智能化樓宇監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)與應用分解

智能化樓宇監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)與應用摘要當今信息時代人們給予了智能大廈愈來愈多的關(guān)注,它是傳統(tǒng)建筑技術(shù)和先進的信息技術(shù)(計算機技術(shù)、自動化技術(shù)、網(wǎng)絡與通信技術(shù)等交叉技術(shù))相結(jié)合的產(chǎn)物。它涉及行為科學、信息科學、環(huán)境科學、社會工程學、人類工程學等跨學科理論，大量高新技術(shù)競相在此應用，多功能可視電話、多媒體技術(shù)、電子郵件、衛(wèi)星通信、計算機網(wǎng)絡、智能保安與環(huán)境控制等正逐步變?yōu)楝F(xiàn)實；信息高速公路、能量無管線傳輸?shù)茸罴舛说目萍家矔紫仍谶@片沃土上扎根成長。本文介紹計算機對樓宇進行實時監(jiān)控的系統(tǒng)，講述了智能監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)和綜合布線系統(tǒng)，并給出應用實例程序。本設(shè)計論文從計算機控制系統(tǒng)與接口設(shè)計的基本方面出發(fā)，著重講敘了電氣設(shè)備監(jiān)控、綜合布線和CORBA系統(tǒng)方案的總設(shè)計。關(guān)鍵字：智能監(jiān)控；安全系統(tǒng)；實時數(shù)據(jù)；變量管理目錄TOC\o"1-4"\h\z\u1緒論 11.1課題研究的背景和意義 11.2國內(nèi)外進展狀況 12智能監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù) 32.1計算機網(wǎng)絡技術(shù) 32.2計算機控制技術(shù) 33智能樓宇監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析 83.1樓宇智能化電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng) 83.1.1樓宇智能化電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的功能表現(xiàn) 83.1.2樓宇智能化電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的組成 83.2通信自動化電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng) 113.3綜合布線系統(tǒng) 123.3.1綜合布線系統(tǒng)的特點 133.3.2綜合布線系統(tǒng)產(chǎn)品的組成 133.3.3綜合布線系統(tǒng)的構(gòu)成 144智能化樓宇電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的綜合設(shè)計 164.1基于CORBA的系統(tǒng)方案的總體設(shè)計 164.2數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA) 184.2.1SCADA的總體設(shè)計規(guī)劃 194.2.2SCADA拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計 194.2.3軟件功能模塊設(shè)計 204.3電能量管理子系統(tǒng)的設(shè)計 244.3.1總體設(shè)計規(guī)劃 244.3.2負荷監(jiān)測及節(jié)電管理 24總結(jié) 27致謝 28參考文獻 291緒論1.1課題研究的背景和意義隨著科學技術(shù)的進步,計算機及其網(wǎng)絡技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)以及現(xiàn)代建筑藝術(shù)等得到了廣泛應用，在推動人類社會進步的同時，也改變著人們工作、學習和生活的方式，從而促使人們要求社會的信息化、工作與生活的自動化、居住環(huán)境的舒適化與安全化，使智能樓宇以及與之配套的樓宇智能化監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)與應用得到飛速發(fā)展。為了解決電氣設(shè)備各異構(gòu)監(jiān)控子系統(tǒng)之間以及硬件設(shè)備之間的互連和互操作性問題，就要求構(gòu)成智能樓宇的電氣設(shè)備的各個異構(gòu)子系統(tǒng)具有開放式結(jié)構(gòu)，所采用的協(xié)議和接口都要標準化和規(guī)范化。也就是說，軟件硬件的連接方式、交換信息的內(nèi)容和格式、都必須標準化和規(guī)范化，從而將各自分離的設(shè)備、功能和信息處理等集成到相互關(guān)聯(lián)的、統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)之中，達到資源的充分共享，并實現(xiàn)集中和便利的管理，可以方便地把構(gòu)成智能樓宇中的電氣設(shè)備各個子系統(tǒng)從各個分離的設(shè)備、功能和信息等有機的集中于一個統(tǒng)一的、相互關(guān)聯(lián)的和協(xié)調(diào)的環(huán)境之中，運行于同一個操作平臺之下，使資源達到充分的共享，高效率的完成規(guī)定的任務。并且系統(tǒng)運行機制與結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)服務與管理等方面，都將產(chǎn)生質(zhì)的提高與飛躍。1.2國內(nèi)外進展狀況隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，社會的進步，導致了對能源需求的大幅度增長，電力作為二次能源的主力對于國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展就顯得格外重要。為了保證電力能源消費安全與可靠，電氣監(jiān)控系統(tǒng)應用控制技術(shù)、信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，利用計算機軟件和硬件系統(tǒng)或智能裝置代替人工進行各種作業(yè)，實現(xiàn)對樓宇內(nèi)主要電氣設(shè)備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、自動控制和微機保護。監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了如下幾個階段：1．早期的遠動技術(shù)早期的遠動技術(shù)可以追溯到20世紀的40年代至70年代，是在自動電話交換機和電子技術(shù)基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的。最早用于電力工業(yè)的遠動設(shè)備便是采用電話繼電器、步進器和電子管為主要元件組成的。隨著半導體技術(shù)的發(fā)展，60年代開始出現(xiàn)晶體管無觸點式遠動設(shè)備，70年代出現(xiàn)集成電路遠動設(shè)備。2．中期的遠動(監(jiān)控)技術(shù)上世紀80年代到90年代前幾年，由于微處理芯片(CPU)和各種作為外圍電路的大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)與應用，遠動設(shè)備從早期方式進入了中期發(fā)展階段。同時它又與個人計算機相結(jié)合，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)，即廣義的SCADA系統(tǒng)不僅包括遠動設(shè)備，也包括調(diào)度自動化中完整的主站系統(tǒng)。