智能化系統(tǒng)工程設計中的若干技術(shù)問題_secret

1、智能化系統(tǒng)工程設計中的若干技術(shù)問題摘 要：根據(jù)建筑物智能化系統(tǒng)工程的設計和科研實踐，提出智能化系統(tǒng)的主要技術(shù)問題處理對把握系統(tǒng)工程整體性 能的重要意義，并對工程設計中的若干技術(shù)問題分別進行探討。關(guān)鍵字：結(jié)構(gòu)開放性綜合性系統(tǒng)界面控制設計是工程建設的先行官，優(yōu)化設計對確保技術(shù)先進及工程質(zhì)量是至關(guān)重要的，本文的作者對工程設計中的主要技術(shù)問題處理與業(yè)內(nèi)人士進行探討。1自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.1自動化控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)的基本框架1.1.1系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)分析分級分布式自動化控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為二層總線型，即上層的信息網(wǎng)絡的通信總線（采用TCP/IP協(xié)議），下層的控制網(wǎng) 絡通信總線（采用RS485標準或Lon

2、Talk協(xié)議）。信息網(wǎng)絡（以太網(wǎng)）的通信總線承擔管理信息與合成的控制信息的交換，是建筑物的信息主干網(wǎng)，在這級網(wǎng)絡中，采用 TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議），易于同下層控制網(wǎng)絡實現(xiàn)網(wǎng)絡間的集成。 控制網(wǎng)絡通信總線構(gòu)建了以完成實時控制數(shù)據(jù)傳遞而實現(xiàn)對機電設備控制的自動化管理網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡實時性強，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息共享，系統(tǒng)體系組合靈活，便于擴展及維護。其中RS485是被機電設備廠商廣為采用的控制總線接口標準，采用普通非屏蔽雙絞線為傳輸介質(zhì)，具有傳輸距離長，傳輸速率高，控制點多，聯(lián)結(jié)方便，易于擴充等優(yōu)點；另一種為LonTalk協(xié)議，是LonTalk技術(shù)使用 的測控合一雙向通信的控制總線所采用的協(xié)議

3、，現(xiàn)場傳感器可直接聯(lián)入控制總線，簡化了現(xiàn)場控制設備和方便了網(wǎng)絡的聯(lián)結(jié)，它已被列為美國標準ANSI135BACnet，作為控制總線的通信標準，絕大多數(shù)機電設備廠商已接受LonTalk技術(shù)，生產(chǎn)的產(chǎn)品均能互換。 上層的信息網(wǎng)絡通信總線和下層的控制網(wǎng)絡的通信總線，是構(gòu)成自動化控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的基本方式。 1.1.2自動化控制系統(tǒng)應至少有以下基本的配置（本文僅列出中央控制級部分） a.硬件：計算機系統(tǒng)，72小時備用電池等。 b.軟件：系統(tǒng)軟件（含網(wǎng)絡協(xié)議、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)），語言處理軟件，數(shù)據(jù)通信控制與管理軟件，數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫管理軟件，操作員接口軟件，CRT顯示格式及標準報告軟件，中央日程表軟件，時間/事

4、件誘發(fā)程序軟件，能量管理軟件，與各相關(guān)單項專業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的軟件系統(tǒng)，其它必要的軟件系統(tǒng)等。 1.2自動化控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展 1.2.1單項設備系統(tǒng)專業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展 建筑物智能化系統(tǒng)工程中的設備監(jiān)控系統(tǒng)主要包括：冷水機、空調(diào)機、鍋爐、電梯、配電柜、發(fā)電機、照明、消防報警、安全等設備系統(tǒng)，均由不同類型的專業(yè)廠商提供，由于這些類別各異的設備專業(yè)獨立性強，對監(jiān)控的工藝技術(shù)要求復雜，控制信息 的通信方式很不統(tǒng)一。因此，各專業(yè)廠商所近年來相繼對設備機組的自控系統(tǒng)進行開發(fā)，已先后擁有了智能化程度不同的設備自控體系（部分已形成較完整的系列化），并在網(wǎng)絡接口和與相關(guān)系統(tǒng)的通信技術(shù)方面，也有較大的進展，先后推出

