【工学论文】论建筑电气自动化设计及发展趋势的探讨

 摘要：随着科学技术的进一步发展,大量现代化电气设备和装置的安装使用,已是现代化水平和质量高低的重要标志。随着现代科技的不断发展,电气工程的组成部分越来越繁杂,高新技术在生产、科研和生活中的应用如:计算机网络系统,高科技通讯系统等的推广应用,使电气工程所占的位置越来越重要。

关键字：建筑电气;自动化设计;发展趋势

引言

伴随着用户需求的提高和科学技术的进步,现代智能建筑在我国实现了健康而快速的发展。这种集服务、管理与系统结构及其最优化组合于一身的建筑模式,为用户提供了安全、舒适、高效、节能的生活场所和办公环境,并致力于最大限度地满足不同用户的个性化需求。

1.传统电气设计和自动化设计思想的基础和特点

按传统设计制造方式提供的电气设备其控制、保护和计量主要由分立的、机械的、物理的方式和部件来完成,其相互之间的功能组合构成达到用户要求的配电产品。与其对应的完全由计算机构成的自动化控制系统,通过软硬件组态达到用户要求的系统控制管理功能。上述两类设备分别由不同类的制造商提供,界限径渭分明,它们由项目设计人员依据标准的现场信号条件和统一的控制管理原则划定互联的明显界面,进行协调连接。电气设计根据用电设备的用电负荷、负荷特点和用电设备的分布情况,设置高中低压变配电系统。进而根据供电方条件、要求和用电设备要求和特点进行高中低压变配电系统二次计量、保护、控制的设计；根据工艺控制要求和自动化系统要求,进行配电系统末端的用电设备就地控制设备的设计。

2.设备与技术发展为设计提供的现实基础条件

　　高压配电柜内的综合保护控制器、综合电量计量器,低压配电柜内的自动空气断路器中的计算机控制模块、马达控制中心中的软启动器、变频器的可控硅触发数字控制器,就地机电设备中的小型PLC控制器,阀门电动装置调节控制器,现场过程仪表,这些都可用现场总线连接在一起,以相同的通讯协议进行数据通讯。这些由于芯片嵌入、机电一体化、网络通讯及其标准化统一所带来的发展变化,使得测量和控制彻底的分散化于现场设备层得以实现。现场通讯总线上的人机界面设备通过DDE方式采用商业化通用多平台监控软件,提供运行管理人员介入系统的手段,并且不受时间、地点的限制。同时现在的监控组态工具软件亦有统一的标准IEC1131-3,系统制造商均对此予以支持。从控制系统拓扑结构上看,以现场总线为通讯媒介,只分为人机界面管理计算机、现场控制器两个层面。现在有几大现场总线组织制定了相应的几种现场总线通讯协议,符合同种通讯协议的现场控制器、仪表、嵌入式控制装置可方便的通过现场总线连接组成控制系统。监控管理计算机可通过专用或商用通讯网络与更加广泛的管理系统相联系。

3.建筑电气自动化设计要点

3.1中央控制室

中央控制室是指由变配电直接引出的回路供电。在中央控制室内部必须设有专用的配电盘，而其负荷等级必须要高于高层建筑中的最高级别，在常规情况下系统供电电源的电压要控制在±10%，频率变化得小于±1Hz，波形失真率应当控制在20%以下。中央管理计算机要设置UPS不间断供电设备，其容量主要涉及到高层建筑设备自动化内的用电设备总和，需要时可以扩大容量，保持半小时以上的供电时间。中央控制室还要尽可能靠近控制负荷中心，与水泵房、电梯机房、变电所要保持在20m以上的距离。室内控制的操作台需要设置2m的距离，在设置台离墙布过程中在后台要留有2m以上的检修距离，并且要做好阳光直射的防护措施。中央控制室需要选择抗静电架空活动地板，其高度要保持在25m以上。

3.2电气监控系统

电气监控系统的主要功能就是对设备的运行状态及多发故障进行监控。在发生故障时能够及时切断工作，从而避免扩大故障的影响范围。电气监控系统与自动化系统的组成部分基本一致，主要包括测量参数、分析逻辑、执行程序等。测量主要是通过保护设备的正常运行及把获取的参数传输到监控系统，使监控系统对测量参数进行处理后从不同角度显示出来，然后对检测参数及整定值实施对比分析，这样就能得到实时掌握保护设备运行情况的作用。在电气系统或被保护设备被逻辑判断出现故障时，监控系统需要立即把输出保护信号传达给执行元件，以起到保护装置动作的作用，执行部分把逻辑信号放大后参照相关的指令信号来控制任务。电气自动化系统的监控参数主要涉及到了电流、电压、功率、频率、相位、电量等，而数据信号、测量方式、仪表形式、控制对象缺少专业水准，尤其是执行部分主要是以接触器、电磁机构、继电器作为主要结构。由于电气监控系统对系统物理量参数监控广、人工操作少，所以必须对系统设置独立的保护装置。

3.3电气接地

在现如今的高层建筑供配电设计上，接地系统的设计已经占据了相当重要的地位，它与供电系统的安全性和可靠性有着密切关系。尤其是近年来大量的高层建筑的出现都对接地系统的设计提出了更高的要求。电气接地的主要方式分为以下两种：

3.3.1TN-S系统

TN-S一个三相四线加PE的接地系统。该系统主要用于高层建筑内的独立变配电所。其特点是，保护接地线PE与中性线N在变压器中性点共同接地，除此之外，两线不存在任何的电气连接。PE线使不带电，而中性线N是带电的。这样的系统已经完全具备了安全、可靠的基准电位。在计算机等电子设备没有特殊要求的时候，基本上我们都会采用这种接地系统。在高层建筑里，单相电的设备较多，其负荷也相对较大，三相负荷一般都是不平衡的，所以在中性线N中都有随机电流。

3.3.2TN-C-S系统

TN-C-S系统是由两个接地系统组成，一部分是TN-C系统，另一部分是TN-S系统，分界面在N线与PE线的连接点上。该系统一般用于高层建筑的供电由区域变电所引来的场所，进户之前用TN-C系统，进户处做重复接地，进户后变成TN-S系统。

4新设计思想与未来技术发展趋势的契合

　　嵌入式控制装置将覆盖全部现场设备,现场总线通讯协议统一至最少的数量,嵌入式控制装置具有完全符合标准现场总线通讯协议的网络通讯功能,现场总线网络上的全部节点设备的数据库为分布式实时数据库,这些就如同PC及其外设的USB接口形成一样。同样智能化、分布式、扁平化的设备控制系统构成的生产过程,也是生产管理系统的主要组成部分,数据共享、快速、高效、可靠、低成本也是扁平化管理系统的特点。为了实现上述功能,在进行未来的设计工作中要求设计人员既要进行电气系统设计,又要能对嵌入式控制装置进行编程组态,同时还要完成基于现场总线通讯协议网络的构架及其监控软件(包括数据库)的组态。这样一个项目的设计工作过程无论从人员还是到流程亦是快速、高效、扁平化的。

5.结束语

电气自动化是一门研究与电气工程有关的研制开发、系统运行、电力电子技术、自动控制、信息处理及电子与计算机应用等领域的综合专业性学科。电气自动化被应用于高层建筑中，能够为用户提供最佳的服务，同时为物业的设施管理提供了先进的技术支撑，充分现在现代高层建筑的优越性。

参考文献 ：

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