建筑物自动控制系统第7章楼宇自动化系统集成

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1、建筑物自动控制系统第7章 楼宇自动化系统集成7.1 楼宇自动化系统集成概述楼宇自动化系统集成概述l系统集成是指将各自分散的、相互独立的系统，有机地集中于一个统一的环境之中，运行于同一个操作平台之下，高效率的完成规定的任务。集成后的系统不是原来各个系统的简单叠加，而是各系统的有机综合，使系统的运行机制与结构、系统服务与管理等功能产生质的提高与飞跃。l楼宇自动化系统集成可简单定义为：将建筑内不同功能的自动化子系统在物理上、逻辑上和功能上连接在一起，以实现信息综合、资源共享，使楼宇自动化系统的功能与性能在各个独立子系统的基础上产生质的提高。7.1.1 楼宇自动化系统集成的目的楼宇自动化系统集成的目的

2、l1有利于楼宇自动化系统自身设备的集中管理l 在楼宇自动化系统中一般都有建筑设备自动化系统、消防报警系统、安全防范系统及其他子系统。如果不进行系统集成，各子系统都要设置自己的控制室，每个控制室都有值班人员，造成值班人员重复、管理效率低下、人力和物力的大量浪费。系统集成可以把建筑物内各个子系统的操作集成于同一计算机系统中，用统一的监控和管理的界面环境，在同一监控室内进行监视和控制操作，减少管理人员的人数，提高管理效率，降低人员培训的费用，加强对事件的综合控制能力，使物业管理现代化。l2实现信息资源共享l 集成管理系统提供了一个开放的平台采集、传输、管理各子系统的数据，建立统一开放的数据库，使信息

3、系统能够根据功能需要自由地选择、处理、使用所需要的数据，以提高信息利用率、发挥增值服务的功能。l3有利于系统功能的发挥和增强全局事件处理能力l 楼宇自动化系统不是各种产品和子系统的简单堆集，而是将各个子系统集成为一个具有高效服务、便于管理和使用的应用系统。l 通过系统集成实现楼宇自动化整体的联动控制功能，提高系统的整体运行效率和对全局事件的控制能力，充分发挥综合应用的优势：l例如，当火灾报警发生时，除了消防系统需要对发生地点进行自动灭火外，火灾探测器向主机发出报警信息，并通过集成系统进行相关系统和设备的联动控制。如消防水泵、压风机、补风机、排烟机启动；空调机组关闭，电梯归位，消防紧急广播，电力

4、系统控制，门禁通道紧急控制等，以保障人身及设备安全、提高消防灭火效率、减少火灾损失。l 当安防系统或门禁系统发现非法入侵时，除了及时发出报警信息外，可以通过门禁通道电梯控制、紧急广播、110报警、启动CCTV监视与录像等联动控制，减少损失和提高事后追查效率。l4优化楼宇自动化系统运行l 楼宇自动化系统由多个子系统组成，通过楼宇自动化系统的集成平台，可以在各子系统功能的基础上，实现整个系统间的联动控制与综合调度，实现系统运行的全面优化。l5提高楼宇自动化系统可靠性l 集成系统对系统设备状态和运行信息的实时监测和快速采集、处理，以及对系统与设备可能出现故障的预测能力，能够事先预测故障的发生而采取措

5、施以减少损失，或缩短故障发现时间；另一方面，在集成系统辅助维护与管理功能的支持下，系统故障的原因确认和修复时间也会大为缩短，这些都会使楼宇自动化系统的可靠性提高。l6降低运行成本l 通过减少上岗人员数量、缩短培训时间、降低专业化要求，减少人力费用支出；通过及时、有效利用现场设备检测信息及其他信息资源，减少设备故障、降低维护费用；通过联动控制与综合调度，实现系统运行的全面优化，以降低系统能耗。以上三个方面费用的降低，从整体上降低系统运营成本。l统计资料表明，通过系统集成可以节约人员2030，节省维护费1030，提高工作效率2030，节约培训费2030。7.1.2 楼宇自动化系统集成设计原则与目标

6、楼宇自动化系统集成设计原则与目标l1楼宇自动化集成系统设计原则l (1)实用性原则l 由于建筑的地域、用途与功能不一样，楼宇自动化系统的总体结构和功能需求有所不同。在集成系统设计时，应根据具体情况，按照建筑的特点和实际需要，制定实用、可行的系统集成方案。l (2)可实施性原则l 由于多种(资金、市场、技术等)因素的影响，大型建筑项目的工程有可能分阶段实施，这一点在进行楼宇自动化系统集成设计时应予以充分考虑。优秀的系统集成设计，最终的集成系统功能并不会由于工程的分段建设而受到影响；同时还应兼顾系统未来的扩容和功能的提升需要。l(3)开放性原则l 开放性原则在系统集成的过程中主要解决不同系统和产品

7、间接口与协议的“标准化”，以便它们之间达到“互操作性”。这是当今各种产品和技术的发展趋势。系统开放性的特征表现为：系统灵活性好且具有可扩展性、系统兼容性，应用软件可移植性强、系统技术生命周期长且系统可维护性好。l (4)经济性原则l 经济性是衡量楼宇自动化集成系统优劣的重要标志之一。这就要求系统设计者从系统目标和用户需求实际出发，进行前期建设投入与后期管理投入的综合评价，尽可能使楼宇自动化集成的建设费用和管理费用经济合理。后期的管理费用有四大项：能耗费、管理人员费、设备维修保养费和设备更新与系统升级换代费用。l(5)信息与资源共享原则l 集成系统可实现整个楼宇自动化系统物理的硬件设备和逻辑上的