這意味著遠動將向提高傳輸速度、提高編譯碼的檢糾錯能力、應用智能控制技術(shù)對所采集的數(shù)據(jù)進行預處理和正確性校驗等方向發(fā)展。這樣遠動一詞也逐漸為監(jiān)控所取代。3．當前的廠站自動化技術(shù)上世紀到本世紀初，由于半導體芯片技術(shù)、通信技術(shù)及計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，遠動技術(shù)也從早期、中期發(fā)展到當前的廠站自動化技術(shù)階段。20世紀90年代引入我國的電力需求側(cè)管理(DSM)，這一先進的思維方法和管理技術(shù)是從提高終端電能利用效率出發(fā)來提高能源效率的。其目的是使能源需求方合理用能，提高能效，節(jié)約能源，從而減少對能源的需求量，以利于保護生態(tài)環(huán)境和節(jié)約能源開發(fā)投資。2智能監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)2.1計算機網(wǎng)絡技術(shù)通過計算機網(wǎng)絡技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通信功能,資源共享，信息服務等功能1）通信功能它是指計算機與計算機或其它終端設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，是計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的基本功能之一。通過計算機網(wǎng)絡來傳送電子郵件，發(fā)布新聞信息等，方便了用戶之間的信啟、交換，而且不受地理因素和時間的限制。2）資源共享通過計算機網(wǎng)絡，可以將位于計算機網(wǎng)絡中某個部位的資源提供出來，供整個網(wǎng)絡的相關(guān)用戶使用。計算機網(wǎng)絡的三大資源:硬件資源、軟件資源、數(shù)據(jù)資源均可被共享，并由網(wǎng)絡系統(tǒng)對共享資源實施有效管理，不僅提高了網(wǎng)絡范圍內(nèi)系統(tǒng)資源的利用率，而且可以使整個系統(tǒng)處理的費用明顯下降。3）信息服務借助于計算機網(wǎng)絡，用戶可以到社區(qū)網(wǎng)上或Intemet上獲取各種信息:反之，也能夠向nItcmet或社區(qū)網(wǎng)上發(fā)布各種相關(guān)信息，如電子商務信息、各種管理公告信息等。同時，借助于計算機網(wǎng)絡用戶可以方便地召開網(wǎng)絡會議、實現(xiàn)自動抄表、自動交費等業(yè)務，以次來體現(xiàn)智能建筑的便利和高效的特點。2.2計算機控制技術(shù)計算機控制技術(shù)是計算機技術(shù)與自動控制技術(shù)相結(jié)合的應用技術(shù)，是構(gòu)成智能樓宇電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。上個世紀70年代以來，隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，計算機性價比不斷提高，從而促進了計算機在控制系統(tǒng)中的應用。這種應用的直接結(jié)果是極大地改善了過程控制的硬件性能，加強了過程控制的手段，同時也促進了自動控制理論的發(fā)展，使計算機控制技術(shù)更加完善和深化，從單一過程、單一對象的局部控制發(fā)展到整個過程、整個系統(tǒng)的大規(guī)模復雜控制，并逐步向智能化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展。（1）計算機控制系統(tǒng)基本概念在計算機控制系統(tǒng)，計算機輸入輸出的信號都是數(shù)字量，而被控對象的輸入輸出信號往往都是連續(xù)變化的模擬量。因此，計算機的信號輸入和輸出都要設(shè)有模擬量和數(shù)字量之間的信號形式轉(zhuǎn)換的模/數(shù)(Analgo/Distia)l和數(shù)/模(Dgitial/Anaolg)轉(zhuǎn)換器。典型的計算機控制系統(tǒng)如圖2.2.1所示:被控對象執(zhí)行器D/A數(shù)字控制器給定值計算機被控對象執(zhí)行器D/A數(shù)字控制器A/D監(jiān)測裝置A/D監(jiān)測裝置圖2.2.1計算機控制原理圖在計算機控制系統(tǒng)中，監(jiān)測裝置(傳感器)將系統(tǒng)輸出量轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，計算機收到輸出反饋量后，將它與計算機內(nèi)部的給定值相比較，計算出偏差值，然后對偏差進行算術(shù)與邏輯運算，將運算結(jié)果作為控制量輸出，控制量再經(jīng)過D/A本身轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量，輸出到執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)被控參數(shù)，從而達到控制的目的。上述過程連續(xù)不斷地重復執(zhí)行，以使整個系統(tǒng)運行在給定的性能指標下。同時，也可以對被控數(shù)和設(shè)備本身出現(xiàn)的異常情況進行監(jiān)督，并迅速做出處理。 命名服務命名服務提供從名字到對象引用的映射，這好像Internet的域名服務系統(tǒng)將給定的域名轉(zhuǎn)換為IP地址一樣，命名服務采用類似文件系統(tǒng)中目錄結(jié)構(gòu)的方法來管理文件。在CORBA命名服務中，命名對象以分層命名圖的方式進行組織，稱為命名樹，如下圖所示：abcaaabbacaaaacaacab2.2.2命名樹結(jié)構(gòu)示意圖如上圖所示，命名樹的節(jié)點都是對象，其中圖中的空心節(jié)點表示的是命名環(huán)，境對象，簡稱為命名環(huán)境；圖中實心節(jié)點表示應用程序的對象簡稱為應用對象。建立命名樹的目的是要根據(jù)對象的名字通過遍歷的方式找到目的對象的對象。在CORBA的命名服務中，構(gòu)成名字的基本元素是有名組件(namedcomponent)。有名組件本身是一個結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由兩個字符串域組成：id和kind。一般來說，id域給出用戶的字符串標識，kind域給出一些描述信息，如名字所用的編碼、版本等。命名環(huán)境相當于一個目錄，用來存放指向其它目錄(即其它的命名環(huán)境)和文件(應用對象)的名字。這種名字到對象引用關(guān)系就稱為名字綁定。在一個命名環(huán)境中，給一個對象(可能是另一個命名環(huán)境)取一個名字的操作稱為綁定命；反之，從一個名字得到一個與之綁定的對象的操作稱為解析。給定一個起始命名環(huán)境，在命名樹中從起始節(jié)點到目標節(jié)點的遍歷中，這些綁定序列就構(gòu)成了唯一識別目標對象的路徑名。名字有名組件idkindidkindidkindidkindidkindidkind庫名字組件庫名字LnameLnameinsertcomponent(inunsigned1;1inLnameLnameinsertcomponent(inunsigned1;1inLnamecomponentLnameComponentStringget_1d()voidset_id()Stringget_kind()voidget_kind(instringk)voiddestroy()2.2.3名字庫一般的命名服務中，使用者是直接對有名組件和名字的值進行操作的，為了更好的體現(xiàn)封裝的特性應該把服務的使用者與名字的具體表示分割出來，因此，系統(tǒng)建立工程名字庫，實現(xiàn)對系統(tǒng)中多個工程對象的統(tǒng)一管理，這樣命名服務的使用者就可以通過接口調(diào)用來管理和操縱名字的組成，避免了直接操縱有名組件的id域和kind域。