浅谈建筑设计中的系统集成设计(TO常爱东)2011-7-6.doc

牡丹江市高级专业技术资格评审申报论文 第-14-页申报论文（高 级）题目：浅谈智能建筑设计中的系统集成设计 单 位：姓 名：课题方向：弱电工程2011年 7月 10日摘 要内容摘要：现代的建筑工程是一项系统工程，他不仅是提供一个办公和生活的环境，而是要传达一种理念和一种生活态度，那就是“舒适”的概念，要实现建筑物的环保和自然美。因此，要通过建筑物中系统集成设计来完成“舒适”的理念，这种系统集成设计主要包括两个方面的内容，分别是网络系统集成和楼宇自动化系统集成，网络系统集成是楼宇自动化系统集成的基础，而楼宇自动化系统集成是网络系统集成的目的和硬件保证。希望本文对我国的现代建筑中的系统集成设计具有一定借鉴作用。关键词：建筑、系统集成、网络、自动化目 录摘 要II一、建筑系统集成设计的必要性1二、网络系统集成设计分类2（一）以协议为基础的系统集成设计2（二）以平台为基础的系统集成设计3（三）以服务为基础的系统集成设计7三、设备监控系统集成设计7（一）空调监控系统设计71 冷冻水系统82 空调机组监控83 新风机监控94 送排风机监控95 排风排烟风机监控10（二）照明监控系统设计101 感应探测器102 其他要求113 系统网络要求114 系统控制设备技术要求115 系统控制软件技术要求12（三）给排水监控系统设计12四 结语13参考文献：13-14-浅谈建筑设计中的系统集成设计 随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们对于建筑的要求也是越来越高了，由传统的住房转变成了今天的现代建筑，这种新式的现代建筑除了具有基本的居住和工作功能之外，而且还具有着丰富的多媒体和自动化功能，使得居住和工作在其中的人，能够感受到建筑物的智能化，这种智能化的建筑的产生是依赖于建筑物中的系统集成设计而产生的，因此，本文将对建筑设计中的系统集成设计进行论述。一、建筑系统集成设计的必要性现代化智能建筑与传统的意义上的建筑大为不同，他应该是一个集网络通信技术、自动化控制技术、计算机技术和建筑艺术的一体化的“结合体”。它的目的是为建筑的使用者提供一种“舒适、便捷”的居住及办公环境念。这种舒适不单纯指的是建筑结构的艺术性、安全性所带来的舒适感，还应该包含了一种健康的生活模式、生活理念，为使用者提供一个节能、低碳和便捷的生活和工作环境。那么如何才能够达到这种“舒适”的建筑的标准呢？这就需要建筑中具有系统集成的设计在其中发挥作用。这种系统集成设计主要包括两个方面的系统集成，第一是网络系统集成，第二是楼宇自动化系统集成。首先来看一下网络系统集成，所谓网络集成就是利用各种网络通信技术全双工式交换以太网技术、三层交换、ATM、千兆以太网、虚拟专用网（VPN）、ADSL、以及混合网、异构网、宽带远程互联系统等，完全从客户应用和业务需求入手充分考虑技术发展的变化，去帮助用户分析网络需求，根据用户应用的需要，将各种硬件设备、网络基础设施、网络设备、网络系统软件、网络基础服务系统和应用软件等组织成能够满足设计目标、具有优良性能价格比的计算机网络系统的全过程。随着科技的发展，网络技术已经走进了我们生活的方方面面，生活和工作样样都离不开通讯网络。网络技术可以节约大量的成本，对于建筑行业来讲更是如此，调查可知引用网络系统集成设计的建筑可以减少工作人员数量百分之三十左右，工作效率提高百分之二十左右，减少维护建筑维修费用百分之二十五。除了能够提高工作效率、节约人力成本之外，网络集成系统的建设还不会产生环境的污染他的系统内部往往是通过软件系统来进行实现的，这很显然符合“绿色建筑”的口号。同时，网络集成系统也是楼宇自动化系统集成的基础和条件，只有实现了网络系统的集成才能够实现后期自动化系统的集成，因此，在现代建筑中引入网络系统集成系统是必要的和至关重要的。楼宇自动化系统集成是网络技术、现代工业和建筑业结合的产物。楼宇自动化系统集成是以建筑中的网络系统集成为基础的，通过软件和硬件的调控，使得建筑中的各个自动化系统和管理系统能够按照预先设定的要求或根据环境的改变而调整的控制系统。