引言

传统的监测与控制方法已无法适应现代建筑复杂多样的运行需求，存在数据采集延迟、故障响应不及时等问题。电气自动化系统作为电力工程中的重要组成部分，有助于促进电力工程实现自动化发展。

1电气自动化技术概述

1.1电气自动化的定义与内涵

电气自动化是以电气技术为基础，融合计算机技术、自动控制技术、通信技术等多学科理论，实现对电气设备及系统的自动监测、控制、保护与优化运行的综合性技术。在智能建筑中，电气自动化通过构建智能化的控制系统，将建筑内的供配电、照明、空调、给排水、电梯、消防、安防等子系统进行集成管理，实现各系统之间的数据共享与协同工作，从而提升建筑整体性能。

1.2关键技术构成

传感器技术：用于采集建筑内的环境参数（如温度、湿度、光照强度、空气质量等）、设备运行状态参数（如电压、电流、功率等），是电气自动化系统获取信息的“感知器官”。通信技术：包括现场总线技术（如Modbus、CAN总线）、工业以太网技术、无线通信技术（如WiFi、蓝牙、Zig－Bee）等，实现各子系统之间的数据传输与交互。计算机控制技术：基于PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分布式控制系统）、SCADA（数据采集与监控系统）等控制平台，对采集的数据进行分析处理，并发出控制指令实现设备的自动化运行。智能控制算法：如PID控制、模糊控制、神经网络控制等，用于优化系统控制策略，提高控制精度和响应速度。

2智能建筑设备电气自动化系统构成

2.1系统组成与原理

当前建筑设备自动化系统主要采用分布式控制架构，其核心由分层网络及四级控制模块构成。系统包含中央管理终端、主控单元、现场执行单元及通信链路四大组件。系统采用扁平化设计，省略主控制器层，使监控计算机与控制器直接通信，支持控制器间点对点交互，增强系统冗余性与扩展灵活性。

2.2电气自动化系统中设备与元件

在智能建筑电气自动化体系中，现场控制设备、传感器与执行器构成核心硬件架构。现场控制器作为边缘计算节点，承担设备级控制职能，兼具集中管控与自主运行能力。其通过直接数字控制器（DDC）实现与执行末端、传感元件的无缝连接，支持模拟/数字信号的双向传输，包括AI/AO（模拟量输入输出）与DI/DO（开关量输入输出）四种标准接口。

3智能建筑中电气工程自动控制系统的设计

3.1系统架构

在智能建筑里，电气工程自动化控制系统运用了分层设计的方式，把感知层、控制层、通信层以及应用层整合到一起，来构建起一个能协同工作的智能控制网络。通信层选用了BACnet、Modbus、ZigBee等协议，以让设备间能进行数据交互并且传输远程指令。控制层把PLC、DCS（分布式控制系统）以及继电保护装置当作核心部件，主要负责逻辑运算、传递信号等工作。感知层由传感器（如电流、温湿度以及光照传感器）、执行器（如调节阀、电动机、智能开关）组成，主要用来采集用电数据以及环境数据。应用层把SCADA系统、HM（I人机界面）以及AI算法整合到一起，对能耗监控、智能配电、安全报警、自动化控制等模块统一管理和优化，以此来保障系统能稳定并且高效地运行。

3.2智能配电模块

智能配电模块是智能建筑电气工程自动化系统的核心，把硬件与软件相结合，进行动态优化及集中管理。模块具备故障保护功能，借助智能断路器、继电保护装置和故障指示器，可快速检测短路、过载及漏电等异常情况并及时响应。其负荷分配与实时监控功能同样关键，通过电流传感器、电压传感器及智能电表采集数据，依靠SCADA系统进行动态调整与优化。对于光伏（PV）、风能等分布式能源的接入，模块也能支持，凭借分布式控制单元（DCU）和能源管理系统（EMS），高效协调发电与负载需求。将SCADA系统、DCU及EMS相结合，能实现智能配电的高效、安全与节能目标，为智能建筑提供稳定电力保障。

3.3能耗监控模块

在智能建筑电气工程自动控制系统中，能耗监控模块发挥着关键作用，结合云平台与HMI界面实现能耗数据可视化及远程优化控制，为建筑节能与高效运行提供技术支持。其需对建筑各区域及各类设备的能耗情况开展实时监测与深度分析，进而优化能源利用效率。核心功能之一是数据采集与存储，硬件层面运用智能电表及物联网（IoT）传感器采集电流、电压和功率数据，并借助边缘计算单元进行实时存储与处理。

3.4安全报警模块

安全报警模块在智能建筑中实现用电安全的实时监控和快速响应。模块通过智能断路器和漏电保护器监测过载、短路和漏电等异常状态。远程报警可通过MQTT（消息队列遥测传输）传输，与移动设备连接。借助AI故障诊断模块，提升报警正确率与控制误报率，并结合SCADA/HMI实现在线监控及安全保护。

3.5自动控制模块

通过家居自我管理组件，实现对家居自动化控制和家庭成员自动调节灯、地暖、电梯等设备，实现对能耗要求和舒适性的平衡，通过光敏电阻(如BH1750)和定时模块(DS3231)来实现照明自调节和节能用电功能；通过温度和湿度信息收集(如DHT22)，在硬件处理器里编程用以辅助节能控制策略，使空调满足节能控制要求；采用电梯调配问题的动态规划算法求得最优路径，从而减少候电梯时间，杜绝空载运行情况的出现；重要场所的一些关键供电配备，采用备用供电方案(自动切换开关-ATS由施耐德公司提供，ATS48)；应用物联网和SCADA系统(IgnitionSCADA)使各设备间进行交互以及远程控制。

3.6仿真设计

为验证智能建筑电气工程自动化控制系统性能，搭建基于MATLAB/Simulink与OPNET联合仿真的多层次平台，集成电力设备建模、能耗优化与故障检测模块。感知层利用多模态传感器阵列（如DHT22温湿度传感器、TSL2591光照传感器），进行高精度数据采集与融合（采样频率1kHz）。控制层基于双冗余实时内核构建离散事件动态模型（DEVS），核心采用FBD（功能块图）和ST（结构化文本）并行架构模拟协同控制。通信层通过多协议网关整合BACnet/IP、KNX和LoRaWAN协议，采用延迟传播模型分析通信速率（10Mbits/s至1Gbits/s）对传输效率的影响。应用层内嵌支持向量机（SVM）与深度神经网络（DNN）优化器，执行负载优先级排序与动态能耗预测。仿真测试设置72h运行周期，模拟10000设备节点并行操作，故障检测模块基于有限状态自动机（FSA）测试短路、断路和负载不平衡场景，故障响应时间控制在120ms内。能耗优化采用动态粒子群算法（DPSO），目标函数包括能耗最小化与功率因数最大化，迭代精度10-6。仿真结果以高分辨率时序图与多维矩阵呈现，存储为HDF5（层次数据格式5）格式，供后续深度分析。

结束语

综上所述，本文基于智能楼宇的需要设计出电能配送管控、能耗采集检测、安保预警与运行主动管理4方面的电气自控系统，并对系统进行仿真试验。该系统可以让楼宇降低能耗、确保安全与提升运行效率，为智能楼宇的节能化与智能化提供技术支持。建议今后的研究中结合人工智能技术、大数据处理与分散式能源技术等提高该系统的灵敏性和灵活性，推进智能楼宇的整体发展。

参考文献

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