智能建筑樓宇自控系統(tǒng)的研究.doc

智能建筑樓宇自控系統(tǒng)的研究Research on Building Automation System of Intelligent Building王宏 荊曉艷 李紅濤1鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣信息工程學(xué)院(鄭州450002)2鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院(鄭州450002)3河南省計算機公司(鄭州450003)摘要：隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對各類建筑物的使用功能要求越來越高，以自動控制技術(shù)、通信技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組成的樓宇設(shè)備自動化控制系統(tǒng)的使用越來越普及。本文主要對智能建筑的現(xiàn)狀和發(fā)展前景展開討論，內(nèi)容包括智能建筑的基本概念，樓宇自動化系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本功能。關(guān)鍵詞：智能建筑 樓宇自控 現(xiàn)場總線Abstract：With the rapid development of information technology, the functionality requirement to various kinds of buildings is much higher than beforeAt present，the Building Automation System(BAS)，which consists of automation technology, telecommunication technology and computer networks technology, is widely usedThe present situation and developing prospect of the intelligent building is discussed carefully in this paper, the basic concept of intelligent building，the system structure and basic functions of building automation system is discussedKey words：Intelligent building Building automation system Fieldbus1引言智能建筑是信息時代的必然產(chǎn)物，建筑物智能化程度隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而逐步提高。當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要標(biāo)志是4C技術(shù)(即Computer計算機技術(shù)、Control控制技術(shù)、Communication通信技術(shù)、CRT圖形顯示技術(shù))。將4C技術(shù)綜合應(yīng)用于建筑物之中，在建筑物內(nèi)建立一個計算機綜合網(wǎng)絡(luò)，使建筑物智能化。隨著技術(shù)的不斷更新，智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算機，數(shù)據(jù)流機的研制應(yīng)用，并行處理分布式系統(tǒng)會被廣泛深入地應(yīng)用到樓宇自動化系統(tǒng)當(dāng)中。而目前正在興起的智能大廈和智能建筑建設(shè)熱，正是適應(yīng)了這種社會信息化、生活舒適化與經(jīng)濟國際化的需要。智能大廈向人們提供全面、高質(zhì)量、安全、舒適、快捷的綜合服務(wù)功能，是現(xiàn)代高科技的結(jié)晶，是建筑藝術(shù)和信息技術(shù)的完美結(jié)合。2智能建筑所謂的智能建筑一般定義為：智能建筑是通過對建筑物的4個基本要素：結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理以及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系進行最優(yōu)化設(shè)計，從而提供一個投資合理的，具有高效、舒適、便利環(huán)境的建筑空間。其中結(jié)構(gòu)指的是建筑環(huán)境結(jié)構(gòu)，它涵蓋了建筑物的結(jié)構(gòu)、裝飾、建材、空間劃分等；系統(tǒng)指的是實現(xiàn)建筑物功能所安裝運行的光機電設(shè)備系統(tǒng)，如空調(diào)、電梯、照明、給排水、通信、綜合布線、物業(yè)管理、一卡通、業(yè)務(wù)辦公等智能化系統(tǒng)；服務(wù)是指為建筑物的使用者和管理者提供高效、優(yōu)質(zhì)的全方位服務(wù)，提供安全、舒適、高效、便利的生活、學(xué)習(xí)與工作環(huán)境，并降低建筑設(shè)備系統(tǒng)的運行維護費用；管理指的是對人、財、物、信息及智能化系統(tǒng)的全面管理。21智能建筑的現(xiàn)狀及發(fā)展智能建筑在我國的起步比較晚，從整體上看分為初級和發(fā)展兩個階段，19901995年為初始階段，是從單一功能專用系統(tǒng)開始，并有多功能系統(tǒng)綜合出現(xiàn)。1995-2000年進入系統(tǒng)集成階段，主要是以樓宇自動化管理系統(tǒng)為中心的集成，并已見成效，發(fā)展較快。2000年到目前為止是一體化集成管理系統(tǒng)，正在進行中，發(fā)展較慢。