通过分析可知为了实现“舒适”的现代建筑的概念，我们需要在建筑物中（特别是公共建筑物中）引入系统集成设计，这种集成设计主要体现在网络基础系统设计和楼宇自动化集成系统设计两个方面，在下面两个部分中我将具体的进行分析说明。二、网络系统集成设计分类 网络系统集成的设计是一项系统复杂的工程，它主要包括三个方面的集成设计，分别是面向协议的系统集成设计、面向平台的系统集成设计和面向WEB的系统集成设计。（一）以协议为基础的系统集成设计 在现代建筑的网络集成设计中，网络技术的“协议”技术是建筑集成设计中的关键环节。建筑网络系统到目前为止，具有许多不同的协议，如：Lon Works、FF（foundation fields）、PROFIBUS等，但是，目前最常用的是ASHRAE的BACnet和Echelon的协议和LonWorks协议，这两个协议的适用标准是不同的。那么我国的建筑网络集成系统的设计应该采用哪种协议标准更加的合理呢？笔者认为应该从网络协议的发展趋势中去找答案。传统的网络集成系统的协议标准是由固定的厂商进行生产和垄断的，但是，随着市场的发展和反托拉斯法的实施，网络集成系统的协议标准正在由垄断性的经营逐步的转向了免费的开放式使用。在BAC网络协议和WL网络协议中，BAC网络协议就是一个免费的通用的国际标准，这种技术是整个世界共同享有的，不存在着企业的垄断。而WL网络系统恰好相反，其专利权仍然掌握在某些企业的手中，因此，如果使用WL网络协议就需要缴纳一定的专利费用，同时，使用的时候，还需要去购买其垄断的专利产品。因此，我国的建筑中的网络集成系统设计应该尽量的多采用BAC网络协议。采用协议的网络系统集成虽然具有许多优点，但是，他的技术基础是二进制的系统技术，因此，在通讯速度和准确度方面存在着许多的缺点，为了弥补BAC网络协议的这些问题，后来又出现了平台的系统集成，下一部分我将进行具体论述。（二）以平台为基础的系统集成设计以平台为系统集成基础的设计是以建筑中的网络接口为核心和平台的集成技术。在建筑中要建立以网络接口为核心的信息平台，只要在建筑中插入网络接口，就能给通过这个接口对建筑中的自动化设备进行控制和操作，并且能够通过网络接口登陆互联网实现信息的沟通。现在国际中最常用的平台集成系统是OPC平台网络集成系统，OPC网络集成系统是通过网络接口的服务器来进行实现的，OPC服务器一端连接着建筑中的自动化设备，另一端连接着建筑中的用户，但是，其对待不同的用户提供的服务时不同的，对于建筑的程序设计者其提供了定制接口，为程序的设计服务。而对于建筑中的普通用户则提供普通的网络接口，使得用户可以使用符合其使用权限的网络和自动化服务。集成化概念是区别其它传统的建筑弱电系统的一个最重要标志,也是当今智能建筑所追求的最重要的目标和评判智能化的最高标准,智能大厦集成化的技术核心是建立在系统集成、功能集成、网络集成和软件界面集成的多种技术集成基础之上的一门新型高科技技术. 系统集成的目标就是根据实际需求以及使用性质，结合功能集成、技术集成、产品集成以及工程集成等技术和产品的发展趋势，优选各种先进、实用、稳定、可靠的技术与产品，在性能价格比最优的条件下，实现整个智能化系统整体最优的目标，并进行系统选型、系统配置、系统实施、系统运行和系统维护等工作。广义的系统集成所涉及的子系统包括如下子系统：综合安保系统，包括出入口管理（门禁）与防盗报警（入侵报警）系统、数字化闭路电视监控系统、电子巡更系统、停车场管理系统；楼宇自控系统，包括电力、照明、空调、给排水等设备监控管理系统；自动抄表系统以及火灾报警系统。集成后的系统不仅在统一的平台上对各智能子系统的控制设备进行监视和控制，而且可以实现不同情况下各子系统的联动特性。比如空调系统和消防报警的联动、消防报警和门禁系统的联动、门禁与闭路监控系统的联动等等。如前所述，与其他弱电子系统不同，系统集成不是孤立存在的，它需要从被集成的各子系统所提供的接口中去采集数据。在目前，各弱电子系统能够提供的接口类型可以说是五花八门。如闭路电视监控系统（模拟）通过矩阵提供视频信号，BMS通过视频采集卡接收信号；消防、报警系统通过RS485/232链路传输ASCII码流给BMS；少数自成体系的控制系统如冷冻机、配电通过网络提供OPC接口给BMS。各种形形色色的接口形式给系统集成的实施造成了很大难度。 目前，提供系统集成平台软件的厂商大致分为两类。