8、软件资源的共享，利用最低限度的设备和资源来最大限度地满足用户对功能的要求。l (6)运行优化原则l 通过系统集成，能够在子系统功能的基础上，方便地实现整个系统的联动与综合调度，优化系统运行。l(7)方便管理与便于决策原则l 由于信息共享，楼宇自动化集成系统可以做到在一个中央监控室内对建筑内的保安、消防、各类机电设备、照明、电梯等各个子系统进行监视与控制，从而实现集中管理。这样不仅能发挥信息综合利用的作用，还能优化信息结构，提高信息使用效率。由于系统信息集中、功能集中，企业决策者便于把握全局，从而能够及时作出正确的判断和决策。l (8)先进性原则l 采用与技术发展潮流相吻合的产品，使系统保持相对

9、的先进性，以保证前期工程与后期工程的可衔接性和系统建设投资的保值。l(9)可靠性原则l 必须采取多种措施保证设计出的系统具有高可靠性和高容错性，系统应能够不问断运行，对突发事件迅速响应，有足够的延时处理突发性事件。l (10)服务质量原则l 通过楼宇自动化集成系统，便于实施全局事务处理，使物业管理更趋现代化。集成系统的集中监控管理，可以提高服务的响应时间，特别是对于那些突发性事务，可以进行迅速的响应和综合周密的全面考虑，提高事务处理质量。l2楼宇自动化集成系统的设计目标l 能够提供高度共享的信息资源；l 确保提高工作效率和舒适的工作、生活环境；l 高效节能，节约管理费用，减少物业管理人员；l

10、系统具有随环境变化的可适应性；l 系统设备安全，可靠，便于管理维护；l 投资合理，经济与社会效益高。l3楼宇自动化集成系统的服务功能l (1)安全性服务l 以防盗、门禁、消防为核心的安全服务系统，运行正常、反应快速：l (2)舒适性服务l 具备良好的空调系统、通风系统、水电/气，热供应系统、闭路电视系统和多媒体背l景音响系统。l (3)可用性服务l 包括共享设备、信息、系统和服务设施等方便用户的使用。7.1.2 楼宇自动化系统集成设计原则与目标楼宇自动化系统集成设计原则与目标l1楼宇自动化集成系统设计原则l (1)实用性原则l 由于建筑的地域、用途与功能不一样，楼宇自动化系统的总体结构和功能需

11、求有所不同。在集成系统设计时，应根据具体情况，按照建筑的特点和实际需要，制定实用、可行的系统集成方案。l (2)可实施性原则l 由于多种(资金、市场、技术等)因素的影响，大型建筑项目的工程有可能分阶段实施，这一点在进行楼宇自动化系统集成设计时应予以充分考虑。优秀的系统集成设计，最终的集成系统功能并不会由于工程的分段建设而受到影响；同时还应兼顾系统未来的扩容和功能的提升需要。l(3)开放性原则l 开放性原则在系统集成的过程中主要解决不同系统和产品间接口与协议的“标准化”，以便它们之间达到“互操作性”。这是当今各种产品和技术的发展趋势。系统开放性的特征表现为：系统灵活性好且具有可扩展性、系统兼容性

12、，应用软件可移植性强、系统技术生命周期长且系统可维护性好。l(4)经济性原则l 经济性是衡量楼宇自动化集成系统优劣的重要标志之一。这就要求系统设计者从系统目标和用户需求实际出发，进行前期建设投入与后期管理投入的综合评价，尽可能使楼宇自动化集成的建设费用和管理费用经济合理。后期的管理费用有四大项：能耗费、管理人员费、设备维修保养费和设备更新与系统升级换代费用。l(5)信息与资源共享原则l 集成系统可实现整个楼宇自动化系统物理的硬件设备和逻辑上的软件资源的共享，利用最低限度的设备和资源来最大限度地满足用户对功能的要求。l(6)运行优化原则l 通过系统集成，能够在子系统功能的基础上，方便地实现整个系

13、统的联动与综合调度，优化系统运行。l(7)方便管理与便于决策原则l 由于信息共享，楼宇自动化集成系统可以做到在一个中央监控室内对建筑内的保安、消防、各类机电设备、照明、电梯等各个子系统进行监视与控制，从而实现集中管理。这样不仅能发挥信息综合利用的作用，还能优化信息结构，提高信息使用效率。由于系统信息集中、功能集中，企业决策者便于把握全局，从而能够及时作出正确的判断和决策。l (8)先进性原则l 采用与技术发展潮流相吻合的产品，使系统保持相对的先进性，以保证前期工程与后期工程的可衔接性和系统建设投资的保值。l(9)可靠性原则l 必须采取多种措施保证设计出的系统具有高可靠性和高容错性，系统应能够不

14、问断运行，对突发事件迅速响应，有足够的延时处理突发性事件。l(10)服务质量原则l 通过楼宇自动化集成系统，便于实施全局事务处理，使物业管理更趋现代化。集成系统的集中监控管理，可以提高服务的响应时间，特别是对于那些突发性事务，可以进行迅速的响应和综合周密的全面考虑，提高事务处理质量。l 2楼宇自动化集成系统的设计目标l 能够提供高度共享的信息资源；l 确保提高工作效率和舒适的工作、生活环境；l 高效节能，节约管理费用，减少物业管理人员；l 系统具有随环境变化的可适应性；l 系统设备安全，可靠，便于管理维护；l 投资合理，经济与社会效益高。l 3楼宇自动化集成系统的服务功能l (1)安全性服务l

