数字楼宇管理系统总体设想

　　第 2 章 数字楼宇管理系统总体设想

　　2.1 概述。

　　在信息技术和数控技术的支持下，智能控制技术近年来取得了快速发展，应用越来越广泛，数字化控制技术得到了越来越广泛的应用，数字化管理系统已经成为大型公用楼宇内必不可少的核心控制系统。它将楼宇内各个子系统整合到一个平台之上，通过电脑网络达到各个子系统之间的信息传输，任务统筹和资源共享。可以为大楼管理人员营造安全、有效率、方便的控制平台，也为业主营造出舒适便捷可靠的生活工作环境。

　　数字化建筑物内的系统主要是由中央管理站、各种 DDC 控制器及各种传感器、一些执行机构等部分所构成，可以实现多路控制和智能管控功能的电脑网络系统；智能楼宇系统本身就是在电脑技术发展过程中不断应用发展起来的系统化控制系统。在微电子科学和相关技术的促进之下，智能楼宇管理系统和各子系统也收到了很大的良性促进，目前已经由过去的因客户需求而多样化的设计建设转变为行业化、标准化较强的产业，建筑成本在这个过程中不断降低，质量也在不断加强，使这个行业生机勃勃。

　　数字化楼宇若要完全建立，就要把楼内一切弱电系统都整合到一个平台上来操作，而且各方面来源的数据信息要求能够共享，以使得自动化系统达到最优化运作，减少无效操作，方便楼宇管理者进行操控。楼内的照明、防火、空调、电梯等系统要统一进行管理并实施监控，真正实现自动化和集约化管理，实现智能楼宇的真实内涵。

　　因此，智能化楼宇内部控制系统的开发需要首先掌握建筑物内各弱电系统的应用需求，从而计算出大楼内的自动化技术需要和业主或管理者的个性化需求，还要为将来系统的进一步扩展和升级预留出一定再开发的余地。楼宇智能系统不仅仅是连接弱电系统，还包括其他网络系统，在设计中需考虑应用建筑技术使智能系统统一管理各个系统。

　　普通的智能楼宇管理系统需要实现以下几点：将所有的子系统整合到一个平台之上；整合到一起的子系统可以通过统一的操控平台和控制软件操作，软件界面的可操作性强；子系统之间能够实现资源数据共享，实时信息交互，使集约管理达到最优；可以使用中央控制器来监控并操作所有信息系统。当具备了以上 4 点功能，智能楼宇系统就可以实现统一系统化管理，可以用一个操控平台或多个平台有效控制管理，最大程度上减轻人员在管理中的精力付出。操控平台的软件控制界面要尽力实现友好化，比如在弱电系统控制上应该使用图形界面，将系统线路的分布以地图的方式呈现在管理人员面前，这样可以减少管理人员学习掌握控制系统终端的时间和精力，从而大大节约人力成本。

　　2.2 系统集成。

　　系统集成（SI,System Integration）指的在电脑网络技术的基础上实现的综合结构化布线系统，可以将各终端设备、各类信息和不同的功能应用集中到统一的管理系统之中，使各种元素在该系统之内相互协调利用，资源实现最优化配置，使管理者能够简单方便和有效地集中管理。因此，系统集成技术不单单指网络集成，还包括功能、信息的集成，通过统一的控制终端集约管理。这种集成式管理的难度在于各不同系统之间的互联和交互操控，往往涉及到多个厂商、多种网络协议和不同的工程门类。在技术上需要满足各种电子设备、各种协议、各种子系统平台、控制子终端等等一切涉及到集成管理的融合问题，还需要考虑到施工难度，材料的适用性，人员管理组织等问题。

　　可见，系统集成的重点在于设计阶段的综合统筹，涉及到电脑系统中的软硬件匹配，操作系统联接，不同的数据库共享，电子通讯信号传输等方面的集成，还需要考虑各专业厂商供应产品是否能够有效搭配，在系统能够整合一致的前提下，尽量做到降低成本、提高性能，维护便捷。

　　目前普通的数字化楼宇系统集成中都是以以太网作为主干网，以太网的协议是 TCP/IP 协议，其他子系统都要整合到 TCP/IP 接入主干网，各子系统内部可以依照使用上的需要来选择各自的协议。

