01智能楼宇设备自动化系统集成(bas)

,第一章 智能楼宇设备自动化系统集成（BAS）,第一节 概述,第二节 系统集成的步骤,第三节 楼宇自动化控制技术基础,第四节 Lonworks现场总线技术,教学基本要求： 掌握BAS的主要功能； 了解BAS的体系结构； 了解现场总线技术。,系统集成的概念来自于计算机应用的领域，在计算机网络技术出现之初，网络所需要连接的计算机设备多种多样，无论是硬件结构、通信接口，还是操作系统、应用软件，都是有很大区别，异种计算机和异种操作系统的互联成为一个很重要、很复杂的课题，一般就称为“系统集成”。计算机技术发展至今，网络技术、通信技术和软件技术都有很大发展，系统集成的要求也更加复杂，尤其在应用软件和数据库的集成方面，不但要求信息可以共享，更有对信息交换和处理速度方面的要求。,智能大厦各种智能化系统均是复杂的计算机应用系统，由于各类系统开发的日期、地点，采用的主流技术均有很大区别，因此智能大厦系统集成的复杂性是比较突出的。在国内智能大厦的建设中，系统集成部分的设计和实施能力，系统集成的功能和水平普遍比较落后，存在着用户需求难以明确、软件开发周期长、软硬件配合要求高、各子系统的软件和数据库技术不公开，以及专业技术人员缺乏等困难。目前，比较普遍的做法是以信息集成或者办公自动化代替完整的系统集成。,第一节 概述,完整的系统集成工程包括以下几方面要求：,收集各智能化系统的工作状态数据，输入统一的数据库。,根据预选设定的运算逻辑，处理和分析设备运行状态数据，作出相应的处理决策。,综合应用各智能化系统的功能，满足用户提出的复杂动作要求。,在各种智能化设备之间建立网关或通信接口，提供所需的数据通道或数据转换处理。,收集大厦内外的各种信息，建立分类的综合信息库。,完成大厦物业管理、设备管理、收费、人员调度等各种操作。,向大厦用户提供Internet/Intranet/Extranet、E-mail等各种信息服务。,为大厦管理机构提供统一友好、高效直接的管理平台和软件界面。,对各种信息进行综合分析，生成可供大厦管理人员、大厦用户等各方面人员使用的有效信息。,根据目前国内智能大厦建设的现状，采用信息集成的方法实现部分有效的系统集成功能也是一种行之有效的方法。因此，目前系统集成工作最重要的三项工作是集中收集各智能化系统的工作参数，建立综合信息库和建立大厦管理的统一操作界面。这三项工作最终将实现的功能包括：,1、将大厦各智能化系统设备的工作参数收集并集中于统一的数据库内；,2、在统一的工作界面上对各智能化系统的工作状态进行“监视”；,3、提供完整自动的物业管理和行政管理服务；,4、大厦内用户可以通过Internet/Intranet实现外部和内部的信息共享；,5、大厦自身的信息资料、统计资料集成于统一数据库内，并不断自动更新，供所需时即时查询。,第二节 系统集成的步骤,概括地讲，系统集成工作自始至终应该贯彻六个基本原则：,1、技术先进性；,2、系统开放性；,3、操作安全性；,4、经济合理性；,5、可管理性；,6、可扩充性。,在上述基本原则指导下，可以有效地完成系统集成地工程，整个系统集成工程总体上可以分为设计、实施和测试三个阶段。,目前，由于硬件通信标准的统一，以及计算机通信技术的发展，智能大厦的系统集成工程在很大程度上已经变成软件集成为主的工程。因此，如同所有软件应用工程，系统集成的设计阶段是最重要的阶段。,系统集成的设计阶段包括以下阶段：应用需求的调研、集成核心的选择、集成系统的调研、数据流程的规划、系统集成方案设计、软件开发方案设计、硬件开发方案设计、可行性研究和方案最终确定。设计流程如图所示。,在目前智能大厦的系统集成设计中，一般都需要挑选一个或数个集成的核心系统。