15、 以防盗、门禁、消防为核心的安全服务系统，运行正常、反应快速：l (2)舒适性服务l 具备良好的空调系统、通风系统、水电/气，热供应系统、闭路电视系统和多媒体背l景音响系统。l (3)可用性服务l 包括共享设备、信息、系统和服务设施等方便用户的使用。7.2 楼宇自动化系统集成模式与集成系统楼宇自动化系统集成模式与集成系统集成设计集成设计7.2.1楼宇自动化系统集成模式楼宇自动化系统集成模式l楼宇自动化系统的集成设计是设计人员根据用户需求技术规格书，结合实际的技术条件、设备条件、经济条件及社会条件，确定系统的实施方案。主要任务是在各种技术手段和实施方法中权衡利弊，进行精心设计，尽可能提高系统的可

16、靠性、实用性和可扩充性等。楼宇自动化系统集成的设计思路为：l 集成系统一子系统一设备。l 楼宇自动化系统的集成从建筑的角度来说是弱电系统的综合集成。在进行系统集成总体设计时，应以智能建筑的中央监控管理系统为核心，系统集成就是围绕各个子系统与核心的关系而展开，并在此基础上作进一步的接口、协议和界面等细节设计。l目前楼宇自动化的系统集成主要模式有下面几种。l 1网络互连模式l (1)专用网关互连模式l 在系统集成时，采用由直接设备供应商(如楼宇自控设备供应商)与第三方互连设备供应商(如消防、保安、冷水机组)联合生产的、针对各种设备的专用网关，实现与第三方设备互连和信息共享。由于技术与产品成熟，可靠

17、性很高，费用较低，但第三方设备选择范围仍受到限制。l(2)计算机网络互连模式l 以这种模式进行系统集成时，系统使用通信网关实现和各子系统的通信连接，采集各类机电设备的实时参数，然后通过实时对象服务程序把它们转变为一致的数据格式向网络上发布，通过网关可以适应不同类型的接口和数据格式，也不会发生数据传输瓶颈。l 2采用开放式标准实现互连模式l 采用开放式标准生产的开放式系统是实现设备及子系统之间无缝连接的最好办法，也是实现楼宇自动化系统集成模式之一。l 所谓开放式系统即系统所有设备均以公开的工业标准技术制造，符合公开的工业标准与通信协议。可以实现不同厂商生产的设备与系统之间的无缝连接。这种集成模式

18、具有以下三个特点：l 所有厂商共同遵守标准的系统技术规范；l 同样功能的部件虽由不同厂家生产，可以相互兼容、互相替换；l 符合标准的设备、系统之间可以直接互连。l目前，在智能建筑领域有两种开放式标准影响比较大，它们是LonMark标准和BACnet标准。l LonMark标准是在实时控制域中的一个开放式标准，是控制现场传感器与执行器之间实现互操作的网络标准，适合智能型大楼中HVAC、电力供应、照明系统、消防系统、保安系统之间进行通信和互操作。l BACnet标准是为计算机控制的暖通空调和制冷系统及其他楼宇系统规定的协议，使遵守协议标准的不同厂家的产品可以在同一系统内协调工作。l BACnet有

19、比LonMark更为强大的大数据量通信和运行高级复杂算法的能力，有更强大的过程处理、组织处理的能力，适用于大型智能建筑。在大型智能建筑系统中可能会有多个不同(不同厂家)的系统存在，如果希望在一个用户界面进行整个系统的操作，BACnet是最经济、最理想的选择。l 在实时控制方面，尤其在设备级可以采用LonMark标准，而在信息管理域方面、在上层网之间互连适于采用BACnet标准。l 3基于楼宇自动化DCS的集成模式(BMSBuilding Management System)l BMS集成模式是面向建筑物内所有设备的管理和监控集成：这种集成方法实现相对简单、实用，造价较低，是工程中常用的一种集成

20、方式。l BMS实现DCS与火灾报警及消防联动控制系统、公共安全防范系统之间的集成。这种集成一般均基于DCS的管理自动化系统模式”，即以DCS为基础平台，增加相应的通信协议转换模块和控制管理模块实现楼宇自动化系统集成。各类子系统均以DCS为核心运行在DCS的中央监控计算机上，满足基本功能，实现起来相对简单，造价较低，可以很好地实现联动控制功能。l BMS系统采用开放式网关结构，网关接口是决定BMS系统集成的关键。在通信软件接口方式上充分利用现已成熟应用的接口，对于不具备现有接口方式的子系统，将根据实际情况进行软件二次开发。l BMS系统要兼容多种开发协议。在现场总线网上，可以与LonTalk、

21、LAN等协议兼容。在控制网上，BMS要支持BACnet、Modbus、CAN等楼宇标准通信协议，保证与楼宇其他系统的互连性。l 通过DCS的管理系统将建筑设备监控系统、综合保安监控系统、消防报警及联动系统等和建筑密切相关且实时监控数据系统集成一体，并实现它们之间的事件关联，提供数据库软件接口，以利于物业管理MIS系统和其他MIS系统通过数据库访问并读取有关数据及实现相关控制。l4基于子系统平等方式的系统集成模式l 基于子系统平等方式进行系统集成是一种更为先进的解决方案。这种系统集成方式的核心思想是建立系统集成管理网络，将各子系统视为下层现场控制网，并以平等方式集成。系统集成管理网络运行集成系统