　　2.2.1 系统管理层。

　　系统管理层是数字化楼宇管理系统的核心部分，任务是把其他子系统整合到统一的平台中，将各个子系统统一管理，协调运行，来完成一个协调一致的系统整体。由于是为了让管理者能够方便快捷地操控整个系统，管理层部分就需要建立一个高效而先进的信息平台，使大楼管理者或使用者能够在办公室甚至在楼外都能够进入管理系统，方便地进行监控和管理。但鉴于大楼内各子系统可能在电脑程序方面有所区别（比如 BMS 系统是一个实时多用户多任务系统、自动化管理系统是一个可实现信息共享的分时多任务系统），与各子系统相关的其他组成部分都可能使用各自独立的电脑程序系统、控制软件和界面。可见，大楼内管理系统集成运行的实现要求各组成部分能够在统一的操控平台下共同运行，对系统软件的兼容性提出了较高的要求。

　　2.2.2 子系统层。

　　子系统层包括智能化楼宇自控系统 BAS、安保系统 SMS、火灾报警系统FAS 等。子系统层集成的主要功能是使得各个子系统相互之间能够实时联动，以便各子系统能够协调一致地展开工作，真正整合到一起。整合的方式主要有：

　　一是让信息流在子系统层之间直接联动流通。这一方式的优点是反应速度快，适用范围广；缺点是整合较为复杂，要大幅度依赖于各子系统的程序开发者，交接时开发者要提供尽可能详备的数据资料，系统设计者必须对各子系统设备的特点和原理非常熟悉。

　　二是大楼管理系统首先收到一个子系统的反馈，经过处理后将加工过的控制信息用系统设计过的程序发送到其他子系统，以实现系统联动。这种方法的优点是设计操作过程较为简单，无须通晓各子系统的工作原理，对子系统开发者的依赖较少，主观上可以较为自由的配置联动方式。缺点是系统反应速度比较缓慢。

　　2.2.3 子系统与管理系统的信息交换。

　　要将各子系统集成在一个管理系统中，就需要将子系统中的信息采集到通用的数据库中，还要将管理信息送达到子系统中，即构建一个在管理层系统和子系统之间的畅通的信息流通通道。

　　采用 TCP/IP 协议的以太网可以同现场总线实现互通，可以有效减少总线的种类，但实际当中也有可能存在多种现场总线，以太网与现场总线的互连互通问题仍有可能存在。现在常用的现场总线有 PROFIBUS、LONWORKS 等，要想将这些类总线整合有一定难度，这些现场总线之间尚未达到无障碍互通操作，若要使现场总线在应用中能够更好地兼容以满足使用者的需要，就需要各厂商在规格统一性方面能更进一步，这是未来需要解决的问题。

　　管理系统是由现场总线、仪表设备、以太网及网关、拄制电脑、终端电脑、数据库电脑等部分组成。现场总线是用来连接现场仪表与其他设备的，一个管理系统可能存在多条现场总线；以太网用来实现电脑与网关之间的互联；各种计算机用来实现各种控制、监控设备运行状况、组织数据库等功能。

　　以上这种网络特性是以太网和现场总线的通信建立在双方的混合通信协议上，现场总线速度较慢，而电脑网络速度较快，二者可以通过网关实现互联，因而将上述各种设备整合。正是由于以太网和互联网的有效互联互通，还能使系统实现远程访问。

　　数据库电脑负责运控数据存储调用，控制电脑负责平时的控制工作，网关主要负责数据转换，将信号输送到控制电脑或数据库电脑。

　　现代建筑设计中已经不能不考虑智能控制系统的存在。一座智能化建筑物若要延长使用寿命，还必须考虑为将来可能的新技术提供升级的余地，以满足不同管理者和使用者的需求。集成运作在这当中发挥着重要作用。

　　2.3 总体设计。

　　2.3.1 方案构思。

　　数字化楼宇管理系统的设计要遵循实用、集约、高效的原则，结合客户的需求，充分整合系统各部件的功能，高效使用电子信息，将资源整合为一个完整有效的综合性系统。

　　管理系统是建立在各个子系统的之上的，子系统开发完成后信息服务系统和管理系统才能建立，这样能促使管理系统更加有效地集中管理，能够够及时获取个部件的运行信息，大楼管理者可以在这一高度集中的系统中方便地进行操作。