本系統(tǒng)通過命名服務來提供對所有工程對象的管理，提供整個網(wǎng)絡中工程對象的注冊/注銷功能，工程在啟動時主動對生成的工程對象進行注冊，當工程退出時主動對工程對象注銷；其它客戶端只需知道對象名稱就可以通過命名服務來得到其對象引用，從而完成所需功能。例如，SCADA的工程對象首先得向命名服務注冊，然后如果某個客戶端想要得到SCADA工程對象引用,只需將此工程的名稱作為參數(shù)來調(diào)用命名服務的接口，就可以獲取此工程對象的引用。事件服務設(shè)計CORBA事件服務是為了解決CORBA對象之間的通信問題而定義的，CORBA的事件服務提供了一種松散的、異步的通信機制，它的目標是建立一個通用的分布式事件模型。在CORBA的事件服務中，事件的發(fā)送者和接收者都是對象，發(fā)送事件的對象扮演供應者的角色，接收事件的對象扮演消費者的角色。事件的傳送是借助一個稱為事件通道的對象來進行的。事件通道作為多個供應者對象與多個消費者對象之間的異步通信中介，負責將事件從供應者對象傳送給消費者對象。因此，事件的傳遞經(jīng)歷了兩個階段，從供應者到事件通道的階段以及從事件通道到消費者的階段。事件通道在這兩個階段起到了兩種截不同的作用，在前一個階段，它是事件的消費者，在后一個階段，它是事件的供應者。加入事件通道后，供應者和消費者的關(guān)系變得松散，彼此看不到對方，而只同事件通道打交道。對一個事件通道，可以有任意多個供應者和消費者與之聯(lián)系，這樣，由任意一個供應者發(fā)出的消息將會通過事件通道最終送達每一個消費者。事件傳遞的模式有兩種：推模式(push)和拉模式(pull)。這兩類模式是依據(jù)由哪一方主動發(fā)起而劃分的。如果一個事件由供應者主動發(fā)出，消費者被動接收，就稱為推模式；如果一個事件由消費者主動索取，而由供應者被動提供，就稱為拉模式。在事件傳遞的兩個階段中，可以使用不同的消息傳遞模式，例如，從供應者到事件通道采用推模式，從事件通道到消費者采用拉模式。事件服務中有3個最重要的接口：供應者、消費者和事件通道，但是，這還不能完成供應者和消費者之間的通信。事件通道對于供應者來說擔當了消費者的角色，而對消費者來說擔當了供應者的角色，在事件服務中這兩種角色由其它的接口來完成，即供應者代理和消費者代理。事件服務有很多重要的應用，一個最重要的應用就是用于實時數(shù)據(jù)發(fā)布。實時數(shù)據(jù)發(fā)布就是現(xiàn)場SCADA將實時數(shù)據(jù)(模擬量、狀態(tài)量、報警信息等)傳遞給相關(guān)數(shù)據(jù)需求方(監(jiān)控站、服務器等)的方法策略。假設(shè)有n個監(jiān)控站和m數(shù)據(jù)個請求，每個需求方要向數(shù)據(jù)源發(fā)送m個請求，每個數(shù)據(jù)源要將每項數(shù)據(jù)發(fā)送n次，那么遠程調(diào)用的次數(shù)為m×n。當m和n的值較小時還能滿足系統(tǒng)對時性的要求，當m和n的值較大時，頻繁的接口調(diào)用，再加上大量的傳輸數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)會嚴重影響到系統(tǒng)的實時性甚至是系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。如圖2.2.4所示，利用事件服務的push-push模式，數(shù)據(jù)源以組播的方式向需求方發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣就push模式能極大地提高效率。供應者push代理數(shù)據(jù)源消費者代理push供應者監(jiān)控站push代理數(shù)據(jù)源事件通道消費者代理push供應者服務站push代理數(shù)據(jù)源2.2.4基于事件服務的實時數(shù)據(jù)發(fā)布3智能樓宇監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析3.1樓宇智能化電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)運用樓宇智能化電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，為業(yè)主和用戶提供良好的工作和生活環(huán)境，并使系統(tǒng)中的各個設(shè)備始終處在最佳運行狀態(tài)，從而保證系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和管理的現(xiàn)代化和智能化。以達到舒適、安全、健康、經(jīng)濟和節(jié)能的目的，因此，樓宇智能化電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是智能樓宇系統(tǒng)工程中不可缺少的基本組成部分，廣泛受到重視。3.1.1樓宇智能化電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的功能表現(xiàn)1)設(shè)各監(jiān)控與管理可提供設(shè)備運行管理和樓宇經(jīng)營管理，包括樓宇內(nèi)的各種空間服務設(shè)施的預約，使用分配、調(diào)度及費用管理。能夠?qū)怯顑?nèi)的各種電氣設(shè)備實現(xiàn)運行狀態(tài)監(jiān)控，報表編制，啟?？刂?，維護保養(yǎng)及事故診斷分析等。2)節(jié)能控制包括空調(diào)、供配電、照明、給排水等系統(tǒng)的控制管理。節(jié)能控制是在不降低舒適性的前提下達到節(jié)能、降低運行費用的目的。3.1.2樓宇智能化電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的組成1)建筑設(shè)各監(jiān)控系統(tǒng)樓宇智能化電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主要是對樓宇內(nèi)的電力、照明、空調(diào)、給排水等機電設(shè)備或系統(tǒng)進行集中監(jiān)視、控制與管理、以保證這些設(shè)備安全可靠地工作。1.1)供配電設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)安全、可靠是智能樓宇正常運行的先決條件，供配電監(jiān)控子系統(tǒng)的主要功能是確保樓宇安全可靠的供電。因而就要對各級開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)、主要回路的電流、電壓及變壓器的溫度進行監(jiān)測，實現(xiàn)全面的能量管理。1.2)照明系統(tǒng)監(jiān)控子系統(tǒng)照明系統(tǒng)與節(jié)能有關(guān)，在大型建筑中照明耗電僅次于供熱、通風與空調(diào)系統(tǒng)(HVAC)。利用自動化手段對照明設(shè)備進行有效的控制可以取得明顯的節(jié)能效果，這主要是對門廳、走廊、庭園和停車場等處照明的定時控制，對照明回路分組控制，以及對一些重要場所實現(xiàn)智能化控制。在照明監(jiān)控子系統(tǒng)中，可以通過計算機軟件設(shè)定啟停時間表，按照預定的使用時間進行開環(huán)控制，也可以采用超聲波、紅外線等方式探測照明區(qū)域的人員活動及照度變化信息構(gòu)成反饋控制方式。1.3)暖通空調(diào)系統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)在樓宇中的能耗最大，因此這一系統(tǒng)的中心任務就是在保證提供舒適環(huán)境的基礎(chǔ)上盡可能降低運行能耗。主要節(jié)能控制措施如下:A）設(shè)備最佳啟?？