22、(实时)数据库。各子系统的实时数据，通过开放的工业标准接口(如OPC接口)转换成统一格式存储在系统集成数据库中。系统集成管理网络通过。BMS系统核心调度程序对各子系统实现统一管理、监控及信息交换。l基于子系统平等方式的系统集成模式，采用符合工业标准的软、硬件技术，接口标准、规范，系统结构易于扩展，可真正实现“对集成的各子系统实行统一的管理和监控”、“实现各智能化系统之间信息交换”的设计要求。此外，由于采用基于子系统平等方式的系统集成模式，系统通用性强、应用范围广，可适用于各种不同设备制造商子系统的集成，有利于降低系统集成成本，加快项目进度。7.2.2 楼宇自动化系统集成设计楼宇自动化系统集成设

23、计7.2.2.1 系统集成设计步骤系统集成设计步骤l 系统集成设计的过程就是根据用户提出的需求优选各种先进的技术和设备，并使之组成为一个完整系统解决方案的过程，最终为用户提供一个完整的、一体化的集成系统。系统集成设计过程可按以下步骤进行。l 1确认集成系统设计的需求l 根据业主对建筑的初步需求，结合建筑的功能用途以及其建设和投资规模，为业主提供一个主要体现功能性的初步设计方案，同时结合初步设计方案向业主介绍方案的功能组成、投资与效益之间的关系，以引导业主进一步确定实际需求。上述过程经过多次反复确认，最终形成业主在楼宇自动化方面明确的基本功能需求。l 2系统组成结构的设计l 按照业主明确的需求，

24、即可进行系统组成结构的设计。根据业主需求中不同的功能，确定相应的子系统，同时根据不同子系统的实际情况和资金情况，决定系统集成方式是分层次进行集成，还是整体直接进行系统集成；是分阶段进行系统集成，还是一次性实施集成。l 3集成系统的深化设计l 这一设计步骤是系统集成设计中的重点。系统组成结构确定以后，即可着手各子系统的功能深化设计，同时汇总各子系统对外的接口，分析各个接口的通信和协议要求，以确定各子系统互连的方式，具体进行系统集成的深化设计。在系统集成深化设计的同时，应考虑到系统的投资。系统功能越完善，投资的费用就会越高，因此，系统功能的需求应该是合理的，并符合实际需要，量力而行。l 4集成系统

25、现场监控点和信息点的设置l 进行集成系统的深化设计以后，各子系统的功能要求均已具体明确化，根据这些功能要求即可确定这些子系统监控点和信息点在建筑平面图上的设计位置和数量，以及确定楼层信息点的分布和数量。l 5集成系统设备清单的编制l根据集成系统中各子系统的监控点与信息点的配置和数量，可具体统计出相应硬件设备的数量。同时根据每一个监控点的功能要求，来确定硬件设备的传感器或执行器的精度，可进一步确定产品的型号。从而可编制出集成系统的设备清单，以供集成系统的工程预算。7.2.2.2系统设计举例系统设计举例l 建筑物不同，对楼宇自动化系统需求会不同，因而楼宇自动化系统集成所采用的技术和方式方法也不同。

26、下面列举两个不同类型的系统集成实例。l【例1】在某幢建筑中，楼宇自动化系统的子系统有消防报警系统、监控报警系统和楼宇设备自控系统、电梯系统、门禁及一卡通系统、停车系统等。业主不但需要对这些系统进行集成管理、监视和联动，还需要提供物业管理服务。当建筑内发生任何报警时，物业管理部门领导在办公室或在家里，都能及时知道报警性质，系统自动及时地通知公安、消防以及设备维修组等有关部门。一般采用如图71所示基于楼宇自动化：DCS的集成模式(BMS)的子系统集成的方式，开发、配置相应的软、硬件就可以实现满足楼宇自动化系统集成所要求的功能。l【例2】某大型会展中心楼宇自动化系统集成。l1楼宇设备自动化系统集成设

27、计范围l 在本次(建设工期第一阶段)楼宇设备自动化系统的设计中，会展中心楼宇设备自动化系统的控制和管理内容包括：l冷水机组及辅助设备群控系统；l 热水锅炉及生活热水系统：l 空调通风系统；l 给排水系统；l 变配电系统；l 电梯系统。l其中，冷水机组及辅助设备群控系统由冷机供应商提供，实现冷冻水二次循环泵之前所有设备的监控，并通过RS485接口及Trane BACnet通信协议与DCS通信，本方案只对冷冻水二次循环泵进行监控。l 变配电系统、给排水系统、电梯系统均配备相应的监控子系统，完成各自系统设备的控制，设备自动化系统提供相应的通信接口设备，实现对这些系统与设备的全面监控。l 本阶段楼宇设

28、备自动化系统只实现主楼部分和辅楼(7、8、9段)部分楼宇设备的自动控制，所涉及的所有被控设备为主楼及辅楼(7、8、9段)部分楼宇设备。中央站及控制网络应有足够的扩容能力，充分满足将来将其余设备纳入设备自动化系统时的扩容需要。l2中央站功能要求l (1)监视功能l 以全中文图形化界面监视整个设备自动化系统的运行状态，包括现场图片、工艺流程、实时曲线、监控点表、设备平面布置图，以形象直观的方式实时动画显示设备运行情况。系统要求提供丰富的图库和方便的图形生成工具。画面转换操作不超过两键，画面全部数据刷新不超过2 s。l(2)控制功能l 能对现场设备进行手动控制，进行运行方式的设定和工艺参数的修改，且

