智能化楼宇监控系统的技术与应用

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1、精选优质文档-倾情为你奉上智能化楼宇监控系统的技术与应用摘 要当今信息时代人们给予了智能大厦愈来愈多的关注,它是传统建筑技术和先进的信息技术(计算机技术、自动化技术、网络与通信技术等交叉技术)相结合的产物。它涉及行为科学、信息科学、环境科学、社会工程学、人类工程学等跨学科理论，大量高新技术竞相在此应用，多功能可视电话、多媒体技术、电子邮件、卫星通信、计算机网络、智能保安与环境控制等正逐步变为现实；信息高速公路、能量无管线传输等最尖端的科技也会首先在这片沃土上扎根成长。本文介绍计算机对楼宇进行实时监控的系统，讲述了智能监控系统的技术和综合布线系统，并给出应用实例程序。本设计论文从计算机控制系统与

2、接口设计的基本方面出发，着重讲叙了电气设备监控、综合布线和CORBA系统方案的总设计。关键字：智能监控；安全系统；实时数据；变量管理 目录1.1 课题研究的背景和意义专心-专注-专业 1 绪论1.1 课题研究的背景和意义 随着科学技术的进步,计算机及其网络技术、现代通信技术 、 现代控制技术 以及现代建筑艺术等得到了广泛应用，在推动人类社会进步的同时，也改变着人们工作、学习和生活的方式，从而促使人们要求社会的信息化、工作与生活的自动化、居住环境的舒适化与安全化，使智能楼宇以及与之配套的楼宇智能化监控系统的技术与应用得到飞速发展。 为了解决电气设备各异构监控子系统之间以及硬件设备之间的互连和互操

3、作性问题，就要求构成智能楼宇的电气设备的各个异构子系统具有开放式结构，所采用的协议和接口都要标准化和规范化。也就是说，软件硬件的连接方式、交换信息的内容和格式、都必须标准化和规范化，从而将各自分离的设备、功能和信息处理等集成到相互关联的、统一和协调的系统之中，达到资源的充分共享，并实现集中和便利的管理，可以方便地把构成智能楼宇中的电气设备各个子系统从各个分离的设备、功能和信息等有机的集中于一个统一的、相互关联的和协调的环境之中，运行于同一个操作平台之下，使资源达到充分的共享，高效率的完成规定的任务。并且系统运行机制与结构、系统服务与管理等方面，都将产生质的提高与飞跃。1.2 国内外进展状况随着

4、工农业生产的发展，社会的进步，导致了对能源需求的大幅度增长，电力作为二次能源的主力对于国民经济的可持续发展就显得格外重要。为了保证电力能源消费安全与可靠，电气监控系统应用控制技术、信息处理技术和通信技术，利用计算机软件和硬件系统或智能装置代替人工进行各种作业，实现对楼宇内主要电气设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护。监控系统的发展经历了如下几个阶段： 1早期的远动技术早期的远动技术可以追溯到 20 世纪的 40 年代至 70 年代，是在自动电话交换机和电子技术基础上逐步发展起来的。最早用于电力工 业的远动设备便是采用电话继电器、步进器和电子管为主要元件组成的。随着半 导体技术

5、的发展，60 年代开始出现晶体管无触点式远动设备，70 年代出现集成电路远动设备。 2中期的远动(监控)技术上世纪 80 年代到 90 年代前几年，由于微处理芯片(CPU)和各种作为外围电路的大规模集成电路的出现与应用，远动设备从早期方式进入了中期发展阶段。同时它又与个人计算机相结合，出现了数据采集与监控系统，SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)，即广义的SCADA 系统不仅包括远动设备，也包括调度自动化中完整的主站系统。这意味着远动将向提高传输速度、提高编译码的检纠错能力、应用智能控制技术对所采集的数据进行预处理和正确性校验等方向发展

6、。这样远动一词也逐渐为监控所取代。3当前的厂站自动化技术上世纪到本世纪初，由于半导体芯片技术、通信技术及计算机技术的飞速发展，远动技术也从早期、中期发展到当前的厂站自动化技术阶段。 20 世纪 90 年代引入我国的电力需求侧管理(DSM)，这一先进的思维方法和管理技术是从提高终端电能利用效率出发来提高能源效率的。其目的是使能源需求方合理用能，提高能效，节约能 源，从而减少对能源的需求量，以利于保护生态环境和节约能源开发投资。2 智能监控系统技术2.1 计算机网络技术通过计算机网络技术能够实现数据通信功能,资源共享，信息服务等功能 1）通信功能 它是指计算机与计算机或其它终端设备之间的数据传输，

7、是计算机网络系统的基本功能之一。通过计算机网络来传送电子邮件，发布新闻信息等，方便了用户之间的信启、交换，而且不受地理因素和时间的限制。 2）资源共享 通过计算机网络，可以将位于计算机网络中某个部位的资源提供出来，供整个网络的相关用户使用。计算机网络的三大资源:硬件资源、软件资源、数据资源均可被共享，并由网络系统对共享资源实施有效管理，不仅提高了网络范围内系统资源的利用率，而且可以使整个系统处理的费用明显下降。 3）信息服务 借助于计算机网络，用户可以到社区网上或 Intemet 上获取各种信息:反之，也能够向 nItcmet 或社区网上发布各种相关信息，如电子商务信息、各种管理 公告信息等。

