智能樓宇是自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等新技術(shù)綜合形成的一門(mén)專(zhuān)業(yè)性的技術(shù)學(xué)科。樓宇智能化系統(tǒng)本身包含綜合布線系統(tǒng)、樓宇自控系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等基本系統(tǒng)。樓宇智能化技術(shù)與傳統(tǒng)的建筑技術(shù)相比具有明顯優(yōu)勢(shì)，它zui大的特點(diǎn)就是其智能化和自動(dòng)化。智能樓宇系統(tǒng)zui終目的是對(duì)樓宇內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，使來(lái)自不同廠商的設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)話，統(tǒng)一接受管理和控制，達(dá)到方便、安全、高效、節(jié)能和環(huán)保的目的。

    隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們的節(jié)能意識(shí)日益提高，人們對(duì)于樓宇的節(jié)能要求也日益提高，而中水工程是每一個(gè)建筑中節(jié)能環(huán)節(jié)不可缺少的單項(xiàng)工程。中水主要是指生活污廢水經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后達(dá)到規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可以在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用的雜用水，中水利用是節(jié)約水資源、減少排污、防治污染、保護(hù)環(huán)境的有效途徑之一。水源一般為生活廢水、生活污水、冷卻水等。中水不同于生活飲用水，根據(jù)中水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，目前國(guó)內(nèi)中水只能在沖洗廁所、綠化、洗車(chē)、澆灑道路和冷卻用水等范圍使用。

    該文以某高校教學(xué)實(shí)驗(yàn)樓為對(duì)象，對(duì)智能樓宇控制系統(tǒng)中的中水回用系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。液位測(cè)量選用浮球液位計(jì)，下位機(jī)選擇PLC，上位機(jī)的監(jiān)控界面采用組態(tài)王6． 55 進(jìn)行開(kāi)發(fā)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程·70· 工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置2016 年第6 期的處理工藝，工藝流程如圖1 所示。樓宇的污水經(jīng)過(guò)外部引水管進(jìn)入沉沙池，沉沙池除了完成沉沙功能，還放置了粗格柵，可以隔離較大的漂浮物和雜質(zhì)，再經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)池后進(jìn)入生物膜處理單元，通過(guò)生物處理，降低BOD、COD、NH3 － N、TN 等污染物濃度，其中在調(diào)節(jié)池后部分中添加化學(xué)除磷藥劑去除TP，并添加消毒藥劑消毒，再通過(guò)抽吸泵將清水集中到清水池，便可進(jìn)行外排回用。

 

圖1 處理工藝

 

    在整個(gè)工藝中主要采用生物膜反應(yīng)器(Membrane Bio Ｒeactor，簡(jiǎn)稱(chēng)MBＲ) 水處理技術(shù)，MBＲ 將活性污泥法和膜分離技術(shù)有機(jī)結(jié)合，利用膜分離技術(shù)對(duì)微生物進(jìn)行有效地?cái)r截和吸附，具有工藝流程簡(jiǎn)單，占地面積小，出水水質(zhì)好等特點(diǎn)。這種集成式新工藝把生物反應(yīng)器的生物降解作用和膜的高效分離技術(shù)融于一體，通過(guò)與A2 /O 等生物工藝進(jìn)行整合，同時(shí)又具有很好的脫氮功能。

 

1、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    1.1 中水系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

    中水系統(tǒng)框架采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。

    整個(gè)系統(tǒng)由下至上分為設(shè)備層、數(shù)據(jù)傳輸層和監(jiān)控層。

 

圖2 框架及原理

 

    1) 設(shè)備層: 在中水處理室內(nèi)安置了中水回用裝置，裝置由各式的水泵、浮球液位計(jì)、觸摸屏和PLC組成，設(shè)備層負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，如水位、泵的開(kāi)關(guān)狀態(tài)等，以完成自動(dòng)控制。

    2) 數(shù)據(jù)傳輸層: 數(shù)據(jù)傳輸層的作用是負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理。

    3) 監(jiān)控層: 樓宇的管理人員通過(guò)用戶(hù)端平臺(tái)，查看設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息，處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，制定控制策略后發(fā)送控制指令等。

    設(shè)備層和數(shù)據(jù)傳輸層組成了系統(tǒng)的下位機(jī)部分，監(jiān)控層為上位機(jī)部分。液位計(jì)采集液位信息，將數(shù)據(jù)傳送給PLC，把液位信息代入梯形圖進(jìn)行邏輯比較，不同的結(jié)果觸發(fā)不同程序，PLC 按程序置位相對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)量，使泵組動(dòng)作，達(dá)到控制工藝過(guò)程的作用。系統(tǒng)用戶(hù)端和觸摸屏主要在手動(dòng)模式下起監(jiān)控作用。當(dāng)在上位機(jī)切換為手動(dòng)模式時(shí)，用戶(hù)可在用戶(hù)端遠(yuǎn)程控制泵組，或在現(xiàn)場(chǎng)使用觸摸屏控制泵組。

 

    1.2 中水系統(tǒng)設(shè)備組成

    系統(tǒng)的實(shí)體設(shè)備在下位機(jī)部分。其中中水回用裝置是負(fù)責(zé)中水處理的主體裝置，除了生物膜處理單元以外，還有主水箱及表1 中所列各類(lèi)設(shè)備。

 

    表1 設(shè)備組成

 