29、提供操作权限管理，保证系统的安全。l (3)报警功能l、当设备自动化系统出现故障或监测参数越限时，应产生明显的视觉和听觉报警售号，并有报警优先级管理功能，包括报警查看、确认、记录、打印。l (4)综合管理功能l 系统应具有历史数据存储能力，并生成和打印各种报表和趋势图，为设备管理和维护提供依据。l (5)通信及优化运行功能l 中央站提供Windows NT操作系统、以太网连接和TCPIP协议，通过ODBC等方式同BMS服务器通信，上传综合管理、计量、报警等BMS要求的数据并接收BMS下发的联动及协调控制命令，控制整个系统的优化运行。l 中央站与DDC之间可直接通信，不应采用任何转接设备。通信速

30、率应大于9600 bps，并应满足画面刷新对通信速率的要求。l3管理软件功能要求l 管理软件完全满足系统监控功能要求，同时必须兼顾系统集成需要，提供以太网TCPIP连接和ODBC、API、DDE、OPC等网络接口，保证同BMS服务器和其他分系统进行数据交换和共享，实现连锁控制和优化运行。l 提供用户查询和处理现场设备的信息，并提供报警及记录功能。l 系统软件必须是一个多任务、多用户实时软件。l 具有数据记录功能，能把数据记录以多种图形等方式显示，便于管理员了解运行情况和合理利用资源。l 具有动态图形编辑功能，以动态图形方式监控各点的当前值和状态，并能同时显示多个图形。(待续)l 使用标准的菜单

31、系统和工具栏。l 根据不同操作者的输入密码配置不同的用户界面。l 通信符合OSI七层标准。l 多级密码系统。l 时间表和日历表可设定。l 实现报警管理，报警动作可触发多媒体等功能。l 图形界面允许用户通过动态图形操作系统，操作受密码控制。l 图形显示会根据输入量的变化随时更新。l 4楼宇设备自动化系统集成解决方案l 按照国家技术规范和招标书的要求，楼宇设备自动化系统选型以产品质量、性能、可集成性及价格为第一原则，同时兼顾系统产品完整性、与其他系统兼容性、系统可升级等因素，选择SIEMEN S600 APOOGEE系统作为会展中心的楼宇设备自动化系统，实现对主楼所有机电设备的自动控制。l 以SI

32、EMENS S600 APOGEE系统作为楼宇自动化系统BMS集成平台。空调与通风系统、空调水二次循环泵、热交换系统等，直接由S600 APOGEE系统进行控制。l 冷水机组、给排水、变配电、电梯、锅炉等均自配自动控制系统，所有自动控制系统均满足BACnet标准。通过专用网关(GateWay)作为第三方系统纳入DCS(S600 APOGEE)系统实现BMS集成。(待续)l 建筑集成管理系统(IBMS，Integrated Building Management System)实现智能建筑整体智能化系统的集成管理，全面监控与管理经过集成后的建筑智能化系统。集成后的BMS系统作为IBMS的子系统，

33、进入IBMS集成系统。l 在IBMS系统集成结构中，火灾自动报警系统(FAS，Fire Alarm System)、安全防范自动化系统(SAS，Security Automation System)均作为与BMS平级子系统进入IBMS集成系统，而不是进入以DCS为基础的BMS，这是该IBMS系统集成的一个特点。l 楼宇自动化系统的集成只做到BMS这一级，更高一级的集成则通过IBMS的集成来实现。lBMS与IBMS系统集成结构示意图如图72所示。7.3 建筑智能化系统集成技术发展展望建筑智能化系统集成技术发展展望l建筑智能化系统集成已经成为智能建筑的主流技术，建筑智能化系统集成技术的发展对智能建

34、筑的发展至关重要。作为智能建筑最重要的组成部分和最大的子系统楼宇自动化系统集成技术的发展对建筑智能化系统集成技术的发展有重要影响，反过来，智能建筑集成技术的发展也会影响楼宇自动化系统集成技术的发展方向。7.3.1楼宇自动化系统集成技术发展展望楼宇自动化系统集成技术发展展望l近年来，楼宇自动化系统集成技术本身的发展呈现出两方面的趋势。一方面，知名品牌楼宇自动化系统本身的集成能力不断提升；另一方面，楼宇自动化技术中的数字通信协议标准BACnet推广应用和现场总线技术的发展，为不同品牌楼宇控制设备与系统的集成提供了强有力的技术支持。7.3.1.1 楼宇自动化系统自身集成能力的提楼宇自动化系统自身集成

35、能力的提升升l 为了满足业主对楼宇自动化系统及楼宇智能化系统集成不断提高的需求，主要的楼宇自动化系统供应商积极开发新的软件系统、集成平台和适用于多种第三方设备的通信网关，使楼宇自动化系统的集成能力得到大幅度提升。Honeywell，Siemens，Johnson Controls等知名公司在原有系统基础上推出的新系统，一方面将原来独立的子系统(如设备控制系统、火灾报警系统、安防系统等)集成在一个系统平台，同时通过专用网关、BACnet协议和现场总线技术，使系统集成第三方设备的范围大大拓宽。l 美国Honeywell公司近年来推出_的EBI系统就是这方面成功的范例。l EBI系统是专门用于建筑物

