基于PLC 的大型公共建筑电气智能化系统设计分析

（云南建投安装股份有限公司，云南 昆明 650033）

当前，我国大型公共建筑多会采取以PLC 控制技术为核心的电气智能化系统，连接智能设备与互联网，构建一体化的智能系统，为大型公共建筑的使用提供便利条件。但实际上，该项技术的应用还存在一定问题，系统设计不合理，无法在大型公共建筑中发挥出最大价值，达不到预期目标的问题依然常见。因此，相关技术人员，必须在分析电气智能化系统的设计现状后，逐步调整基于PLC 的大型公共建筑电气智能化系统的设计方法，提高该系统的实效性。

1 关于建筑电气智能化

建筑电气智能化，是通过各类高新技术手段，改变当前的环境、空间规划，确保建筑的软件系统与硬件设施能协调发展的一种新技术。而在设计电气智能化系统时，技术人员会分析建筑的功能性需求及各个功能模块的连接方式，借助多种高新科技，力求构建出智能化、自动化的电气系统。该系统的合理应用，还可以进一步降低公共建筑的能耗，顺应了绿色环保的可持续发展战略。

2 大型公共建筑电气智能化系统设计现状

2.1 专业设计人员不足、技术水平落后

实际上，电气智能化系统本质上是各类强、弱电系统的集成系统。大型公共建筑中，功能区域众多，强、弱电系统交杂，因此，PLC 下的电气智能化系统复杂度较高，对于各细节处的处理标准较高，需要设计人员具备过硬的专业能力。而电气智能化系统在我国起步较晚，该技术在大型公共建筑项目上的应用案例并不多，业内的研究或相关培训较少，致使该领域的专业设计人员不足，技术水平较为落后，在一定程度上限制了该领域的持续发展。

2.2 建设方需求不明确，系统设计难达预期目标

电气智能化系统并非新兴产物，但该系统在大型公共建筑中的应用并不普及，依然还处于探索阶段。该系统主要起到优化运营管理、设备管理、安防管理与节能管理这四大方面的作用。而部分大型公共建筑在建设时，建设方仅仅是听说过该系统，希望可以在建设过程中启用该系统。但建设方自身对该系统的认知不足，了解并不深入，致使其实际需求不明确，若此时，设计人员根据过往的设计经验设计系统，极有可能会导致该系统建成后，没满足建设方的内心需求或该建筑的管理需求。

2.3 系统架构不合理，智能化作用不显著

基于PLC 的大型公共建筑电气智能化系统的构架必须科学、合理，才能真正发挥出其智能作用，确保集成平台与各子系统间能达成良好的交互，数据互通共享体系完整，方可真正实现智能化管理。而目前，部分公共建筑电气智能化系统的设计架构并不合理，系统规划不完善，系统兼容性及可拓展性并不符合要求，无法完成各个子系统的管理工作。

3 基于PLC 的大型公共建筑电气智能化设计重点

现如今，我国已全面步入信息化时代，人们日常的生活及工作均离不开持续的电力系统供应，因而在大型公共建筑中，智能化电力系统受到了越来越多人的欢迎。基于PLC 的大型公共建筑电气智能化系统，由强电系统与诸多弱电系统集合而成，各个子系统在PLC 的总控下有序运行。PLC 控制器可通过自身的自适应模糊控制算法，对各电气设备在运行过程中产生的数据做出监控，分析不同设备运行过程中的误差及误差波动，在预设的处理器中，使用代数函数调节控制法，调整电气设备的运行参数，确保整个电气化系统的稳定运行。PLC 控制器可以有效提高电气智能化系统运行算法的精准度，能够以PLC 总控制器为核心，综合考虑各电气设备运行过程中可能存在的全部状况，并实现智能化调控，确保建筑内的各个设备，均能在总控下有序执行任务，实现强电系统与弱电系统的智能化管理。

4 设计过程

4.1 系统架构设计

基于PLC 设计的智能化总控系统的控制对象，大体可分为建筑内的照明设备、通风设备、安防设备、给排水设备等。在此基础上，该电气智能化的系统构架可设置为照明、消防、通风、车辆出入管理系统等几个主要模块以及PLC 控制器。

系统构架设计时，要求设计人员将各电气设备及强弱电力系统，统一归类到相应的控制模块下，并为每个子模块设置相应的感应器及处理装置，用以采集区域范围内的详细信息，完成建筑内部的环境信息采样及监控工作。传感器得到的数据参数，可通过网络通信传递给PLC 控制器，控制器内设的逻辑算法可以根据得来的数据信息完成缜密的逻辑运算，分析出当前建筑内部的环境情况，制定出子系统的控制方案，并自动运行程序，实现对建筑内各功能模块的智能化控制。

4.2 PLC 控制器选用设计

综合而言，PLC 控制器是该系统的运行核心，因此，设计师必须详细分析该电气智能化运行系统的工作重心、该建筑的智能化运行要求及其实用功能，合理选择PLC 控制器，确保该控制器满足系统运行需求。选定PLC 控制器后，还需由专业人员使用函数调节法完成控制器的设计及优化，确保控制器可在自适应模糊控制算法下完成精密计算。进一步提高该系统的智能化运行水平。优化控制器时，工作人员应详细分析当前系统的运行情况，若系统运行误差明显，但误差波动不明显时，要求由工作人员提升比例因子，降低量化因子，弱化算法的抑制力，提高系统输出上升率，从而提高降低误差的速度。若系统误差不明显，误差波动明显时，则恰好相反，降低比例因子并提升量化因子，提高算法抑制力，避免系统超调。

