弱電工程是電力應用的一個分類。電力應用按照電力輸送功率的強弱可以分為強電與弱電兩類。建筑及建筑群用電一般指交流220V50Hz以下的弱電。主要向人們提供電力能源,將電能轉換為其他能源,例如空調用電,照明用電,動力用電等等。
常用的建筑弱電系統(tǒng)主要有以下幾種:
(1) 電話通信系統(tǒng)
實現(xiàn)電話(包括三類傳真機、可視電話等)通信功能;星型拓撲結構;使用三類(或以上)非屏蔽雙絞線,傳輸信號的頻率在音頻范圍內。
(2) 計算機局域網(wǎng)系統(tǒng)
是實現(xiàn)辦公自動化及各種數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡基礎;星型拓撲結構;使用五類(或以上)非屏蔽雙絞線,傳輸數(shù)字信號,傳輸速率可達100 Mb/s以上。
(3) 音樂/廣播系統(tǒng)
通過安裝在現(xiàn)場(如商場、車站、餐廳、客房、走廊等處)的揚聲器,播放音樂,并可通過傳聲器對現(xiàn)場進行廣播;多路總線結構;傳輸由功率放大器輸出的定壓(如120 V/120 Ω)的音頻信號,以驅動現(xiàn)場揚聲器發(fā)聲,傳輸線使用銅芯絕緣導線。
(4) 有線電視信號分配系統(tǒng)
將有線電視信號均勻地分配到樓內各用戶點;采用分支器、分配器進行信號分配,為了減小信號失真和衰減,使各用戶點信號質量達到規(guī)范規(guī)定的要求,其布線為樹型結構,且隨建筑物的形式及用戶點分布的不同而不同;使用75 Ω射頻同軸電纜,傳輸多路射頻信號。
(5) 視頻監(jiān)控系統(tǒng)
通過安裝在現(xiàn)場的攝像機、防盜探測器等設備,對建筑物的各出入口和一些重要場所進行監(jiān)視和異常情況報警等;視頻信號的傳輸采用星型結構,使用視頻同軸電纜;控制信號的傳輸采用總線結構,使用銅芯絕緣纜線。
(6) 消防報警系統(tǒng)
該系統(tǒng)由火災報警及消防聯(lián)動系統(tǒng)、消防廣播系統(tǒng)、火警對講電話系統(tǒng)等3部分組成。
火災報警及消防聯(lián)動系統(tǒng)通過設置在樓內各處的火災探測器、手動報警裝置等對現(xiàn)場情況進行監(jiān)測,當有報警信號時,根據(jù)接收到的信號,按照事先設定的程序,聯(lián)動相應的設備,以控制火勢蔓延,其信號傳輸采用多路總線結構,但對于重要消防設備(如消防泵、噴淋泵、正壓風機、排煙風機等)的聯(lián)動控制信號的傳輸,有時采用星型結構,信號的傳輸使用銅芯絕緣纜線(有的產(chǎn)品要求使用雙絞線)。
消防廣播系統(tǒng)用于在發(fā)生火災時指揮現(xiàn)場人員安全疏散,采用多路總線結構,信號傳輸使用銅芯絕緣導線(該系統(tǒng)可與音樂/廣播系統(tǒng)合用)。
火警對講電話系統(tǒng)用于指揮現(xiàn)場消防人員進行滅火工作,采用星型和總線型兩種結構,信號傳輸使用屏蔽線。
(7) 出入口控制系統(tǒng)/一卡通系統(tǒng)
使用計算機、智能卡門鎖、讀卡器等設備,對各出入口狀態(tài)進行設置、監(jiān)視、控制和記錄等,實現(xiàn)對建筑物各出入口統(tǒng)一管理,保證大樓安全,其拓撲結構和傳輸介質因產(chǎn)品而異。
通過安裝在出入口地面下的感應線圈,感應車輛的出入,通過人工/半自動/全自動收費管理系統(tǒng),實現(xiàn)收費和控制電動欄桿的啟閉等。該系統(tǒng)布線僅限于大樓車場的出入口處,每一個出入口由一臺控制器控制,控制器可以獨立工作,也可以與上位管理計算機聯(lián)網(wǎng),其布線結構和傳輸介質因產(chǎn)品而異。
(9)樓宇自控系統(tǒng)
通過與現(xiàn)場控制器相連的各種檢測和執(zhí)行器件,對大樓內外的各種環(huán)境參數(shù)以及樓內各種設備(如空調、給排水、照明、供配電、電梯等設備)的工作狀態(tài)進行檢測、監(jiān)視和控制,并通過計算機網(wǎng)絡連接各現(xiàn)場控制器,對樓內的資源和設備進行合理分配和管理,達到舒適、便捷、節(jié)省、可靠的目的。到目前為止,樓宇自控系統(tǒng)還沒有國際標準,不同廠家的產(chǎn)品所采用的通信協(xié)議各不相同,其現(xiàn)場總線和控制總線的拓撲結構和傳輸介質也就不同。下面將對目前被國際社會普遍接受和采納的LonWorks技術和BACnet技術作簡單介紹。
