（控制理论与控制工程专业论文）基于平等模式智能建筑弱电系统集成技术研究与软件开发.pdf

中南大学硕士毕业论文 摘要 摘要 近年来，随着高新技术的迅猛发展，人们对生活和工作环境的要 求日益提高，智能建筑弱电系统集成在智能建筑工程中的应用也越来 越多。据统计，在全国各地的体育场馆、会展中心、机场、医院等大 型建筑的智能化建设中，都是针对各弱电子系统进行集成以达到统一 的信息管理。“系统集成”已为广大业主、设计院、系统集成商及产 品厂家所普遍关注。 本文根据楼宇管理系统所要实现的功能，从网络集成、功能集成 和软件界面集成三个层次设计楼宇管理系统。研究在智能建筑弱电系 统集成中o p c 技术、o d b c 技术、w i n s o c k 技术的原理、实现方 法和应用模型。并针对智能建筑弱电系统集成中数据通讯量大、数据 结构多样、系统实时性要求较高等特点，研究了优化楼宇管理系统软 件的方法。通过0 p c 接口以“订阅”方式采集数据，并结合v c 多 线程开发技术以同步事件方式实现各子系统之间的联动，提高了系统 响应速度和程序执行效率。通过对系统数据库合理的纵向与横向划 分，并结合对不同数据类型的数据采取灵活的存储方式，优化了数据 库存储结构，提高了程序对系统数据库的调用速度。利用v b 丰富的 控件功能，模块化设计，提高了程序开发效率，并通过w i n s o c k 控 件实现电梯设备的实时监视，通过由厂家提供的视频控件实现视频监 控。 本文针对用户需求，采用后台、系统数据库、前台三层结构模式 开发了广州外语外贸大学校区级楼宇管理系统。系统操作界面美观、 生动、直观，并具有丰富的管理功能，系统响应速度各项指标均达到 用户要求。试运行期间系统运行稳定，得到了用户的好评。 本文最后总结了论文完成的主要工作，指出了该平台一些可以改 进的地方以及进一步完善的途径。 关键词：楼宇管理系统，o p c ，o d b c ，w i n s o c k ，同步事件 中南大学硕士毕业论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fh i g h - t e c hi nr e c e n ty e a r s ，p e o p l e r e q u e s tm o r et ol i v i n ga n dw o r k i n ge n v i r o n m e n td a yb yd a y , i n t e l l i g e n t b u i l d i n gl i g h t c u r r e n t s y s t e mi n t e g r a t i o n h a v eb e e n a p p l i e d i n t o i n t e l l i g e n tb u i l d i n ge n g i n e e r i n gm o r ea n dm o r e a c o r d i n gt os t a t i s t i c ，i n t h ep r o c e s so fi n t e l l i g e n tb u i l d i n go f t h eg y n m a s i u m s ，t h ee x h i b i t i o n s ，t h e a e r o d r o m e s ，t h eh o s p i t a l s ，a n dt h eb i gb u i l d i n gl i k et h e mi no u rc o u n t r y e v e r y w h e r e ，t h ee n g i n e e r sa l w a y sa i ma ti n t e g r a t i n ge a c hl i g h tc u r r e n t s u b s y s t e mi no r d e rt or e a l i z eu n i f o r mi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t m a n y o w n e r s ，d e s i g ni n s t i t u t e s ，s y s t e mi n t e g r a t i o nc o r p o r a t i o n s ，a n dp r o d u c t m a n u f a c t u r e r s p a y a t t e n t i o nt os y s t e mi n t e g r a t i o n b a s e do nt h ef u n c t i o nt h a tt h eb u i l d i n gm a n a g e m e n ts y s t e mr e q u i r e s t or e a l i z e ，t h eb u i l d i n gm a n a g e m e n ts y s t e mi nt h i sp a p e ri sd e s i g n e df r o m t h en e t w o r ki n t e g r a t i o n ，t h ef u n c t i