刂?B）空調(diào)及制冷機的節(jié)能優(yōu)化控制;C)設(shè)備運行周期控制;D)電力負荷控制:E)儲冷系統(tǒng)最佳控制等。這些協(xié)調(diào)是由空調(diào)監(jiān)控子系統(tǒng)的管理計算機通過監(jiān)控網(wǎng)絡索取到樓宇使用要求與使用狀況的信息，進行分析決策來實施的。1.4)給排水監(jiān)控子系統(tǒng)給排水監(jiān)控子系統(tǒng)的主要作用是為了保證供水、排水系統(tǒng)的正常運行，其基本監(jiān)控內(nèi)容是對各給水泵、排水泵、污水泵及飲用水泵的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，對各種水箱及污水池的水位、給水系統(tǒng)壓力進行監(jiān)測，并根據(jù)這些監(jiān)測信息，控制相應的水泵啟、?；虬茨撤N節(jié)能方式運行。1.5)電梯系統(tǒng)大型建筑中均配置有電梯、扶梯，需要利用計算機實現(xiàn)群控，以達到優(yōu)化傳送、控制平均設(shè)備使用率與節(jié)約能源運行管理等目的，使得設(shè)備監(jiān)控管理中心能夠隨時掌握各個電梯、扶梯的工作狀況，以確保在火災、非法入侵等特殊情況下對它們進行直接控制。智能樓宇的內(nèi)外環(huán)境要求標準高，尤其是內(nèi)環(huán)境，為了滿足人們工作、生活舒適等多方面的需要，大量采用了多種多樣的裝飾材料。一旦發(fā)生火災，可燃材料的燃燒，將產(chǎn)生大量有害的煙氣和毒氣，直接危害人們生命安全。為了適應智能樓宇現(xiàn)代化的需要，高水平的自動化設(shè)備和先進的通信網(wǎng)絡比比皆是。智能樓宇多數(shù)是多用途的綜合性大樓，往往設(shè)有辦公室、寫字間、會議廳、飯店、公寓、娛樂場所等，期間人員復雜，而且難以管理。如果人們的防火意識淡薄或者放松警惕，就會增加火災的發(fā)生。A)自動水滅火系統(tǒng)水，最為滅火介質(zhì)，無毒、無污染，而且水火系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、性能穩(wěn)定、工作可靠、維護使用方便，因此它是智能樓宇中最主要的滅火系統(tǒng)。自動噴水滅火系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)成和滅火過程，可分為室內(nèi)消火栓滅火系統(tǒng)和室內(nèi)自動噴淋水系統(tǒng)。B)自動氣體滅火系統(tǒng)氣體自動滅火系統(tǒng)只要用于火災時不宜用水滅火或有貴重設(shè)備場所。比如配電室、計算機房、可燃氣體及易燃液體倉庫等。氣體自動滅火設(shè)備室通過探測器探測到火災后，向滅火控制器發(fā)信號，控制器收到信號后通過滅火指令來控制氣體壓力容器上的電磁閥，放出滅火氣體滅火。同時還具有音響報警功能。C)安全疏散系統(tǒng)安全疏散系統(tǒng)主要包括事故照明與疏散照明(也叫應急照明)，是為了保證在火災時人員能安全疏散而設(shè)置的。應急照明的電源除了正常市電供電外一般還有備用電源或自備發(fā)電機供電，通常都設(shè)置在疏散通道、公共出口處，如疏散電梯、防煙樓梯間及前室、消防電梯及前室等。D)消防電梯管理系統(tǒng)消防電梯是智能樓宇中特有的必備設(shè)施，其作用有兩個:一是當火災發(fā)生時，正常電梯因斷電和不防煙火而停止使用，消防電梯則作為垂直疏散的通道被啟用;二是作為消防隊員登高補救的重要運送工具。消防電梯就是要通過設(shè)置在消防控制室的電梯控制顯示盤，或通過設(shè)置在樓宇消防控制室的專用開關(guān)來對消防電梯的運行進行管理控制。安防自動化系統(tǒng)1)閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是輔助保安系統(tǒng)對于樓宇內(nèi)的現(xiàn)場實況進行監(jiān)視，實時、形象、真實地反映樓內(nèi)各種設(shè)備的運行狀態(tài)和人員活動情況，以便及時觀察到該區(qū)內(nèi)發(fā)生的緊急事件，為保安、消防、樓宇自控等部門提供決策依據(jù)，從而達到維護治安、保障安全的目的。2)出入口控制系統(tǒng)出入口控制系統(tǒng)也叫門禁管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用微電子技術(shù)、測控技術(shù)、機電一體化技術(shù)及計算機網(wǎng)絡技術(shù)和通訊技術(shù)，為樓宇的出入通道提供高效的智能化管理，對進出建筑物、進出樓宇中某一區(qū)域或某一特定房間的人員進行識別和控制，使大樓內(nèi)的人員只能在其被授權(quán)的區(qū)域內(nèi)活動，為防范從正常通道的侵入提供了保證3)防盜報警系統(tǒng)防盜報警系統(tǒng)，是采用紅外或微波技術(shù)的信號探測器，在一些無人值守的部位，根據(jù)不同部位的重要程度和風險等級要求以及現(xiàn)場條件，進行周邊界或定方位保護。高度靈敏的探測器獲得侵入物的信號以有線或無線的方式傳輸?shù)街行目刂浦蛋嗍?，同時報警信號以聲或光的形式在樓宇模擬圖形上顯示，使值班人員能及時獲得發(fā)生事故的信息。4)巡更管理系統(tǒng)目前為止，沒有任何一種先進的安防系統(tǒng)能夠做到100%的自動化，所以，智能樓宇中的安防系統(tǒng)應強調(diào)技防與人防的結(jié)合。巡更管理系統(tǒng)的主要功能是保證女值班人員能夠按時、按序地對樓宇的巡更點進行巡視，同時保護巡更人員的安全。5)停車場自動管理系統(tǒng)停車場自動管理系統(tǒng)由:車輛自動識別子系統(tǒng)、收費子系統(tǒng)、保安監(jiān)控子系統(tǒng)組成。通常包括中央控制計算機、自動識別裝置、臨時車票發(fā)放及檢驗裝置、擋車器、車輛探測器、監(jiān)控攝像機、車位提示牌等設(shè)備。6)訪客管理系統(tǒng)訪客管理系統(tǒng)主要功能是實現(xiàn)樓宇來訪客人與居室中的人們進行雙向通話或可視通話來確認來訪者的身份，以決定是否打開樓門電子鎖，以及向安保管理中心進行緊急報警的系統(tǒng)，從而達到了安全、方便的管理目的。3.2通信自動化電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)智能樓宇的通信自動化系統(tǒng)包括通信系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)兩大部分。通信系統(tǒng)主要由兩大系統(tǒng)組成:用戶程控交換機和有線電視網(wǎng)。前者是由電信部門發(fā)展而來的，后者是由廣電部門發(fā)展而來的。計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)即智能建筑中的計算機局域網(wǎng)及其互聯(lián)網(wǎng)、接入網(wǎng)。一般包括如下子系統(tǒng):1)程控數(shù)字用戶交換機系統(tǒng)程控數(shù)字交換機按用途可分為市話、長話和用戶交換機。程控數(shù)字用戶交換機實質(zhì)上是一部由計算機軟件控制的數(shù)字通信交換機，它的任務是完成建筑物內(nèi)用戶與用戶之間，以及用戶通過月戶交換機中繼線與外部電話交換之間的通信。支持智能建筑中辦公自動化即多媒體通信，能向智能樓宇中的使用者提供寬帶綜合業(yè)務數(shù)據(jù)的傳輸功能，對每一用戶同時進行話音、數(shù)據(jù)、圖像的多媒體通信。對各個不同的用戶終端設(shè)備提供碼式、碼速和協(xié)議的轉(zhuǎn)換，并具有構(gòu)成計算機局域網(wǎng)LAN的功能，因而程控數(shù)字用戶交換機是智能樓宇中通信系統(tǒng)的控制中心。2)電話通信系統(tǒng)電話通信系統(tǒng)是各類建筑物必須設(shè)置的系統(tǒng)，智能樓宇中的電話系統(tǒng)交換設(shè)備一般是采用用戶程控交換機，電話線路基于綜合布線系統(tǒng)。