8、同时，借助于计算机网络用户可以方便地召开网络会议、实现自动抄表、自动交费等业务，以次来体现智能建筑的便利和高效的特点。 2.2 计算机控制技术计算机控制技术是计算机技术与自动控制技术相结合的应用技术，是构成智能楼宇电气设备监控系统的关键技术。上个世纪 70 年代以来，随着电子技术的快速发展，计算机性价比不断提高，从而促进了计算机在控制系统中的应用。这种应用的直接结果是极大地改善了过程控制的硬件性能，加强了过程控制的手段，同时也促进了自动控制理论的发展，使计算机控制技术更加完善和深化，从单一过程、单一对象的局部控制发展到整个过程、整个系统的大规模复杂控制，并逐步向智能化、网络化方向发展。 （1）

9、计算机控制系统基本概念在计算机控制系统，计算机输入输出的信号都是数字量，而被控对象的输入输出信号往往都是连续变化的模拟量。因此，计算机的信号输入和输出都要设有模拟量和数字量之间的信号形式转换的模/数(Analgo/Distia)l 和数/模 (Dgitial/Anaolg)转换器。典型的计算机控制系统如图 2.2.1 所示:被控对象执行器D/A数字控制器给定值 计算机 系统输出A/D监测装置图 2.2.1 计算机控制原理图在计算机控制系统中，监测装置(传感器)将系统输出量转换成电信号，再经过 A/D 转换器转换为数字量，计算机收到输出反馈量后，将它与计算机内部的给定值相比较，计算出偏差值，然后

10、对偏差进行算术与逻辑运算，将运算结果作为控制量输出，控制量再经过 D/A 本身转换器转换为模拟量，输出到执行机构调节被控参数，从而达到控制的目的。上述过程连续不断地重复执行，以使整个系统运行在给定的性能指标下。同时，也可以对被控数和设备本身出现的异常情况进行监督，并迅速做出处理。 命名服务命名服务提供从名字到对象引用的映射， 这好像 Internet 的域名服务系统将给定的域名转换为 IP 地址一样，命名服务采用类似文件系统中目录结构的方法来管理文件。在 CORBA 命名服务中，命名对象以分层命名图的方式进行组织，称为命名树，如下图所示： a b c aa ab ba ca aaa caa c

11、ab2.2.2 命名树结构示意图如上图所示，命名树的节点都是对象，其中图中的空心节点表示的是命名环，境对象，简称为命名环境；图中实心节点表示应用程序的对象简称为应用对象。 建立命名树的目的是要根据对象的名字通过遍历的方式找到目的对象的对象。 在 CORBA 的命名服务中，构成名字的基本元素是有名组件(namedcomponent)。有名组件本身是一个结构，该结构由两个字符串域组成：id 和 kind。一般来说，id 域给出用户的字符串标识，kind 域给出一些描述信息，如名字所用的编码、版本等。命名环境相当于一个目录，用来存放指向其它目录(即其它的命名环境) 和文件(应用对象)的名字。这种名字

12、到对象引用关系就称为名字绑定。 在一个命名环境中，给一个对象(可能是另一个命名环境)取一个名字的操作称为绑定命；反之，从一个名字得到一个与之绑定的对象的操作称为解析。给定一个起始命名环境，在命名树中从起始节点到目标节点的遍历中，这些绑定序列就构成了唯一识别目标对象的路径名。 名字 有名组件id kind id kind id kind 库名字组件 库名字LnameLname insert component(in unsigned1;1inLname component LnameComponentString get_1d()void set_id()String get_kind()voi

13、d get_kind(in string k)void destroy()2.2.3 名字库一般的命名服务中，使用者是直接对有名组件和名字的值进行操作的，为了更好的体现封装的特性应该把服务的使用者与名字的具体表示分割出来，因此，系统建立工程名字库，实现对系统中多个工程对象的统一管理，这样命名服务的使用者就可以通过接口调用来管理和操纵名字的组成，避免了直接操纵有名组件的 id 域和 kind 域。本系统通过命名服务来提供对所有工程对象的管理，提供整个网络中工程对象的注册/注销功能，工程在启动时主动对生成的工程对象进行注册，当工程退出时主动对工程对象注销；其它客户端只需知道对象名称就可以通过命名服

14、务来得到其对象引用，从而完成所需功能。例如，SCADA 的工程对象首先得向命名服务注册，然后如果某个客户端想要得到 SCADA 工程对象引用,只需将此工程的名称作为参数来调用命名服务的接口，就可以获取此工程对象的引用。 事件服务设计 CORBA 事件服务是为了解决 CORBA 对象之间的通信问题而定义的，CORBA 的事件服务提供了一种松散的、异步的通信机制，它的目标是建立一个通用的分布式事件模型。在 CORBA 的事件服务中，事件的发送者和接收者都是对象，发送事件的对象扮演供应者的角色，接收事件的对象扮演消费者的角色。 事件的传送是借助一个称为事件通道的对象来进行的。事件通道作为多个供应者对

15、象与多个消费者对象之间的异步通信中介，负责将事件从供应者对象传送给消费者对象。因此，事件的传递经历了两个阶段，从供应者到事件通道的阶段以及从事件通道到消费者的阶段。事件通道在这两个阶段起到了两种截不同的作用，在前一个阶段，它是事件的消费者，在后一个阶段，它是事件的供应者。加入事件通道后，供应者和消费者的关系变得松散，彼此看不到对方，而只同事件通道打交道。对一个事件通道，可以有任意多个供应者和消费者与之联系，这样，由任意一个供应者发出的消息将会通过事件通道最终送达每一个消费者。 事件传递的模式有两种：推模式(push)和拉模式(pull)。这两类模式是依据由哪一方主动发起而划分的。如果一个事件由

