系统集成模式设计

安徽建筑工业学院电子与信息学院第3章系统集成模式3.1系统集成模式分类3.2系统集成主要技术3.3系统集成新技术

安徽建筑工业学院电子与信息学院3.1系统集成模式分类对于智能化系统的集成应贯彻设计一步到位，具体项目分部实施的原则。同时，集成应具有整体性和可行性，技术上要做到可靠、先进、可扩展和可容错，管理上应具有可维护和使用灵活，在建设投资上应做到投资合理，性价比高。

■智能化系统集成模式①各子系统自身功能集成，满足用户基本使用和管理；②若干个系统间的集成，满足用户较高的使用功能及管理要求，实现建筑设备管理系统(BMS)的集成；③对整个建筑物内的各个子系统进行集成，实现高层次的“建筑集成管理系统(IBMS)”集成，即一体化集成。安徽建筑工业学院电子与信息学院(BMS)集成安徽建筑工业学院电子与信息学院1)建筑设备管理系统(BMS)集成按照GB/T50314-2006的规定，建筑设备管理系统是对建筑物内的建筑设备监控系统和公共安全系统等实施综合管理的集成系统。该系统以BA为核心，且实现功能应符合下列要求。

①应具有对建筑机电设备测量、监视和控制功能，确保各类设备系统运行稳定、安全和可靠，并达到节能和环保的管理要求；②应采用集散式控制系统；

③应具有对建筑物环境参数的监测功能；④应满足对建筑物的物业管理需要，实现数据共享，以生成节能及优化管理所需的各种相关信息分析和统计报表；⑤应具有良好的人机交互界面及采用中文界面；

⑥应共享所需的公共安全等相关系统的数据信息等资源。安徽建筑工业学院电子与信息学院①开放性：集成后的BMS应是一个开放、通用的系统，且集成接口互换性、可维性要好，遵循开放、通用国际标准；②先进性：应采用符合国际技术发展潮流的技术和产品；③可靠性：应提供多种方式(冗余技术)来构建一个高可靠的系统，保证连续无故障的运行能力；④模块化：按照模块化方式开发，满足通用性和可替换性；⑤适用性：应目标和用户需求出发，考虑技术和成本适用性。(1)BMS集成原则(2)BMS集成的关键问题关键问题是解决各子系统的互联和互操作性，因设备多厂商、多协议、多应用系统和多应用平台。安徽建筑工业学院电子与信息学院BMS集成示意图安徽建筑工业学院电子与信息学院(3)BMS集成的基本架构目前，BMS的集成结构大多采用二级网络架构形式进行集成，上层采用100Mbps或1000Mbps以太网，下层采用低速率的工业现场总线方式(LonWork、RS485)完成搭建。管理级现场级中央管理计算机

Ethernet

RS485/LonWorks网间控制器

BASDDC网间控制器

FASDDC网间控制器

SASDDC工业以太交换机现场设备安徽建筑工业学院电子与信息学院以太交换机冷热源系统DDCDDCDDC空调机组DDCDDCDDC给排水系统DDCDDCDDC变配电系统DDCDDCDDC电梯系统DDCDDCDDCEthernet100M工业以太交换机工业以太交换机网间控制器网间控制器网间控制器现场总线现场总线现场总线现场总线现场总线综合运营管理网络服务器系统监测中心按设备功能组织的集散型BAS网络结构安徽建筑工业学院电子与信息学院现场通讯网络灯光照明空调及冷热源给水排水.......通讯控制器DDC现场控制器DDC现场控制器DDC现场控制器现场通讯网络灯光照明空调及冷热源给水排水.......现场通讯网络灯光照明空调及冷热源给水排水.......第二层楼控制子系统(区域控制)楼宇通讯主干网络DDC现场控制器DDC现场控制器DDC现场控制器DDC现场控制器DDC现场控制器DDC现场控制器第一层楼控制子系统(区域控制)第N层楼控制子系统(区域控制)监控、管理中心电梯运行控制消防、保安控制集中监控通讯控制器通讯控制器建筑设备监控系统楼层网络结构以太网百兆、千兆安徽建筑工业学院电子与信息学院实际控制网结构安徽建筑工业学院电子与信息学院2)智能化集成系统(IIS)根据国家《智能建筑设计标准》GB/T50314-2006中的术语定义,IIS(IntelligentedIntegrationSystem