5、了能以標準網(wǎng)絡接 口與其它系統(tǒng)間實現(xiàn)雙向通信的功能。采用單項設備專業(yè)化自控包，從設備優(yōu)化制度、提高可靠性、完善使用功能、降低經(jīng)濟成本等方面考慮，有很好的發(fā)展前景，同時，在與建筑物智能化系統(tǒng)總體的組合上，也具有重要的實際使用意義。 1.2.2自動化控制系統(tǒng)與網(wǎng)絡技術(shù) 自動化控制系統(tǒng)構(gòu)成的內(nèi)涵已被人們越來越具體地認識并接受，而支持其發(fā)展完善的基礎技術(shù)也以它不斷的進步，不時地起著啟蒙和先導作用，同時，商家和用戶也彼此交流，供需之間互相促進，也推動了控制技術(shù) 的不斷發(fā)展與完善。現(xiàn)代網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展及深層次介入，使基于電腦和通信技術(shù)的建筑物自動化系統(tǒng)，能從單一平臺的運作，走向跨平臺的聯(lián)網(wǎng)，便系統(tǒng)的總體構(gòu)成

6、產(chǎn)生了新的飛躍。在積極推行“國際標準”和先進“工業(yè)標準”的條件下，自動化系統(tǒng)在控制網(wǎng) 絡中實現(xiàn)產(chǎn)品的互換及互操作、在信息網(wǎng)絡中實現(xiàn)互通及互聯(lián)成為可能，系統(tǒng)具有良好的開放性，能容納更多更新的產(chǎn)品。同時，網(wǎng)絡系統(tǒng)實時互聯(lián)（采用Internet/Intranet網(wǎng)絡軟件），為建筑物的智能化管理，提供了更為廣闊的空間。 因此，建立建筑物自動化系統(tǒng)信息資源共享的網(wǎng)絡化體系，是順應時代要求的發(fā)展方向。 1.3自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) a.控制層總線采用RS485標準，控制功能強，監(jiān)控點多，傳輸效率高，它采取并行聯(lián)網(wǎng)的方式，互相獨立，點對點通信，系 統(tǒng)簡潔，組網(wǎng)靈活，聯(lián)結(jié)方便，有益于長距離傳輸及系統(tǒng)的發(fā)展擴充，

7、該方式是集散型控制網(wǎng)絡的基本形式。 b.現(xiàn)場控制層中運用LonWorks技術(shù)的測控合一的雙向通信控制總線，采用該方式的現(xiàn)場受控裝置能直接納入控制總線的 層面，系統(tǒng)較簡潔，組網(wǎng)較靈活，越來越多的國家以此為產(chǎn)品生產(chǎn)的通信標準。因此，凡有LonMark標記的產(chǎn)品，均能在系統(tǒng)中互 操互換，現(xiàn)代網(wǎng)絡技術(shù)也為LonMark產(chǎn)品創(chuàng)造了無限良好的空間，由此看來，它的開放性方面在未來應用的發(fā)展上，顯然比前者有更大的吸引力。業(yè)內(nèi)專家曾預測，建筑物自動化控制系統(tǒng)的集散型控制網(wǎng)絡，將會以現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡為發(fā)展趨勢。 c.單項設備系統(tǒng)納入建筑物自動化控制系統(tǒng)控制網(wǎng)絡層，從建筑物宏觀的角度而言，能使該類控制系統(tǒng)更合理安全