一类是以Honeywell、Siemens为代表的国外厂家，他们原本就是大型控制系统的设备制造商，对于这些控制系统，也有现成的软件。随着系统集成市场的扩大，他们通过对原有软件的改造，逐渐扩大这些现有软件的使用范围，从而将他们作为系统集成软件的平台。如Honeywell的EBI就是这样，EBI原本作为Honeywell公司的BA产品的上位软件，但随着版本的提高和软件功能的加强，它现在能够集成一卡通、视频监控等多种系统，已经成为Honeywell公司在BMS上主推的平台软件。西门子公司的Insight也属于同样类型。另一类是以太极集团、协同软件公司为代表的国内厂家，他们都属于国内比较早的软件产品提供商，本身具备很强的软件开发能力，他们一般通过某个项目的磨练后推出基于以该项目为原型的软件原形，然后经过修改后推向市场，如太极集团的TJ-IBMS，协同公司的SynchroBMS，在市场上经过多年使用，也取得了不错的效果。在实际使用上，两种产品都存在各自的问题。国外厂家的产品主要存在接口二次开发能力不足的问题，前面已经说明，国外厂家的产品一般是由专用系统的软件改编而来，本身具有前天的封闭性，对于市面上各种接口类型经常会有无法衔接的问题，Honeywell解决这个问题的方法是大量收购大型的弱电系统设备提供商，然后通过研发在EBI内纳入这些系统，如，Honeywell收购了安防设备的提供商安定宝公司和一卡通设备的提供商北方电脑，然后在EBI内提供对这两种设备的连接方案。这样做的好处是可以向客户提供一体化的解决方案，在客户资金充裕的情况下却是可以取得比较好的效果，比如深圳大学城就采用了Honeywell的全套产品解决方案。但是在客户资金相对紧张或者希望不同系统选用不同厂家产品的情况下却存在问题，因为国外软件产品的研发一般都在国外进行，如果需要集成他们不能马上接入的系统，成本和周期都是他们不能跨越的障碍。国内厂家的问题与前者恰好相反，以太极和协同为例，他们在国内均有强大的开发团队，如果在工程实施的时候遇到集成平台不能现成接入的系统，研发人员一般可以迅速解决，但是在Honeywell和西门子公司占据了国内绝大部分BA市场的情况下，当需要他们去集成EBI这样的相对封闭软件的时候却往往没有太好的解决办法。 在现场实践中，我们经过总结，可以发现，系统集成中所涉及到的绝大多数数据源，虽然他们的协议繁多，底层设备也不尽相同，但基本上可以归纳为实时数据的类型，在这种情况下，工控中所使用的用于过程控制的OLE （Object Linking and Embedding（OLE）for Process Control）以下简称OPC，成为很好的解决方案。OPC是微软公司的对象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用。OPC以OLE/COM/DCOM技术为基础，采用客户/服务器模式，为工业自动化软件面向对象的开发提供了统一的标准，这个标准定义了应用Microsoft操作系统在基于PC的客户机之间交换自动化实时数据的方法。采用这项标准后，硬件开发商将取代软件开发商为自己的硬件产品开发统一的OPC接口程序，而软件开发者可免除开发驱动程序的工作，充分发挥自己的特长，把更多的精力投入到其核心产品的开发上。这样不但可避免开发的重复性，也提高了系统的开放性和可互操作性。简单的说，OPC提供了一组规范，凡遵循此规范提供硬、软件的厂商，第三方程序与其通讯时，再不用关心其底层的硬件结构如何然后开发驱动，只用按照某种固定的数据格式去读取该设备的数据信息就可以了，国际上制定和维护OPC标准的组织是OPC基金会，目前OPC标准群包括OPC Data Access、OPC Alarms & Events、OPC Batch OPC、Data eXchange、OPC Historical Data Access等多个标准，其中最早制定也是最经常用到的是OPC Data Access典型的OPC Data Access工作流程是这样的：当作为客户端的应用程序需访问在不同数据库的数据时就借助OPC服务器予以进行。这种OPC服务器是由提供所使用设备的制造商作为一揽子产品予以提供的。