16、供应者主动发出，消费者被动接收，就称为推模式；如果一个事件由消费者主动索取，而由供应者被动提供，就称为拉模式。在事件传递的两个阶段中，可以使用不同的消息传递模式，例如，从供应者到事件通道采用推模式，从事件通道到消费者采用拉模式。 事件服务中有 3 个最重要的接口：供应者、消费者和事件通道，但是，这还不能完成供应者和消费者之间的通信。事件通道对于供应者来说担当了消费者的角色，而对消费者来说担当了供应者的角色，在事件服务中这两种角色由其它的接口来完成，即供应者代理和消费者代理。 事件服务有很多重要的应用，一个最重要的应用就是用于实时数据发布。实 时数据发布就是现场 SCADA 将实时数据(模拟量、

17、状态量、报警信息等)传递给相关数据需求方(监控站、服务器等)的方法策略。假设有 n 个监控站和 m 数据个请求，每个需求方要向数据源发送 m 个请求，每个数据源要将每项数据发送 n 次，那么远程调用的次数为 mn。当 m 和 n 的值较小时还能满足系统对时性的要求，当 m 和 n 的值较大时，频繁的接口调用，再加上大量的传输数据，传输数据会严重影响到系统的实时性甚至是系统的稳定运行。 如图 2.2.4 所示，利用事件服务的 push-push 模式，数据源以组播的方式向需求方发送数据，这样就 push模式能极大地提高效率。 供应者 push 代理 数据源 消费者代理 push 供应者 监控站

18、push 代理 数据源 事件通道 消费者代理 push 供应者 服务站 push 代理 数据源 2.2.4基于事件服务的实时数据发布3 智能楼宇监控系统的结构分析3.1 楼宇智能化电气设备监控系统运用楼宇智能化电气设备监控系统，为业主和用户提供良好的工作和生活环境，并使系统中的各个设备始终处在最佳运行状态，从而保证系统运行的经济性和管理的现代化和智能化。以达到舒适、安全、健康、经济和节能的目的，因此，楼宇智能化电气设备监控系统是智能楼宇系统工程中不可缺少的基本组成部分，广泛受到重视。 3.1.1 楼宇智能化电气设备监控系统的功能表现 1)设各监控与管理 可提供设备运行管理和楼宇经营管理，包括楼

19、宇内的各种空间服务设施的预约，使用分配、调度及费用管理。能够对楼宇内的各种电气设备实现运行状态监控，报表编制，启停控制，维护保养及事故诊断分析等。 2)节能控制 包括空调、供配电、照明、给排水等系统的控制管理。节能控制是在不降低舒适性的前提下达到节能、降低运行费用的目的。 3.1.2 楼宇智能化电气设备监控系统的组成 1)建筑设各监控系统 楼宇智能化电气设备监控系统主要是对楼宇内的电力、照明、空调、给排水等机电设备或系统进行集中监视、控制与管理、以保证这些设备安全可靠地工作。 1.1)供配电设备监控子系统 安全、可靠是智能楼宇正常运行的先决条件，供配电监控子系统的主要功能是确保楼宇安全可靠的供

20、电。因而就要对各级开关设备的状态、主要回路的电流、电压及变压器的温度进行监测，实现全面的能量管理。 1.2)照明系统监控子系统 照明系统与节能有关，在大型建筑中照明耗电仅次于供热、通风与空调系统 (HVAC)。利用自动化手段对照明设备进行有效的控制可以取得明显的节能效果，这主要是对门厅、走廊、庭园和停车场等处照明的定时控制，对照明回路分组控制，以及对一些重要场所实现智能化控制。在照明监控子系统中，可以通过计算 机软件设定启停时间表，按照预定的使用时间进行开环控制，也可以采用超声波、红外线等方式探测照明区域的人员活动及照度变化信息构成反馈控制方式。 1.3)暖通空调系统 空调系统在楼宇中的能耗最

21、大，因此这一系统的中心任务就是在保证提供舒适环境的基础上尽可能降低运行能耗。主要节能控制措施如下: A）设备最佳启停控制; B）空调及制冷机的节能优化控制; C)设备运行周期控制; D)电力负荷控制: E)储冷系统最佳控制等。 这些协调是由空调监控子系统的管理计算机通过监控网络索取到楼宇使用要求与使用状况的信息，进行分析决策来实施的。 1.4)给排水监控子系统 给排水监控子系统的主要作用是为了保证供水、排水系统的正常运行，其基本监控内容是对各给水泵、排水泵、污水泵及饮用水泵的运行状态进行监测，对各种水箱及污水池的水位、给水系统压力进行监测，并根据这些监测信息，控制相应的水泵启、停或按某种节能方

22、式运行。 1.5)电梯系统 大型建筑中均配置有电梯、扶梯，需要利用计算机实现群控，以达到优化传送、控制平均设备使用率与节约能源运行管理等目的，使得设备监控管理中心能够随时掌握各个电梯、扶梯的工作状况，以确保在火灾、非法入侵等特殊情况下对它们进行直接控制。 智能楼宇的内外环境要求标准高，尤其是内环境，为了满足人们工作、生活舒适等多方面的需要，大量采用了多种多样的装饰材料。一旦发生火灾，可燃材料的燃烧，将产生大量有害的烟气和毒气，直接危害人们生命安全。为了适应智能楼宇现代化的需要，高水平的自动化设备和先进的通信网络比比皆是。 智能楼宇多数是多用途的综合性大楼，往往设有办公室、写字间、会议厅、饭店、