4.3 消毒通风设计

大型建筑的人流量多，且功能分区相对复杂，建筑内的空气质量必须满足不同功能区的具体要求，以提高建筑环境舒适度。因此，大型公共建筑的消毒通风设计是工作重点。基于PLC 技术的消毒通风模块功能设计具体构架如图1 所示。

图1 消毒通风系统架构设计

本方案中，工作人员选用动差式传感器，用于收集大型公共建筑内各个房间的气压数值，并使用了电信号传输法完成数据传输，为PLC 控制器提供环境数据。传感器采集到的环境信息，会以电压信号的形式输送至A/D转换器中，在此转变为数字信号后，直接提供给PLC 控制器完成逻辑运算。运算结束后，控制器会第一时间收到运算结果，便会根据系统内部的预设方案，控制通风消毒系统自动运行。PLC 控制器可以根据不同房间的实时采样数据，评估建筑内各区域的空气质量，并控制对应区域范围内的通风开口程度、新风机停启、风机转速等，各区域系统各自独立，便于PLC 控制器制定个性化控制方案，实现各个区域通风消毒系统的精细化管控。

4.4 消防安全设计

消防安全是大型公共建筑电气系统的重要组成部分，也是公共建筑建设过程中的重点项目。设计消防安全系统时，应在指定位置加设各类专业的消防探测器，随后，基于PLC 控制器的内置逻辑算法，分析不同空间内的消防安全信息，确保传感器及系统能够快速、准确地识别出建筑内存在的消防安全隐患并及时响应，提高建筑自动化、智能化消防作业水平。设计人员需要分析大型公共建筑不同结构的功能，查阅类似公共建筑的火灾特征及发生规律，并合理规划温度探测器、烟雾探测器、剩余电流探测器等消防探测器的安装位置。在设计消防安全系统时，PLC 控制器的主要控制对象，由消防预警系统、消防喷淋系统、消防照明系统共同组成。一旦建筑内部形成火灾隐患，探测器会第一时间察觉环境变化，并将数据报告至控制器，随后由控制器立即分析信息并触发消防安全控制程序，自动运行消防系统。

4.5 车辆出入管理系统设计

车辆出入管理系统可以将公共建筑停车卡读卡器作为前端信息收集工具，控制器可直接在内网读取停车卡读卡器收集到的车辆信息，并立即对车辆身份做出验证。若为准入车辆，则立即开启自动门，严控出入人员出入车辆，能有效提高大型公共建筑内部的安全性。另外，车辆出入管理系统的灵活度极高，可根据业主需求适当拓展功能模块，如计时计费停车、车辆数据统计等功能均可。

5 仿真测试

本文以某大型公共建筑为研究对象，在dSPACE 仿真平台中，开展了消防监测以及保安控制的仿真测试。

5.1 消防监测测试

本次消防模块的研究对象为公共建筑一楼。仿真实验下，本次研究拟定事故为区域范围内的电气电路或设备运行温度，在某一时间或区域内持续上升或出现明显异常。

在仿真实验中，消防监测模块与PLC 控制器的控制下，自动测量并生成了目标房间内的温度与湿度信息，并通过通信外接口将实时测量信息直接显示在屏幕上，构建组态，实时监测。

在整个实验过程中，监控系统的监控情况清晰、准确。

在目标，房间温度、湿度等指标正常时，该系统运行状况以监测为主，指示灯为绿色。在目标房间内温度短时间内持续上升，存在异常时，指示灯变为黄色，并发出明显的声音预警。在温度持续上升出现变电箱漏电等严重事故后，指示灯立即转变为红色。

本次仿真实验结果证明，该电气自动化系统可在火灾发生初期或未发生阶段做出明确预警。

5.2 保安控制测试

本次保安控制测试对象为外围区域电动门，测验本系统车辆出入管理的智能化水平。本次研究主要针对车辆出入的身份验证功能以及电动门的自动报警功能。因此，工作人员设计了几台身份信息不同的车辆驶入或驶出，查验了外围区域电动门的智能化出入管理功能。实验结果如图2。

图2 外围区域电动门仿真实验测试结果

在本次仿真平台中的保安系统控制测试中，该系统体现出了较高的智能化水平，确认车辆出入管理模块可准确、有效地识别车辆信息，并实现报警功能的智能化管控，能进一步提高公共建筑的安全性。

6 结语

大型公共建筑是我国的公共基础设施，功能复杂、人流量极多。在现代化社会发展下，大型公共建筑应具备智能化功能，可以基于现场环境自动响应并调整各个子系统及搭载的电气功能模块。目前，PLC 技术下的电气智能化系统在大型公共建筑中应用趋于普遍。因此，相关工作人员必须对该系统的设计要点做出详细分析，优化该系统的设计思路与设计方法，提高基于PLC 的大型公共建筑电气智能化系统的有效性。