o ni n t e g r a t i o na n dt h es o t t w a r e t h e t h e o r i e s ，t h er e a l i z i n gm e t h o d sa n dt h ea p p l i c a t i o nm o d e l so ft h eo p c t e c h n o l o g e ，t h eo d b ct e c h n o l o g ea n dt h ew i n s o c kt e c h n o l o g ea r e r e s e a r c h e d ，w h i c ha r eu s e di nt h ei n t e l l i g e n tb u i l d i n gl i g h tc u r r e n ts y s t e m i n t e g r a t i o n a n da i m i n g a tt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h e h i g h e rd a t a c o m m u n i c a t i o i lr a t e ，t h em u l t i p l i c i t yo fd a t as t r u c t u r ea n dh i g h e r r e q u i r e m e n to fs y s t e mr e a lt i m ei nt h ei n t e l l i g e n tb u i l d i n gl i g h tc u r r e n t s y s t e mi n t e g r a t i o n ，t h i sp a p e rr e s e a r c ht h em e t h o do fo p t i m i z i n gt h e b u i l d i n gm a n a g e m e n ts y s t e ms o f t w a r e i ti m p r o v e st h es p e e do fr e s p o n s e o ft h es y s t e ma n dt h ep e r f o r m i n ge f f i c i e n c yo ft h ep r o g r a ma d o p t i n gt h e “s u b s c r i p t i o n - m o d e t og a t h e r d a t a sa n d a d o p t i n g t h e s y n c h r o n o u s - e v e n t - m o d e t or e a l i z et h e l i n k a g e o ft h e s u b s y s t e m c o m b i n i n g w i t ht h e m u l t i t h r e a d i n g i m p o l d e r i n g - t e c h n o l o g e a n d i t o p t i m i z e st h es t o r a g es t r u c t u r eo ft h es y s t e md a t a b a s ea n di m p r o v e st h e s p e e do ft h a t t h ep r o g r a ma c c e s st h e s y s t e md a t a b a s et h r o u g ht h e r e a s o n a b l ev e r t i c a la n dt r a n s v e r s ed i v i s i o no ft h es y s t e md a t a b a s ea n d a d o p t i n gf l e x i b l es t o r a g em o d et ot h ed a t a so fd i f f e r e n td a t a - s t r u c t u r e i t i m p r o v e st h ee f f i c i e n c yo fp r o g r a mi m p o l d e r i n gd e s i g n i n gt h ep r o g r a m a c c o r d i n gt ot h et h e o r yo fm o d u l a r i z i n ga n du s i n gt h ep l e n t yf u n c t i o no f t h ew i d g e ti nv b i tm o n i t o ra n dc o n t r o ie l e v a t o r st h r o u g ht h ew i n s o c k i i i 中南大学硕士毕业论文 a b s t r a c t w i 起e t ，a n dr e a l i z ev i d e om o n i t o r i n gt h r o u g ht h ev