小区电气智能化设计研究.doc
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民航雷达站小区电气智能化设计研究
内容摘要
随着计算机技术、通信技术、自动控制技术在建筑中的应用，智能建筑这一新产业的出现也成为必然。
本次论文所要研究的民航雷达站小区电气智能化设计，既是针对各个智能化系统在民航雷达站小区中如何合理的应用，又结合小区的需求对小区的供配电系统进行了设计研究。
研究方法主要是通过福建某雷达站小区安全防范智能化子系统的具体设计和其它智能化各子系统的系统集成研究，探索雷达站小区智能化建设的思路，来实现小区智能化建设科学、经济和实现小区的安全、便捷、舒适等功能，满足设备运行和人员生活工作的需求；同时还根据小区各类设备配备的功率和小区生活用电的估算，采用需要系数法的相关公式计算出相应的计算容量，根据计算结果选择相应的供电设施和材料，来进行小区的供配电系统设计研究，实现该智能化小区的用电安全、节能、高效。
关键词：
智能化；住宅小区；电气；系统集成；供配电系统
目录
内容摘要 I
引言 1
1绪论 2
1.1智能住宅小区的发展背景 2
1.2智能建筑的发展现状与趋势 3
1.3我国智能建筑发展中存在的问题 3
1.4本论文的主要工作 4
2住宅小区智能化系统简介 5
2.1国内外住宅小区智能化系统的发展概况 5
2.2智能住宅小区的定义 6
2.3智能住宅小区的分类 6
2.4小区智能化系统的构成 7
3民航雷达站小区智能化系统的设计 8
3.1民航雷达站小区智能化系统的结构 8
3.2小区智能化系统的设计 8
3.2.1数字闭路监控系统设计依据和原理 9
3.2.2小区数字闭路监控系统设计 11
3.2.3小区智能化系统其他各子系统简要设计 13
4民航雷达站小区供配电系统的设计 15
4.1民航雷达小区负荷等级的确定 15
4.2低压配电系统 16
4.2.1民航雷达站小区低压配电系统原理 16
4.2.2民航雷达站小区低压配电系统设计 17
4.3分户配电设计 19
4.3.1计算负荷的定义 19
4.3.2计算负荷的方法 19
5参考文献 20
引言
民航的快速发展，配套的地面保障设施需求增加，基础设施投入的增速，民航雷达站小区的建设近年呈爆发式增长。
雷达站小区建设目的是增加雷达和地空通信信号对空域的覆盖。
十二五目标是要达到重要航路双重覆盖，3000米以上连续覆盖，以确保缩短飞行间隔，保障民航的安全运行。
雷达站小区的建设既要考虑设备运行的需求，同时还要考虑保障人员生活工作的需求。
由于甚高频以上波段的电磁波直线传播的特性，为了避免遮挡而影响电磁波覆盖效果，决定了民航雷达站小区需设置在海拔较高的地点，福建属丘陵地带，所建设雷达站小区只能选择在山上。
台站离周边城市较远，人员配备少，设备种类多、数量大，各种保障措施自动化程度要求更高，对运行环境要求严格等特点，决定了雷达站小区对智能化的迫切需求。
雷达站小区实现智能化将明显有利于减轻保障人员的工作量，提高工作效率，并提高安全保障的质量。
当前国内外一致认为智能化建筑是建筑发展的必然趋势，而且国外起步的比较早，因此国外的智能化建筑发展比较成熟，国内近几年也在借鉴国外经验基础上迎头赶上，很多智能化系统技术也开始逐步占领市场，因此可以判断当前是智能化建筑发展黄金时期。
基于当前智能化建筑发展的基础上，可以结合实际需求，把一些成熟的智能化系统引入到民航雷达站小区的设计建设中。
对建筑电气设计的成败，将直接影响人们的生活，而对雷达站小区的电气设计不但与人员的生活息息相关，更会影响雷达和甚高频地空通信设备的正常运行，这将对航空安全造成影响，因此非常关键。
本文主要结合当前智能建筑的各类应用，研究在民航雷达站小区智能化建设设计中如何合理选择和应用各智能化系统，重点从小区安全防范系统和各智能化系统的集成，以及供配电系统的设计方面进行研究；解决当前民航雷达站小区智能化系统设计的合理性问题和缺乏系统集成问题，探索从科学、经济、实用、节能、安全角度设计建设民航雷达站小区。
