“建筑设备自动化”课程建设

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摘 要：“建筑设备自动化”是建筑电气控制类专业的专业课程,对相关专业的学生就业具有很强的指导作用.介绍了郑州轻工业学院“建筑设备自动化”课程建设中的理论讲授和实践教学方法,对具体实施方法进行了阐述.采用这些方法的目的是加深学生对实际工程项目的理解,提高学生的实践动手能力,为其就业打下理论和实践基础.

关 键 词：建筑设备自动化；暖通空调系统；课程建设

中图分类号：TP29文献标识码：A文章编号：1007-0079（2014）23-0112-02

“建筑设备自动化”（BAS）是郑州轻工业学院建筑电气与智能化、建筑环境等专业的专业课程,课程涵盖建筑安装工程的水、电、暖通空调、消防安防、照明控制、智能化系统等大部分专业设备的检测、控制、连锁保护等自动化监控技术和方法.课程内容范围广,信息量大,设备种类多、控制方式复杂.通过课程学习,学生可以了解掌握上述系统的基本概念与自动化监测、控制及安装施工方法,熟悉建筑设备的智能化控制技术和控制策略,了解或熟悉BAS系统中传感器的选型、设备安装技术与安装方法、控制器的组成和智能控制技术的应用、控制策略和调节方法,执行机构的类型、作用和控制原理,为学生从事建筑安装工程控制系统的研究、设计、安装施工及监理打下基础.笔者从事多年该课程教学和科研工作,下面对该课程建设进行探讨.

一、教学体系建设

1.抓好与前序课程的衔接

“建筑设备自动化”中讲述的主要内容是对建筑内安装的各种设备进行监测控制,课程涉及传感器技术、控制理论与控制技术、电子技术、暖通空调技术、热力学、现场总线技术、DDC（直接数字控制）、PLC（可编程控制）和单片机控制技术、工程安装工程施工技术以及金属材料、机械加工知识.在课程讲授过程中,前序课程知识会贯穿到教学始终,因此,学生学好前序课程十分重要.比如：传感器技术要学好传感器的种类、测量范围和安装方法；控制技术要使用PID等调节控制技术、串级控制方法等；电气系统的监测控制就要具有供配电系统的继电保护及各电量的测量、控制、保护知识,暖通空调和给排水系统的监控要用到热力学、流体力学等.此外,电子技术、总线技术、建筑设备安装施工技术（含传感器、控制器、执行器等）、编程技术等专业知识也是课程中要涉及应用的.因此,在学生进行入校专业介绍时,要对学生灌输相关的知识信息,使学生重视课程体系的连续性.

2.与学生就业的衔接

本课程讲解了水电暖通和各类智能化（弱电）系统的监测、控制、连锁及控制系统的组成、控制策略及施工组织与技术,实验室购买和自制了相应的实验设备,学生的认识实习和专业见习,也参观观摩了实际设备的运行和监控情况,使学生对建筑设备控制系统的设计、编程、施工、运行管理不再陌生,对建筑设备节能、智能控制方法及相关实际控制模块和组态软件有一定了解.在以后工作中,不论采用何种控制技术厂家的控制模块,其课程中学习的基本控制思想、控制方法都可以应用到其系统中去,从而很快地融入实质性工作,对学生毕业后得到社会的认可有很大帮助.

3.与先进控制技术的衔接

暖通空调、电气控制、弱电控制与组网技术等都随着时代的进步而不断发展,特别是控制技术、控制策略和控制设备,发展速度更是居于各学科的发展前沿,有很多新技术和设备可以应用到控制系统中去,如现场总线技术、网络技术、视频技术、无线传感和控制技术、模块化控制单元、组态软件、直接数字控制技术等,在建筑设备控制中发挥越来越大的作用.课程通过对这些技术在建筑设备中的应用情况的介绍和部分技术在实际实验过程中的应用,使学生熟悉了解较为前沿的应用技术.

二、教学方法实施

1.实物、图纸（片）、参观、演示相结合

“建筑设备自动化”课程实践性强,涉及的大型设备种类多、系统复杂,比如HVAC系统的冷热源（制冷机组和锅炉、换热器等）、冷冻水、冷却水及其补水、新风机组、全空气空调系统的末端装置；电力系统的设备工作状态、开关的状态、电流电压值、功率因数及照明的时间控制方法；消防的检测与联动、安防设备监视系统；电梯工作状态监测,以及其他弱电系统监控.对小型设备的测量控制可以购买或自制实验装置；对于大型设备,由于教学条件和实际实验室条件的限制,一般难以建立与实际相符合的大型实验中心来容纳大量的系统设备.因此,对系统整体上的理解就必须通过参观实际现场并在课件中加入图纸、图片、动画或者通过设备的实物展示进行演示与观摩.在教学组织过程中,需要查阅各种设备资料,在多媒体教学课件中引用大量图纸、图片说明设备的外形、型号、规格、使用情况,以及在实际工程中的应用,并通过案例说明其系统组成和测试、使用方法.