23、公寓、娱乐场所等，期间人员复杂，而且难以管理。如果人们的防火意识淡薄或者放松警惕，就会增加火灾的发生。A)自动水灭火系统 水，最为灭火介质，无毒、无污染，而且水火系统的结构简单、造价低廉、性能稳定、工作可靠、维护使用方便，因此它是智能楼宇中最主要的灭火系统。 自动喷水灭火系统，根据系统构成和灭火过程，可分为室内消火栓灭火系统和室内自动喷淋水系统。 B)自动气体灭火系统 气体自动灭火系统只要用于火灾时不宜用水灭火或有贵重设备场所。比如配电室、计算机房、可燃气体及易燃液体仓库等。气体自动灭火设备室通过探测器探测到火灾后，向灭火控制器发信号，控制器收到信号后通过灭火指令来控制气体压力容器上的电磁阀，

24、放出灭火气体灭火。同时还具有音响报警功能。 C)安全疏散系统 安全疏散系统主要包括事故照明与疏散照明(也叫应急照明)，是为了保证在火灾时人员能安全疏散而设置的。应急照明的电源除了正常市电供电外一般 还有备用电源或自备发电机供电，通常都设置在疏散通道、公共出口处，如疏散电梯、防烟楼梯间及前室、消防电梯及前室等。 D)消防电梯管理系统 消防电梯是智能楼宇中特有的必备设施，其作用有两个:一是当火灾发生时，正常电梯因断电和不防烟火而停止使用，消防电梯则作为垂直疏散的通道被启用;二是作为消防队员登高补救的重要运送工具。消防电梯就是要通过设置在消防控制室的电梯控制显示盘，或通过设置在楼宇消防控制室的专用开

25、关来对消防电梯的运行进行管理控制。 安防自动化系统 1)闭路电视监控系统 闭路电视监控系统的主要功能是辅助保安系统对于楼宇内的现场实况进行监视，实时、形象、真实地反映楼内各种设备的运行状态和人员活动情况，以便及时观察到该区内发生的紧急事件，为保安、消防、楼宇自控等部门提供决策依据，从而达到维护治安、保障安全的目的。 2)出入口控制系统 出入口控制系统也叫门禁管理系统，该系统采用微电子技术、测控技术、机电一体化技术及计算机网络技术和通讯技术，为楼宇的出入通道提供高效的智能化管理，对进出建筑物、进出楼宇中某一区域或某一特定房间的人员进行识别和控制，使大楼内的人员只能在其被授权的区域内活动，为防范从

26、正常通道的侵入提供了保证3)防盗报警系统 防盗报警系统，是采用红外或微波技术的信号探测器，在一些无人值守的部位，根据不同部位的重要程度和风险等级要求以及现场条件，进行周边界或定方位保护。高度灵敏的探测器获得侵入物的信号以有线或无线的方式传输到中心控制值班室，同时报警信号以声或光的形式在楼宇模拟图形上显示，使值班人员能及时获得发生事故的信息。 4)巡更管理系统 目前为止，没有任何一种先进的安防系统能够做到100%的自动化，所以， 智能楼宇中的安防系统应强调技防与人防的结合。巡更管理系统的主要功能是保证女值班人员能够按时、按序地对楼宇的巡更点进行巡视，同时保护巡更人员的安全。 5)停车场自动管理系

27、统 停车场自动管理系统由:车辆自动识别子系统、收费子系统、保安监控子系统组成。通常包括中央控制计算机、自动识别装置、临时车票发放及检验装置、挡车器、车辆探测器、监控摄像机、车位提示牌等设备。 6)访客管理系统 访客管理系统主要功能是实现楼宇来访客人与居室中的人们进行双向通话或可视通话来确认来访者的身份，以决定是否打开楼门电子锁，以及向安保管理中心进行紧急报警的系统，从而达到了安全、方便的管理目的。 3.2 通信自动化电气设备监控系统智能楼宇的通信自动化系统包括通信系统和计算机网络系统两大部分。通信系统主要由两大系统组成:用户程控交换机和有线电视网。前者是由电信部门发展而来的，后者是由广电部门发

28、展而来的。计算机网络系统即智能建筑中的计算机局域网及其互联网、接入网。一般包括如下子系统: 1)程控数字用户交换机系统 程控数字交换机按用途可分为市话、长话和用户交换机。程控数字用户交换机实质上是一部由计算机软件控制的数字通信交换机，它的任务是完成建筑物内用户与用户之间，以及用户通过月户交换机中继线与外部电话交换之间的通信。支持智能建筑中办公自动化即多媒体通信，能向智能楼宇中的使用者提供宽带综合业务数据的传输功能，对每一用户同时进行话音、数据、图像的多媒体通信。对各个不同的用户终端设备提供码式、码速和协议的转换，并具有构成计算机局域网 LAN 的功能，因而程控数字用户交换机是智能楼宇中通信系统

29、的控制中心。 2)电话通信系统 电话通信系统是各类建筑物必须设置的系统，智能楼宇中的电话系统交换设备一般是采用用户程控交换机，电话线路基于综合布线系统。不仅能提供传统的语音通信方式，还能满足用户对数据通信、计算机局域网互联、综合业务数字网通信的要求。 3)有线电视系统 有线电视系统也是智能楼宇的基本系统之一，与传统的有线电视系统不同的是，智能楼宇电视系统要求电视图像信号双向传输，有线电视系统通常由前端系统、传输网络和用户分配网络等 3 个部分组成 4)公共/紧急广播系统 智能楼宇和高级宾馆等现代化建筑物都设有广播音像系统，包括一般广播、紧急广播和音乐广播等部分。广播音像系统的设计则包括公共广播