这是因为首先，系统集成总的软件开发量非常大，目前国内还缺少全面的软件包，独立开发的时间和资金投入是大厦建设不可承受的；其次，许多智能化系统的设备都比较封闭，了解其通信和控制协议的细节需要做许多工作，同时也设计集成对象的技术和信息专利权的问题；最后，有许多国外厂商在设计系统时，也已经考虑到软件部分的要求，在其系统内部的管理软件方面有完善的设计，并遵循国际流行的开放性软件平台要求。,在选择集成核心时，应考虑的基本原则是：选择在整个智能化系统中所占比重最大系统的软件；选择在各种控制系统中采用最先进技术的软件；选择高层通信技术最开放的软件。这样可减少开发投入、保证系统的效率和完整性，更可以保障系统的安全性和可靠性。,在很多情况下，可以选择BA系统的管理软件作为开发核心。因为在一般的智能大厦中，BA系统所占工程的比重比较大，其低层的控制机制又比较封闭，而高层的通信机制却常会选择Ethernet等计算机通信协议，便于其他系统的接入。故选择BA控制软件为开发核心具有简便和实用的显著特点。另外，选择OA系统的信息处理级软件为开发核心的情况也越来越多，这是因为OA系统的信息处理一般均会采用最先进的软件和通信技术，技术上的优势会提高整个智能化系统的效率和生命力，同时直接采用信息管理模型处理各种信息方便了用户的调用和功能的升级。还有一种情况是引进国外现成的系统集成软件作为开发核心，在其基础上集成所有其他系统，可以有效借鉴国外成功经验，系统的功能往往十分完善，缺点是开发和维护的投入会比较大。正确选择系统集成的核心是非常重要的，最终可以令集成工作事半功倍。,系统集成的平台是一种基于开放系统的理论，指的是为进行系统集成而需要的软硬件可以按系统模型分成的几个层次结构，每个层次均完成特定的几项工作，低层的功能均是为高层的需求服务的，因此可以认为是特定的功能平台。系统模型在不同的应用下需求下会有不同的结构，因此系统集成的平台内容也有较大区别，但是在硬件设备部分的层次基本相同，大致可以分为物理信道、网络通信、系统操作、信息服务器等平台，软件平台可能包括操作系统、数据库软件、前台操作软件、电子邮件、网络管理、WEB软件、办公自动化软件等等，在设计过程中应该认真加以挑选，并作出全面的设计方案。系统集成平台如图所示。,在确定了系统集成核心和各系统平台后，就可以进行软硬件开发的计划。,软件开发基于对用户的调研和系统平台的设计之上，其内容因功能的多样而各式各样。开发计划至少应该包括系统功能的总体描述、实施各项功能的部件即功能模块、数据流程和数据节点、参量表格、操作界面表格、系统运作的总体结构、功能模块的结构、各模块开发所需的人月数、以及开发周期等。,硬件开发计划建立在对各系统集成对象的分析基础上，主要是对各对象的通信协议和控制机制进行分析，而主要的开发内容也是各种通信系统间的协议转换设备，以及中央的控制设备。在设计过程中应该确定硬件设备的功能、采用的开发技术、开发设备的整体结构、设备框图、性能指标、检测方法、开发周期和开发费用。,设计阶段工作完成后，应该具有的系统集成文本包括：总体设计方案、系统集成平台方案、软件开发总体设计方案、数据和信息流程设计方案、功能子模块开发方案、硬件开发设计方案、可行性研究报告、功能自检和性能测试方案、系统预算方案，以及工程进度和人员调度表。,无论设计中构想系统集成部分最终实施在哪个核心上，具体执行时都必须建立完整、开放的系统平台，例如当最常见的以BA系统为核心，至少必须建立计算机网络平台、操作计算机硬件平台、操作系统软件平台和数据库平台等部分。系统平台是软硬件开发的基础，是系统集成功能的具体载体。除此以外，处于安全性考虑，一般智能化系统自带的管理软件都比较封闭，有很多操作信息不希望被无授权的人员访问，系统平台在实际工作中还必须完成安全控制的功能。系统平台如图所示。,软件开发是实施系统集成的主要工作，最大的工作量就在各种应用软件的开发上。软件开发的基本内容包括三个大类：监控及应用程序的开发、信息及数据的录入和用户界面的制作。,依照总体和细节设计方案的计划，系统集成的实施阶段可以分为软件开发、硬件开发和系统平台的建设。