　　2.3.2 设计要求。

　　数字化楼宇管理系统在设计方面主要有一下几种要求：

　　a.安全可靠性根据客户需要来设计，满足客户多方面需求；b.尽量将成本控制在最小，提高建设效率，以期实现多赢；c.严格依照国家及行业内的有关法律法规设计建造工程，采购软硬件过程中要符合行业标准；设计过程中要具有前瞻性或超前性，设计方案应力求领先行业；各子系统在设计过程中采取模块化的设计建造方式，要具有一定的兼容性和扩展性，包括向上、向下兼容和向其他生产商兼容，以使得该系统能够在未来进一步扩容或升级。

　　2.3.3 确定设计方案。

　　数字化楼宇在研究设计方案的时候需要涉及到的内容有：主干网络的架构以及应用的网络协议、操作系统的选择以及总线的类型和布局。

　　然而，各子系统在选择所使用的电脑过程中可能有差别，可能包含硬件方面的区别（如 PC 兼容机和品牌商提供电脑），也可能也存在软件方面如操作系统的差异。比如 BMS 系统是多任务系统，可用多用户登录；而 OAS 是信息高速共享下的分时段排列任务系统。二者的硬件架构和管理软件完全不同使用的是不同的硬件系统和软件系统，要将他们整合到一起就需要将软、硬件标准进行统一，方能减少网络运行过程中可能出现的问题。

　　1、网络协议。

　　网络协议始终在发展，随着网络技术不断进步而进步。智能化楼宇选用TCP/IP 协议可以最大限度地兼容不同网络系统，也可以最大限度地降低网络建设成本。

　　TCP/IP 协议的优势主要有以下几点：

　　a.使用非常广泛；b.几乎现有的所有局域网、广域网都兼容 TCP/IP 协议，因此这种协议是兼容不同网络的最佳选择；c.TCP/IP 协议包含数据报文协议，传输速度和质量较好，能够满足数据高速传输的需要；d.TCP/IP 协议是目前世界范围内使用最广泛的一种主要的协议。

　　TCP/IP 协议还具有网际互连功能，它是建立在物理网络上的一组完整协议，它包含 TCP、UDP、IP 等多种协议。TCP 协议负责传输层，与 IP 协议保持一致，是目前普遍被接受的数字传输协议。TCP 协议保证了字节流数据稳定有序地传输，并且能够在传输中自行纠错，最大程度上保护用户数据不丢失、不错位。IP 协议工作在网络层，负责将多个网络连成互联网，主要通过互联网传递数据报文。

　　2、运行平台所使用的操作系统。

　　运行平台网络操作的系统主要是由一些程序模块的集合所组成，运行平台操作系统可以将硬件与软件资源有效整合，为使用者创造一个可视化、便于操作的平台进行管理。

　　其特点主要有：（1）在内部构造和使用方法来说，网络操作系统与一般通信协议有所区别，它还具备计算机操作系统的功能；（2）网络操作系统同普通计算机操作系统也有所区别，区别在于网络操作系统在打印机控制、服务器控制、网络协议处理等方面有较强的功能，属于多任务、多用户的操作系统。

　　网络操作系统为了实现不同网络之间的互联，可以实现各种桥接、路由功能，能够融合各种网络协议、各种接口或拓扑结构的网络。网络操作系统的特点主要有：

　　1.对不同计算机的兼容性较强，可以适应多种硬件环境；2.可以连接不同网络接口，实现桥接、路由功能；3.属于多用户系统，并且对不同用户的配置、涉密信息保护较为完善；4.对外部程序的兼容性较高，可以通过第三方加强网络功能；5.进度存取功能较强，使用者可以方便地配置工作进度；6.完全实现图形化、可视化界面操作，方便使用者进行资源配置管理。

　　在数字化楼宇管理系统中，一般选用较为普及的 WINDOWS NT,WINDOWS NT 是目前使用最普及、功能最强的网络管理软件，向下及外向兼容性较强；系统不易崩溃，具有很强的稳定性；网络连接和管理功能强大；并且具备非常友好的软件开发环境。