36、弱电系统的集成软件。其特点是，它有一个充分开放的且采用客户机服务器体系的系统结构。客户机、服务器和工作站(WS)都运行在Windows NT4x的环境下。中央站嵌入了Web服务器，系统在保留实时数据库的同时，增加了关系数据库。中央站有三层结构：Web服务器、数据访问层和混合数据库层。它们可以实现建筑物自动化系统与企业管理系统集成。lEBI包含了建筑物自动控制系统(Building Automatic Control System)、生命保障管理(Lifel&Safety Management)、安防管理系统(Security Managenaent System)。EBI同时包含了广泛的设备和

37、协议界面，如TCPIP协议的以太网通信、ODBC数据接口、Network API、Advance DDE客户端、BACnet客户机服务器、OPC(0LE for Process Control)客户机、LonWorks、MS Excel数据交换等；拥有当前主流系统集成平台的几乎所有先进特征，特别适用于智能建筑系统集成，实现：BAS和建筑物一切智能化系统设备的通信连接。EBI所具有的设置、组态和编程开发功能，可以组建一整套完整的建筑物集成监控管理系统，分站或子站EBI内建的设备数据库允许第三方系统以标准的ODBC方式访问，进行数据交换。lSiemens公司的System 600 APOGEE通过

38、模块化控制器上的开放式处理器，可以将消防系统、安保系统、照明系统、锅炉系统、PLC、过程控制系统等集成，在任何一个Insight工作站中对系统内的设备和子系统进行监控。7.3.1.2 通信协议统一与总线技术推广使用通信协议统一与总线技术推广使用l 由于建筑设备生产商普遍采用BACnet协议，为实现不同厂家设备控制系统之间的数据交换和系统集成提供便利。LonWorks现场总线技术(局域网络)在楼宇自动化系统的应用，使各个品牌的传感器、控制器、执行器和其他监控设备共享同一个通信协议，系统网络中的任意结点之间的数据可以共享。基于统一的BACnet通信协议和LonWork区域网络(LON Local

39、Operation Networks)技术的楼宇自动化系统集成是其发展的必然趋势。lEBI系统支持BACnet协议，在主控制器XL500和XL50下面支持LonTalk的LON总线，第二级控制器，允许任何有LonMark标志的产品接入LON总线；Siemens的开放式通信驱动器(Open Processor Communication Drivers)支持LON总线，且允许LonMark标志的产品接入LON总线，显示了标准协议与现场总线技术在楼宇自动化集成中的广阔前景。7.3.2 建筑智能化系统集成技术发展展望建筑智能化系统集成技术发展展望l 通过对楼宇自动化系统(BAS)、通信自动化系统(C

40、ASCNS)、办公自动化系统(OAS)三大智能化子系统进行集成，将建筑智能化系统最终集成为真正意义上的智能建筑系统。建立应用于智能建筑的综合人一机系统，以达到高度共享系统内各类信息资源，在统一操作平台之下，方便调度和利用所有设备资源并对智能建筑用户提供最优服务。l一方面为了使楼自动化系统的集成有利于更高一层的智能建筑系统集成，另一方面为了更好地把握楼宇自动化系统集成技术的发展方向，应对建筑智能化系统集成技术的发展有一定的了解。下面就是从业内对建筑智能化系统集成技术发展的展望而归纳的部分观点。7.3.2.1 以太网及以太网及TCPlP协议已经构成建协议已经构成建筑智能化系统集成的基础筑智能化系统

41、集成的基础l 智能建筑系统尽管有其特殊性，但归根结底应该是计算机网络系统集成的重要组成部分。所以在讨论智能建筑系统集成技术发展展望时，不能脱离计算机网络及其系统技术的发展与展望。l 随着Internet的普及，TcPIP协议也得到了空前广泛的应用。由于TCP/IP协议的开放性，它可以把现行的各种局域网互连，并统一地址规则、TP地址、域名的惟一姓与高层协议标准化等。因此，目前TCPIP协议已成为事实上的国际标准。l 随着Internet技术的日益完善、普及和发展，人们以开始着手将其应用于构建企业集团内部的信息管理系统，即Intranet(企业内网)。一般地说，Intranet均采用统一的TCPI

42、P协议。利用Intranet，企业对内可提供一个灵活、高效、宽松、可靠的办公环境。以便企业内部进行信息交流和共享，对外通过Internet进行企业的一切商务活动，及开展以下一些基于标准的服务：文件共享、信息浏览、电子邮件、远程登录、文件传输、网络管理等，进而实现企业管理的科学化和自动化。l近年来，网络通信己从10Mbps、100 Mbps，发展到了现在的1000 Mbps。对于构成每一座智能建筑的Internet，全部选择采用TCPIP协议的千兆位以太网已成为可能。又由于现场总线技术的发展，进一步促使以太网从管理层、控制层向现场层延伸。随着以太网技术的发展，在建筑自动化领域中有可能出现以太网一

43、网到底、Internet与控制网融为一体的局面。7.3.2.2浏览器服务器模式将成为建筑智浏览器服务器模式将成为建筑智能化系统集成的主要模式能化系统集成的主要模式l 由于个人计算机的普及和发展，使计算机网络的计算模式从以大型机为主的集中计算模式过渡到了客户机服务器计算模式。由于浏览器的创立和发展，使计算机网络的计算模式开始向浏览器服务器模式转变。l 1浏览器服务器模式l 计算机网络的初始，通常采用大型计算机作为主机，众多的终端用户共享大型机的CPU资源和数据存储功能。这种模式称做“集中计算模式”或“分时共享模式”。这种模式的主要缺点是主机负担太重、设备昂贵，系统可靠性和可用性过分依赖于主机，系

