头复位输入控制火灾探头掉电复位及开启煤气闭阀器。
通过上位机运作,可以控制厨房设备按一定时序启动。
温度的设置可以通过上位机或者设定按钮实现。
湿度的设置可以通过上位机或者设定按钮实现。
(2)采用lonworks技术进行开发
开放性:网络协议开放,对用户平等;
通信媒介的多样性:可采用任何媒介进行通信,如双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、无线电波、红外等,并且同一网络可以有多种通信媒介;
互操作性:其通信协议lontalk是符合iso定义的osi模型,任何制造商的产品都可以实现互操作性;
网络拓扑:有星型、总线型、环型以及自由型;
网络结构:主从式、对等式或客户/服务式结构;
通信的每帧有效字数可从0至228个字节;
通信速率可达1.25mb/s,此时有效距离为130m;78kb/s的双绞线,直线通信距离可达2700m;
其技术核心器件棗neuron芯片内部装有三个8位微处理器、34种i/o对象和定时器以及lontalk通信协议等。该芯片具有通信和控制功能。 采用了lonworks技术:lonworks技术作为先进的总线技术,会更有利于电气智能控制装置的推广。
模拟量的引入:从长远来看,将模拟量引入智能电气将是必然,该系统将模拟量引入,也体现装置的前瞻性。
软件编程语言采用neuron c语言,利用该语言事件驱动任务的特点,增强了装置的实时性。
该系统可灵活组态:如果用户不需要该模块中的模拟输入,我们就会在设计硬件电路时预留出端口,而不焊接模数转换模块,这样可为用户省下投资,也为其将来扩展做好准备;数字输入点被开关量或脉冲信号来触发,其可以配置成电表水表煤气表输入,可以配置成安防信号输入,也可以是二者结合;12路输出只是一个开关信号,也可根据实际情况进行灵活配置。
与目前系统集成商所提出智能电气系统方案相比,该系统将计算机引入电气智能控制系统来管理电气设施。
电气节能:智能电气在提供给人们安全、舒适的环境的同时,也应将节能的概念引入智能电气系统中。我们可以对卫生间排风采取实时控制,使其在满足室内排风要求的同时做到节省电能;通过对室内温度的设定,在不同季节内对空调或供暖设备进行控制,使其在一定的条件下工作,当达到预期要求时,立刻停止工作,进而达到节能的目的。
2、计算机管理系统分析
计算机管理系统是在delphi5.2平台上开发而成,其功能、设计特点如下:
(1)功能。该软件通过网卡直接对电气设施进行管理:三表计费、设备状态显示、电气设备时序控制、温湿度设定。
(2)特点。系统是软、硬件技术成功结合的典范:将计算机硬件、软件技术相结合,通过lon控制模块成功地实现了环境监测及设备控制。
3、安全防范技术
安全防范包括闭路电视控制、入侵报警、通道控制(门禁)、巡更、对讲、周界防越等子系统。安防系统从最初的各子系统相互独立,发展到如今的各子系统之间的联动,极大地提高了安全防范的严密性、可靠性和实时性,为人们的工作、学习和生活提供了安全保障。闭路电视控制子系统也从以往的模拟技术向数字化方向发展,整个安全防范系统也朝着系统规模化、数字化、综合化方向发展。
4、通信网络技术
智能电气系统中的通信网络包括计算机网络、双向有线电视传输网络和电话通信网络等,前两者作为智能电气系统宽带骨干网集中了几乎全部的信息应用和信息管理资源,连接了几乎全部的用户站点。在二十世纪90年代中期以前,各种类型的网络均有一定的市场和用户,但在90年代后期,以太网以其投资合理、布线灵活、性能优越、使用维护方便等优点,逐渐在各种网络通信技术中独占鳌头。
5、综合布线技术
综合布线是智能电气系统中数据、语音以及多媒体通信的基础平台,自该项技术进入我国市场以来,由于其优异的性能,给国内的智能电气系统市场带来了一种新理念、新技术,并立即在电气行业引起了巨大的反响,被各类智能电气系统所广泛采用。为了适应网络传输带宽和速率的发展,综合布线新产品相继问世,从最初的3类线、5类线到6类线,甚至出现了超前于标准的7类布线系统产品,以满足千兆网的需求。尤其是进入到90年代中期,综合布线技术在电气中的应用,弱电系统的设计内容从当初的几个系统逐渐扩展到十几个子系统。
三、智能化电气系统的发展
当前,经建设部科技发展促进中心评估,通过了一批在工程中已实际采用、具有国内领先水平的电气智能化技术的科技成果,他们主要采用了电气系统集成技术。在智能电气系统内的每个子系统,一般来说均由各自的网络连接起来,在各自的操作站下完成预期的工作,但尚未达到信息资源共享。为了达到管理的方便快捷,各子系统之间的信息资源共享,应进行系统集成。
在系统集成过程中,集成所选择的系统平台不同,网络结构不同,所集成的子系统范围不同,有不同的集成模式。随着计算机技术、网络技术、控制技术、显示技术的发展,使电气设备控制系统通过计算机网络与其它子系统相连,由此产生以电气设备控制系统为主的系统集成方式。它们利用开放的协议以达到各相关子系统之间的联动控制和信息共享,提高了管理效率,也提高了处理突发事件的能力,并达到了节能和节省人力的目的,这就是电气设备管理系统(BMS)。系统集成不是目的,而是提升电气使用功能和提高管理效率的技术手段,集成的内容不是多多益善,而应根据使用和管理的需要,在技术成熟、系统可靠、投资合理、管理高效等前提下,按需集成。
参 考 文 献
[1] 中国计划出版社编《注册建筑电气工程师必备规范汇编》中国计划出版社2003.6
[2] 中国建筑设计研究院机电院编《智能建筑电气技术(精选)》中国电力出版社 2005.5■