1绪论
1.1智能住宅小区的发展背景
随着人们物质和精神生活水平的不断提高，对居住的条件需求也在不断提高。
“衣食住行”人们生活的四大基本需求中的住在不断得到改善，对居住的各种个性化需求在不断出现。
随着科技的高速发展，特别是计算机技术、现代通信技术和自动控制技术的迅猛发展，为满足各种居住个性化的需求创造了条件，从而让建筑与现代科技自然走到一起，各种科技被不断地应用到建筑中，让钢筋水泥的建筑不再单调、机械、冰冷，而是两者有机的结合，变得更加多功能、舒适和智能，由此智能化建筑应运而生，智能小区就在智能化大楼的基本含义中扩展和延伸出来。
智能建筑特别在发达国家起步较早，我国在21世纪初也开始重视智能化建筑的探索，现代的计算机技术、通信技术和自动控制技术不断地被应用在各类建筑中，这些智能建筑在安全性、娱乐性、舒适性、便利性等方面和普通建筑比有着明显的优势，对提高人民的生活质量和人们工作效率效果显著[1]。
随着智能化建筑在各国相继形成热潮，我国政府对小区智能化建设也进行了规范化、科学化的引导，建设部1999年4月颁布了“全国住宅小区智能化系统示范工程工作大纲”，1999年10月制定“全国住宅小区智能化系统示范工程建设要点与技术导则（试行）；2000年3月批准广州汇景新城、上海怡东花园等7个小区为国家康居示范工程智能化系统示范小区；2003年2月17日《居住小区智能化系统建设要点与技术导则》印发；目前各地小区智能化的系统配置基本按《居住小区智能化系统建设要点与技术导则》的系统配置。
我国经过了十几年的智能化建筑探索发展，由最初的各种概念逐步转变成现实，从简单的对讲系统，到如今的智能化小区，我国的智能小区应用与产业都走到了新的阶段。
近年来，在各地光网城市、智慧城市、物联网、智能电网等各种战略推动下，我国智能小区建设有了迅猛发展，人们对住宅小区智能化的认识也逐步提高，更加促进建设企业在小区智能化方面的研究和投入。
国内已经陆续出现了一些科技含量较高、实现了真正意义上的智能化的小区，其中不乏具有国际水平的杰作。
总之，目前国内智能化小区的建设水平已有了长足的进步。
智能小区在低碳、节能方面优势突出，同时为人们生活带来更多舒适体验。
随着全球能源紧张，人们生活品质不断提高，以及科技的不断发展，住宅小区往智能化方向发展，是必然趋势，近年来从有关智能小区相关标准的不断修订完善，说明政府政策也在不断支持智能小区的建设发展，这是住宅小区发展前进的一个必然方向，也是智能住宅小区当前的一个大背景。
1.2智能建筑的发展现状与趋势
建筑智能化系统起源于20世纪80年代，90年代初才逐渐被人们所认同，1984年，美国康涅狄格州的哈特福市将一幢旧金融大厦进行了改造，从此诞生了世界公认的第一座智能大厦。
进入20世纪90年代以后，智能大厦蓬勃发展，步美、日之后尘，法国、瑞典，英国等欧洲国家以及香港、新加坡等地的智能大厦也如雨后春笋般地出现[2]。
在20多年的发展中，智能建筑概念的内涵和外延，一直随着建筑技术、信息技术、自动化技术、电子技术等诸多技术的发展而发生着重大变化。
中国智能建筑行业经历了从无到有、从小到大，从依赖进口到自主研发乃至出口海外的发展历程。
近十年间，建筑更智能，城市更宜居，实现了立足建筑、面向城市，立足国内、面向国际的跨越式发展。
2011年以来，智能建筑市场增长势头明显，由徘徊期进入了新一轮的融合演变期。
行业也开始出现了许多新的技术趋势，如云社区、智能一体化等。
业内也出现了不少实际运行效果良好的智能系统项目。
相比于欧、美、日等发达国家，我国的建筑智能化普及程度目前还比较低，具有巨大的成长空间。
未来，随着我国现代化步伐的加快，将继续推动建筑行业进一步往智能化方向深入发展。
1.3我国智能建筑发展中存在的问题