,监控程序指系统的综合控制软件中心对各智能化系统的监控，该部分程序大部分由智能化系统设备厂商一并提供，开发工作的主体是对这些程序包的安装和移植，移植工作在这里的含义是将该程序包安装到非原厂商提供的其他操作平台上，并增加适当的插件和中间程序使之正常工作，最终形成统一的操作界面。应用程序指那些提供综合服务和高层功能的工作逻辑，包括信息数据结构、用户调用的前台工作界面开发、不同系统数据传输接口的开发、后台智能运作逻辑执行程序的开发等等，以及常见的Internet/Intranet应用、E-mail应用、办公自动化应用等，这部分的内容随用户所要求功能的增加而增加。,信息在此指独立于大厦智能化系统，并可以为其运作和用户工作提供帮助的各种信息，例如大厦建筑结构和设备图纸、出租设备的租借费用标准大厦周边信息等。而数据指由智能化系统运作自动产生的数据，以及为系统运行而预设置的初始数据。,用户界面制作包括综合控制界面的制作、用户前台操作界面的制作和智能化系统设备状况细化分析界面。,硬件开发是系统集成中的难点，主要任务是在不同通信标准之间建立协议转换的硬件，以及少量的控制硬件。目前最常见的协议转换硬件开发方法是，首先分析协议转换的逻辑和规则，其次根据分析结果开发协议转换软件，最后将软件固化于专用硬件中，成为软件固化卡，在不同的通信接口设备之间进行协议转换运算。采用硬件转换设备具有运算时间短、设备稳定性好、设备重启动简便等优点。如图所示。,系统集成的测试包括两方面内容：首先是对系统集成功能的测试。即根据用户最初提出的系统需求，分别检查和试验各种需求的实现情况，并作出适当的调整，直至完全满足用户需求为止；其次是对系统集成性能的测试。包括软件的运行速度，硬件和系统集成平台的稳定性等。系统集成的测试不同于其他智能化系统，其主要的参数是定性的参数，而较少有定量的参数，因此系统集成的测试应该贯彻以用户需求最终满足为目标的原则。,第三节 楼宇自动化控制技术基础,假设控制中心是大脑，布线系统是血液神经系统，则建立在自动化控制技术基础之上的各类传感器和控制器就是手脚关节。通过这些自动化单元，可以获得被测对象有关物理、化学性质的信息，并根据这些信息对被测对象进行控制。如传感器、可编程序控制器(PLC)、变送器等。,一、传感器概述 在测量的过程中将物理量、化学量转变成电信号的装置叫传感器。而把传感器得到的电信号再转变成标准的电信号的装置叫变送器。 传感器、变送器是工业自动化控制及信息检测技术中不可缺少的控制元件。它可以把诸如温度、压力、流量、液位、位置等模拟量或开关量转变成电信号，再由自动化控制仪表或计算机进行控制处理和调节。,借助于传感器和变送器，可以对智能建筑的各类参数进行测试和评定，并进行过程控制和调节，还可以进行远距离的传送和信号处理。 当前，传感器、变送器总的发展趋势是朝着小型化、多功能化及智能化方向发展。特别是增加了数据处理功能、自诊断功能、软硬件相组合功能、人机对话功能、接口功能、显示和报警功能等。它们在楼宇自动化中得到了广泛的应用。,二、楼宇自控中的传感器与控制器 1楼宇自控中常用的传感器 楼宇自控中常用的传感器有如下几种： (1) 温度传感器 温度传感器用于测量水管或风管中介质的温度，以此来控制相应的水泵、风机、阀门和风门等执行元件的开度。 (2) 湿度传感器 湿度传感器用于测量风道中介质的湿度，以此来控制相应的加湿阀的开度。,(3) 压力或压差传感器 压力或压差传感器主要用来检测水管或是风管中的压力和压差，以此来控制相应的变频器以调整水泵或风机的转速，或是调节比例阀门的开度。 (4) 流量传感器 流量传感器主要是检测水系统中液体的流量，以此来控制相应水泵阀的数量。 因为它们都是传感器，所以通常用来控制模拟量，其输出模拟量是010 V或420 A。结构是传感器和变送器的组合。,除了以上常用的传感器之外，BAS中有时还会用到许多其他类型的特殊传感变送器，如用来检验空气中二氧化碳、一氧化碳浓度等的传感器，用来检测电网中电