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​建筑智 能化系统集成技术发展展望

业主卡 2019-09-27 238人围观 ,发现0个评论

建筑智 能化系统集成技术发展展望

建筑智能化系统集成已经成为智能建筑的主流技术,建筑智能化系统集成技术的发展对智能建筑的发展至关重要。作为智能建筑最重要的组成部分和最大的子系统一楼宇 自动化系统集成技术的发展对建筑智能化系统集成技术的发展有重要影响,同时,智能建筑集成技术的发展也会影响楼宇自动化系统集成技术的发展方向。

11.3.1楼宇 自动化系统集成技术发展展望

近年来,楼宇自动化系统集成技术本身的发展呈现出两方面的趋势。一方面,知名品牌楼宇自动化系统本身的集成能力不断提升:另一方面,楼宇自动化技术中的数字通信协议标准一BACnet 推广应用和现场总线技术的发展,为不同品牌楼宇控制设备与系统的集成提供了强有力的技术支持。

11.3.1.1楼宇 自动化系统自身集成能力的提升

为了满足业主对楼宇自动化系统及楼宇智能化系统集成不断提高的需求,主要的楼宇自动化系统供应商积极开发新的软件系统、集成平台和适用于多种第三方设备的通信网关,使楼字自动化系统的集成能力得到大幅度提升。Honeywell,Siemens,Johnson Controls等知名公司在原有系统基础上推出的新系统,一方 面将原来独立的子系统(如设备控制系统、火灾报警系统安防系统等)集成在一一个系统平台,同时通过专用网关、BACnet 协议和现场总线技术,使系统集成第三方设备的范围大大拓宽。

美国Honeywell公司近年来推出的EBI系统就是这方面成功的范例。

EBI系统是专门用于建筑物弱电系统的集成软件。其特点是,它有一一个充分开放的且采用客户机/服务器体系的系统结构。客户机、服务器和工作站(WS)都运行在Windows NT4.X的环境下。中央站嵌入了Web服务器,系统在保留实时数据库的同时,增加了关系数据库。

中央站有三层结构:Web 服务器、数据访问层和混合数据库层。它们可以实现建筑物自动化系统与企业管理系统集成。

EBI包含了建筑物自动控制系统(Building Automatic Control System)、生命保障管理(Life

&Safety Management)、安防管理系统(Security Management System)。EBI 同时包含了广泛的设备和协议界面,如TCP/IP协议的以太网通信、ODBC数据接口、Network API、Advance DDE客户端、BACnet 客户机/服务器、OPC(OLE for Process Control)客户机、LonWorks、MS Excel数据交换等:拥有当前主流系统集成平台的几乎所有先进特征,特别适用于智能建筑系统集成,实现BAS和建筑物-t切智能化系统设备的通信连接。EBI所具有的设置、组态和编程开发功能,可以组建一整 套完整的建筑物集成监控管理系统,分站或子站EBI内建的设备数据库允许第三方系统以标准的ODBC方式访问,进行数据交换。

Siemens公司的Sytem 600 APOGEE通过模块化控制器上的开放式处理器,可以将消防系统、安保系统、照明系统、锅炉系统、PLC、过程控制系统等集成,在任何一个Insight工作站中对系统内的设备和子系统进行监控。

11.3.1.2通信协议统一与总线技术推广使用

由于建筑设备生产商普遍采用BACnet协议,为实现不同厂家设备控制系统之间的数据

交换和系统集成提供便利。LonWorks现场总线技术(局域网络)在楼宇自动化系统的应用,使各个品牌的传感器、控制器、执行器和其他监控设备共享同一个通信协议,系统网络中的任意结点之间的数据可以共享。基于统--的BACnet通信协议和LonWorks区域网络(LON Local Operation Networks)技术的楼宇自动化系统集成是其发展的必然趋势。

EBI系统支持BACnet协议,在主控制器XL500和XL50下面支持LonTalk的LON总线,第二级控制器,允许任何有LonMark标志的产品接入LON总线:Siemens的开放式通信驱动器(Open Pocessor Communication Drivers)支持LON总线,且允许LonMark标志的产品接入LON总线,显示了标准协议与现场总线技术在楼字自动化集成中的广阔前景。

11.3.2建筑智 能化系统集成技术发展展望

通过对楼宇自动化系统(BAS)、通信自动化系统(CAS/CNS)、办公自动化系统(OAS)