8、地工作，由于單項系統(tǒng)的基本控制功能已由自身獨立完成，中央站僅為有序地進行管理，因此，它不占用中央數(shù)據(jù)庫的容量，簡化了系統(tǒng)網(wǎng)絡的 信息傳輸與交換，使系統(tǒng)的自動化管理的整體效果和單項控制功能更優(yōu)化了。該系統(tǒng)在單項系統(tǒng)工作環(huán)境復雜、自控要求高時，更能顯示它的優(yōu)勢，同時，也越來越受到工程設計者的歡迎。 d.綜合以上對建筑物自動化控制系統(tǒng)控制網(wǎng)絡層的分析，在現(xiàn)階段的技術(shù)發(fā)展變革時期，各種技術(shù)方式在相當長時間內(nèi)還會存在。工程設計者應全面地分析、理智權(quán)衡，在工程技術(shù)上，工程設計者沒有必要固執(zhí)地堅持某一種技術(shù)方式，更沒有必要見異思 遷地做新潮技術(shù)的追隨者。 2自動化控制系統(tǒng)的“開放性” “開放性”是體現(xiàn)系統(tǒng)主

9、要技術(shù)我的狀態(tài)之一。是自動化系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，但應用于建筑物的特定環(huán)境里，對系 統(tǒng)提出“開放性”的要求，使之實現(xiàn)更合理，對此有必要進行全面的認識。 2.1“開放性”含義的全面認識 a.自動化系統(tǒng)“開放性”，即是在不同供應商之間任意選擇具有最佳性能價格比的各種產(chǎn)品，使之靈活地組合為符合使用要求的完整的自動化系統(tǒng)。因此，“開放性”就是系統(tǒng)外聯(lián)的廣泛性，系統(tǒng)互聯(lián)的任意性。 b.提供“開放性”的前提條件，須建立公認的通信協(xié)議，它定義了數(shù)據(jù)發(fā)送的接收工作的過程，規(guī)定了網(wǎng)絡中使用的格式、定時的方式、順序檢錯等，它使不同商家的機電設備的聯(lián)網(wǎng)接口，都符合統(tǒng)一的通信技術(shù)標準。目前，在建筑物智能化系統(tǒng)領(lǐng)域里

10、， 適用于聯(lián)網(wǎng)方面的有美國標準（建筑物自動化控制網(wǎng)絡BACnet(ANSI-135)，適用于通信方面的有美國Echelon公司開發(fā)的通信協(xié)議（LonTalk），它們已被國際上眾多的廠商認可，并形成了發(fā)展的趨勢。 c.正如在本文“自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)”中所分析的那樣，在建筑物智能化系統(tǒng)中，以大量樓宇機電設備為主要監(jiān)控對象的運行環(huán)境里，以RS485為集散型分布式系統(tǒng)，在適合控制網(wǎng)絡方面較之在“開放性”方面具有領(lǐng)先地位的現(xiàn)場總線有無可比擬的優(yōu) 點，同時，由于各供應商自行開發(fā)的RS485產(chǎn)品有很大的生產(chǎn)能力和應用市場，并具有不可忽視的商業(yè)性的優(yōu)勢。因此，它的準“開 放性”效果在現(xiàn)階段應予以正視。 2.

11、2“開放性”的實際應用情況 a.采用BACnet和LonTalk協(xié)議，能實現(xiàn)互換互操作的LonMark標記產(chǎn)品，目前主要有兩種類型：一類為傳感器、執(zhí)行器、繼 電器，即被稱為單點分站；另一類，是終端設備控制器（VAV、FCU、I/O等），被稱為終端設備分站，這兩種類型的實際運用都在系統(tǒng)適用性方面受到限制。 b.在樓宇設備自動化控制系統(tǒng)中，對大型機電設備或其它類似設備的監(jiān)控點數(shù)量多，并需在同一個監(jiān)控站實行監(jiān)控管理，由于LonWorks技術(shù)對輸入、輸出點有限制，因此，在應用中采用LonTalk協(xié)議方式還不盡適宜。 c.由于“開放性”互換互操作的要求，因此采用LonkTalk通信協(xié)議LonMar通信協(xié)