)是能将不同功能的建筑智能化系统，通过统一信息平台实现集成，以形成具有信息汇集、资源共享及优化管理等综合功能的一个集成系统。⑴IIS配置应符合的要求①应具有对各智能化系统进行数据通信、信息采集和综合处理的能力；②集成的通信协议和接口应符合相关的技术标准。③应实现对各智能化系统进行综合管理；④应支撑工作业务系统及物业管理系统；⑤应具有可靠性、容错性、易维护性和可扩展性。安徽建筑工业学院电子与信息学院⑵智能化集成系统功能要求

①应以满足建筑物的使用功能为目标，确保对各类系统监信息资源的共享和优化管理。②应以建筑物的建设规模、业务性质和物业管理模式等为依据，建立实用、可靠和高效的信息化应用系统，以实施综合管理功能。另外，根据GB/T50314-2006对“智能化集成系统-IIS”的设计要求来看，IIS与IBMS(建筑集成管理系统)的关系是一种包含关系。①IIS在实际设计过程中宜包括智能化系统信息共享平台建设和信息化应用功能实施。②IBMS集成是完成对各个子系统进行集成，是更高层次的集成，是一体化的集成。IIS与IBMS的关系安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院3)建筑集成管理系统(IBMS)集成IBMS集成是以BMS和IIS为核心，基于建筑物计算机信息网络为基础平台的综合集成。它将智能建筑内不同功能的智能化子系统在物理上、逻辑上和功能上连接在一起，以实现信息综合、资源共享。综合《智能建筑设计标准GB/T50314-2006》中对智能建筑的智能化系统工程设计宜由智能化集成系统、信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统、机房工程和建筑环境等设计要素构成的特点，IBMS的集成就是对上述七大系统一体化集成。

IBMS集成的主要对象是各类系统的数据和有效信息，而不是具体的那个系统或控制过程。安徽建筑工业学院电子与信息学院⑴建筑集成管理系统(IBMS)功能对整个建筑的设备运行、能耗、人员、成本、物流、服务反馈等信息进行收集和管理。并在此基础上对上述信息进行分类、整理、分析和优化，利用专家经验系统提供数据支持，为管理者提供有效的决策依据。真正实现智能建筑所要求的运营节能、生活便捷、环境舒适、居住安全等要求。■IBMS具有的特点

①提供更深层次的信息共享和优化管理策略;②对整个建筑经营体系的统一管理(物流/人流/资金流/信息流);

③不同的用户应有不同的配置和相应解决方案;④系统不是技术的简单堆砌，而是技术服务于管理的应用。安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院3.2

系统集成主要技术目前，建筑智能化系统集成主要技术手段有“面向协议集成技术”、“面向平台集成技术”和“面向Web集成技术”三类。⑴面向协议集成技术主要采用BACnet、LonTalk等标准统一的通信协议进行集成，但当需集成系统内存在多种协议标准时，则可采用网关(开发或专用)来实现，但所付出的成本也随之增大。⑵面向平台集成技术主要利用OPC和ODBC技术，通过定义数据访问标准接口来屏蔽不同通信协协议的差异，该技术与平台相关。⑶面向Web集成技术利用WebServices构筑一个与平台、语言、协议均无关的通用技术层来实现各子系统的互连和集成。安徽建筑工业学院电子与信息学院1.面向协议集成技术1)BACnet协议集成BACnet协议用于楼宇自控网络的通讯标准和数据交换协议。协议阐明了系统组成单元相互分享数据实现的途径、使用的通信媒介、可使用的功能及信息如何翻译的全部规则。协议确立了不同厂家产品，只要满足此通信协议标准就可实现互操作，而不需专用芯片或设备。协议提供了一个描述了各种自动化系统的精确模型，包括：23种对象、35个服务、137种属性、5种网络。。对象：一组对应特定功能的数据单元的集合。(自控设备功能)；。服务：获得信息、命令设备执行操作发生的方法。(读/写)。属性：对象的进一步描述

。提供了一套不需要知道设备内部设计细节的鉴别和获取信息的方法。安徽建筑工业学院电子与信息学院平均值模拟变量二进制输出二进制输入日历表二进制变量模拟输出模拟输入文件事件登记人身安全点组回路人身安全区域设备命令程序多状态变量趋势记录时间表事件级别多状态输出多状态输入BACnet定义的标准对象安徽建筑工业学院电子与信息学院—目前，BACnet定义了六个大类共35种服务，它们包括：。报警和事件服务(AlarmandEventServices)。文件访问服务（FileAccess）

。对象访问服务（ObiectAcces）。远程设备管服务（RemoteDeviceManagement）。虚拟终端服务（VirtualTerminal）。网络安全服务（NetworkSecurity）上述六类服务几乎包括了目前楼宇自控系统中所有的信息交换方式。且有服务优先级之分。上述服务消息的格式都是按照IS0标准抽象语法表示法(1S0-8824)定义的规则来表示，然后再按照BACnet自己标准定义的网络传输规则要求编码成“1“或“0”进行传输。BACnet定义的服务