44、统功能扩展困难。随着个人计算机(PC)的普及和发展，客户机服务器(CS)计算模式逐步取代了集中计算模式。在CS计算模式下，一个或多个的客户机与一个或多个的服务器相连，组成一个“分布计算机系统”。在该计算模式下，其应用可以分为前端的客户机部分和后端的服务器部分。客户端负责与用户的交互、收集用户信启、，可以请求服务器完成大型计算机的应用，然后把服务器返回的结果提交给用户。如此计算模式优化了计算机网络的利用率。l 由于浏览器的开发及发展，计算机网络的计算模式开始向浏览器服务器(BS)模式转变。人们可以把传统的C/S模式中的服务器分解成为一个Web服务器和一个或多个数据库服务器；客户端不再与服务器直接

45、相连，而是与Web服务器相连，然后由服务器再与数据库服务器连接。用户的请求送到Web服务器，再由Web服务器通过CGI(Common GateWay Interface)送到数据库服务器，Web服务器将结果格式化为HTML(Hyper Text Markup Language)格式反馈给用户。采用这种三层结构的Intranet，再加上系统具有统一的TCPIP技术标准，以及客户端软件简单、通过浏览器查看信息方便、系统性能价格比优越、能充分利用系统资源等特点，所以浏览器服务器(BS)模式发展非常迅速，倍受业界人士的重视。l 由于历史的原因，目前，CS模式与Bs模式仍然处在两种模式共存的状态，由于B

46、S模式开发、应用、维护、升级简单，组成Intranet容易，它已成为计算机网络计算模式的首选，因此，浏览器服务器(BS)模式也必将成为智能建筑集成系统主要的计算模式。l 2中间件技术与产品将成为建筑智能化系统集成的桥梁l 相对传统的以大型计算器为中心的集中计算模式而言，客户机服务器(CS)计算模式确实具有人所共知的优点。可是在以后的发展过程中，CS计算模式并没有导致大量的应用，其主要原因大致有以下一些方面：l 缺乏必要和有效的开发工具。l 应用于CS计算模式的操作系统多样性。l 复杂多变的网络环境。l 数据分散处理带来的不一致性等。l 这些问题实际上与用户的业务没有多少关系，但又必须很好地得到

47、解决，只有这样才能清除妨碍客户机服务器(CS)计算模式大量推广应用的障碍。解决问题的思路是将应用软件所面临的共性问题进行提炼、抽象，在操作系统之上形成一个“可复用的部分”，该“可复用的部分”构成一个加在客户机和服务器之间的“中间件”，它可供给应用软件重复使用。中间件提供简单的、较高层次的应用程序编程接口(API，Application Programming Interface)，它把下层网络技术屏蔽起来，使程序员把精力集中在应用方面，而不是在通信问题上。中间件的作用就是将应用与网络屏蔽开来。在BS计算模式中，中间件专门负责管理Web服务器和数据库服务器之间的通信，并提供应用程序服务。l 通常

48、所说的中间件技术，最基本的有通用网关接口(CGI)和应用程序编程接口(API)两种。API能够直接访问或调用外部程序来访问数据库，可以提供与数据库相关的超文本标记语言页面，或执行用户查询，同时将查询结果格式化成HTML页面，并通过Web服务器返回给用户浏览器。CGI允许Web服务器运行外部应用程序，并通过外部程序来访问数据库资源，以产生HTML文档，同时返回浏览器。CGI向用户提供了一种与数据连接的简单方法。l 中间件是处于应用软件和系统软件之间的一类软件，是客户方与服务方之间的连接件，它以自身的复杂换取了用户应用的简单。中间件是基于分布式处理的软件，能够解决网络分布计算环境中多种异构数据资源

49、的互连共享问题，实现多种应用软件的协同工作。利用中间件还可以提高应用软件系统的开发率，使系统的可伸缩性和扩展性更为理想。20世纪90年代以来，中间件技术和产品逐步成熟，开始走向应用。需要特别指出的是，我国在中间件技术与产品上的起步与国外基本相同，国内市场的占有率与国外厂商基本处于同一起跑线上。与其他信息系统一样，中间件已成为智能建筑系统集成的桥梁，大大提高了智能建筑系统集成技术的发展。l 3OPC技术及ODBC技术为建筑智能化系统集成开辟了新的途径l 网络互连的硬件设备己实现了标准化和商品化，所以在思考系统集成时，主要面临的问题是软件集成问题，即如何通过标准的通信协议达到互操作的目的。随着智能

50、建筑的功能需求不断增长，使建筑内各种各样的机电设备的监控系统的种类和范围不断扩大，它们可能采用不同的网络平台、不同的通信协议等。在实现建筑智能化系统集成时，为了理想地解决各异构系统之间的互连和互操作问题，可能采用的技术手段大致有以下几种：l 采用统一通信协议，实现系统的集成；l 采用协议转换，实现系统的集成；l 采用OPC技术，实现系统的集成；l 采用ODBC：技术，实现系统的集成。l(1)采用统一通信协议，实现系统的集成l 建筑智能化系统属于多学科范畴，它涵盖了信息系统、自动控制和现代通信等领域。在系统通信协议方面，由于长时间没有建立统一的、国际性的标准通信协议，这种局面严重阻碍了智能建筑技