12、議的LonMark標記產(chǎn)品的類別及系列須具 有全面性、完整性，從目前情況而言，還存有一定的差距，尤其在確保產(chǎn)品的完整性、可選擇性和降低成本方面，還有待于一個發(fā)展的過程。 d.網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，尤其是Internet通信技術(shù)介入，使自動化控制系統(tǒng)的信息互聯(lián)及向上層次信息集成在路由和方式上， 開創(chuàng)了嶄新的空間，為“開放性”增添了新的發(fā)展生機。 3布線系統(tǒng)“綜合性”的應用 3.1布線系統(tǒng)的“綜合性”是現(xiàn)代建筑工程的主要特征之一 對多種類、繁雜的布線采用能滿足其各種技術(shù)使用條件并綜合為一體的配線方式，是適應建筑物內(nèi)采用現(xiàn)代信息技術(shù)和智能化管理的需要，是技術(shù)進步的體現(xiàn)，隨著其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展使之不斷完善，將

13、會促進它更快地發(fā)展并使之得到更廣泛的應用。 3.2應用條件是建筑物布線系統(tǒng)設計的依據(jù) 關(guān)于布線系統(tǒng)的設計可歸納為以下主要問題的處理：應用要求分析；應用環(huán)境條件調(diào)研；系統(tǒng)網(wǎng)絡框架構(gòu)思；線纜容量計算；線纜規(guī)格選擇；配線設備配置等。整個設計過程，都是圍繞著實際使用需求和應用環(huán)境而展開的。不久前某國際上著名的布線 供應商推出了TBIC（Total Building Integaration Cable）的建筑集成布線系統(tǒng)，更形象化地為建筑物智能化系統(tǒng)建造了一條通用信息高速通道，為智能化系統(tǒng)的所有信息的遠傳和分配提供了點到點的支持，具備了使所有信息接收、分配的能力，并使之成為繼 建筑水、暖、電力專業(yè)外另

14、一個必不可少的通用信息基礎設施，這是一種十分富有吸引力的布線方式。當然，對一些規(guī)模較大的公共商業(yè)樓和通用性辦公樓，因存在以租（售）為使用對象的流動性，及物業(yè)管理不盡到位的方法。智能化的各系統(tǒng)是否納入布線系統(tǒng)要 區(qū)別考慮，部分（因管理體制的緣故）可分開，另外，在規(guī)劃垂直主干及水平系統(tǒng)時，也可采取分步到位。例如，從長期來看，水平通道應盡可能預留，因水平管道受建筑條件限制影響較大，其它方面都需從長遠角度來周全規(guī)劃。 3.3“綜合性”相關(guān)的基本條件不容忽視 合理確定建筑物內(nèi)布線系統(tǒng)的布線方式，從布線的空間環(huán)境角度出發(fā)，使線纜使用、維護、擴展以及技術(shù)升級等能適應各類智能化系統(tǒng)運行需要，并使各系統(tǒng)發(fā)揮更好

15、的功能。它是布線系統(tǒng)“綜合性”效應體現(xiàn)不可忽視的重要方面。 4智能化系統(tǒng)“綜合性”應用功能的提煉 4.1“綜合性”應用功能的意義 建筑物智能化系統(tǒng)工程，是基于應用環(huán)境條件下的各設備系統(tǒng)的組合。從對應于完整的系統(tǒng)工程應用功能的角度認識，它不僅僅是各單一系統(tǒng)互為割裂的使用，也不僅僅是簡單數(shù)字迭加的功能合成，它應是不同類 型技術(shù)上的互補，是各系統(tǒng)優(yōu)勢有機地合成和綜合性應用功能的增強，尤其是系統(tǒng)間信息集成的互聯(lián)，將使系統(tǒng)的功能應用層面提升到新的水平。 4.2“綜合性”應用功能提煉的基礎條件 工程設計者對建筑物智能化系統(tǒng)工程綜合性應用功能的提煉，應基于以下基礎條件： a.應對本項目的功能需求作全面分析，