当前，我国智能建筑正处于发展阶段，发展势头良好，但还存在不少问题。
总的情况如建设部科学技术委员会智能建筑技术开发推广中心所提出，智能建筑技术应用的整体水平不高，地区发展不平衡，产业化水平很低，相关技术产品尚不适用市场需求与管理滞后的矛盾，投资方向存在盲目性和一定偏差，宣传力度大，实际实施力度小，存在盲目跟风现象，施工单位的质量水平不一，规范化程度不够，导致一些智能建筑没有得到合理的利用，存在资源浪费成了摆设。
关键是存在智能建筑人才缺乏问题。
我国缺乏专业的智能建筑工程的规划、设计、施工、监理等建设人才，导致整个智能建筑的施工质量得不到很好的保证。
没有高水准的智能建筑设计师和专业工程师作指导，智能建筑的建设和规划就往往取决于建设商的意向，建设商很多情况考虑成本，从而制约了对整个智能建筑全面性和长远性的考虑。
而且智能建筑的施工人员大多还是停留在传统建筑技术的层面，对智能建筑的整个系统不熟悉不了解，也没有进行过相关的专业培训，这就不能保证很好的智能建筑质量。
另外在智能化设施和设计上的发展还不足。
当前，配套设施和技术设计大部分靠从国外进口，智能设计应用不尽合理，追求先进，集成不够，盲目夸大作用，导致智能设施实际使用率偏低，建筑电气的适应性不够高。
设计院往往只完成初步的智能化设计，智能化的深化设计与具体实施由系统集成商来完成，相关各方普遍存在不协调甚至脱节，以致工程建成后，系统运行不能达到预期目标。
1.4本论文的主要工作
本论文主要研究民航雷达站小区的安全防范子系统和供配电系统的电气智能化设计。
第一章围绕建筑智能化这个主题，对智能住宅小区的发展背景，和智能建筑的发展现状与趋势，以及智能建筑发展中存在的问题开展研究；在第二章中，针对住宅小区智能化系统的发展概况进行研究，然后结合发展概况对智能住宅小区的定义、分类和构成进行研究，为后续的小区智能化设计研究确定了框架；在第三章中，主要结合民航雷达站小区的功能和需求，对小区的智能化系统结构和安全防范的数字视频监控系统进行设计，并对小区各系统的集成进行研究，使得民航雷达站小区的智能化系统得到优化；在第四章中，对小区的负荷等级进行研究，并根据所确定的等级对小区的低压配电系统和分户配电进行设计，使得小区的用电环境更加安全、合理、经济；在第五章中，主要对本次论文研究工作所取得的成果和不足进行了总结。
2住宅小区智能化系统简介
2.1国内外住宅小区智能化系统的发展概况
现阶段住宅智能化的关键是通过集成控制系统把各个子系统集中管理和协调，使得人们使用各个子系统更加简捷，而且还可实现各个单一功能系统之间相互关联协作，实现更加智能化，发挥的功能比各自独立运行更加丰富，更加安全，更高效，实现一加一大于二的效果。
在国外智能化系统研发方面，美国及一些欧洲国家一直处于领先地位。
近年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业，先后挤身于智能家居的研发中。
例如:
微软公司开发的“梦幻之家”、摩托罗拉公司开发的“居所之门”、IBM公司开发的“家庭主任”等技术均已日趋成熟稳定。
目前市场上出现的智能家居控制系统主要有：
（1）X-10系统（美国），该系统是利用电力线作为网络平台，采用集中控制方式实现。
因此采用这套系统不需要额外的布线，这也是这套系统最大的一个优势。
（2）EIB系统（德国），该系统采用预埋总线及中央控制方式实现控制功能。
（3）8X系统（新加坡），该系统采用预处理总线跟集中控制方式来实现功能。
在国内智能化系统的研发较晚，20世纪90年代后期，我国的智能小区日益兴起。
1999年，建设部勘察设计司、建设部住宅产业化办公室联合组织实施全国住宅小区智能化技术示范工程，标志着我国住宅小区智能化进入了一个新阶段。
随着信息化走进了千家万户，由国家经贸委牵头成立了家庭信息网络技术委员会，而信息网络技术体系研究及产品开发已经被列为了国家技术创新的重点专项计划。