三大智能化子系统进行集成,将建筑智能化系统最终集成为真正意义上的智能建筑系统。建立应用于智能建筑的综合人机系统,以达到高度共享系统内各类信息资源,在统一操作平台之下,方便调度和利用所有设备资源并对智能建筑用户提供最优服务。

-方面为了使楼自动化系统的集成有利于更高一层的智能建筑系统集成,另一方面为了更好地把握楼宇自动化系统集成技术的发展方向,应对建筑智能化系统集成技术的发展有一定的了解。下面就是从业内对建筑智能化系统集成技术发展的展望而归纳的部分观点。

11.3.2.1以太网及 TCP/IP协议已经构成建筑智能化系统集成的基础智能建筑系统尽管有其特殊性,但归根结底应该是计算机网络系统集成的重要组成部分。所以在讨论智能建筑系统集成技术发展展望时,不能脱离计算机网络及其系统技术的发展与展望。

随着Internet的普及,TCP/IP协议也得到了空前广泛的应用。由于TCP/IP协议的开放性,它可以把现行的各种局域网互连,并统-地址规则、IP 地址、域名的惟一性与高层协议标准化等。因此,目前TCP/IP协议已成为事实上的国际标准。

随着Internet技术的日益完善、普及和发展,人们以开始着手将其应用于构建企业集团内部的信息管理系统,即Intranet(企业内网)。一-般地说,Intranet 均采用统-的TCP/IP协议。利用Itranet,企业对内可提供-一个灵活、高效、宽松、可靠的办公环境,以便企业内部进行信息交流和共享,对外通过Intemnet进行企业的切商务活动,及开展以下一些基于标准的服务:文件共享、信息浏览、电子邮件、远程登录、文件传输、网络管理等,进而实现企业管理的科学化和自动化。

近年来,网络通信已从10 Mbps、100 Mbps,发展到了现在的10000 Mbps。对于构成每一座智能建筑的 Intemet,全部选择采用TCP 1 IP协议的千兆位以太网已成为可能。又由于现场总线技术的发展,进一步促使以太网从管理层、控制层向现场层延伸。随者以太网技术的发展,在建筑自动化领域中有可能出现以太网一-网到底、Intemnet与控制网融为一体的局面。

11.3.2.2浏览器/服务器模式将成为建筑智能化系统集成的主要模式由于个人计算机的普及和发展,使计算机网络的计算模式从以大型机为主的集中计算模式过渡到了客户机/服务器计算模式。由于浏览器的创立和发展,使计算机网络的计 算模式开始向浏览器/服务器模式转变。

1.浏览器/服务器模式

计算机网络的初始,通常采用大型计算机作为主机,众多的终端用户共享大型机的CPU资源和数据存储功能。这种模式称做“集中计算模式”或“分时共享模式”。这种模式的主要缺点是主机负担太重、设备昂贵,系统可靠性和可用性过分依赖于主机,系统功能扩展困难。

随着个人计算机(PC)的普及和发展,客户机/服务器(C/S)计算模式逐步取代了集中计算模式。在C/S计算模式下,一个或多个的客户机与-一个或多个的服务器相连,组成一-个

“分布计算机系统”。在该计算模式下,其应用可以分为前端的客户机部分和后端的服务器部分。客户端负责与用户的交互、收集用户信息,可以请求服务器完成大型计算机的应用,然后把服务器返回的结果提交给用户。如此计算模式优化了计算机网络的利用率。

由于浏览器的开发及发展,计算机网络的计算模式开始向浏览器/服务器(B/S)模式转变。人们可以把传统的C/s模式中的服务器分解成为-个Web服务器和一个或多个数据库服务器:客户端不再与服务器直接相连,而是与Web服务器相连,然后由服务器再与数据库服务器连接。用户的请求送到Web服务器,再由Web服务器通过CGI(Common GateWay Interface)送到数据库服务器,Web服务器将结果格式化为HTML(Hyper Text Markup Language)格式反馈给用户。采用这种三层结构的Intranet,再加上系统具有统--的 TCP/IP技术标准,以及客户端软件简单、通过浏览器查看信息方便、系统性能价格比优越、能充分利用系统资源等特点,所以浏览器/服务器(B/S)模式发展非常迅速,倍受业界人士的重视。