30、与客房音像二部分。公共广播用于公共场所，如走廊、电梯门厅、电梯轿箱、入口大厅、商场、酒吧、宴会厅等，通常采用组合式声柱或分散扬声器箱，平时播放背景音乐等，当遇到火灾等紧急事故时作为事故广播，指挥人员的疏散。客房音像设置的目的是为客人营造一种欣赏音乐与休息的舒适环境。 5)计算机局域网 计算机局域网包括智能建筑公共主管网， 以及物业管理使用的局域网和购房/租房用户使用的业务局域网。主干网和楼层局域网主要采用以太网系。3.3 综合布线系统综合布线系统是建筑物或建筑群内部信息通信设备传输信号的物理线路。它能使建筑物或建筑群内部的语音、数据通信 设备、信息交换设备、建筑物物业管理及建筑物自动化管理设备

31、等系统之间彼此相连，也能使建筑物内部通信设备与外部的信息通信网络连接。 3.3.1 综合布线系统的特点 1)综合性 综合布线系统是一套由共用配件组成的配线系统，综合了建筑物与建筑群中各种布线系统和相应的共用配件，系统包括: .模拟数字的话音系统 .高速与低速的数据系统 .图形终端、绘图仪等需要传输的图文资料传输系统 .电视会议与安全监视系统 .建筑设备自动化管理系统。综合布线系统的综合性解决了建筑物中语音、数据、图文、图像及多媒体等设备配线不兼容的问题，布线系统实施后，能满足现在通信技术的应用和未来通信技木的发展，实用性特强。 2)灵活性 综合布线系统是采用符合国际标准联接件的预布线系统，系统

32、采用相同的传输介质、相同的插头与模块化插座，所有信息通道是通用的，任何一个信息插座均能连接不同类型的终端设备，如个人计算机、可视电话机、双音频电机、可视图文终端、G3 或 G4 类传真机等，满足灵活应用的要求。 3)可靠性和发展性 由于综合布线系统采用的是高品质的标准材料，系统连接采用组合压接的方式，因而构成一套高标准信息通道；又因为综合布线系统采用模块化设计，工作站是由节点向外增设，每条线路与其它线路无关，如果一条线路出现故障，并不影响其它线路的正常运行;所以为线路的运行维护及故障检修提供了极大的方便。 4)先进性和开放性 综合布线系统采用弹性布线方式，将光纤与双绞线混布，对于重要部门可支持

33、光纤到桌面的应用，为将来的发展提供了足够的余量。而且信息通道均采用 8芯配置，符合利用数字通讯技术及标准接口实现声音、数据综合业务数字网的标准，因而保证了先进性。综合布线系统的开放性体现在它能支持多厂商的不同厂、站，能提供面向用户的选择设计方式。 3.3.2 综合布线系统产品的组成综合布线系统产品是由各个不同系列的器件所组成，如图 3.3.2 所示: 系统产品包括:建筑物或建筑群内部的传输电缆、信息插座、插头、适配器、连接器、线路的配线及跳线硬件、传输电子信号和光信号线缆的检测器、电气保护设备、各种相关的硬件和工具等。这些器件可组合成系统构成各自相关的子系统，分别完成各自功能:系统产品还包括建

34、筑物内到电话局线缆进楼的交接点上这一段的布线线缆、配线架以及相关的器件。但不应包括交接点外侧的电话局网络上的线缆和相关器件，以及不包括连接到布线系统上的各个交换设备，如:程控数字用户交换机、数据交换设备、工作站中的终端设备和建筑物内的自动控制设备等。 交叉/直接连接设备 介质连接设备 综合布线产品 布线工具及测试设备 系统组成 插座适配器 传输介质图 3.3.2 综合布线系统产品的构成3.3.3 综合布线系统的构成按照国家标准 建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范 GB/T50311 一 2000 的规定，综合布线系统结构的设计组合可以划分为六个独立的子系统。每个子系统均可视为各自独立的一组，

35、一旦需要更改其中任一子系统时，不会影响到其它的子系统。 l)工作区子系统 工作区是指需要设置终端设备的独立区域，每个工作区设置 l-2 个信息插座，可支持电话机、数据终端及监视器等终端设备。工作区子系统由工作区内的终端设备连接到水平系统的信息插座的连接电缆及适配器组成。其中带有多芯插头的连接电缆实现终端设备和信息插座之间的连接，适配器的作用是使工作区终端设备与信息插座的连接匹配。一个工作区的服务面积可按 5 一 10m2 估算，或按不同的应用场合调整面积的大小。 2)水平子系统 水平子系统由工作区的信息插座、信息插座至楼层配线设备的配线电缆或光缆、楼层配线设备和跳线等所组成。其作用是将干线子系

36、统线路延伸到用户工作区，并连接在信息插座上。所以水平子系统是由每个工作区的信息插座开始，经水平路由到交接间或设备间的配线设备上进行连接。水平子系统一般采用 4 对双绞线，可以支持大多数现代通信设备，在需要宽度及高速应用时，也可以采用光纤。其线缆均沿大楼的地面或吊顶布线，最大长度不超过 90m。 3)干线子系统由设备间的建筑物配线设备和跳线以及设备间至各楼层交接间的干线电缆组成，以提供设备间至各楼层交接间的干线电缆的路由。 4)管理区子系统 管理区子系统是由交叉连接、直接连接配线的连接硬件等设备所组成。以提供干线接线间、中间接线间、主设备间中各个楼层配线架、总配线架上水平电缆与干线电缆之间通信线