1996年以來，我國的智能建筑行業(yè)進入發(fā)展階段，在全國范圍內(nèi)得到推廣應(yīng)用，經(jīng)過實踐的鍛煉，我國智能化系統(tǒng)的技術(shù)隊伍趨于成熟，縮小了我國智能建筑行業(yè)與國際水平的差距。但我國的智能建筑行業(yè)如果要趕上國外的先進水平仍然有很長一段路要走。目前智能建筑在世界各地得到了廣泛的發(fā)展，而且這些智能建筑的智能化水平都較高，通?？梢赃_到較高的集成度。近年來我國智能建筑也得到了迅速發(fā)展，呈現(xiàn)出巨大的市場潛力，并經(jīng)過多年的發(fā)展，如今已進入全面發(fā)展階段。22智能建筑的層次結(jié)構(gòu)建筑智能化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)由上層的智能建筑綜合管理系統(tǒng)(IBMS：Intelligent Building Management System)和第2層的3個智能化子系統(tǒng)構(gòu)成：建筑設(shè)備管理系統(tǒng)(BMS：Building Management System)，通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(CNS：Communication Network System)和辦公自動化系統(tǒng)(OAS：Office Automation System)。BMS，CNS和OAS 3個子系統(tǒng)通過綜合布線系統(tǒng)(GCS：Genetic Cabling System)連接成一個完整的智能化系統(tǒng)，由IBMS統(tǒng)一監(jiān)管。BMS包括建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)(BAS：Building Automation System)、消防自動化系統(tǒng)(FAS：Fire Automation System)、安全防范自動化系統(tǒng)(SAS：Safety Automation System)。整個建筑智能化系統(tǒng)是建立在建筑(環(huán)境)這個平臺(或基礎(chǔ))之上的。建筑智能化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。智能建筑的靈魂是智能化系統(tǒng)，各級子系統(tǒng)集成在一起，共同作用，才支撐起智能建筑。建筑師為智能建筑修建了基礎(chǔ)的建筑平臺，智能化系統(tǒng)為其賦予了靈魂。智能化系統(tǒng)提供方便、快捷的服務(wù)，提高了商用寫字樓、民用住宅等各種建筑的智能水平，滿足了公眾對信息日益增長的需求。3智能建筑中的樓宇自控系統(tǒng)31樓宇自控系統(tǒng)的構(gòu)成及基本功能樓宇自動化系統(tǒng)是整個智能大廈智能化系統(tǒng)中，內(nèi)容最為豐富、設(shè)備最多、控制管理最復(fù)雜、控制范圍最廣的建筑智能化系統(tǒng)，是整個智能大廈建筑智能系統(tǒng)最重要的組成部分之一。它包括狹義的建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)BAS、消防報警自動化系統(tǒng)FAS和安全防范自動化系統(tǒng)SAS 3大子系統(tǒng)。智能建筑樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)中包括下列實時監(jiān)控子系統(tǒng)：樓宇機電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)；保安系統(tǒng)；消防報警系統(tǒng)；廣播音響系統(tǒng)及停車場管理系統(tǒng)。樓宇自動化系統(tǒng)的基本功能如下：(1)實時監(jiān)控各子系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵點：樓宇自動化系統(tǒng)將獨立分散的子系統(tǒng)集成起來，提供一個集中監(jiān)控的方式，并以圖形、文字、動畫的方式顯示出來。(2)執(zhí)行上層下達的管理方面的控制指令：根據(jù)需要，系統(tǒng)管理人員可以直接下達命令，控制任何一個設(shè)備的運行。(3)綜合各個設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)的狀態(tài)信息，提供相關(guān)報告。(4)記錄歷史數(shù)據(jù)，提供綜合信息管理功能。32樓宇自控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)我國的智能建筑起步較晚，集成化的樓宇自動化系統(tǒng)國內(nèi)還沒有，國內(nèi)市場幾乎被外國產(chǎn)品覆蓋。目前國外可實現(xiàn)全面實時監(jiān)控管理的樓宇自動化系統(tǒng)基本上是分層結(jié)構(gòu)模式，系統(tǒng)功能一般是從空調(diào)控制系統(tǒng)發(fā)展起來的，端點控制設(shè)備均為可編程模塊化控制器。一般來說，樓宇自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都采用現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)形式。簡單來說，可以分成3層，如圖2所示。最上層是信息域的干線，按照國家標(biāo)準(zhǔn)采用總線拓撲結(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)作為樓宇自動化系統(tǒng)的干線，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享以及各個中央站點之間的通信。第2層為控制域的干線，即完成控制的各分站點總線，一般采用RS485總線網(wǎng)絡(luò)，作用是以不小于98 Kbits的通信速度把各分站點連接起來，處理各種信息；同時，在分站點總線上還必須設(shè)有與其他廠商設(shè)備連接的接口，以便實現(xiàn)與其他設(shè)備的通信聯(lián)網(wǎng)。