郑州轻工业学院建筑电气与智能化专业设立以来购置了多台套HVAC系统监控系统、电力设备与照明监测控制系统、消防、安防系统的监测等实验实训设备,通过这些系统的模拟运行使学生对实际的BAS控制设备有比较深入的了解,配合校外实际场地中的认识实习,使得BAS讲述的知识和实际设备建立认识上的联系,并且通过观摩设备及控制系统的运行情况深入了解和剖析现场控制系统的实际运行情况及各控制系统存在的优缺点.

比如：在课件中加入了各专业的实际施工图纸,对系统的设备布局、管道配置、线路走向、线路选型与智能化控制方法、施工方法、工程预算进行实物讲解,提高了学生的学习兴趣,使学生从感性上充分了解实际系统的组成和图纸中设备、设施的设计方法.

2.对典型的BAS总线系统和典型的控制厂商的控制模块及组态软件进行介绍

建筑设备自动化与现场总线技术结合紧密,目前主要的建筑方面的现场总线技术包括BACNET、Lonworks等,实验设备中采用了部分总线技术,也应用了一些厂家如力控的组态软件.

BAS的控制设备可以是DDC控制、PLC控制或单片机控制.在BAS中一般以DDC控制为主进行介绍,但是,在一般实际控制场合,PLC和单片机系统应用却更加广泛.因此,在讲授课程和进行实验实训的过程中,要求学生复习前序的PLC控制,以及在实验实训过程中对常用的DDC和PLC器件进行适度介绍,并购置单独的DDC实验装置进行模拟试验,以便和实际控制系统接轨.几本比较典型的教材中对设备的程序控制涉及较少,而这又是对设备自动化有深入理解的关键,因此,需要加入一些程序设计方面的知识介绍.

三、实验体系建设

1.HVAC（暖通空调）系统实验设备的设置

暖通空调系统的实验设备比较多,国内很多厂商都推出了自己的实验设备,比如杭州、北京、华中、东北等一些学校和企业.这些实验设备通过对暖通空调系统的模拟,让学生对暖通空调的控制方法有一定了解.但是,实验设备规格型号较小,不能模拟实际空调的实际运行情况,实际工程中的一些设备不能安装,比如大多数的设备安装有模拟蝶阀（新风、回风、排风用）、过滤器、盘管（冷冻水）、风机等,但这些模拟设备与实际设备差别很大,运行效果和实际设备基本不吻合,只能给学生提供概念上的感性认识.其他空调常用设备,如静压箱、消音器、实际的弯头、三通、四通等无法在系统中体现出来,验证不了空调系统的实际运行效果,达不到空调系统对气流组织、温度场分布等要求的技术效果,控制系统也显得简陋.因此,如果利用实验室的场地条件安装比较成套的实际空调系统,对学生了解实际工程情况、开展建筑节能技术研究和验证是很有用处的.

我专业已经将在实验室安装实际空调系统提出方案并进行了预算.将相邻的几个实验室组成一个小型空调系统,安装实际工程使用的空调设备,组成和工程实际相符合的实际通风、供冷供热冷热水系统（模拟两管制、三管制、四管制系统）,安装与工程实际一样的检测控制设备,让学生通过检测实际的空调运行参数,根据参数选择监控方式,以期锻炼学生处理实际工程能力,为其就业打下基础.

我们在现有的电力配电、弱电（消防、安防、综合布线）、暖通空调实验室之间安装小型空调系统,在三个实验室分别布置风机盘管、空调机组、V变风量末端系统,通过风道、水管连接形成比较符合实际的空调系统.冷源采用小型冷水机组,热源采用热水器和小型板换,通过转换开关构成两管制系统.冷冻水、冷却水系统也有相关的小型设备,既可以让学生对系统有直观了解,也可以结合课程讲授的内容进行控制策略的验证,还可以为教师和学生的科研提供实际的系统支持.

2.水循环模拟系统的设置及验证

我们将消防给水系统和生活给水系统结合起来,模拟实际的高位水箱给水系统、压力给水系统和二级泵给水系统.通过测量流量、压力、温度等参数,让学生利用实际控制模块制定控制策略模拟系统的运行,达到理论联系实际的效果.

四、智能化算法与技术的应用研究

本专业名称为建筑电气与智能化.智能化是重要的教学环节.因此,在教学过程中和课后学生自习时,让其阅读相关课外知识,以期提高其就业竞争力.

比如,我们通过组织学生参加全国大学生节能减排大赛,在做系统方案时适当介绍AHP算法、shaply值法、topsis方法、粒子群算法等在控制方面的应用,将参数对实际控制结果的情况进行分析,综合考虑各方面权重对控制效果的影响,在制订HVAC和水系统控制策略时综合考虑温度、流量、压力、风速、管道附件对系统的影响权重,达到系统优化控制的目的.

五、总结

建筑设备自动化课程讲授的知识多、系统复杂,理论性、实践性都很强,只有理论结合实际,将各系统的工程原貌讲解展示给学生才能锻炼学生的实践能力,提高学生处理实际工程问题的能力,为国家建设培养合格的大学毕业生.

（责任编辑：王祝萍）