    1.3 PLC 通信

    在下位機(jī)中，PLC 是核心樞紐，所有的設(shè)備都通過(guò)連接PLC 完成控制和監(jiān)測(cè)。所以通信尤為重要。水泵使用了普通的I /O 口控制設(shè)備。自動(dòng)運(yùn)行下，PLC 內(nèi)置程序自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行; 手動(dòng)控制時(shí)，PLC的I 口連入泵的輸出，以監(jiān)測(cè)泵的運(yùn)行狀態(tài)。PLC的O 口連入繼電器的輸入，當(dāng)上位機(jī)中控系統(tǒng)控制PLC 將O 口置1，閉合繼電器使水泵連通電路運(yùn)作。PLC 經(jīng)由交換機(jī)和上位機(jī)用戶(hù)端的通信使用了Modbus TCP /IP，線路連接使用了以太網(wǎng)接口，即為8 芯水晶頭網(wǎng)線，而PLC 和觸摸屏的通信則采用了Modbus 協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)嵌有ＲS485 接口的PLC 進(jìn)行控制，PLC 和觸摸屏連接中，Modbus 硬件接口采用電氣接口二線制ＲS485，使用屏蔽雙絞線連接，所有的A 和B 接口都是菊鏈在一起，屏蔽線應(yīng)該連接到地端，采用單點(diǎn)接地。在總線的兩個(gè)終端需要配置120 Ω 電阻。在Modbus 通信中統(tǒng)一設(shè)置ＲTU 數(shù)據(jù)格式: 數(shù)據(jù)位8，無(wú)校驗(yàn)，停止位1，波特率9600。

 

    1.4 中水系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)

    該系統(tǒng)為滿足智能樓宇控制系統(tǒng)中的智能化、自動(dòng)、節(jié)能化等要求，應(yīng)以解決以下內(nèi)容為目標(biāo)。

    1) 中水回用系統(tǒng)控制地下一層整個(gè)中水室室內(nèi)水處理過(guò)程。

    2) 通過(guò)液位計(jì)實(shí)時(shí)地監(jiān)控各個(gè)水池的水位，水位不符時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟泵機(jī)調(diào)節(jié)水位，當(dāng)水位長(zhǎng)時(shí)間異常時(shí)，發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息。

    3) 通過(guò)PLC 監(jiān)測(cè)控制相應(yīng)各個(gè)水泵的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，實(shí)時(shí)反映到上位機(jī)的監(jiān)控畫(huà)面。

    4) 可完成不同使用條件下的手動(dòng)自動(dòng)切換。控制系統(tǒng)泵組及電動(dòng)閥有自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制方式。在機(jī)組出現(xiàn)故障和日常檢修時(shí)，主用手動(dòng)模式，控制回路電源上電，根據(jù)工作要求，開(kāi)啟、關(guān)閉相對(duì)應(yīng)的泵機(jī)。在上位機(jī)畫(huà)面通過(guò)點(diǎn)擊鼠標(biāo)來(lái)啟動(dòng)或者停止水泵、開(kāi)閥、關(guān)閥。自動(dòng)模式下泵組由PLC自動(dòng)控制，PLC 內(nèi)置根據(jù)控制方案編寫(xiě)的梯形圖。詳細(xì)控制方案如表2 所示。

 

表2 控制方案

 

2、 中水系統(tǒng)監(jiān)控畫(huà)面設(shè)計(jì)

    在上位機(jī)中采用Windows Server 2008 微軟服務(wù)器操作系統(tǒng)，編程平臺(tái)為組態(tài)王6． 55［8］。在軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，人機(jī)界面的友好性顯得至關(guān)重要，因?yàn)樗苯雍筒僮魅藛T交流信息。在開(kāi)發(fā)中需要完成以下任務(wù):

    1) 通信用于與數(shù)據(jù)服務(wù)器或者其他設(shè)備的通信;

    2) 畫(huà)面用于定制監(jiān)控的畫(huà)面，將畫(huà)面中的圖元與監(jiān)控變量關(guān)聯(lián)，通過(guò)畫(huà)面的動(dòng)態(tài)處理，顯示變量的某些用戶(hù)關(guān)心的狀態(tài)，或者點(diǎn)擊時(shí)執(zhí)行事件;

    3) 報(bào)警用戶(hù)定義報(bào)警的信息和報(bào)警的處理，已經(jīng)報(bào)警消失時(shí)的處理動(dòng)作;

    4) 控制包含針對(duì)中水系統(tǒng)中的設(shè)備的控制策略和基本的控制策略?；镜目刂撇呗园訙p等，針對(duì)設(shè)備的控制策略，如PID 算法。

 

圖3 中水系統(tǒng)主組態(tài)界面

 

圖4 觸摸屏組態(tài)界面

 

    圖3 為上位機(jī)系統(tǒng)中的中水回用系統(tǒng)主組態(tài)界面，根據(jù)處理工藝，圖中左側(cè)為整個(gè)工藝的動(dòng)作畫(huà)面，上側(cè)為3 個(gè)水池的高低水位示意燈，右側(cè)為控制開(kāi)關(guān)，整個(gè)畫(huà)面以清晰簡(jiǎn)單、直觀明了的原則設(shè)計(jì)，使用戶(hù)更為直觀地獲取相關(guān)信息。當(dāng)模式切換為手動(dòng)模式時(shí)，控制按鈕可用，同時(shí)中水室內(nèi)的觸摸屏操作將同步到中控系統(tǒng)中，如圖4 所示。

 

3、 結(jié)語(yǔ)

    隨著社會(huì)節(jié)能意識(shí)、居住要求的提高，智能建筑已經(jīng)成為建筑行業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然選擇。在智能建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用樓宇智能化技術(shù)可以有效地實(shí)現(xiàn)智能化控制。文中中水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)使得智能建筑zui終達(dá)到了目的。