此外,還有電視會議系統(tǒng)、屏幕顯示系統(tǒng)、擴聲系統(tǒng)、巡更系統(tǒng)、樓宇對講系統(tǒng)、三表(水、電、氣表)自動抄表系統(tǒng)等。不同功能的建筑物需要設置的弱電系統(tǒng)各不相同。
在實際工作中,設計者應該從網(wǎng)絡集成、功能集成和軟件界面集成等方面來考慮各弱電系統(tǒng)間的集成問題。
網(wǎng)絡集成主要是從各系統(tǒng)的布線上來考慮,使不同功能的弱電系統(tǒng)能夠工作在一個統(tǒng)一的布線平臺上,這樣,一方面便于對布線系統(tǒng)的管理,另一方面也使各弱電系統(tǒng)在現(xiàn)場設備的布置上具有更大的靈活性。
在常用的建筑弱電系統(tǒng)中,電話通信系統(tǒng)和計算機局域網(wǎng)系統(tǒng)的功能及使用的硬件設備各不相同,但其網(wǎng)絡拓撲結構、信息點的布置原則相同,并且可以使用相同的傳輸介質和接插件,所以可將兩個系統(tǒng)的布線綜合為一個布線系統(tǒng)。這樣,兩個系統(tǒng)可以互為利用,信息點的功能可以互換,使兩個系統(tǒng)都具有更大的靈活性,這也就是我們所說的綜合布線系統(tǒng)(PDS)。對其余幾種系統(tǒng),綜合考慮技術上和經(jīng)濟上的可行性,目前的產(chǎn)品由于受系統(tǒng)拓撲結構、信號傳輸介質和雙絞線對傳輸功率信號的限制等,其布線系統(tǒng)暫時還無法綜合到PDS中來。但是,隨著數(shù)字信號處理理論和應用技術以及計算機技術、通信技術等的不斷發(fā)展,未來的PDS一定會發(fā)展成為包含更多不同功能弱電系統(tǒng)的布線平臺。
功能集成包括以下兩方面內容:
(1) 功能合并。主要考慮將一些在功能上和硬件設備上重復的系統(tǒng)合并,使合并后的系統(tǒng)具備合并前各系統(tǒng)的所有功能,以減少設備冗余,避免重復投資。在上述系統(tǒng)中,音樂/廣播系統(tǒng)和消防報警及聯(lián)動系統(tǒng)中的消防廣播系統(tǒng)就可以作為一個系統(tǒng)來設計,但系統(tǒng)必須滿足《消防自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》(GBJ 50116—98)的規(guī)定。
(2) 功能互補。從功能上看,樓宇自動化系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)都有其特定的功能和管轄范圍,平時各自獨立工作,但在發(fā)生某些特殊事件時,往往需要各系統(tǒng)之間能夠協(xié)同工作,以提高整個系統(tǒng)對突發(fā)事件的處理能力,實現(xiàn)全局性的控制和管理,提高建筑的智能化程度。具體的聯(lián)動響應包括以下幾種系統(tǒng):
消防報警系統(tǒng)→音樂/廣播系統(tǒng):發(fā)生消防報警時,相應樓層的公共廣播系統(tǒng)將被強行切換至消防緊急廣播;
消防報警系統(tǒng)→保安監(jiān)控系統(tǒng):發(fā)生消防報警時,保安監(jiān)控系統(tǒng)自動將火警相近區(qū)域的攝像機的攝像畫面切向保安中心主監(jiān)視屏,并重點監(jiān)錄這些攝像機的攝像內容,以供確認是否有火警發(fā)生和事后分析事故原因等;
消防報警系統(tǒng)→出入口控制系統(tǒng):確認發(fā)生消防報警時,出入口控制系統(tǒng)中與火警部位有關的各管制門(重要核心部位的管制門可單獨設置)應自動處于開啟狀態(tài),以便內部人員疏散撤出和消防人員進入;