i d e ow i d g e to f f e r e db y m a n u f a c t u r e r a i m i n ga tt h er e q u i r m e n to f t h ec o n s u m e r , t h eb u i l d i n gm a n a g a m e n t s y s t e m o fg u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ff o r e i g ns t u d i e si s i m p o l d e r e d t h r o u g ha d o p t i n gt h r e e - - l a y e r s - s t r u c t u r e - m o d e l w h i c ki n c l u d et h e b a c k g r o u n dp r o g r a m ，t h es y s t e md a t a b a s ea n dt h ef o r e g r o u n dp r o g r a m t h eo p e r a t i o ni n t e r f a c eo f t h es y s t e mi sb e a u t i f u l ，v i v i da n di n t u i t i o n i s t i c a n dt h es y s t e mh a v ep l e n t ym a n a g e m e n tf u n c t i o n s i t st a r g e t so ft h e s p e e do fr e s p o n s eo ft h es y s t e ma c h i e v et h er e q u e s to ft h ec o n s u m e l d u r i n gt h et i m eo fp r e o p e r a t i o n ，t h es y s t e mr a ns t e a d i l ya n da b t a i n9 0 0 d e v a l u a t i o nf r o mt h ec o n s u m e l t h em o s t l ya c c o m p l i s h e dt a s k sr r ef i n a l l ys u m m a r i z e di nt h ep a p e r , s o m ei m p r o v a b l e a s p e c t s a r e p u tf o r w a r d sa n d f u r t h e rr e s e a r c ht o i m p r o v e t h es y s t e ma r ep r e s e n t e d k e yw o r d s ：b u i l d i n g m a n a g e m e n ts y s t e m ，o p c ，o d b c ， w 1 n s o c k ，s y n c h r o n i z a t i o ne v e n 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其它单位的 学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论 文中作了明确的说明。 作者签名： 之兰趸日期：2 塑立年月2 日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学 位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容， 可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部 门规定送交学位论文。 作者签名：泣量导师签 作者签名： 选坠导师签日期：占：! 年月出日 中南大学硕士毕业论文 第一章绪论 第一章绪论 随着信息技术的发展，智能建筑大大提高了建筑物的自动化与信息化水平， 通过各自动化系统的集成可将计算机技术、通信技术和信息技术以及楼宇自动化 技术有机地结合起来，为用户提供更好的服务，为物业设施管理提供先进的技术 手段【1 j 。作为智能大厦的重要组成部分，智能建筑弱电系统集成引起了大众的关 注，智能建筑弱电系统集成就是将楼宇自动化的各个子系统予以结合，在高一层 由中央监控系统的计算机进行最佳决策，使智能建筑各子系统的联动运转机制达 到最有效、最合理的程度1 2 1 。智能建筑弱电系统集成的核心是如何在各个功能子 系统相对完善的基础上进行系统集成。因为各个功能子系统都属于专业化管理通 用平台软件，软件开发都有其独特背景，但是都不能很好地满足集成平台软件的 统一监控、联动、高效的要求。智能建筑弱电系统一般包括以下几个子系统：楼 宇自控系统，综合安保系统( 其中包括，防盗报警，闭路监控，巡更，门禁，停 车场等子系统，实际划分一般在实际工程中会有所不同) ，供配电系统，消防报 警，公共广播与背景音乐，智能抄表，智能照明等子系统【3 1 。 