由于历史的原因,目前,C/S模式与B/S模式仍然处在两种模式共存的状态,由于B/S模式开发、应用、维护、升级简单,组成Intranct容易,它已成为计算机网络计算模式的首选,因此,浏览器/服务器(B/S)模式也必将成为智能建筑集成系统主要的计算模式。

2.中间件技术与产 品将成为建筑智能化系统集成的桥梁

相对传统的以大型计算器为中心的集中计算模式而言,客户机/服务器(C/S)计算模式确实具有人所共知的优点。可是在以后的发展过程中,C/s计算模式并没有被大量的应用,其主要原因大致有以下一些方面:

➢缺乏必要和有效的开发工具。

➢应用于C/s计算模式的操作系统多样性。

➢复杂多 变的网络环境。

➢数据分散处理带来的不一 一致性等。

这些问题实际上与用户的业务没有多少关系,但又必须很好地得到解决,只有这样才能清除妨碍客户机/服务器(C/S)计算模式大量推广应用的障碍。解决问题的思路是将应用软件所面临的共性问题进行提炼、抽象,在操作系统之上形成-个“可复用的部分”,该“可复用的部分”构成--个加在客户机和服务器之间的“中间件”,它可供给应用软件重复使用。

中间件提供简单的、较高层次的应用程序编程接口(API,Aplcation Programming Itrtacc),它把下层网络技术屏敝起来,使程序员把精力集中在应用方面,而不是在通信问题上。中间件的作用就是将应用与网络屏蔽开来。在B/S计算模式中,中间件专门负责管理Web服务器和数据库服务器之间的通信,并提供应用程序服务。

通常所说的中间件技术,最基本的有通用网关接口(CGID)和应用程序编程接口(API)

两种。API能够直接访问或调用外部程序来访问数据库,可以提供与数据库相关的超文本标记语言页面,或执行用户查询,同时将查询结果格式化成HTML页面,并通过Web服务器

返回给用户浏览器。CGI允许Web服务器运行外部应用程序,并通过外部程序来访问数据库资源,以产生HTML文档,同时返回浏览器。CGI向用户提供了-种与数据连接的简单方法。

中间件是处于应用软件和系统软件之间的一类软件,是客户方与服务方之间的连接件,它以自身的复杂换取了用户应用的简单。中间件是基于分布式处理的软件,能够解决网络分布计算环境中多种异构数据资源的互连共享问题,实现多种应用软件的协同工作。利用中间件还可以提高应用软件系统的开发率,使系统的可伸缩性和扩展性更为理想。20世纪90年代以来,中间件技术和产品逐步成熟,开始走向应用。需要特别指出的是,我国在中间件技术与产品上的起步与国外基本相同,国内市场的占有率与国外厂商基本处于同一起跑线上。与其他信息系统一样,中间件已成为智能建筑系统集成的桥梁,大大提高了智能建筑系统集成技术的发展。

3.OPC技术及ODBC技术为建筑智能化系统集成开辟了新的途径

网络互连的硬件设备已实现了标准化和商品化,所以在思考系统集成时,主要面临的问题是软件集成问题,即如何通过标准的通信协议达到互操作的目的。随着智能建筑的功能需求不断增长,使建筑内各种各样的机电设备的监控系统的种类和范围不断扩大,它们可能采用不同的网络平台、不同的通信协议等。在实现建筑智能化系统集成时,为了理想地解决各异构系统之间的互连和互操作问题,可能采用的技术手段大致有以F几种:

➢采用统一通信协议,实现系统的集成;

➢采用协议转换,实现系统的集成;➢采用OPC技术,实现系统的集成;

➢采用ODBC技术,实现系统的集成。

下面对上述四种技术分别予以说明。

(1)采用统--通信协议,实现系统的集成

建筑智能化系统属于多学科范畴,它涵盖了信息系统、自动控制和现代通信等领域。在系统通信协议方面,由于长时间没有建立统的、国际性的标准通信协议,这种局面严重阻碍了智能建筑技术的发展及向深层次推广应用。1995 年美国暖通空调工程师协会推出了楼宇自动控制领域的第一-个开放式标准通信协议一BACnet。该协议密切结合建筑工程特点,定义了23个对象、39种服务、6类数据链路结构、3层网络架构,同年通过美国国家标准协会