37、路连接通信、线路定位与移位的管理。 5)设备间子系统 设备间是楼宇内设置电信设备、计算机网络设备以及建筑物配线设备，并进行网络管理的场所。对于综合布线系统来说，设备间子系统就由设备中的电缆、连接器和相关支撑硬件所组成，把公共系统的各种不同设备互连起来。 6)建筑群子系统 建筑群子系统由连接各道筑物之间的综合布线线缆、建筑群配线设备和跳线等组成。它将一个建筑物中的通信电缆延伸到建筑群中另外一些建筑物内的通信设备和装置上。包括可架空安装或沿地下电缆管道敷设的电缆和光缆，以及防止线缆的过流过压进入建筑的电气保护装置等。 4 智能化楼宇电气设备监控系统的综合设计4.1 基于 CORBA 的系统方案的总

38、体设计智能化楼宇电气设备监控系统的目的是要提供一套完整的企业电气智能化监控系统。它完成对企业内主要电气设备和输配电线路的自动监视、测量、控制、保护，以及与上级系统通信等综合性的自动化功能，提供基础性的信息资源平台，通过基于 Intranet/Internet 的内外网络开展多种信息应用，实现业务操作的自动化与智能化，在更宽范围、更高层次实现企业信息集成，并在此基础上对全局的电能量进行综合管理，多角度深层次实现对电能量的综合分析，进而实现管理节能。 因此，系统的设计需注重标准化和规范化。在业务方面，系统必须符合相应的政策标准和行业标准，保证软件统一化、结构模块化、数据格式标准化、代码统一化、各种

39、文档资料规范化；在技术框架方面，系统必须符合业界的统一标准，使系统最大程度地具备各种层次的平台无关性和兼容性。在使用新技术的同时充分考虑技术的国际标准化，严格按照国际国内相关标准设计实施。应用系统的实施应遵循工程化规范，设计开发与维护各个阶段划分明确，坚持一体化的设计思想，确保系统建设的开放性。 基于上述目的和原则，系统设计规划将充分利用 CORBA 技术的优点，遵照面向对象和模块化的思想，在 ORB 软总线的基础上，利用 CORBA 提供的各种系统服务和针对电气监控与电能量管理的公共服务，最终构建符合业务逻辑和要求的工程对象。系统设计规划如下图所示： 工程 工程 工程 对象 对象 对象 OR

40、B 服务 服务4.1.1 系统结构设计规划系统设计系统整体结构设计如下图所示： 应用层 SCADA子系统 电能量管理子系统 其他 公共 报表 日志 报警 时间 集成 WEB 服务 服务 服务 服务 服务 服务 服务 服务层 系统 命名 事件 通知 安全服务 服务 服务 服务 服务 CORBA中间件层 硬件、操作系统及网络层 4.1.2 系统总体结构设计图如上图所示，遵照 CORBA 技术的设计思想，结合工矿企业中对电气监控及电能量管理的需求，将整个系统分为四层结构，从下往上依次是： 1操作系统、硬件和网络层：可以是各种 CORBA 中间件层所支持的网络结构。 2CORBA 中间件层：提供 OR

41、B，负责处理底层网络通信的细节，它可以使用不同的底层网络协议，如 TCP/IP，从而使开发人员从复杂的网络编程中解脱出来。 3服务层：系统服务层基于 CORBA 中间件层，为整个系统运行管理提供服务支撑，是整个系统的重要保障。其基础性服务包括命名服务、事件服务和安全服务等，这些服务是 CORBA 提供的标准服务，称为系统服务。在此基础之上，结合现场应用的需求，提供了一些公共服务，主要包括报表服务、日志服务、报警服务、时间服务等。该层向应用层提供了服务对象接口，保证了应用层各部分的独立性，简化了应用层的开发。该层内部则使用 CORBA 提供的基础服务和通讯机制来进行各个服务间的信息共享与通讯。下

42、面介绍一下公共服务。 报表服务：对各种电流、电压、功率、电度量等整点抄表并进行统计，还对各种设备的运行工况、时间、合格率、负荷率等做技术统计，生成各种需要的数据型报表，具体包括各种测量、计量、事故报表，分时报表、班报表、日报表、月报表、年报表等。 日志服务：系统进行一些操作时或程序自动运行时，日志会记录一些相关信息，这些信息对系统运行人员和安全工作人员相当有价值，如应用程序日志、安全日志、系统日志等等。报警服务：一般包括模拟量报警和状态量报警，当系统检测到报警时，会及时利用报警条闪烁、声光提示、颜色变化等方式通知运行人员进行处理，以保障各设备的正常运行和维护。 时间服务：系统利用 GPS 时钟

43、送出的时间信息，经过转换后可以满足系统对标准时间源的要求，同步本系统中的各种计算机设备和具有计数时间功能的底层智能设备。 集成服务：系统具备与第三方系统互联的接口，提供基于以太网的通讯协议库，使第三方的系统能与本系统互联，在更大范围内实现数据共享和集成。并将此数据有机地与本地的 SCADA 数据整合，统一作为整个系统的数据源。 WEB 服务：利用这种技术提供基于 Intranet/Internet的信息门户服务，用户可以利用网络浏览器查看各种实时数据、统计报表、波形等信息。浏览时只需在地址栏中输入WEB 服务器节点名称即可进入该WEB 站点，站点上还可提供系统运行状况显示、客户端应用程序下载以