1 1 智能建筑弱电系统集成的概念 智能建筑弱电系统融计算机技术、网络通讯技术、现代控制技术及图形显 示技术于一体，是智能建筑的一个及其重要的组成部分。弱电系统实际上监管着 整幢大厦的全部机电设备。大厦的物业管理和信息服务系统必然需要弱电系统提 供大量关于设备方面的数据。弱电系统的集成就是将弱电系统各分系统集成到一 个统一的平台下，实现联动控制，信息共享，以方便对整幢建筑的管n t 4 。这个 统一的平台称为楼宇管理系统( b u i l d i n gm a n a g e m e n t s y s t e m ，b m s ) ( 5 1 。b m s 以 中央监控管理级、部门( 子系统) 监控管理级和现场信息采集与控制级3 层组成 结构，通过分布式网络，将整个大厦内的所有子系统的信息汇集到一起，在同一 界面环境下，实现对分散在大楼( 区域) 内所有子系统及其可控设备的集中监视、 控制和管理。智能建筑弱电系统集成一般包含三个方面：网络集成、功能集成、 软件界面集成1 6 i 。 1 ) 网络集成 网络集成主要是从各系统的布线上来考虑，使不同功能的弱电系统能够工 作在一个统一的伟线平台上，这样一方面便于对布线系统的管理，另一方面也使 各弱电系统在现场设备的布置上具有更大的灵活性【7 1 。 2 ) 功能集成 中南大学硕士毕业论文第一章绪论 功能集成主要是从各系统功能特点和用户需求来考虑，把用户关心的功能和 与系统优化，联动相关的功能集成起来，而不是对各子系统简单的重复i 引。各子 系统特点如下： 楼宇自控系统：楼宇自控系统负责对智能大厦中的机电设备进行统一的监 控，一般主要包括大厦中的暖通设备，给排水设备，电梯等。这些设备一般不只 是简单的启停或监视，还包括温度调节。水位调节等，这些设备分布与大厦的各 个地方，所以楼宇自控系统采用现场控制中的集散控制技术。目前大部分的楼宇 自控系统都采用了e c h l o n 公司的l o n w o r k s 技术【”l 。 综合安保系统：综合安保系统包括防盗报警、闭路监控、巡更、门禁、停 车场几个子系统，并对这几个子系统集成。采用的集成技术路线一般与楼字系统 技术类似，如o p c ( o l ef o rp r o c e s sc o n t r 0 1 ) 技术，d d e ，o d b c 等。 供配电系统：供配电系统主要负责主配电室各路高压进线的监视，如电压、 电流、用电量、变压器的电源高压侧电压、电流，变压器线圈温度检测及报警等。 消防报警系统：通过前端烟感器，自动实现喷淋与消防报警。 公共广播与背景音乐系统：消防报警时，调度人员安全逃身，并发布公共 通知信息。 智能抄表系统：前端数据采集器通过接受水表，电表，冷源表，热源表发 过来的数据脉冲送往智能抄表主机，主机处理抄表数据并完成结算。 智能照明系统；完成室内光度的调节，设置房间的灯光情景背景，并实现 远程控制灯光照明。 3 ) 软件界面集成 软件界面集成就是要开发出相应的应用软件，把各系统逻辑地连接在一起， 为整个集成系统提供统一的人机操作界面。 通过智能建筑弱电系统的集成可实现： 1 ) 对各机电子系统进行统一的监视、控制和管理。 大厦智能化系统集成管理可以将分散的、相互独立的弱电子系统，用相同的 软件界面进行集中监视。各相关部门可以通过自己的桌面计算机看到：环境的温 度，湿度，空调，电梯等设备的运行状态，大楼的用电、用水、通风和照明情况， 保安、监控的布防状态报警系统，消防系统中烟感、温感的变化情况，报警产生 的位置等信息。这种监控功能是方便的，能以生动的图形方式和最熟悉的界面展 示希望得到的各种信息。 2 ) 跨子系统的联动，提高大厦的功能水平。 系统实现集成以后，原本各自独立的子系统在集成的角度来看，就如同一个 系统一样，无论信息点和受控点是否在一个子系统内都可以建立联动关系。这种 2 主童态堂垄走堡望鲨塞箜二童缝堡 跨系统煞撩截流程，大大掇离了大搂豹蠹韵纨求孚。锈魏：爱工髂久受主藏遘入 办公室，用智能卡歼门时，智能照明系统将办公室的灯光、空调自幼打开，蜜保 系绞立弱擞茨，考勤系统黪够记录志下瑟拜雩瓣，露瓣惩籍黢控系统爨霉淤鑫豳摄 、像记录人员出入情况；当太楼发生火灾报警时，智自照明系统关闭桐关区域的照 臻，搂宇蠡控系统美瓣赣庭戆窆诱滚备，甥骣毫源，惩禁系绞努开房门翦龟皴镄， c c t v 系统将火警厕面切换给主管人员和相关领导，并实时录像。同时停车场系 绕豁舞爨拦镌，尽恢痰数攀矮。这魏露蝎豹练会鲑瑷，在务蠡独立戆弱奄系统孛 即便在有经验的管理人员指挥下，也很难实现。而猩集成系统中却w 以随心所欲 豹设置；黥宠分发撂各子系统极电设楚鼹臻效，进一步保障犬爱兹发全、蠖捷移 高效，可进一步提高整个火厦的管理水平和大厦的品质。 3 l 秀敖豹数攒结构，共享信爨资源 集成管理系统的建立提供了一个开放的平台，采集、转译各子系统的数据， 建立统一款开放静数据瘁，使痿感系统囊由妁选择所需静数擐，充分发挥冀强丈 的功能，为使用者和管理者提供最佳的服务。 4 l 提离工作效率，降低运行成本 集成系统的建澎充分缎挥了备弱电子系统的功能，以前为了遮到同样功能， 往徒要增加许多硬转和设务，姆在消防和安保系统中增加输池点，接入楼字怠控 系统韵输入点上，以达到统一监控和联动的目的。饭由予硬件点数爨的限制，往 往不能达到最好的效果，势且增加了投资。