不僅能提供傳統(tǒng)的語音通信方式，還能滿足用戶對數(shù)據(jù)通信、計算機局域網(wǎng)互聯(lián)、綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)通信的要求。3)有線電視系統(tǒng)有線電視系統(tǒng)也是智能樓宇的基本系統(tǒng)之一，與傳統(tǒng)的有線電視系統(tǒng)不同的是，智能樓宇電視系統(tǒng)要求電視圖像信號雙向傳輸，有線電視系統(tǒng)通常由前端系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡和用戶分配網(wǎng)絡等3個部分組成4)公共/緊急廣播系統(tǒng)智能樓宇和高級賓館等現(xiàn)代化建筑物都設(shè)有廣播音像系統(tǒng)，包括一般廣播、緊急廣播和音樂廣播等部分。廣播音像系統(tǒng)的設(shè)計則包括公共廣播與客房音像二部分。公共廣播用于公共場所，如走廊、電梯門廳、電梯轎箱、入口大廳、商場、酒吧、宴會廳等，通常采用組合式聲柱或分散揚聲器箱，平時播放背景音樂等，當遇到火災等緊急事故時作為事故廣播，指揮人員的疏散?？头恳粝裨O(shè)置的目的是為客人營造一種欣賞音樂與休息的舒適環(huán)境。5)計算機局域網(wǎng)計算機局域網(wǎng)包括智能建筑公共主管網(wǎng)，以及物業(yè)管理使用的局域網(wǎng)和購房/租房用戶使用的業(yè)務局域網(wǎng)。主干網(wǎng)和樓層局域網(wǎng)主要采用以太網(wǎng)系。3.3綜合布線系統(tǒng)綜合布線系統(tǒng)是建筑物或建筑群內(nèi)部信息通信設(shè)備傳輸信號的物理線路。它能使建筑物或建筑群內(nèi)部的語音、數(shù)據(jù)通信設(shè)備、信息交換設(shè)備、建筑物物業(yè)管理及建筑物自動化管理設(shè)備等系統(tǒng)之間彼此相連，也能使建筑物內(nèi)部通信設(shè)備與外部的信息通信網(wǎng)絡連接。3.3.1綜合布線系統(tǒng)的特點1)綜合性綜合布線系統(tǒng)是一套由共用配件組成的配線系統(tǒng)，綜合了建筑物與建筑群中各種布線系統(tǒng)和相應的共用配件，系統(tǒng)包括:.模擬數(shù)字的話音系統(tǒng).高速與低速的數(shù)據(jù)系統(tǒng).圖形終端、繪圖儀等需要傳輸?shù)膱D文資料傳輸系統(tǒng).電視會議與安全監(jiān)視系統(tǒng).建筑設(shè)備自動化管理系統(tǒng)。綜合布線系統(tǒng)的綜合性解決了建筑物中語音、數(shù)據(jù)、圖文、圖像及多媒體等設(shè)備配線不兼容的問題，布線系統(tǒng)實施后，能滿足現(xiàn)在通信技術(shù)的應用和未來通信技木的發(fā)展，實用性特強。2)靈活性綜合布線系統(tǒng)是采用符合國際標準聯(lián)接件的預布線系統(tǒng)，系統(tǒng)采用相同的傳輸介質(zhì)、相同的插頭與模塊化插座，所有信息通道是通用的，任何一個信息插座均能連接不同類型的終端設(shè)備，如個人計算機、可視電話機、雙音頻電機、可視圖文終端、G3或G4類傳真機等，滿足靈活應用的要求。3)可靠性和發(fā)展性由于綜合布線系統(tǒng)采用的是高品質(zhì)的標準材料，系統(tǒng)連接采用組合壓接的方式，因而構(gòu)成一套高標準信息通道；又因為綜合布線系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，工作站是由節(jié)點向外增設(shè)，每條線路與其它線路無關(guān)，如果一條線路出現(xiàn)故障，并不影響其它線路的正常運行;所以為線路的運行維護及故障檢修提供了極大的方便。4)先進性和開放性綜合布線系統(tǒng)采用彈性布線方式，將光纖與雙絞線混布，對于重要部門可支持光纖到桌面的應用，為將來的發(fā)展提供了足夠的余量。而且信息通道均采用8芯配置，符合利用數(shù)字通訊技術(shù)及標準接口實現(xiàn)聲音、數(shù)據(jù)綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)的標準，因而保證了先進性。綜合布線系統(tǒng)的開放性體現(xiàn)在它能支持多廠商的不同廠、站，能提供面向用戶的選擇設(shè)計方式。3.3.2綜合布線系統(tǒng)產(chǎn)品的組成綜合布線系統(tǒng)產(chǎn)品是由各個不同系列的器件所組成，如圖3.3.2所示:系統(tǒng)產(chǎn)品包括:建筑物或建筑群內(nèi)部的傳輸電纜、信息插座、插頭、適配器、連接器、線路的配線及跳線硬件、傳輸電子信號和光信號線纜的檢測器、電氣保護設(shè)備、各種相關(guān)的硬件和工具等。這些器件可組合成系統(tǒng)構(gòu)成各自相關(guān)的子系統(tǒng)，分別完成各自功能:系統(tǒng)產(chǎn)品還包括建筑物內(nèi)到電話局線纜進樓的交接點上這一段的布線線纜、配線架以及相關(guān)的器件。但不應包括交接點外側(cè)的電話局網(wǎng)絡上的線纜和相關(guān)器件，以及不包括連接到布線系統(tǒng)上的各個交換設(shè)備，如:程控數(shù)字用戶交換機、數(shù)據(jù)交換設(shè)備、工作站中的終端設(shè)備和建筑物內(nèi)的自動控制設(shè)備等。交叉/直接連接設(shè)備介質(zhì)連接設(shè)備綜合布線產(chǎn)品布線工具及測試設(shè)備系統(tǒng)組成插座適配器傳輸介質(zhì)圖3.3.2綜合布線系統(tǒng)產(chǎn)品的構(gòu)成3.3.3綜合布線系統(tǒng)的構(gòu)成按照國家標準《建筑與建筑群綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》GB/T50311一2000的規(guī)定，綜合布線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計組合可以劃分為六個獨立的子系統(tǒng)。每個子系統(tǒng)均可視為各自獨立的一組，一旦需要更改其中任一子系統(tǒng)時，不會影響到其它的子系統(tǒng)。l)工作區(qū)子系統(tǒng)工作區(qū)是指需要設(shè)置終端設(shè)備的獨立區(qū)域，每個工作區(qū)設(shè)置l-2個信息插座，可支持電話機、數(shù)據(jù)終端及監(jiān)視器等終端設(shè)備。工作區(qū)子系統(tǒng)由工作區(qū)內(nèi)的終端設(shè)備連接到水平系統(tǒng)的信息插座的連接電纜及適配器組成。其中帶有多芯插頭的連接電纜實現(xiàn)終端設(shè)備和信息插座之間的連接，適配器的作用是使工作區(qū)終端設(shè)備與信息插座的連接匹配。一個工作區(qū)的服務面積可按5一10m2估算，或按不同的應用場合調(diào)整面積的大小。2)水平子系統(tǒng)水平子系統(tǒng)由工作區(qū)的信息插座、信息插座至樓層配線設(shè)備的配線電纜或光纜、樓層配線設(shè)備和跳線等所組成。其作用是將干線子系統(tǒng)線路延伸到用戶工作區(qū)，并連接在信息插座上。所以水平子系統(tǒng)是由每個工作區(qū)的信息插座開始，經(jīng)水平路由到交接間或設(shè)備間的配線設(shè)備上進行連接。水平子系統(tǒng)一般采用4對雙絞線，可以支持大多數(shù)現(xiàn)代通信設(shè)備，在需要寬度及高速應用時，也可以采用光纖。其線纜均沿大樓的地面或吊頂布線，最大長度不超過90m。3)干線子系統(tǒng)由設(shè)備間的建筑物配線設(shè)備和跳線以及設(shè)備間至各樓層交接間的干線電纜組成，以提供設(shè)備間至各樓層交接間的干線電纜的路由。