44、及多种工具软件的下载。 4应用层：应用层包括 SCADA 子系统、电能量管理子系统和其它子系统，系统运行时作为相互独立的CORBA 工程对象存在，彼此间的信息交互是通过系统服务来实现的。应用层的各子系统建立在下三层的基础之上，是实现工矿企业电气监控与电能量管理的核心模块，也是构建本系统的基础性环节，并直接面向用户。 子系统对外提供CORBA 接口，通过ORB 总线与客户端完成数据交互；对内通过对工程业务逻辑的分析，并调用各种服务，从而实现复杂的工程业务逻辑功能。 4.2 数据采集与监视控制系统（SCADA) 系统的功能主要是监督控制，对电气设备运行过程进行全面监视，使管理人员全面掌握情况。其数

45、据通信系统都是远程通信，分布较广，远程通信的处理量很大，因此配有通信处理前置机，以减轻中心服务器的负荷。SCADA 系统的特点在于其广泛的监视范围和庞大的数据量，这类系统一般不追求毫秒级的响应，一般能够达到秒级就完全可以满足要求，但系统中包含的监测点却非常多，因此需要一个强有力的软硬件平台作为支撑。 4.2.1 SCADA 的总体设计规划 SCADA 子系统对下根据现场设备的需求采用具体的通信链路和通信协议对设备进行访问和控制，实现数据采集功能，对上通过 CORBA 总线提供各种接口，利用各种服务与监控站和服务器进行通信。也就是说，SCADA 子系统屏蔽了对下层各种不同设备的操作，向上提供了统

46、一的服务，上层的监控站和服务器可以通过调用 SCADA 子系统对象的接口或通过事件通道来获得底层控制网络的各种状态信息并完成数据的交互，实现对设备的控制 4.2.2 SCADA 拓扑结构设计按照一般的电气规划，从系统功能上划分，分为现场间隔层和站级管理层。 现场间隔层是电气一次设备和二次设备的结合面，用来实现实时电气量检测、运行设备的状态量检测、操作控制和微机保护。间隔层设备主要包括各种智能设备(如继电保护装置、电力参数测量仪表)、总线控制器和总线网络。各智能仪表通常具有标准的通讯接口，并具有标准的通讯协议，方便组网。总线控制是连接前置机和现场设备的关键设备，它是前置机组和总线网络之间的网关，

47、负责这两者之间的数据传递。在实际应用中，常采用多串口服务器，它是一种基于网络的总线控制器。多串口服务器将双向通讯的串行数据通过以太网接口与计算机连接，在计算机上通过驱动软件映射出虚拟串口，为用户扩展了串行数据通讯接口，能扩展多路 RS-232/422/485 串口。多串口服务器是网络化的，以前的串口扩展模块卡必须是插在PCI 插槽中，且仅供单台计算机使用，多串口服务器接到网络中，能让网络中的所有计算机共享。 站级管理层负责数据汇总、数据交换、操作逻辑判断、操作命令下达等功能，并主要完成数据采集、数据处理、数据存储等功能。数据采集：前置机可设定相应的采集策略，可以是基于时间的策略或基于事件的策略

48、，采集策略既可以根据 现场实际情况进行本地编辑，也可以通过远程工作站进行远程设定。数据处理：对采集上来的生数据做出初步处理，并针对模拟量、状态量调用相应的计算策略；通过对变量参数的设置，调整报警策略和方式，提供实时准确的信息；具备源地址和目的地址过滤功能，保障遥控命令的准确执行。数据存储：将按照数据的分类记录各种参数值，并可调整相应的存储策略。站级管理层站的主要设备是前置机，常采用工业计算机，工业计算机的稳定性高，抗干扰能力强，可用于恶劣的工作环境。 4.2.3 软件功能模块设计根据任务的划分，将 SCADA 分为数据采集和数据处理，如图 4.2.3.1 所示。 数据采集包括测量点配置、任务配

49、置和驱动管理，数据处理包括生数据转换、变量管理、报警管理、数据发布等。这些功能模块的设计除了基于业务逻辑上的考虑，在开发的时候根据需要调用了CORBA 服务层所提供的各种服务。例如，SCADA 作为一个系统工程要使用到命名服务，通过命名服务进行注册，提供SCADA 所提供的功能从名字到对象引用的映射；数据发布要通过调用事件服务实现组播发送；遥控要通过安全服务的认证；大部分功能都要使用日志服务，以记录系统运行状态和异常处理信息。 SCADA子系统 数据采集 数据处理 测量 任务 驱动 生数 变量 报警 数据 存储 遥控 点配 配置 管理 据转 管理 管理 发布 策略 置 换 图 4.2.3.1

50、SCADA 功能结构图（一）数据采集功能 SCADA 实时采集遥测、遥信、电度、数字量等数据。数据一般可以分为模拟量和状态量。模拟量主要包括有功功率、无功功率、电流、电压、补偿电容电流、直流电压、频率等；状态量包括断路器位置、隔离开关位置、故障过流信号、设备状态、开关储能信号、重合闸动作信号、保护动作信号或事故信号、通道状态等。 A 测量点配置 测量点配置为各种硬件设备提供一个通用的接口。测量点配置主要包括： 1）测量变量：是一个唯一的标识符字符串，它对应每个测量点。 2）变量类型：用于区分测量点的类型，包括模拟量和状态量。 3）说明：是一组文本信息，主要说明了测量点的物理意义。 4）驱动程序