安徽建筑工业学院电子与信息学院(1)BACnet协议结构■BACnet/IP互联协议

为使BACnet能与Interent/Intranet通信，BACnet标准于1999年定义了BACnet/IP(专为工业控制设计的应用层协议)，协议提供了访问数据和控制设备操作的服务集，成为第6种局域网互联技术。安徽建筑工业学院电子与信息学院(2)BACnet系统集成采用BACnet协议进行系统集成，其技术涉及BACnet自控网络构架、BACnet自控产品选型和资源配置等因素。①BACnet自控网络构架BACnet协议提供六种(Ethernet、ARCnet、MS/TP、PTP、LonTalk、BACnet/IP)连网模式，其网络架构可根据底层设备的不同采用不同的形式，也即可由多个网段构成。■BACnet网络架构原则

。在一个物理网段上的所有设备均应支持相同类型的数据链路层；

。不同数据链路层的网络之间必须用BACnet路由器进行互连；。所有网络节点设备之间的路由均只有一条路径，避免形成回路；。所有网络节点地址分配必须唯一，必须杜绝地址重复。安徽建筑工业学院电子与信息学院②BACnet自控产品选型和资源配置

BACnet自控产品选型主要指如何选择支持BACnet协议的控制软件平台、DDC控制器以及它的网络接口和I/O点数，资源配置就是指如何设定其对象、服务和属性以及网络选用等。■BACnet控制器类型。BACnet互操作基本块，由一个或多个服务组成；

。BACnet工作站。系统运行和管理窗口；。BACnet楼宇控制器。现场级通用楼宇控制设备；

。BACnet高级应用控制器，现场级通用楼宇控制设备；。BACnet专用控制器，专用于某个系统的控制器。

。BACnet智能执行器；。BACnet现场级执行设备；。BACnet现场级传感设备安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院2)LonTalk协议集成

LonTalk协议是LonWorks系统的灵魂，是直接面向对象的网络协议。它支持OSI模型的七层服务（用户开发只需在应用程层做工作)，支持多种传输介质和多种传输速度吗，保证了数据的可靠传输。LonTalk协议早期被嵌入在每一个LonWorks设备的神经元芯片中。1999年Echelon公司公布了LonTalk协议，任何公司都可获得LonTalk协议标准在自己的产品中使用，这使得LonWorks技术在控制领域的地位迅速提升。

LonTalk协议使用了网络变量来完成节点间的通信，网络变量使得节点间的通信只需通过网络变量间的互相连接便可完成。网络变量可分为输人或输出。安徽建筑工业学院电子与信息学院①支持包括双绞线、电力线、无线、红外线、同轴电缆和光纤在内的多种传输介质。②LonTalk应用可运行在任何主处理器上。主处理器管理协议的第六层和第七层，并使用LonWorks网络接口管理第一层到第五层。③LonTalk协议使用网络变量与其它节点通信。网络变量可以是任何单个数据项也可以是结构体，并都有一个由应用程序说明的数据类型。网络变量的概念大大简化了复杂的分布式应用的编程，大大降低了开发人员的工作量。④LonTalk协议支持总线型、星型、自由拓扑等多种拓扑结构类型，极大地方便了控制网络的构建⑴LonTalk协议特点

安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院⑵LonTalk的网络特性LonTalk协议能对网络进行分层(域、子网、节点)编址并加以管理，以保证网内各节点间的通信安全，不相互干扰。

①

域：可保证在不同的域中节点通信彼此独立，不干扰；-任一节点可分属一个或两个域，允许一个节点作为两个域之间的网关。

②子网：一个或多个通道的逻辑分组，每个域可有255个子网；-子网间得数据交换可用路由器实现子。

③

节点：网络中的设备，每个子网最多有127个节点。-节点可被分组，一个分组在一个域中可跨越几个子网或通道。分组结构可以使一个报文同时被多个节点接收。安徽建筑工业学院电子与信息学院节点分布安徽建筑工业学院电子与信息学院⑶LonTalk集成利用LonTalk协议实现系统集成，即如何用LonWorks总线完成对系统集成。涉及问题包括：软件平台、开发工具、OEM元器件、网络接口、路由器、Internet互联设备等软/硬件产品的选型。实质上就是对中央监控管理层、现场直接数字控制器(DDC)、现场传感器、变送器和执行器等的选型，以及集成实施时的资源的配置设定等。。软件平台：对来自设备级网络的数据进行收集和管理；。OEM元器件：智能收发器、自由拓扑收发器、控制模块、微处理器接口程序、OEM网络接口；。集成工具：创建和维护LonWorks设备网络的工具；。开发工具：是开发智能LonWorks网络设备和应用的工具；