第3層為子站點總線，它是由分散的控制器相互連接使用，子站總線通過子站連接器與分站總線連接，從現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)控到的信息傳輸?shù)街醒牍ぷ髡具M行處理，并從上級網(wǎng)絡(luò)獲得信息的處理結(jié)果。圖2樓字自動化系統(tǒng)的3級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)33樓宇自控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樓宇自動化系統(tǒng)經(jīng)過20多年的發(fā)展，現(xiàn)在主要有集散結(jié)構(gòu)形式和現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)形式兩種。（1） 集散式結(jié)構(gòu)(DCS)形式集散結(jié)構(gòu)形式，即集散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式(DCS：Distributed Control System)是20世紀(jì)70年代后，隨著計算機技術(shù)與數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展而誕生的一種先進而有效的控制方法，是目前使用最多的一種BAS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，特征是集中管理、分散控制。一般有2層網(wǎng)絡(luò)和3級控制設(shè)備，如圖3所示?，F(xiàn)場控制器實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備信號的采集、處理、控制、輸出等執(zhí)行過程。操作站由工業(yè)計算機(或PC機)和操作控制臺組成。中央監(jiān)控站可對集散控制系統(tǒng)進行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)視、控制和維護。當(dāng)中央監(jiān)控站或操作站出現(xiàn)故障時，其下層控制設(shè)備仍能獨立實施控制，保證系統(tǒng)的可靠性。集散結(jié)構(gòu)形式，是目前使用最多的一種BAS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但隨著現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)形式的快速發(fā)展，已逐步被現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)形式所取代。(2)現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)(FCS)形式現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)形式，如圖4所示?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS：Fieldbus Control System)，一般由現(xiàn)場智能設(shè)備(儀表)、現(xiàn)場總線、監(jiān)控組態(tài)計算機3部分構(gòu)成。其核心是現(xiàn)場總線技術(shù)。相比于DCS系統(tǒng)來說，現(xiàn)場總線技術(shù)的實時、可靠、低成本、使用方便等特點使其在被控現(xiàn)場層得到了廣泛應(yīng)用，也很好地解決了DCS控制系統(tǒng)中遺留的問題，從信號標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)到系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，從體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計方法、安裝調(diào)試到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都有革命性的變化。它實際上是控制技術(shù)、儀表工業(yè)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三者結(jié)合的產(chǎn)物。換句話說，當(dāng)制造和過程控制由分立設(shè)備發(fā)展到共享設(shè)備、工業(yè)儀表由簡單電子儀表進化到智能儀表、計算機網(wǎng)絡(luò)延伸到傳感器和執(zhí)行器時，它即成為這幾大技術(shù)分支結(jié)合的歷史必然。以現(xiàn)場總線為核心的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)必將成為未來工業(yè)生產(chǎn)重要的組成部分，必將取代傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)，成為第5代過程控制體系結(jié)構(gòu)。圖4現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)目前，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式己得到了認可和發(fā)展，樓宇自動化系統(tǒng)中一般都采用這種結(jié)構(gòu)形式，它是未來樓宇自動化系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用的主流方向。4結(jié)束語樓宇自控系統(tǒng)集成是一門綜合性很強的新興技術(shù)，它涉及到計算機、信息工程、自動控制、系統(tǒng)工程、通信工