4)管理區(qū)子系統(tǒng)管理區(qū)子系統(tǒng)是由交叉連接、直接連接配線的連接硬件等設(shè)備所組成。以提供干線接線間、中間接線間、主設(shè)備間中各個樓層配線架、總配線架上水平電纜與干線電纜之間通信線路連接通信、線路定位與移位的管理。5)設(shè)備間子系統(tǒng)設(shè)備間是樓宇內(nèi)設(shè)置電信設(shè)備、計算機網(wǎng)絡設(shè)備以及建筑物配線設(shè)備，并進行網(wǎng)絡管理的場所。對于綜合布線系統(tǒng)來說，設(shè)備間子系統(tǒng)就由設(shè)備中的電纜、連接器和相關(guān)支撐硬件所組成，把公共系統(tǒng)的各種不同設(shè)備互連起來。6)建筑群子系統(tǒng)建筑群子系統(tǒng)由連接各道筑物之間的綜合布線線纜、建筑群配線設(shè)備和跳線等組成。它將一個建筑物中的通信電纜延伸到建筑群中另外一些建筑物內(nèi)的通信設(shè)備和裝置上。包括可架空安裝或沿地下電纜管道敷設(shè)的電纜和光纜，以及防止線纜的過流過壓進入建筑的電氣保護裝置等。4智能化樓宇電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的綜合設(shè)計4.1基于CORBA的系統(tǒng)方案的總體設(shè)計智能化樓宇電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的目的是要提供一套完整的企業(yè)電氣智能化監(jiān)控系統(tǒng)。它完成對企業(yè)內(nèi)主要電氣設(shè)備和輸配電線路的自動監(jiān)視、測量、控制、保護，以及與上級系統(tǒng)通信等綜合性的自動化功能，提供基礎(chǔ)性的信息資源平臺，通過基于Intranet/Internet的內(nèi)外網(wǎng)絡開展多種信息應用，實現(xiàn)業(yè)務操作的自動化與智能化，在更寬范圍、更高層次實現(xiàn)企業(yè)信息集成，并在此基礎(chǔ)上對全局的電能量進行綜合管理，多角度深層次實現(xiàn)對電能量的綜合分析，進而實現(xiàn)管理節(jié)能。因此，系統(tǒng)的設(shè)計需注重標準化和規(guī)范化。在業(yè)務方面，系統(tǒng)必須符合相應的政策標準和行業(yè)標準，保證軟件統(tǒng)一化、結(jié)構(gòu)模塊化、數(shù)據(jù)格式標準化、代碼統(tǒng)一化、各種文檔資料規(guī)范化；在技術(shù)框架方面，系統(tǒng)必須符合業(yè)界的統(tǒng)一標準，使系統(tǒng)最大程度地具備各種層次的平臺無關(guān)性和兼容性。在使用新技術(shù)的同時充分考慮技術(shù)的國際標準化，嚴格按照國際國內(nèi)相關(guān)標準設(shè)計實施。應用系統(tǒng)的實施應遵循工程化規(guī)范，設(shè)計開發(fā)與維護各個階段劃分明確，堅持一體化的設(shè)計思想，確保系統(tǒng)建設(shè)的開放性?；谏鲜瞿康暮驮瓌t，系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃將充分利用CORBA技術(shù)的優(yōu)點，遵照面向?qū)ο蠛湍K化的思想，在ORB軟總線的基礎(chǔ)上，利用CORBA提供的各種系統(tǒng)服務和針對電氣監(jiān)控與電能量管理的公共服務，最終構(gòu)建符合業(yè)務邏輯和要求的工程對象。系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃如下圖所示：工程工程工程對象對象對象ORB服務服務4.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計如下圖所示：應用層SCADA子系統(tǒng)電能量管理子系統(tǒng)其他公共報表日志報警時間集成WEB服務服務服務服務服務服務服務服務層系統(tǒng)命名事件通知安全服務服務服務服務服務CORBA中間件層硬件、操作系統(tǒng)及網(wǎng)絡層4.1.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖如上圖所示，遵照CORBA技術(shù)的設(shè)計思想，結(jié)合工礦企業(yè)中對電氣監(jiān)控及電能量管理的需求，將整個系統(tǒng)分為四層結(jié)構(gòu)，從下往上依次是：1．操作系統(tǒng)、硬件和網(wǎng)絡層：可以是各種CORBA中間件層所支持的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。2．CORBA中間件層：提供ORB，負責處理底層網(wǎng)絡通信的細節(jié)，它可以使用不同的底層網(wǎng)絡協(xié)議，如TCP/IP，從而使開發(fā)人員從復雜的網(wǎng)絡編程中解脫出來。3．服務層：系統(tǒng)服務層基于CORBA中間件層，為整個系統(tǒng)運行管理提供服務支撐，是整個系統(tǒng)的重要保障。其基礎(chǔ)性服務包括命名服務、事件服務和安全服務等，這些服務是CORBA提供的標準服務，稱為系統(tǒng)服務。在此基礎(chǔ)之上，結(jié)合現(xiàn)場應用的需求，提供了一些公共服務，主要包括報表服務、日志服務、報警服務、時間服務等。該層向應用層提供了服務對象接口，保證了應用層各部分的獨立性，簡化了應用層的開發(fā)。該層內(nèi)部則使用CORBA提供的基礎(chǔ)服務和通訊機制來進行各個服務間的信息共享與通訊。下面介紹一下公共服務。報表服務：對各種電流、電壓、功率、電度量等整點抄表并進行統(tǒng)計，還對各種設(shè)備的運行工況、時間、合格率、負荷率等做技術(shù)統(tǒng)計，生成各種需要的數(shù)據(jù)型報表，具體包括各種測量、計量、事故報表，分時報表、班報表、日報表、月報表、年報表等。日志服務：系統(tǒng)進行一些操作時或程序自動運行時，日志會記錄一些相關(guān)信息，這些信息對系統(tǒng)運行人員和安全工作人員相當有價值，如應用程序日志、安全日志、系統(tǒng)日志等等。報警服務：一般包括模擬量報警和狀態(tài)量報警，當系統(tǒng)檢測到報警時，會及時利用報警條閃爍、聲光提示、顏色變化等方式通知運行人員進行處理，以保障各設(shè)備的正常運行和維護。時間服務：系統(tǒng)利用GPS時鐘送出的時間信息，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后可以滿足系統(tǒng)對標準時間源的要求，同步本系統(tǒng)中的各種計算機設(shè)備和具有計數(shù)時間功能的底層智能設(shè)備。集成服務：系統(tǒng)具備與第三方系統(tǒng)互聯(lián)的接口，提供基于以太網(wǎng)的通訊協(xié)議庫，使第三方的系統(tǒng)能與本系統(tǒng)互聯(lián)，在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和集成。并將此數(shù)據(jù)有機地與本地的SCADA數(shù)據(jù)整合，統(tǒng)一作為整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源。WEB服務：利用這種技術(shù)提供基于Intranet/Internet的信息門戶服務，用戶可以利用網(wǎng)絡瀏覽器查看各種實時數(shù)據(jù)、統(tǒng)計報表、波形等信息。瀏覽時只需在地址欄中輸入WEB服務器節(jié)點名稱即可進入該WEB站點，站點上還可提供系統(tǒng)運行狀況顯示、客戶端應用程序下載以及多種工具軟件的下載。4．應用層：應用層包括SCADA子系統(tǒng)、電能量管理子系統(tǒng)和其它子系統(tǒng)，系統(tǒng)運行時作為相互獨立的CORBA工程對象存在，彼此間的信息交互是通過系統(tǒng)服務來實現(xiàn)的。