不论OPCServer内部的数据结构如何复杂，实际上面对OPC Client的数据结构却相当简单，首先OPC server提供一个Interface，反映在参数上就是Client必须知道该Server的Prog ID，进入OPCServer后可以看到OPC的数据分为一组组的Group，Group下面再分为一个个的Item。 OPC作为一项逐渐成型的技术已得到国内外厂商的高度重视，许多公司都在原来产品的基础上增加了对OPC的支持。按OPC基金会的规范，各设备制造厂商连同实际设备与相应的OPC服务器(程序)成套供应，与客户应用(程序)打交道的，只是规范了的数据，这就是OPC为客户应用端提供全开放的统一系统平台。在现代的建筑中，以平台为基础的网络集成系统发挥着重要的作用，使得建筑中的用户可以通过网络接口实现对自动化设备的控制，并能够通过OPC服务器登陆互联网实现信息和资源的共享服务。虽然，以平台为基础的网络集成系统设计有许多的优点，但是其仍然是以硬件系统为基础的设计，网络技术的实现是依赖于OPC服务器而实现的，离开服务器建筑的自动化系统将会处于瘫痪的状态。随着无线网络技术的发展和3G业务的产生，逐步产生了以服务为基础的系统集成设计。（三）以服务为基础的系统集成设计 由于平台的系统集成设计要以服务器为基础，那么如何才能够实现跨服务器的信息交流呢？如何避免服务器的局限性呢？以服务为基础的系统集成设计应允而生。以服务为基础的系统集成的典型例子是WEB系统集成，WEB系统集成是世界通讯技术发展的里程碑，通过WEB系统集成可以实现现代建筑内部自动化设备的跨平台沟通。WEB系统集成与建筑中的自动化系统连接后，建筑的使用者可以通过互联网随时登陆其自己的WEB系统，从而实现在其他的平台和地区对自己的建筑物的操作与监控，例如，用户想回家能够马上洗上热水澡，那么用户就可以通过互联网登陆自家的WEB系统，在工作单位控制自家的热水器进行加热，从而实现了建筑物的智能化。WEB系统虽然有许多的优点，但是其要求网络系统具有更高的速度和硬件配置，这两点我国的建筑中仍然很难实现，因此，现代建筑中还应以协议为基础和以平台为基础的网络集成系统为主要的使用系统，逐步的改善网络环境和自动化设备状况，最终实现以服务为基础的网络集成系统。三、设备监控系统集成设计 设备监控系统设计是楼宇自动化系统设计的中心环节，处于系统集成的核心层面，由于该系统的在系统整体系统集成及投资开发比例中均占有核心地位，下面我将对几种常见的设备监控系统设计进行专门论述。（一）空调监控系统设计空调监控的设计主要要把握好六个部分的监控。第一要控制好冷冻水的调节，使得建筑中的温度能够根据室外的温度情况进行调节。第二要对空调的运行状态进行监控，一旦发生问题，进行自动报警。第三要对制冷系统的气压和液压进行监控，超过一定的标准值的时候要进行报警提醒。第四要根据不同的季节为标准进行监控，冬季要调节和监控蒸汽加热阀，从而使得温度更加的适中，防止出现不该发生的意外。第五要进行空调湿度的监控，实现室内不干燥保持适度的湿度。第六中央的服务器要产生动态的监控图表，实现参数和数据的全程监督。这些对空调系统的监督要实现全部的自动化和网络监督，当空调设备的运转一旦出现问题，超出参数的限制的时候，自动化系统能够自动的做出反应，按照实现制定好的程序运作，实现空调系统的无人监控和安全。系统监控基本要求是这样的1 冷冻水系统冷冻水泵与冷水机组连锁控制，风冷冷水机组开机顺序： 开启冷水机组进出水电动水阀，开水泵式定压装置，开冷冻水泵，开风冷冷水机组。 关机过程为上述逆过程。 冷冻水系统配置实时冷量测量装置，根据冷负荷自动控制冷水机组的工作 台数与出力。实时监测并记录冷冻水系统中各设备的运行状态与系统运行参数，包括： 冷冻水回水流量； 冷冻水供/回水温度测量； 冷冻水泵手/自动状态； 冷冻水泵运行状态； 冷冻水泵启停控制； 冷冻水泵故障报警；2 空调机组监控根据检测到回风风管温度，与设定值比较，经DDC运算输出信号，控制冷水比例积分电动二通阀的开度和新风阀与回风阀的开度，（同时输出信号控制变频器的输出频率调节风机转速）使回风温度保持在设定范围内。新风温度测量采用采样点方式，具体如下：在每栋单体建筑物的东西两边各分两个区，每个区设一个新风温度采样点。空调机组启动顺序：先开水阀，再开风阀，然后启动风机。开关逻辑：先开送风机，后启动回风机。