现在集成系统用软件功能代替硬件设 备，不仅节约了成本，更增加了集成的信息量和系统功能。集成系统可以使管理 人员在一台或多台电脑上，以相同的、习惯的界面去管理众多的予系统，1 掰电脑 可戳放在大楼的任何地方，这祥以来方便了管理、也可以减少管理人员的人数，、 提离了管理效率，同时降低了对管理者素质的要求，降低了人员培训的费躅。 1 2 智能建筑弱电系统集成的发展及研究现状 自1 9 8 4 年世界上第一幢智能建筑诞生于美国的哈特祸德市以来，智能建筑 爱京毽赛备嚣褥裂了遮速& 笈曩嘲。一簸试为，智能建筑藏是籀甏糟系统繁成豹 方法，将智能型计算机技术、通信技术、倍息技术与建筑投术有机结合；邋过对 设惫懿塞麓簦控，辩痿惑资源豹管瑷移对餐穗孝戆僖患羧务及箕与建筑魏後往缀 合，所获得的投资会理【1 0 1 ，适合信息社会需要并且具有安全、高效、舒适、便利 帮瑟活等掌等轰静建筑。磐簸建筑弱激系统鬃液按零瓣发震爱是在这耱索场誉瑟扩 大的基础上不断发展的。智能建筑弱电系统集成的集成模式的改变构成了智能建 筑璃宅系绞集残戆发震变，它经爨了爨下遴程： 1 ) 以接点方式进行系统集成这种方式是系统集成最初的手段，由予技术 中南大学硕士毕业论文第一章绪论 简单，动作可靠，在一些特殊要求的场合仍得以应用，如消防系统与公共广播 系统的联动等。缺点在于系统之间通讯的每个数据点都需要硬件设备的支持。一 般提供干接点、模拟信号等，能实现简单的联动。 2 ) 以串行通讯方式进行系统集成常见的方式是提供现场控制器串行通讯 接口，使之可以与其它子系统进行通讯，子系统之间的信息交换是通过通讯协议 转换实现的。串行通讯的方式较之前者有了很大的进步，然而其通讯距离受到限 制，系统较大时存在数据处理的瓶颈【l “。 3 ) 以楼宇自控系统b a s ( b u i l d i n ga u t o m a t i o ns y s t e m ) 为平台进行系统集 成许多楼宇自控系统制造商将产品和计算机技术紧密结合起来，通过计算机网 络，使楼宇自控系统能实现监测、控制和管理其它子系统，由此产生了以楼宇自 控系统为平台的系统集成模式【l 册。这种集成模式较前两种方式更为先进，系统集 成程度和功能明显得到提高。而且，目前国内大多数智能大厦工程的系统集成以 楼宇自控系统为核心，几个楼字自控系统厂商实力雄厚，其b a s 平台已经相当 成熟，如s i m e n s ，j o h n s o n ，h o n e y w e l l 等都相继开发出了具有b m s 系 统集成功能的b a s 平台。h o n e y w e l l 的e b l 3 0 0 具有o p cc l i e n t 和o p c s e v e r 接口、数据库接口、a p i 接口等。能让系统集成商很方便的把其它子系 统的数据引入到b a s 平台，其界面组态软件，可以让完全不懂计算机语言的人 做出非常漂亮的，人性化的操作界面。然而以楼宇自控系统为平台进行系统集成 的模式存在以下不足：楼宇自控系统是一个相对封闭的体系，一般都缺少向上的 开放能力；楼宇自控系统的接口设备和接口软件的通信局限于特定产品、型号， 因此集成能力有限；楼宇自控系统一旦发生故障出现停机，b m s 集成系统也告 瘫痪，失去正常工作能力，不能管理和监控其它仍正常工作的子系统。 4 ) 基于子系统平等方式进行的系统集成这是一种更为先进的解决方案， 这种系统集成方式的核心思想是：建立系统集成管理网络将各子系统视为下层现 场控制网，并都以平等方式集成；系统集成管理网络运行集成系统高性能实时数 据库( 系统集成数据库) ，各子系统的实时数据，通过开放的工业标准接口( 如 o p c 接口) 转换成统一的格式存储在集成数据库中；系统集成管理网络通过b m s 系统核心调度程序对各子系统实现统一管理、监控及信息交换【1 3 1 。基于子系统平 等方式的系统集成模式，由于采用符合工业标准的软、硬件技术，接口标准、规 范，有利于降低系统集成成本，降低集成难度，加快项目进度【1 4 l 。 国外从事系统集成硬软件开发的厂家主要包括：h o n e w e l l 、j o h n s o n 、 s i e m e n s 。它们主要从事于智能建筑领域各子系统的集成，对各子系统都有比 较成熟的一整套解决方案。在智能建筑弱电系统集成方面。它们主要着重于对 b a s 平台扩充，开发丰富的外部接口嵌入到b a s 平台中，令其具有强大的系统 4 中南大学硕士毕业论文第一章绪论 集成功能。这也是国内在实际工程中经常采用第三种捆绑b a s 平台集成模式的 原因。 随着国内智能建筑市场的不断扩大，国内涌现出很多智能建筑弱电系统集成 商，然而他们主要从事于各个专业的设计与施工，以及对国外厂商提供的硬软件 产品的运用。从事于硬件产品开发和软件产品开发的公司少之又少。有部分高校 在做这方面的研发，却又有与实际工程脱节的显现，其产品很难与国外产品相媲 美。智能建筑弱电系统集成技术仍然是以捆绑b a s 平台较为成熟。借助于成熟 的b a s 平台，可以节省b m s 平台的开发时间，可以绕开很多接口方面和数据处 理方面的难点，而这一点在较大的楼宇系统中显得尤为重要。