應用層的各子系統(tǒng)建立在下三層的基礎(chǔ)之上，是實現(xiàn)工礦企業(yè)電氣監(jiān)控與電能量管理的核心模塊，也是構(gòu)建本系統(tǒng)的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)，并直接面向用戶。子系統(tǒng)對外提供CORBA接口，通過ORB總線與客戶端完成數(shù)據(jù)交互；對內(nèi)通過對工程業(yè)務邏輯的分析，并調(diào)用各種服務，從而實現(xiàn)復雜的工程業(yè)務邏輯功能。4.2數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA)系統(tǒng)的功能主要是監(jiān)督控制，對電氣設(shè)備運行過程進行全面監(jiān)視，使管理人員全面掌握情況。其數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)都是遠程通信，分布較廣，遠程通信的處理量很大，因此配有通信處理前置機，以減輕中心服務器的負荷。SCADA系統(tǒng)的特點在于其廣泛的監(jiān)視范圍和龐大的數(shù)據(jù)量，這類系統(tǒng)一般不追求毫秒級的響應，一般能夠達到秒級就完全可以滿足要求，但系統(tǒng)中包含的監(jiān)測點卻非常多，因此需要一個強有力的軟硬件平臺作為支撐。4.2.1SCADA的總體設(shè)計規(guī)劃SCADA子系統(tǒng)對下根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的需求采用具體的通信鏈路和通信協(xié)議對設(shè)備進行訪問和控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，對上通過CORBA總線提供各種接口，利用各種服務與監(jiān)控站和服務器進行通信。也就是說，SCADA子系統(tǒng)屏蔽了對下層各種不同設(shè)備的操作，向上提供了統(tǒng)一的服務，上層的監(jiān)控站和服務器可以通過調(diào)用SCADA子系統(tǒng)對象的接口或通過事件通道來獲得底層控制網(wǎng)絡的各種狀態(tài)信息并完成數(shù)據(jù)的交互，實現(xiàn)對設(shè)備的控制4.2.2SCADA拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計按照一般的電氣規(guī)劃，從系統(tǒng)功能上劃分，分為現(xiàn)場間隔層和站級管理層?，F(xiàn)場間隔層是電氣一次設(shè)備和二次設(shè)備的結(jié)合面，用來實現(xiàn)實時電氣量檢測、運行設(shè)備的狀態(tài)量檢測、操作控制和微機保護。間隔層設(shè)備主要包括各種智能設(shè)備(如繼電保護裝置、電力參數(shù)測量儀表)、總線控制器和總線網(wǎng)絡。各智能儀表通常具有標準的通訊接口，并具有標準的通訊協(xié)議，方便組網(wǎng)?？偩€控制是連接前置機和現(xiàn)場設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)備，它是前置機組和總線網(wǎng)絡之間的網(wǎng)關(guān)，負責這兩者之間的數(shù)據(jù)傳遞。在實際應用中，常采用多串口服務器，它是一種基于網(wǎng)絡的總線控制器。多串口服務器將雙向通訊的串行數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)接口與計算機連接，在計算機上通過驅(qū)動軟件映射出虛擬串口，為用戶擴展了串行數(shù)據(jù)通訊接口，能擴展多路RS-232/422/485串口。多串口服務器是網(wǎng)絡化的，以前的串口擴展模塊卡必須是插在PCI插槽中，且僅供單臺計算機使用，多串口服務器接到網(wǎng)絡中，能讓網(wǎng)絡中的所有計算機共享。站級管理層負責數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)交換、操作邏輯判斷、操作命令下達等功能，并主要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲等功能。數(shù)據(jù)采集：前置機可設(shè)定相應的采集策略，可以是基于時間的策略或基于事件的策略，采集策略既可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行本地編輯，也可以通過遠程工作站進行遠程設(shè)定。數(shù)據(jù)處理：對采集上來的生數(shù)據(jù)做出初步處理，并針對模擬量、狀態(tài)量調(diào)用相應的計算策略；通過對變量參數(shù)的設(shè)置，調(diào)整報警策略和方式，提供實時準確的信息；具備源地址和目的地址過濾功能，保障遙控命令的準確執(zhí)行。數(shù)據(jù)存儲：將按照數(shù)據(jù)的分類記錄各種參數(shù)值，并可調(diào)整相應的存儲策略。站級管理層站的主要設(shè)備是前置機，常采用工業(yè)計算機，工業(yè)計算機的穩(wěn)定性高，抗干擾能力強，可用于惡劣的工作環(huán)境。4.2.3軟件功能模塊設(shè)計根據(jù)任務的劃分，將SCADA分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，如圖4.2.3.1所示。數(shù)據(jù)采集包括測量點配置、任務配置和驅(qū)動管理，數(shù)據(jù)處理包括生數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、變量管理、報警管理、數(shù)據(jù)發(fā)布等。這些功能模塊的設(shè)計除了基于業(yè)務邏輯上的考慮，在開發(fā)的時候根據(jù)需要調(diào)用了CORBA服務層所提供的各種服務。例如，SCADA作為一個系統(tǒng)工程要使用到命名服務，通過命名服務進行注冊，提供SCADA所提供的功能從名字到對象引用的映射；數(shù)據(jù)發(fā)布要通過調(diào)用事件服務實現(xiàn)組播發(fā)送；遙控要通過安全服務的認證；大部分功能都要使用日志服務，以記錄系統(tǒng)運行狀態(tài)和異常處理信息。SCADA子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理測量任務驅(qū)動生數(shù)變量報警數(shù)據(jù)存儲遙控點配配置管理據(jù)轉(zhuǎn)管理管理發(fā)布策略置換圖4.2.3.1SCADA功能結(jié)構(gòu)圖（一）數(shù)據(jù)采集功能SCADA實時采集遙測、遙信、電度、數(shù)字量等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)一般可以分為模擬量和狀態(tài)量。模擬量主要包括有功功率、無功功率、電流、電壓、補償電容電流、直流電壓、頻率等；狀態(tài)量包括斷路器位置、隔離開關(guān)位置、故障過流信號、設(shè)備狀態(tài)、開關(guān)儲能信號、重合閘動作信號、保護動作信號或事故信號、通道狀態(tài)等。A測量點配置測量點配置為各種硬件設(shè)備提供一個通用的接口。測量點配置主要包括：1）測量變量：是一個唯一的標識符字符串，它對應每個測量點。2）變量類型：用于區(qū)分測量點的類型，包括模擬量和狀態(tài)量。3）說明：是一組文本信息，主要說明了測量點的物理意義。4）驅(qū)動程序：對應測量點的驅(qū)動程序組的名稱。5）初始值：默認的初始值。6）生數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換公式：定義了把原始數(shù)據(jù)(如二進制數(shù)據(jù))轉(zhuǎn)換為所需測量點變量數(shù)值的計算方法。7．限值：變量允許的最大最小范圍。