一旦防火阀关闭，立即停止送、回风机的运行并报警。停机时，按相反顺序进行；监测并记录设备的运行状态与系统运行参数，包括： 机组（及变频器）程序启停控制、联锁保护控制； 根据回风温度控制冷水回水流量； 风机前后压差、风机运行状态、风机手自状态、风机故障报警； 根据室内外空气焓值及空气质量传感器检测值，调节新风阀开度。 过滤网压差； 累积设备运行时间。3 新风机监控根据送风风管温度，与设定值比较，经DDC与设定值比较，控制冷水电动二通阀的开度使送风温度保持在设定范围内。新风风阀与送风连锁，开启风机后开新风阀，关风机后关闭新风阀。监测并记录设备的运行状态与系统运行参数，包括： 根据送风温度与设定值的偏差，控制电动调节阀调节冷水量，使送风温度维持在设定范围内； 风机前后压差、风机运行状态、风机手自状态、风机故障报警； 按时间程序自动启/停风机，累计运行时间。 过滤网压差报警； 累积设备运行时间。4 送排风机监控监测并记录设备的运行状态与系统运行参数，包括： 根据程序（或车库CO浓度）自动控制送排风机的启停； 风机前后压差、风机运行状态、风机手自状态、风机故障报警； 累积设备运行时间。5 排风排烟风机监控监测并记录设备的运行状态与系统运行参数，包括： 平时根据程序（或车库CO浓度）自动控制风机的启停进行排风，火灾时由消防优先控制用于排烟； 风机前后压差、风机运行状态、风机手自状态、风机故障报警； 累积设备运行时间。（二）照明监控系统设计照明系统是建筑中的重要系统，关系着用户生活的安全和舒适度，那么如何实现安全的照明和自动化的照明系统呢？这就需要进行照明监控系统的设计，这些问题的中心是进行公共环境中照明系统的监控。在公共空间照明系统的设计中要以三个部分的监控为重点。第一监控供电触摸板的性能，一旦发生问题进行自动提醒。第二根据时间和自然光线的条件自动监控和调节照明设备的亮度。第三监控照明设备的供电情况，当电流供应异常的时候，自动的进行报警。只有实现了对这三部分的监控，才能保证建筑供电系统的正常运转。智能照明监控系统，包括室内走廊照明控制、公共走道及大厅照明控制。在中央控制室设中央监控设备，对上述照明进行集中控制及管理；在管理室、各种大小会议厅、观众厅及公共走道等处设现场控制面板，对其管辖区域内的照明设备实现现场控制。各现场控制面板可对室内照明、室外环境照明、公共走道及走廊照明控制。系统监控基本要求是这样的系统的总线方式：智能照明24V安装总线，应符合控制网络HBES技术规范住宅和楼宇控制系统（GB/Z 20965-2007）。1 感应探测器（1）. 通过在楼梯间设置感应探测器来感知移动过程，一旦探测到移动过程，就会发出一个控制信号，通过此信号可以点亮相应灯；（2）. 可以通过软件设定其关闭的延时时间；2 其他要求控制面板：单个按键可实现个别控制、群组控制功能，有开关状态指示。与传统开关可以共用底盒，便于安装，与传统开关外观协调一致。连接方式：所有设备用低压信号线通过接线端子串接，系统连接采用总线。系统安装：设备均采用标准导轨安装。3 系统网络要求 本系统采用先进、成熟的分布式照明自动监控系统。通过网络系统将分布在各现场的控制器联接起来，共同完成中央集中管理和分区本地控制， 系统应采用分布式、总线型网络拓扑结构，该网络分为子网和主干网，既能满足中央监控要求与系统规模相适应；又能减少故障波及面，易于系统扩展。 所有照明回路采用多种控制形式，即可以集中控制、区域就地控制；中央监控功能停止工作不影响各分区功能和设备运行，网络通信控制也不应因此而中断。 系统分区就地控制完全独立，互不干扰，一个分区停止工作不影响其它分区和设备的正常运行；系统中任意器件损坏也不影响本区内其它器件正常工作；系统分区就地控制由独立的控制面板操作完成。 系统在湿度为93%，温度为545环境下能正常运行。 系统应可实现以天、周、年为周期的定时设定功能，并有天文时钟功能。实现各受控区域的自动化管理。 为保证系统的使用寿命，系统内所有开关模块的电气操作次数需大于6万次。4 系统控制设备技术要求 系统硬件应包括：中央监控设备、传感器、就地控制面板、供电电源（或自带电源）、通信网络、通信接口设备及系统检测功能等所有相关器件。 智能探测器检测移动过程，输出控制信号。 系统的模块或控制面板具有编