b a s 平台一般提 供了几种接口，个别不符合这几种接口的子系统，也可以通过编写简单的外挂程 序集成到b a s 平台。子系统的联动也可以通过b a s 平台提供的a p i 函数或其它 接口在外挂程序中实现。设计好的平等集成模式的平台牵涉到很多底层开发技 能，不但要对各专业有很好的了解，更需要很强的软件开发能力。目前国内一些 集成软件公司正致力于平等模式集成平台的开发，已有雏形在实际工程中应用， 但其开放性、稳定性有待进一步提高。 。 1 3 智畿建筑弱电系统集成方法 智能建筑弱电系统集成方法包括以下几种： 1 ) 用统一通信协议实现系统集成的方式。这种集成方式效率最高，但是目 前这种方式很难实现，各个专业内部的集成可能是统一的通信协议如c b u s ， l o n w o r k s ，r s 4 8 5 等，而到对各个专业的集成很难做到通信协议的统一。 2 ) 采用协议转换实现系统集成的方式。这是集成中的一种处理方法，如 r s 4 8 5 转r s 2 3 2 或者t c p i p 等。 3 ) 采用o p c 技术实现系统集成的方式。o p c 以前主要运用于工业过程控 制，它是基于c o m d c o m 技术的一种技术规范。现在在智能建筑弱电系统集成 中得到了广泛的运用【i5 1 。 4 ) 采用o d b c 技术实现系统集成的方式。系统集成离不开对数据的处理， o d b c 这个规范的数据接口在系统集成中是必不可少的，可用来直接查询和操作 子系统数据库。 5 ) 其它方式。如w i n s o c k ，串口通讯等。 实际工程中将根据实际情况，综合考虑数据通讯的便捷和实际子系统能提供 的接口，灵活采用以上几种方式。如o p c 接口适合于数据量大的系统、w i n s o c k 适合于数据量小的系统或设备，串口通讯应考虑传输距离，f t p 便于文件的传输， o d b c 适合于具有开放数据库的系统如智能抄表系统。 中南大学硕士毕业论文 第一章绪论 1 4 论文研究内容与章节安排 本文研究基于平等模式智能建筑弱电系统集成接口技术，通过对楼宇自控系 统、供配电系统、智能抄表系统、智能照明系统、公共广播系统、消防报警系统、 综合安保系统集成，开发了广州大学城广外校区级楼宇管理系统，实现了对整个 校区各子系统的实时监控与联动控制，满足了用户的需求。并对工程中遇到的 o p c 接口，r s 4 8 5 接口，w i n s o c k e t ，和o d b c 接口技术予以阐述。对接口 编程中的关键代码和数据处理方式提供了详细的解释。 论文章节安排于下： 第一章绪论，对智能建筑弱电系统集成的概念进行阐述，分析了智能建筑弱 电系统集成的发展和研究现状，并对集成中的方法进行了总结。 第二章智能建筑弱电系统集成设计，从网络集成、功能集成和软件界面集 成三个方面设计了楼宇管理系统。选取了各予系统的集成接口与集成方式，对其 功能进行定界。并初步设计了系统软件的结构和软件功能。从整个系统的分析出 发把握了系统开发的大体框架。 第三章智能建筑弱电系统集成接口技术，对集成中的o p c 技术、o d b c 技 术与w i n s o c k 技术进行研究，阐述了这三种接口的原理与实现方法。分析了 其在智能建筑弱电系统集成中的应用模型。并结合h o n e y w e l le b i 平台分析了这 几种接口在基于b a s 平台集成中的应用，指出了基于b a s 平台集成在软件实现 方面的弊端。 第四章基于平等模式楼宇管理系统平台软件开发，针对用户需求，分析了整 个系统的数据流，对整个系统按后台、系统数据库和前台三个层次进行设计。为 提高系统得响应速度和实现系统功能，利用接口技术、多线程技术优化了后台程 序，并对系统数据库进行合理的逻辑划分，优化数据存储结构。前台程序根据软 件功能需求按模块化结构设计，提高了软件开发效率。最后介绍了系统在实际工 程中的应用效果。 第五章结论，总结了从集成设计、接口研究到系统软件设计与系统开发整个 过程中研究和解决的问题。分析了系统存在的一些不足，指出了楼宇管理系统开 发进一步完善与研究的方向。 6 中南大学硕士毕业论文第二章智能建筑弱电系统集成设计 第二章智能建筑弱电系统集成设计 智能建筑弱电系统集成实际上是要求与建筑物自身运行有关的弱电系统之 间进行集成，这种集成对于各子系统来讲是一种横向集成，当横向集成的跨度再 扩大时，即扩展到通讯、办公、教学等系统时，同时相关信息可以纳入到信息管 理系统中，这时对各子系统是一种纵向集成及向上一级集成，也就是智能建筑管 理系统( i b m s ) 1 1 6 1 。本文着重讨论横向集成及b m s 这一层次的集成，各子系 统集成关系如图2 - l 所示。 建筑管理系统( b m s ) 楼宇自控系统 消防报翟：系统 广播 综台安保系统 b a s f a s 圜 暴统 停 s a s 生 停 暖 给 供 智 火 联 紧 圉 场 奎 防寻数 通 排配 能 灾 动 急 管 场 盗门更 字 空 水电 照报控广 理 管 报禁 管闭 系系 明 警制播 系 理 警系理路 调系系系系统 系 系统系监 统统 统统统 统 统 统统控 各子系统布线系统 弱电系统布线 横向集成 - 图2 - 1 各子系统集成关系图 如上一章所述，智能建筑弱电系统集成包括网络集成、功能集成和软件界面 集成三个方面，所以弱电系统集成设计也应该从网络集成、功能集成和软件界面 集成等三层次来考虑各弱电系统间的集成问趔1 7 1 。 