(ANSI,Amerian National Standards Istite)认证,目前正进一步向 BACnet/IP方向发展。

由于BACnet的诞生,为智能建筑的系统集成开创了十分有利的局面。

在BACnet产生初期,由于它采纳了5种通信协议,即EIA232-PTP、EIA485-MS/TP、LonTalk、Arcnet.Ethemet 等,造成了不同生产厂家生产的设备互连仍需通过协议转换器,尚未达成开放系统实现真正意义上的互操作。

(2)采用协议转换,实现系统的集成

具有不同协议的网络互连,可以采用协议转换器。通常协议转换器分为专用的协议转换器和标准的协议转换器。专用协议转换器是指在两种协议之间采用专用的转换器进行协议转换,如果系统要连接多个不同类型的网络,则需要多个符合协议之间转换的转换器。采用专用的协议转换器,其缺点是很明显的,由于转换器的不通用,有时很难找到同时匹配的、为网络控制和服务的转换器。另外,当协议转换器发生故障时,这种结构没有提供可靠的端到端的机制。采用标准的协议转换器,在局城网内部通信上,采用了简单的通信结构,包括物理层、链路层以及对应用层提供连接服务的会话/传送协议。系统采用标准的协议转换器后,接在局城网上的所有站点,只需要使用简单的会话/传送协议,而所有协议转换器之间的通信,只使用同样的传送层协议和IP,就解决了互联网的匹配问题。不过,随着技术的发展和进步,协议转换器方式的应用,将逐步被OPC技术和ODBC技术所替代。

(3)采用OPC技术,实现系统的集成

“对象链接和嵌入(OLE,Object Linking and Embedding)”是美国微软公司提供的用于应用程序之间的数据交换及通信的协议,它允许应用程序链接到其他软件对象中。用于过程控制的OEL,称为OPC(OLE for Process Control),即用于过程控制的对象链接和嵌入。OPC重点用来解决应用软件与过程控制设备之间的数据读取和写入的标准化及数据传输问题,它提供信息管理域应用软件与实时控制域进行数据传输的方法。当设备通过OPC互连时,图形化应用软件、趋势分析应用软件、报警应用软件等均基于OPC标准。在统--的OPC环境下,各应用程序可以直接读取现场设备的数据,不需要-一个一个地编制专用的接口程序,各现场设备也可以直接与不同应用之间互连。

OPC的重要作用在于,它使设备的软件标准化,从而使不同网络平台、不同通信协议、不同厂家的产品方便地实现互连和互操作。OPC技术的完善和推广应用,为智能建筑系统在实时控制域和信息管理域的全面集成创造了良好的软件环境。

(4)采用ODBC技术,实现系统的集成

开放型数据库互连(ODBC,Open Data Base Connectivity)技术,是美国微软公司推出的一一种应用程序访问数据库的标准接口技术,也是解决异种数据库之间互连的标准,该技术标准已被世界上大多数数据库厂商所接受。ODBC适用于各种数据库,与ODBC兼容的应用软件,通过结构化查询语言(SQL,Structured Query Language),可查询、修改不同类型的数据库。这样,-一个单独的应用程序,通过ODBC就可以访问许多个不同类型的数据库及不同格式的文件。因此,ODBC向人们提供了-个开放的、从个人计算机、小型机、大型机数据库中存取数据的方法。系统开发者利用ODBC可开发出对于多个异种数据库进行并行访问的应用程序。现在,ODBC已成为客户端访问服务器数据库的API标准。对于任何支持ODBC技术规范的数据库,无论其类型如何,均能进行信息交换。显然采用0DBC及其他开放式数据库技术实现系统集成,也是建筑智能化系统实现集成的重要方式。由于目前市场上OPC技术比ODBC技术表现得更为成熟、产品也更多,所以如果将这两种技术进行融合与补充,将会使信息系统集成技术加快发展。

对于智能建筑而言,要想使建筑智能化系统实现高度集成化,系统必须具备如下一-些基本条件:即计算机网络的条件、计算机应用软件的条件、机电设备单机及子系统智能化的条件、系统集成技术的条件等。当系统具备了这些条件后,才有可能真正实现“建筑智能化系统高度集成”。近年来,由于Internet 的发展及千兆位以太网的成功应用,使建筑智能化系统具备了计算机网络条件,由于单片机控制技术、现场总线技术的发展,使各种机电设备(或子系统)的智能化越来越高,为其参与系统集成创造了极好的条件。系统的管理层与系统的控制层之间的集成已成为大势所趋。随着OPC技术与ODBC技术的推广应用,这种集成将逐步达到所谓“无缝集成”的新高度。


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