51、术的发展及向深层次推广应用。1995年美国暖通空调工程师协会推出了楼宇自动控制领域的第一个开放式标准通信协议BACnet。该协议密切结合建筑工程特点，定义了23个对象、39种服务、6类数据链路结构、3层网络架构，同年通过美国国家标准协会(ANSI，American National Standards Institute)认证，目前正进一步向BACnetIP方向发展。由于BACnet的诞生，为智能建筑的系统集成开创了十分有利的局面：l 在BACnet产生初期，由于它采纳了5种通信协议，即EIA232-PTP、EIA485一MSTP、LonTalk、Arcnet、Ethernet等，造成了不同生

52、产厂家生产的设备互连仍需通过协议转换器，尚未达成开放系统实现真正意义上的互操作。l(2)采用协议转换，实现系统的集成l 具有不同协议的网络互连，可以采用协议转换器。通常协议转换器分为专用的协议转换器和标准的协议转换器。专用协议转换器是指在两种协议之间采用专用的转换器进行协议转换，如果系统要连接多个不同类型的网络，则需要多个符合协议之间转换的转换器。采用专用的协议转换器，其缺点是很明显的，由于转换器的不通用，有时很难找到同时匹配的、为网络控制和服务的转换器。另外，当协议转换器发生故障时，这种结构没有提供可靠的端到端的机制。采用标准的协议转换器，在局域网内部通信上，采用了简单的通信结构，包括物理层

53、、链路层以及对应用层提供连接服务的会话传送协议。系统采用标准的协议转换器后，接在局域网上的所有站点，只需要使用简单的会话传送协议，而所有协议转换器之间的通信，只使用同样的传送层协议和IP，就解决了互联网的匹配问题。不过，随着技术的发展和进步，协议转换器方式的应用，将逐步被0PC技术和ODBC：技术所替代。l(3)采用OPC技术，实现系统的集成l “对象链接和嵌入(OLE，Object Linking and Embedding)”是美国微软公司提供的用于应用程序之间的数据交换及通信的协议，它允许应用程序链接到其他软件对象中。用于过程控制的OLE，称为OPC(OLE for Process Co

54、ntrol)，即用于过程控制的对象链接和嵌入。OPC重点用来解决应用软件与过程控制设备之间的数据读取和写入的标准化及数据传输问题，它提供信息管理域应用软件与实时控制域进行数据传输的方法。当设备通过OPC互连时，图形化应用软件、趋势分析应用软件、报警应用软件等均基于OPC标准。在统一的OPC环境下，各应用程序可以直接读取现场设备的数据，不需要一个一个地编制专用的接口程序，各现场设备也可以直接与不同应用之间互连。l OPC的重要作用在于，它使设备的软件标准化，从而使不同网络平台、不同通信协议、不同厂家的产品方便地实现互连和互操作。OPC技术的完善和推广应用，为智能建筑系统集成时，在实时控制域和信息

55、管理域的全面集成创造了良好的软件环境。l(4)采用ODBC技术，实现系统的集成l 开放型数据库互连(ODBC，Open Data Base Connectivity)技术，是美国微软公司推出的一种应用程序访问数据库的标准接口技术，也是解决异种数据库之问互连的标准，该技术标准己被世界上大多数数据库厂商所接受。ODBC适用于各种数据库，与ODBC兼容的应用软件，通过结构化查询语言(SQL，Structured Query Language)，可查询、修改不同类型的数据库。这样，一个单独的应用程序，通过ODBC就可以访问许多个不同类型的数据库及不同格式的文件。因此，ODBC向人们提供了一个开放的、从

56、个人计算机、小型机、大型机数据库中存取数据的方法。系统开发者利用ODBC：可开发出对于多个异种数据库进行并行访问的应用程序。现在，ODBC已成为客户端访问服务器数据库的API标准。对于任何支持ODBC技术规范的数据库，无论其类型如何，均能进行信息交换。显然采用ODBC及其他开放式数据库技术实现系统集成，也是建筑智能化系统实现集成的重要方式。由于目前市场上OPC技术比ODBC技术表现得更为成熟、产品也更多，所以如果将这两种技术进行融合与补充，将会使信息系统集成技术加快发展。l 对于智能建筑而言，要想使建筑智能化系统实现高度集成化，系统必须具备如下一些基本条件：即计算机网络的条件、计算机应用软件的

57、条件、机电设备单机及子系统智能化的条件、系统集成技术的条件等。当系统具备了这些条件后，才有可能真正实现“建筑智能化系统高度集成”。近年来，由于Internet的发展及千兆位以太网的成功应用，使建筑智能化系统具备了计算机网络条件，由于单片机控制技术、现场总线技术的发展，使各种机电设备(或子系统)的智能化越来越高，为其参与系统集成创造了极好的条件。系统的管理层与系统的控制层之间的集成己成为大势所趋。随着OPC技术与ODBC技术的推广应用，这种集成将逐步达到所谓“无缝集成”的新高度。小测验l请简述什么是智能楼宇，智能楼宇的基本构成，并对其各子系统作出简要说明？简述楼宇自动化系统的主要内容，以及楼宇自动化系统常用集成模式和楼宇自动化系统集成的发展?演讲完毕，谢谢观看！