16、并進行梳理及歸納，其中關(guān)鍵的要點，是對技術(shù)上的可行性、單項技術(shù)的側(cè)重點、系統(tǒng)技術(shù)的合成性等方面要進行針對性的構(gòu)思。 b.工程設計者對設備系統(tǒng)技術(shù)要作全面理解，不僅僅包括對單項系統(tǒng)的基本性能、技術(shù)特征、運用條件、可實現(xiàn)的專業(yè)特殊性，尤其是對系統(tǒng)組合的技術(shù)優(yōu)勢的互補上，都應予以全面的把握。同時，對不同類型系統(tǒng)設備的技術(shù)動態(tài)及發(fā)展趨向也應能予 以及時跟蹤及研究。 c.對系統(tǒng)工程實踐經(jīng)驗進行總結(jié)，使設計者能在以后的設計中揚長避短，因勢利導地解決工程設計中遇到的各種問題。 d.對整個工程綜合全面思考。使設計方案能從功能需求的實現(xiàn)上，專業(yè)技術(shù)可行性上，并使系統(tǒng)在技術(shù)上的創(chuàng)新和發(fā)展上提高到一個新水平。 4.

17、3應善于對智能化系統(tǒng)“綜合性”應用功能進行的提煉 系統(tǒng)工程的綜合應用功能的提煉取決于系統(tǒng)工程的良好構(gòu)架體，系統(tǒng)工程各單項技術(shù)特征的最優(yōu)發(fā)揮，以及工程設計者善于綜合的能力。它應是一種創(chuàng)意、一種對技術(shù)進步的尋求，它無任何可照搬的模式，它已完全跳躍了單項設備技術(shù)之機械重復之局 限性。在一些規(guī)模較大、應用功能要求較復雜的建筑物智能化系統(tǒng)工程設計中，善于“綜合性”應用功能的提煉，對提高建筑物智 能化系統(tǒng)工程整體使用效果和降低經(jīng)濟成本更顯得十分必要。 5智能化系統(tǒng)工程相關(guān)系統(tǒng)“接口”界面的技術(shù)控制 5.1必須引起重視的問題 在建筑物智能化系統(tǒng)工程建設中，普遍存在著諸如樓宇機電設備自控系統(tǒng)的控制器與受控設備

18、之間、消防系統(tǒng)與安保系統(tǒng)的信息共享、消防系統(tǒng)的火警預報與滅火設備的聯(lián)動控制、安保系統(tǒng)的各子系統(tǒng)間的控制信息互聯(lián)及各種控制技術(shù)自動報警的聯(lián)動 、以及各種管理信息集成的通信資源共享網(wǎng)絡的互聯(lián)、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的結(jié)合，這種相互的關(guān)系可歸納為二類，即設備硬件間的連接和系統(tǒng)與設備、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的信息通信軟件方式的相聯(lián)，它們都需要對各自的“接口”界面進行處理，以便良好運行，它是 把握系統(tǒng)工程成功與否的關(guān)鍵點，也是系統(tǒng)工程的技術(shù)難點。 5.2影響相關(guān)系統(tǒng)“接口”界面處理的因素 a.系統(tǒng)要求不明確、技術(shù)規(guī)則不統(tǒng)一； b.技術(shù)不成熟，實際操作無保障； c.各承包商工作的界面不明確，彼此推諉； d.技術(shù)不可行，系統(tǒng)結(jié)合實為虛設。 5.3相關(guān)系統(tǒng)“接口”界面的控制方法 對系統(tǒng)“接口”界面進行早期的技術(shù)控制，是相關(guān)系統(tǒng)結(jié)合最有效的方法，根據(jù)相關(guān)系統(tǒng)“接口”界面存在的問題，提出 根治的方法，確保智能化系統(tǒng)整體功能的實現(xiàn)。 a.系統(tǒng)結(jié)合的功能要求應具體明確 對相關(guān)系