安徽建筑工业学院电子与信息学院i.LON

i.LON

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安徽建筑工业学院电子与信息学院■LonTalk与BACnet区别及应用①LonTalk是实时控制域协议，是为建筑自控系统中传感器与执行器之间实现网络化互操作指定的标准；②LonTalk适合大楼中的HVAC、电力供应、照明系统、消防系统、保安系统间的通信和互操作；③LonTalk是以LonWorks技术为基础的协议，有其自身限制；④BACnet标准是信息管理域方面为实现不同系统间的互联而制定的网络标准，是楼宇自控领域唯一的ISO标准；

BACnet标准是一个真正意义上的开放技术平台，独立于任何制造商，也不需要专用芯片⑥BACnet标准有着更大的数据通信量和过程处理及组织处理能力，更适合于规模大且含多系统(不同厂家)的建筑。安徽建筑工业学院电子与信息学院■LonWork和BACnet组网方案安徽建筑工业学院电子与信息学院2.面向平台集成技术1)OPC集成技术

OPC(OLEforProcessControl)是种一工业标准，用于过程控制的对象连接与嵌入。其包括一整套接口、属性和方法的标准集，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。

★OLE：(ObjectLinkingandEmbedding）-对象连接与嵌入；-OLE是一种面向对象的技术，利用这种技术可开发可重复使用的软件组件(COM)。安徽建筑工业学院电子与信息学院用以解决不同厂商设备和应用程序之间的数据交换简单化问题，且可向用户提供不依靠于特定开发语言的环境，可自由组合使用的过程控制软件组件。(1)OPC的作用应用程序1应用程序2应用程序3驱动器驱动器驱动器设备A设备B设备C应用程序1应用程序2应用程序3服务器服务器服务器设备A设备B设备COPC接口标准安徽建筑工业学院电子与信息学院⑵OPC技术在工业控制领域中的应用①解决了设备驱动程序开发中的异构问题；②可作为访问专有数据库的中间件；③解决了现场总线系统中异构网段间的数据交换问题；④便于集成不同数据，为控制系统向管理系统升级提供方便；⑤使控制软件与硬件分别设计，有利于第三方软件设计生产。■OPC的技术实现OPC技术的实现，是由OPC服务器和OPC客户端应用两部分组成，OPC服务器用来完成现场设备数据的收集，并通过OPC接口传给OPC客户端，OPC客户端OPC接口接收所传数据。安徽建筑工业学院电子与信息学院数据收集安徽建筑工业学院电子与信息学院控制网BACnet操作站控制中心系统集成OPCserver供配电监控系统智能消防系统智能安防系统智能照明系统OPCserverOPCserverOPCserverOPC客户OPC客户安徽建筑工业学院电子与信息学院安徽建筑工业学院电子与信息学院2)ODBC集成技术ODBC(OpenDataBaseConnectivity)即开放式数据库互连技术，该技术是微软公司提出的一种异型数据库互连的解决方案，是一种数据访问标准，是目前客户机／服务器系统中的一个重要支持技术，现已被大多数数据库厂商所接受。ODBC的基本思想是为用户提供简单、标准、透明的数据库连接公共编程接口。使用ODBC，系统集成软件开发商可开发出对于多个异种数据库进行并行访问的应用程序，为智能建筑的一体化集成提供了便捷的手段。在一体化集成过程中，对“建筑集成管理系统(IBMS)”中使用的数据库是否支持ODBC标准应有要求，以方便与大厦的所有网络系统如OA、CA进行联网。安徽建筑工业学院电子与信息学院■基于OPC和ODBC的集成技术模型BAS智能消防智能安防OPCServerOPCClientODBCWebServer浏览器客户机C/SB/SIntranet/Internet控制层数据层应用层实时数据库历史数据库安徽建筑工业学院电子与信息学院3)面向Web集成技术随着智能建筑系统中各子系统间的关联程度日趋复杂，且物业管理、办公自动化等MIS系统也纳入集成平台，为实现跨平台的系统集成，出见了面向Web集成的技术。面向Web集成技术的系统，是利用WebServices技术进行的系统集成。目前，能真正实现面向Web集成技术的系统还不多，其系统只是在其他集成技术建立的系统之上加入Web浏览器作为