近年来国内一些高科技企业，已看到智能住宅的发展势头，研制并开始推出专为中国家庭设计的新一代智能住宅有关产品，如海尔的e家庭产品，该系列产品以海尔电脑作为控制中心，各种网络家电作为终端设备，海尔移动电话作为移动数字控制中心；还有清华同方点e-home数字家园，该智能家居控制系统是专门针对中国家庭设计的，遵循国际技术标准，采用嵌入式软、硬件技术，提供网络、网络节点及末端设备等，这些产品不仅填补了国内空白，而且为我国的智能住宅建设提供了积极的支持。
智能住宅产品的国产化是今后的一个重要发展方向。
国内各大软、硬件机构正在积极的研制、开发更为符合市场的智能化家居设备，以解决当前智能化产品实用性差、使用复杂及产品价格昂贵等缺点，而技术创新性也逐步向国际先进水平靠拢。
2.2智能住宅小区的定义
国家建设部住宅产业化办公室提出了关于住宅小区智能化的基本概念[3]，即：
“智能化住宅小区是利用4C（即计算机、通讯与网络、自动控制、图形显示）技术，通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段，以期实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家居环境”。
智能住宅小区基本功能特征有舒适、开放的人性化居住环境，高度的安全性，便捷的数字化通信方式，便利的综合社区信息服务，家居智能化，物业管理智能化。
2.3智能住宅小区的分类
按智能住宅小区的功能要求、技术含量、经济合理性等因素综合考虑，建设部住宅产业化办公室根据技术的全面性和先进性把智能化住宅小区划分为：
普及型、提高型、超前型三种类型。
普及型：
应用现代信息技术实现以下功能要求：
1）住宅小区有计算机自动化管理中心；
2）水、电、气、热等自动计量、收费；
3）住宅小区封闭，实行安全防范系统自动化监控管理；
4）住宅小区实行火灾、有害气体泄漏自动报警系统；
5）住宅设置楼宇对讲系统和紧急呼叫系统；
6）对住宅小区的关键设备、设施实行集中管理，实现对其运作状态的远程监控。
提高型：
应用现代信息技术和网络技术实现以下功能要求：
1）实现普及型的全部功能要求；
2）实现住宅小区与城市区域联网，互通信息、资源共享；
3）住户通过网络端实现医疗、文娱、商业等公共服务和费用自动结算（或具备实施条件）；
4）住户通过家庭计算机实现阅读电子书籍和出版物等（或具备实施条件）。
超前型：
应用现代信息技术、网络技术和信息集成技术实现以下功能要求：
1）实现先进型的全部功能要求；
2）实施住宅小区的现代信息集成系统（HI-CIMS）。
2.4小区智能化系统的构成
小区智能化系统包括四个组成部分:
安全防范系统、信息管理系统、信息网络系统和家庭智能化系统[4]
（1）安全防范子系统包括周界防越报警系统、闭路电视监控系统、巡更系统、可视对讲系统、住户报警系统、火灾自动报警及联动控制系统；
（2）信息管理子系统包括多表远传自动计费系统、公共设备监控系统、小区物业管理系统、一卡通系统组成；
（3）信息网络系统包括综合布线系统、电话系统、有线电视及卫星接收系统、手机信号室内覆盖系统、公共广播系统（兼事故广播）；
（4）家庭智能化系统由以下三个方面组成：
家庭安全防范包括楼宇对讲、紧急求助、烟雾检测报警、燃气泄漏报警、碎玻璃探测报警、红外微波探测报警等；家庭设备自动化包括家电控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、定时控制及电话远程控制、计算机控制等；家庭宽带信息通信可实现家庭办公、家庭娱乐、家庭上网、网上教育、网上购物、远程医疗等。
3民航雷达站小区智能化系统的设计
民航雷达站小区通常设置在海拔较高的地点，特别福建是丘陵地貌，雷达站小区一般设在较偏僻的高山上，离周边城市较远，技术保障人员配备较少，整个小区既要提供设备正常运行所需的环境，还要提供人员安全、舒适的生活工作住宅功能条件，因此更需配备各种智能化系统。