2 1 网络集成 网络集成主要是从各系统的布线上来考虑，各子系统都有其独立的网络系 统。以h o n c y w e l l 公司的l o n w o r k 型楼宇自控系统为例：其所监控设备分布于校区 的各个单体中，各单体中现场控制器以l o n w o r k 总线连接，通过e c h e l o n 公司 i l o n l 0 0 0 路由器转换到以太网，并通过光电转换器，经由综合布线光纤到中控 机房千兆交换机，整个网络为星型连接。其它子系统也类似组网，在中控机房都 连接于b m s 系统交换机，从而实现各系统之间的物理连接，如图2 2 所示。 7 消防 中南大学硕士毕业论文第二章智能建筑弱电系统集成设计 图2 - 2 智能建筑弱电系统集成网络结构图 图中电梯系统r s 4 8 5 接口经由m o x a 公司的d e 3 1 1 转换成以太网接口直 接连接于各单体的交换机上实现连接。 2 2 功能集成 功能集成包括功能合并与功能互补( 及联动功能) ，同时还包括对各子系统 集成接1 ：3 协议和集成模式的选择【l s l 。各子系统集成接1 ：3 采用目前得到广泛肯定的 o p c 接口。集成模式采用基于子系统平等模式。 通过功能合并中央监控管理实现以下主要功能： 1 ) 对各子系统进行有效的监视、控制和自动化管理。 2 ) 实现集中管理，分散控制。 3 ) 协调各子系统之间的相互合作关系，具备全局事件处理能力，完成相关的 系统联动控制。 4 ) 采集、处理、存储各种相关数据，实现资源共享。 5 ) 供信息检索、分析、显示图表，生成报表、打印报表等管理功能，为管理 人员提供有力的科学决策支持。 管理平台b m s 对各子系统进行集成时应按需要选取必需的监控信息【1 9 1 。对 各子系统接入和功能集成如下： 1 ) 楼宇白控系统 b a s 子系统具有独立的服务器和工作站，通过网关，以o p c 方式与b m s 8 中南大学硕士毕业论文 第二章智能建筑弱电系统集成设计 系统集成。 将b a s 中必要的监控信息及数据传送到b m s 中，通过客户端软件以从控制 中心查阅和管理设备，其o p c 服务器主要提供一下数据及功能( 通过提供o p c 数据项实现) ：当发生报警或接受到其它的联动要求后，按要求启动或停止b a 设备；提供经用户选择的设备启停，报警状态的信息；提供经选择的探测器所检 测参数的变化值，以及过限报警的信息；提供给排水系统主要监视水泵的运行状 态、故障显示、各类水池、水箱的水位及报警；提供空调系统集中供冷系统主 要监视设备( 包括新风机组、空调、风机等) 的运行状态、故障显示、新风机和 空调的送回风温度，启停；新风机组和空调机组的风门执行器、调节阀的启 停。 2 ) 安全防范系统 安全防范系统具有独立的服务器和工作站，通过网关，以o p c 方式与b m s 系统集成。 c c t v 防盗报警系统 c c t v 防盗报警系统集成( 包括支持与数字化视频监控系统的集成) 通过 o p c 接口除完成报警器的数据收集外，还能完成如下联动及其它功能：当防盗 报警系统报警时，除c c t v 联动外，由楼宇智能管理平台b m s 根据联动关系， 自动打开相关区域照明及关闭相关区域的门禁等；当大楼发生报警( 如门禁收到 非法闯入信息或火灾报警信息) 时，集成平台b m s 根据联动关系将最近现场的 摄像机对准报警部位，自动打开相关区域照明，将该摄像机的图像信号立即切换 到主监视器上，自动开始录像工作，并自动关闭或开启相关区域的门禁等；启动、 关闭长延时录像机、自动产生报警记录明细报表。 无线寻更系统 无线寻更系统主要用来管理保安人员巡逻和值勤，通过数据采集器获得寻更 站点的信息，通过o p c 接口提供所需巡更站点的信息。 门禁系统 通过o p c 接1 ：3 ，当发生非法入侵报警时，自动打开相关区域照明，并自动 将c c t v 系统在相关区域的摄像机自动转至预定位置，切换显示器和录像机， 以便保安人员进行观察：提供所有门禁系统的状态、人员的考勤报表和提供人员 的考勤报表。 3 ) 火灾自动报警系统 f a s 子系统的接入通过网关，以o p c 方式与b m s 系统集成，其o p c 服务 器主要提供各类火灾报警探测器的报警统计，归类和指标；提供以事件联动程序 信息为主的报表，报表内容包括：报警设备地址码，描述，联动设备名称，描述； 9 中南大学硕士毕业论文第二章智能建筑弱电系统集成设计 提供消防设备运行状况的信息，和其它管理所需的各类报告文件。 4 ) 供配电监控系统 供配电监控系统的接入通过网关，以o p c 方式与b m s 系统集成，其o p c 服务器主要提供一下数据及功能：各个主要受监控设备的电压、电流、有功功率、 功率因数、用电量、频率等各项参数，能显示电力负荷及上述各参数的动态图形， 当参数值超出容许范围时产生报警信号；对中压开关柜、低压开关柜的工作状态、 故障状态进行监视，对电力变压器的温度进行监视，对应急发电机组的工作状态 进行监测。 