消防報警系統(tǒng)→車庫管理系統(tǒng):確認消防報警發(fā)生于底層或地下層時,車庫管理系統(tǒng)應將車庫控制閘門置于開放狀態(tài),以便車庫內車輛迅速撤離火場(此時車庫有關的攝像機應處于工作和錄像狀態(tài));
消防報警系統(tǒng)→語音通信系統(tǒng):當消防報警系統(tǒng)自動確認消防報警發(fā)生后,立即通過大樓內的語音通信系統(tǒng)向消防局報警并傳送有關信息,同時向大樓主管部門報警;
樓宇自控系統(tǒng)→保安監(jiān)控系統(tǒng):當樓宇自控系統(tǒng)有異報警或事故時,保安監(jiān)控系統(tǒng)可自動將報警相近區(qū)域的攝像機的攝像畫面切向保安中心主監(jiān)視屏,并重點監(jiān)錄這些攝像機的攝像內容,以供事后分析事故原因等;
保安監(jiān)控系統(tǒng)→樓宇自控系統(tǒng):當保安系統(tǒng)報警時,可以聯(lián)動電梯控制系統(tǒng),使電梯不??繄缶瘜樱蛲?勘0矄T指定層;
出入口控制系統(tǒng)→保安監(jiān)控系統(tǒng):當管制門在非工作時有人持卡進入或發(fā)生非法侵入時,保安監(jiān)控系統(tǒng)自動將進入的管制門或報警點相近區(qū)域的攝像機的攝像畫面切向保安中心主監(jiān)視屏,并重點監(jiān)錄這些攝像機的攝像內容,以供必要時核對;
車庫管理系統(tǒng)→保安監(jiān)控系統(tǒng):當車庫有車輛出入時,保安監(jiān)控系統(tǒng)自動將車庫門的攝像機的攝像畫面切向保安中心主監(jiān)視屏,并重點監(jiān)錄這些攝像機的攝像內容,以供必要時核對。
其實,各系統(tǒng)間的功能集成和聯(lián)動響應并沒有一個統(tǒng)一或固定的模式,可以根據(jù)實際需要來設置。
功能集成只是目的,其實現(xiàn)有兩種模式,一種是在各個子系統(tǒng)之上建立更高一級的管理和控制網(wǎng)絡,另一種是以樓宇自控系統(tǒng)為中心的集成模式。不管選擇哪一種集成模式,關鍵技術都是要解決各系統(tǒng)間的通信問題,在確定解決方案時,一定要采用理論先進、技術成熟且為業(yè)界普遍接受和采納的通信協(xié)議。
目前被國際社會普遍接受的樓宇自控領域的一個通信協(xié)議,是由美國供熱、制冷與空氣調節(jié)工程師協(xié)會制定,并成為美國國家標準的BACnet標準ANSI/ASHRAE Standard 135—1995),它符合ISO(國際標準化組織)的OSI(開放系統(tǒng)互連)七層模型,包容5種已成熟的網(wǎng)絡通信協(xié)議,包括以太網(wǎng)和LonTalk等通信協(xié)議。其中,以太網(wǎng)通信協(xié)議是OA系統(tǒng)普遍使用的一種通信協(xié)議,大多數(shù)網(wǎng)絡操作系統(tǒng)都支持這種通信協(xié)議;而LonWorks技術是美國Echelon公司開發(fā)的新一代現(xiàn)場總線技術,它的突出優(yōu)點是支持任意拓撲結構,支持多種傳輸介質(包括雙絞線、電力線、無線電波、紅外線、同軸電纜和光纖),且多種介質可以在同一網(wǎng)絡中混用,因而大大簡化了工程施工以及系統(tǒng)建成后的改建、擴建和維護工作。因此,符合BACnet標準的樓宇自控系統(tǒng),在其控制總線級可以較容易實現(xiàn)與OA系統(tǒng)的集成,又因為其包容的通信協(xié)議支持雙絞線和星型拓撲結構,因而可利用PDS作為其信號傳輸途徑。
在實現(xiàn)各系統(tǒng)的功能集成時,選擇了集成模式,確定了網(wǎng)絡通信協(xié)議,有了相應的硬件設備把各系統(tǒng)物理地連接在一起,并安裝了可以互操作的網(wǎng)絡操作系統(tǒng),最后的工作就是要開發(fā)出相應的應用軟件,把各系統(tǒng)邏輯地連接在一起,為整個集成系統(tǒng)提供統(tǒng)一的人機操作界面,這就是軟件界面集成。
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