8．記錄標識：表示測量點變量的實時數(shù)值是否要存儲到本地數(shù)據(jù)庫。B任務配置任務配置主要用于對數(shù)據(jù)采集和控制任務進行有效的管理，任務配置主要包括如下內(nèi)容：1）測量點名：存儲在測量點配置數(shù)據(jù)庫中，在配置測量點的時候進行設(shè)置。2）觸發(fā)方式：任務觸發(fā)的機制主要有兩種類型：基于時間的處理和基于異常的處理。在基于時間的處理方式中，軟件周期性的執(zhí)行指定的任務，這就需要操作人員適當?shù)嘏渲酶鞣N類型的參數(shù)(如數(shù)據(jù)采集周期間隔的設(shè)定)才能平衡系統(tǒng)資源的分配。但是，突發(fā)情況必須能夠及時有效地得到處理才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。因此提出了異常機制，它是基于時間機制的一種補充。例如當測量點有所改變或者關(guān)閉的時候，都會觸發(fā)相應的處理過程。3）任務：任務在實際執(zhí)行過程中牽涉到了很多的驅(qū)動程序提供的函數(shù)，以完成相應的功能，例如初始化、自檢、版本查詢、錯誤監(jiān)測、關(guān)閉等。4）優(yōu)先級：優(yōu)先級表明了任務的重要程度。C驅(qū)動管理SCADA系統(tǒng)需要管理大量的現(xiàn)場智能備，那么就需要維護大量的驅(qū)動程序。驅(qū)動管理定義了系統(tǒng)驅(qū)動程序的基本操作和屬性，包括驅(qū)動路徑、名稱、當前狀態(tài)和驅(qū)動的基本導出函數(shù)，并允許其更新、添加或刪除。（二）數(shù)據(jù)處理功能A數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換從底層智能設(shè)備讀取的原始數(shù)據(jù)即為生數(shù)據(jù)，智能設(shè)備有多種類型，生數(shù)據(jù)具備多種形式的編碼，如二進制碼、十六進制碼、BC碼和ASCII碼，此外，這些碼值又分別代表了不同的物理含義，需要做不同的解析才能轉(zhuǎn)換為有明確物理含義的數(shù)值。以最為普遍的十六進制碼為例，即從智能設(shè)備提取出來的數(shù)據(jù)為十六進制，轉(zhuǎn)換為模擬量時，一般來說有16NS格式(16位無符號)、16S格式(16位有符號)、32NS格式(32位無符號)、32S格式(32位有符號)、時間與日期標準化格式(IEC870-5-4，由4個字來表示)；而對于狀態(tài)量來說，通常一個字節(jié)表示8個或4個狀態(tài)量，即某一位或互斥的兩位表示一個狀態(tài)量。B變量管理一些變量要通過其它的測量值來確定，因為使用當前的儀器設(shè)備技術(shù)還不能直接獲得這些標量。因此提出了變量管理工具，用戶可以通過編輯開放的規(guī)則庫從而方便地定義新的變量，且此規(guī)則庫支持人工數(shù)據(jù)輸入。通過任務配置，變量計算可以周期性地被激活，或者以事件觸發(fā)的方式被激活。定義新變量錄入添加變量規(guī)則庫任務配置調(diào)用圖4.2.3.2變量管理示意圖C報警管理為了確保報警系統(tǒng)的實時執(zhí)行，采用了消息處理機制，以便對報警消息做出迅速的反應。報警信號的類型分為越限報警、變位報警、事故報警，這些報警類型結(jié)合測量點的配置信息(上限、下限、報警延遲標記、報警延遲時間、報警累計次數(shù))存儲在報警數(shù)據(jù)庫中。當檢測到一個報警信號時，通過數(shù)據(jù)發(fā)布將報警信息實時上傳，并且該信息會被寫入報警本地數(shù)據(jù)庫。作為主服務器的備份，系統(tǒng)的報警和事件信息可以長期保存在本地數(shù)據(jù)庫中，并可以按事件類型、設(shè)備類型、時間、所在線路等多種方式分類查詢。D數(shù)據(jù)發(fā)布數(shù)據(jù)發(fā)布把各種數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控站或服務器，包括實時數(shù)據(jù)發(fā)布、報警事件信息發(fā)布、異常信息發(fā)布等。SCADA作為數(shù)據(jù)發(fā)布者，有兩種發(fā)布方式，一種是主動方式，一種是被動方式。主動方式是指SCADA主動發(fā)送，監(jiān)控站或服務器被動接收；被動方式是指監(jiān)控站或服務器主動通過接口實時訪問。主動方式是基于事件服務的組播數(shù)據(jù)發(fā)布，如數(shù)據(jù)量較大的實時數(shù)據(jù)發(fā)布和實時性要求高的報警信息發(fā)布等；而被動方式常用于不太重要的數(shù)據(jù)或不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)的發(fā)布，當監(jiān)控站或服務器有需要時調(diào)用。且各種數(shù)據(jù)發(fā)布有相應的優(yōu)先級，優(yōu)先級是根據(jù)任務的緊迫性來劃分的。E存儲策略大部分的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)發(fā)布功能發(fā)布出去，而系統(tǒng)主服務器將接收到數(shù)據(jù)存儲下來。作為對一些重要數(shù)據(jù)的備份，SCADA本身對部分數(shù)據(jù)進行存儲，存儲策略可調(diào)，可以是基于時間觸發(fā)的，也可是基于事件觸發(fā)的，通過對測量點的配置可以管理對實時數(shù)據(jù)的存儲，而報警數(shù)據(jù)、異常處理數(shù)據(jù)則必須存到本地數(shù)據(jù)庫中。同時，這些數(shù)據(jù)不可能長時間的存放，因而提供稀疏刪除策略保障本地數(shù)據(jù)庫的容量。F遙控遙控是指對電氣線路中斷路器的分合閘操作。遙控操作需要相當高的權(quán)限，要調(diào)用安全服務對操作人員的權(quán)限進行確認。對于遠程傳遞來的控制命令，目的地址過濾功能能夠保證需要接收該控制命令的機器是本機，否則一概不予響應，全部進行屏蔽；同時，源地址過濾功能保證對于與源地址不匹配的控制命令，一概不予響應，全部進行屏蔽。遙控命令的安全架構(gòu)如下圖所示：操作命令目的地址過濾遙控三層安全架源地址過濾安全權(quán)限確認執(zhí)行操作命令圖4.2.3.3遙控安全體系4.3電能量管理子系統(tǒng)的設(shè)計4.3.1總體設(shè)計規(guī)劃電能量管理在實現(xiàn)對樓宇電氣設(shè)備和輸、配電線路電氣監(jiān)控的基礎(chǔ)上，就節(jié)能問題進行深入分析，為樓宇中的節(jié)能決策提出參考依據(jù)。本子系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)劃如圖4.3.1所示，在業(yè)務邏輯方面包括負荷監(jiān)測及節(jié)電管理、效益能耗管理、諧波監(jiān)測及節(jié)電管理三個部分。這些業(yè)務邏輯的實現(xiàn)調(diào)用了一些CORBA環(huán)境下的服務，業(yè)務邏輯之間也有部分數(shù)據(jù)交互。業(yè)務邏輯通過封裝，提供CORBA接口供客戶端調(diào)用。在接下來幾個小節(jié)中，將詳細介紹這三個業(yè)務邏輯客戶端參數(shù)/數(shù)據(jù)傳遞CORBA環(huán)境CORBA環(huán)境業(yè)負荷監(jiān)測及節(jié)電管理調(diào)用務各種邏效益能耗管理服務輯諧波監(jiān)視及節(jié)電管理變壓器節(jié)電管理圖4.3.1電能量管理設(shè)計規(guī)劃4.3.2負荷監(jiān)測及節(jié)電管理負荷監(jiān)測及節(jié)電管理主要用于收集與企業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的能源消耗信息，并鑒別最高負荷需求時期及峰、谷、平各時段的耗電量；提供歷史