51、：对应测量点的驱动程序组的名称。 5）初始值：默认的初始值。 6）生数据转换公式：定义了把原始数据(如二进制数据)转换为所需测量点变量数值的计算方法。 7限值：变量允许的最大最小范围。 8记录标识：表示测量点变量的实时数值是否要存储到本地数据库。 B 任务配置 任务配置主要用于对数据采集和控制任务进行有效的管理，任务配置主要包括如下内容： 1）测量点名：存储在测量点配置数据库中，在配置测量点的时候进行设置。 2）触发方式：任务触发的机制主要有两种类型：基于时间的处理和基于异常的处理。在基于时间的处理方式中，软件周期性的执行指定的任务，这就需要操作人员适当地配置各种类型的参数(如数据采集周期间隔

52、的设定)才能平衡系统资源的分配。但是，突发情况必须能够及时有效地得到处理才能保证系统的稳定和安全。因此提出了异常机制，它是基于时间机制的一种补充。例如当测量点有所 改变或者关闭的时候，都会触发相应的处理过程。 3）任务：任务在实际执行过程中牵涉到了很多的驱动程序提供的函数，以完成相应的功能，例如初始化、自检、版本查询、错误监测、关闭等。 4）优先级：优先级表明了任务的重要程度。C驱动管理SCADA系统需要管理大量的现场智能备，那么就需要维护大量的驱动程序。驱动管理定义了系统驱动程序的基本操作和属性，包括驱动路径、名称、当前状态和驱动的基本导出函数，并允许其更新、添加或删除。 （二）数据处理功能

53、 A 数据转换 从底层智能设备读取的原始数据即为生数据，智能设备有多种类型，生数据具备多种形式的编码，如二进制码、十六进制码、BC 码和ASCII码，此外，这些码值又分别代表了不同的物理含义，需要做不同的解析才能转换为有明确物理含义的数值。以最为普遍的十六进制码为例，即从智能设备提取出来的数据为十六进制，转换为模拟量时，一般来说有 16NS 格式(16 位无符号)、16S 格式(16 位有符号)、32NS 格式(32 位无符号)、32S格式(32 位有符号)、时间与日期标准化格式(IEC870-5-4，由 4 个字来表示)；而对于状态量来说，通常一个字节表示8个或4个状态量，即某一位或互斥的两

54、位表示一个状态量。 B 变量管理 一些变量要通过其它的测量值来确定，因为使用当前的仪器设备技术还不能直接获得这些标量。因此提出了变量管理工具，用户可以通过编辑开放的规则库从而方便地定义新的变量，且此规则库支持人工数据输入。通过任务配置，变量计算可以周期性地被激活，或者以事件触发的方式被激活。 定义新变量 录入 添加 变量规则库 任务配置 调用图 4.2.3.2 变量管理示意图C 报警管理 为了确保报警系统的实时执行，采用了消息处理机制，以便对报警消息做出迅速的反应。报警信号的类型分为越限报警、变位报警、事故报警，这些报警类型结合测量点的配置信息(上限、下限、报警延迟标记、报警延迟时间、报警累计

55、次数)存储在报警数据库中。当检测到一个报警信号时，通过数据发布将报警信息实时上传，并且该信息会被写入报警本地数据库。作为主服务器的备份，系统的报警和事件信息可以长期保存在本地数据库中，并可以按事件类型、设备类型、时间、所在线路等多种方式分类查询。 D 数据发布 数据发布把各种数据发送给监控站或服务器，包括实时数据发布、报警事件信息发布、异常信息发布等。SCADA 作为数据发布者，有两种发布方式，一种是主动方式，一种是被动方式。主动方式是指 SCADA 主动发送，监控站或服务器被动接收；被动方式是指监控站或服务器主动通过接口实时访问。主动方式是基于事件服务的组播数据发布，如数据量较大的实时数据发

56、布和实时性要求高的报警信息发布等；而被动方式常用于不太重要的数据或不经常使用的数据的发布，当监控站或服务器有需要时调用。且各种数据发布有相应的优先级，优先级是根据任务的紧迫性来划分的。E 存储策略 大部分的数据通过数据发布功能发布出去，而系统主服务器将接收到数据存储下来。作为对一些重要数据的备份，SCADA 本身对部分数据进行存储，存储策略可调，可以是基于时间触发的，也可是基于事件触发的，通过对测量点的配置可以管理对实时数据的存储，而报警数据、异常处理数据则必须存到本地数据库中。同时，这些数据不可能长时间的存放，因而提供稀疏删除策略保障本地数据库的容量。 F 遥控 遥控是指对电气线路中断路器的

57、分合闸操作。遥控操作需要相当高的权限，要调用安全服务对操作人员的权限进行确认。对于远程传递来的控制命令，目的地址过滤功能能够保证需要接收该控制命令的机器是本机，否则一概不予响应，全部进行屏蔽；同时，源地址过滤功能保证对于与源地址不匹配的控制命令，一概不予响应，全部进行屏蔽。遥控命令的安全架构如下图所示： 操作命令 目的地址过滤遥控三层安全架 源地址过滤 安全权限确认 执行操作命令图4.2.3.3遥控安全体系4.3 电能量管理子系统的设计4.3.1 总体设计规划电能量管理在实现对楼宇电气设备和输、配电线路电气监控的基础上，就节能问题进行深入分析，为楼宇中的节能决策提出参考依据。本子系统的设计规划如图 4.3.1 所示，在业务逻辑方面包括负荷监测及节电管理、效益能耗管理、谐波监测及节电管理三个部分。这些业务逻辑的实现调用了一些CORBA 环境下的服务，业务逻辑之间也有部分数据交互。业务逻辑通过封装，提供CORBA 接口供客户端调用。在接下来几个小节中，将详细介绍这三个业务逻辑 客户端 参数/数据传递 CORBA环境