接下来就针对民航雷达站小区的设备和人员的需求，对需配备的智能化系统进行设计研究。
3.1民航雷达站小区智能化系统的结构
民航雷达站小区需提供雷达、甚高频地空通信、有线和卫星传输系统、供配电系统运行环境以及技术人员的日常生活工作需求，决定了其智能化系统结构如图3.1所示，主要包括安全防范子系统、信息管理子系统、信息网络子系统三个子系统，由于雷达站小区生活和工作功能融合，家庭智能化系统的各子系统已包含在前面的三个子系统中，因此不再单列。
三大子系统具体包括闭路电视监控、周界报警、小区门禁、电子巡更、火灾报警、环境监控、照明控制等系统，并通过信息网络子系统进行系统集成，实现集中管理。
图3.1民航雷达站小区智能化系统结构图
3.2小区智能化系统的设计
本设计以福建某民航雷达站小区为例进行智能化系统的设计研究。
该雷达站小区的基本环境和建筑布局情况：
建设地点在某山顶，小区变电站独立布置在雷达站的北上方，总用地面积为8000平方米，建筑面积为481平方米，工作生活用房是二层的框架结构，雷达塔和它紧贴布置。
雷达站工作生活用房一层主要用房为通信网络配线室、办公室、UPS室、办公室、站长室、会议室、门厅、厨房和卫生间等；二层主要用房为雷达机房、监控室、备件库、值班室等。
雷达天线塔为五层剪力墙结构。
变电站用房为一层的框架结构，高度为3.80米，主要用房为高低压配电室、柴油发电机房、油桶间。
接下来结合小区的实际布局和功能需求，重点对小区特别重要的数字闭路监控系统进行设计研究。
3.2.1数字闭路监控系统设计依据和原理
1、设计依据
《安全防范工程技术规范》GB50348—2004
《视频安防监控系统工程设计规范》GB50395—2007
《智能建筑设计标准》GB∕T50314—2006
《全国民用建筑工程设计技术措施电气分册》2009版
《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB50198—2011
2、系统原理
视频安防监控系统通常包括前端设备、传输设备、处理/控制设备和记录显示设备四大部分。
这里前端设备是指各类摄像机；传输设备的配置，由于小区范围小，前端视频信号传输到监控中心最长只有一百米左右的距离，因此直接采用基带传输，由视频线缆直接传到监控中心；处理/控制和记录设备的选择，考虑雷达站小区的建筑规模较小和功能需求不多，视频监控数量不大，同时本着经济实用原则，应用当前成熟稳定可靠的基于工业PC架构的DVR数字硬盘录像机实现。
图3.2数字闭路监控系统原理图
数字闭路监控系统具体的实现原理如图3.2所示，监控点被摄物体的反射光线，传播到镜头，经镜头聚焦到CCD感光芯片上，CCD根据光的强弱积聚相应的电荷，经周期性放电，产生表示一幅幅画面的电信号，CCD传感器的每个像素的输出波形只在一部分时间内是图像信号，其余时间内是复位电平和干扰。
为了取出图像信号并消除干扰，要采用取样保持电路，就是图中的CDS相关双取样电路，每个像素信号被取样后，由一电容把信号保持下来，直到取样下一个像素信号。
取到有用的信号后，经AGC放大处理。
从AGC出来的模拟信号，传送到模数转换器转换成数字信号，然后对数字信号进行色彩、亮度、白平衡等图像处理，再进行数模转换成模拟信号，最后调制成相应制式的视频信号传送给数字硬盘录像机。
数字硬盘录像机图像采集模块接收到各监控点的模拟视频信号后（一般数字硬盘录像机可同时处理多路的视频信号），对该信号进行采集/量化成数字信号，然后进行压缩编码处理成数字视频，对所有输入的视频图像依次序作MPEG4格式（或其他格式如H.264）的压缩处理，再采用时间复用以一定速度串行输出并以单帧方式将其存储于硬盘上，按序号贮存。
该系统的硬盘根据实际容量需要可扩展，还可通过DVD-RAM光驱用光盘备份视频数据。