5 ) 智能照明系统 智能照明系统的接入通过网关，以o p c 方式与b m s 系统集成，其o p c 服 务器主要提供一下数据及功能：能够监控大楼及公共区域( 教室、实验室、会议 厅、阅览室、公共区域、走道、庭院等) 的照明设备；具有场景控制和定时控制 等节能控制功能；具有与防盗报警系统和周界防范系统联动的功能，在发生非法 入侵报警时自动开启报警区域的照明。 6 ) 公共广播系统 公共广播系统的接入通过网关，以o p c 方式与b m s 系统集成。可与火灾自 动报警系统的紧急广播切换。 7 ) 智能抄表系统 智能抄表系统的接入通过o d b c 接口与b m s 系统集成。提供水表、电表、 冷源表数据分析、统计、查询、打印和财务报表。 从功能上看，楼宇自动化系统中的各子系统都有其特定的功能和管辖范围， 平时各自独立工作，但在发生某些特殊事件时，往往需要各系统之间能够协同工 作，以提高整个系统对突发事件的处理能力，实现全局性的控制和管理，提高建 筑的智能化程度1 2 0 1 。具体的联动响应包括以下几种系统： 1 ) 通风系统与消防报警系统的联动 当火灾发生并得以确认时，火灾自动报警系统f a s 向楼字智能管理平台 b m s 系统发出报警信号，楼宇智能管理平台b m s 系统根据传送的火灾信号，关 闭火灾层及相邻上下两层的空调机、新风机组、并切断相应的电源；按程序开启 相应楼层的排风机、送风机，关闭影响火灾情况的楼层送风机或者按需要关闭相 关的楼层空调。 2 ) 非接触式电子门禁子系统与消防报警系统的联动 当火警发生并得到确认时，火灾自动报警系统f a s 向楼宇智能管理平台 b m s 系统发出报警信号，楼宇智能管理平台b m s 系统根据传送的火灾信号，联 动门禁子系统自动释放各相关通道的电控门锁，以便人员逃生。逃生安全通道( 太 1 0 中南大学硕士毕业论文第二章智能建筑弱电系统集成设计 平门) 的电控门锁能在电源完全失效的情况下被打开。 3 ) 闭路电视监控系统与消防报警系统的联动 当火警发生并得以确认时，火灾自动报警系统f a s 向楼宇智能管理平台 b m s 系统发出报警信号，楼宇智能管理平台b m s 系统根据传送的火灾信号，联 动邻近该处的摄像机，将摄录到的现场画面切换至中心控制监控器供大厦物业管 理人员进行监视，同时进行实时录像。 4 ) 照明控制系统与闭路电视监视系统及防盗报警系统的联动 防盗报警子系统报警时，将与闭路电视监视系统联动，由闭路电视监视系统 按预定程序报警，本地或邻近摄像机对准报警现场，以识别报警的情况是否属实。 如报警发生在晚上，楼宇智能管理平台b m s 系统能够开启相应位置的照明。 5 ) 闭路电视监控系统与门禁系统的联动 门禁子系统的非法闯入信息可以通过楼宇智能管理平台b m s 系统，联动闭 路电视监控子系统，实时地将邻近该处的摄像机的现场画面切换至中心控制监视 器供物业管理人员进行监视，同时进行实时录像。 2 3 软件界面集成 在实现各系统的功能集成时，选择了集成模式，确定了网络通信协议，有了 相应的硬件设备把各系统物理地连接在一起，并安装了可以互操作的操作系统， 最后的工作就是要开发出相应的应用软件，把各系统逻辑地连接在一起，为整个 集成系统提供统一的人机操作界面及软件界面集成0 2 ”。 图2 - 3 平台体系结构图 中南大学硕士毕业论文 第二章智能建筑弱电系统集成设计 软件界面集成的关键技术在于对各子系统的数据的采集和操作，面对各子系 统庞大的数据量，且要求实时监控，必需同时处理好数据通讯与各子系统的联动 及用户的操作 2 2 1 。针对这一特点，平台体系结构如图2 3 所示。 平台数据通讯接口同时对各子系统进行通讯，采取多线程模式。平台操作界 面与用户交互，通过系统数据库与平台数据通讯接口传递命令给子系统实现对各 子系统设备进行操作。 计算机外设包括显示器、打印机等。通过计算机外设实现数据的显示与数据 报表的打印。 平台软件功能设计如图2 - 4 所示。 程序主界面 l lill l 系统参数配置 实时监控历史数据查询报表打印 上上 上上 上 土上上上jj上 子数权 楼设故 通设 报 用用 报财 设 系据 限层备障 讯 备 警 户 白 警务 备 统 库保监监报 接 压 历 登 操 统报 维 接格 护控控警 口 行 史 陆作 计 表 护 口 式 状历 记 历历 表 清 态 史 录 史史 苴 _ - - 一 土 记一记记 增用 圆倒凼 减 户 用密 卢 码 加 密 应用软件由四个功能模块组成，其具体功能如下； ( 1 ) 系统参数配置模块，负责配置o p cs e r v e r 的i p 地址以及o p c s e r v e r 应用程序名。通过参数建立与目标子系统的连接。配置数据库格式，按 照格式初始化系统数据库( 系统开通前一次性配置) 。系统对授权用户采取口令 方式进行权限保护 ( 2 ) 实时监控模块，负责对所有子系统监控，以实际区域划分，便于用户的 操作，并提供设备报警和通讯接口报警的监视。 ( 3 ) 历史数据查询模块，负责对设备运行、报警、用户登陆，用户操作历史 1 2 中南大学硕士毕业论文第二章智能建筑弱电系统集成设计 记录的查询。设备运行历史记录按设备名进行查询，报警按时间段查询，用户登 陆和用户操作按时问段和按用户名两种方式查询， ( 4 ) 报表打印模块，负责对报警、财务报表、设备维护清单的打印。 2 3 小结 本章从智能建筑弱电系统集成所包