需要查看记录的视频图像，可进行回放，依据原理图从硬盘或光盘中读取相应的视频数据，进行视频格式解压，再送到图像分割模块。
图像分割模块采用时基校正电路从时间上“分割”视频输入信号，从而能够补偿在非同步摄像机之间频率和相位的差异，起着同步发生器的功效，通过图像分割模块可实现全屏单画面显示或多画面显示。
从图中还可看出图像采集卡送出的实时视频信号可直接送到图像分割模块进行实时的图像显示。
根据需要，DVR可通过相应的控制接口（如RS485）对某个摄像机进行控制，如调焦、转向等操作，还可以对摄像机的参数如亮度、曝光度和颜色等进行一系列的设置，当然先要设置好共同的协议、波特率和摄像机的地址码。
从以上原理图分析可知，数字视频监控系统采用了高性能的工业PC机，取代了传统的“模拟”控制系统所需的大量监视器、录像机、图像处理器、视频切换器及矩阵系统等设备，使得系统简单化，而且大大提高了系统的可靠性。
从原理图3.2可知，数字硬盘录像机可与小区网络实现互联。
数字硬盘录像机通过网络通信接口并设置好网络协议，可实现与小区TCP/IP网络互联，提供网络服务功能。
数字硬盘录像机将图像数字化以后，让图像信号可以直接在各种现存网络上运行和管理，例如小区网络上客户端访问到硬盘录像机，通过TCP/IP协议建立连接，则客户端可以获取硬盘录像机的实时视频数据，并根据客户端的优先级别可实现对视频闭路监控系统的控制。
网络功能的实现为数字闭路监控系统与小区中其他各智能化系统的集成变成现实。
雷达站小区依托TCP/IP网络平台所设计的系统集成，通信方式可由各系统I/O模块或智能通讯接口采用TCP/IP方式连接图3.2中的系统集成工作站；集成系统的软件部分功能设想，以TCP/IP的网络为基础，不影响其他系统和设备正常运行，整个系统网络运行IP协议，支持RS232、RS485、RS422、TCP/IP、SNMP等多种接口和协议，系统运行基于主流服务器操作系统microsoft的WindowsServer2000\2003操作平台下，数据库采用MircrosoftSQLServer，通过集成实现对各子系统数据的管理分析应用等功能，系统集成主要包括功能集成、网络集成及操作界面集成等，实现各智能化子系统的设备、功能和信息的管理集成，实现系统间的联动功能，实现测控管一体化功能，统一操作界面提高效率。
系统集成技术能够在软件层面上进行功能开发，不但可新增功能，也可以“硬件软化”，优化系统方案，系统资源达到充分共享，实现真正的智能化。
3.2.2小区数字闭路监控系统设计
本方案设计的数字闭路监控系统，是集实时图像监控和录像、图像技术处理、报警信号处理、多媒体技术和数字硬盘录像为一体的综合监控管理系统，它的建立和使用，使保障人员不必亲临现场，就可将现场情况尽收眼底，极大地减轻人员的工作量，同时提高了工作效率，并能事后查找当时发生的情况，为调查判断提供准确、及时、有效的信息服务。
本次设计的数字闭路监控系统包括周界围墙、雷达站出入口及雷达用房内部三大部分重点区域进行无盲区监控，具体配置如表3.1数字闭路监控系统配置表所示。
其中周界围墙设置11台彩色红外夜视摄像机，主出入口设置1台彩色红外夜视摄像机，并设置1台带强光抑制彩色枪式摄像机用于拍摄车辆的车牌，甚高频收信天线处设置1台彩色红外夜视摄像机，主干道设置1台彩色全方位云台摄像机，KU天线处设置1台彩色红外夜视摄像机，配电房处设置1台彩色红外夜视摄像机，具体设置的位置如图3.3室外闭路监控系统布置图所示；雷达用房内设置6台彩色红外夜视摄像机，具体设置的位置如图3.4和图3.5雷达用房一二层闭路监控布置图所示；共计设置23台摄像机，在中心机房配置1台16路和1台8路DVR数字网络硬盘录像主机，2台21英寸的液晶显示器，作为区域内所有前端摄像机的录像、实时监控、视频处理和控制终端，16路硬盘录像机配置四块200
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