数字楼宇管理系统的组成

　　第 3 章 数字楼宇管理系统的组成

　　数字化楼宇智能控制系统是多任务、多功能的网络管理系统，是在计算机控制技术发展的条件下逐步成长完善起来的控制管理系统。过去这一系统中的子成分大都是由设计者在市场上采集拼凑而成，而今这些子成分大都已经标准化，可以使智能控制系统组织更加稳定可靠，也节约了设计者的成本。

　　数字化楼宇系统的设计要整合起大楼的结构、电子设备、管网系统、电子传输网络、业主居住办公设备等部分，为了使业主能够方便快捷、安全舒适地生活工作，必须对以上元素进行有机结合。

　　常见的管理系统可以对楼宇门禁系统、防盗防火系统、摄像头系统等安全系统以及一卡通、楼道控制系统等进行实时控制，并将各子系统整合管理。除了这些系统进行管控，管理系统还可以搜集到相关人员或楼内设施的信息，进一步提高大厦管理的科学性和有效性。

　　智能化系统大都是由自动化设备演进而来的，自动化的内涵就是以电脑网络控制为基础，使用各种传感器和执行装置进行无人操作，在楼宇管控中往往涉及到防火防盗、照明、电梯、水路控制等方面，实现管理的集约化和一体化，减少人员成本并提高经济性和舒适性。

　　因此数字化建筑物管理系统主要是由监控、可视对讲、数据传输、安防、控制管理网络平台等部分集成而得到的。

　　3.1 可视对讲系统。

　　对讲系统最早出现在 20 世纪 80 年代，在发达国家迅速普及，由于具有极高的使用价值，在 90 年代我国便大量引进使用。彼时国内房地产市场加速发展，楼宇对讲系统主要是用于居民楼社区内，用法较为简单，大多时间用于对来访客人的接待。目前楼宇对讲系统已出现了大量联网多用户型产品，并且集成了报警、防火、居民社区服务等功能，甚至可以进行水、电、气 3 表报价，夜间监控，空气预警等先进功能，产品的实用性大大增加。

　　可视对讲系统日常处理的信号主要包括影像、声音及数据 3 种，传统上所使用的对讲系统主要是用摄像类设备全时间段监控特定场所，将声音和图像传到控制中心，自动将这些信息保存到存储设备上，为可能出现的情况提供事后处理的参考依据。随着高新技术的出现，对讲系统趋向于更加智能化，功能越来越多，如门禁区引入的人脸识别、指纹辨识等；数字压缩技术的提升使得影像声音等信号可以更加方便地接入系统内；蓝牙技术的发展可以将对讲系统布置于无线的区域，大大扩展了对讲系统的适用区域。同时，随着材料技术和数据处理技术的提升，音频、视频和数据信号的传输质量也得到了很大提高。

　　对讲系统的楼宇设有运行管理中心，而且安装有三方控制器，让用户与第三方访客的直接沟通，可以实现为运行管理中心、用户与访客之间的三方无障碍沟通。管理中心控制器在可视对讲系统中的应用进一步加强了整个安全防范系统的工作能力，也为整个大楼的管理提高了工作效率。

　　除此以外还有其他一系列附件。使用 CAN 总线来组网，网络系统为分布式结构，这类结构可依使用者的增减而调整规模，系统还支持居民、访客和楼宇管理者 3 者之间的互联互通。

　　图中各部分的功能为：管理机：连接楼宇内部各房间的分机，以及门口模块部分，还可以对全楼进行信息传播，如各类服务信息，功能强的管理机还可以对楼内用户进行预警。门口机：对来访者进行视频和音频采集，而后将采集到的音频视频通过数字信号方式传送到各单元住户及中央控制部门。住户分机：接收门口机传输而来的信号，可以控制门禁开关，并且可以连接到控制中心，申请其他服务如报警等。中继器：提高音频视频信号的传输质量，最大限度减少信号消耗。隔离器：隔离用户的单机与系统，当单机出现问题时为了不影响系统的整体运行而将单机进行隔离操作的装置。

　　对讲系统的运作方式为：来访者在楼门前的面板上按下要方位的门牌号，该门牌号内的对讲机会响铃，住户此时可以接通对讲机与来访者通话，也可以通过显示屏幕看到来访者的影像，当确定可以放行时住户按下开锁按钮，楼门口的电子锁打开，来访者进入。这一系列操作都记录在中央控制平台上，大楼管理者能够监测到，大楼管理者可以随时与所有楼内的住户通过对讲系统进行通话。一旦住户发现危险情况，可以按下报警装置，中央控制平台能够第一时间接收到求救信号，显示求救者的门牌号和身份以知晓其来源。当住户进入大楼时只需用自家的钥匙或 IC 卡就可以开门。

　　3.2 监控系统。

　　楼宇管理系统不仅仅是为了楼内通讯，现代楼宇管理系统要提高住户的生活舒适度，提高节能环保水平，必须还包括电梯控制、火灾预警、空气循环、自来水控制、楼道照明、配电控制等设备监控体系。为实现这些子系统的统一管理，应采用基于 CAN 总线的分布式集散控制系统，包括现场控制级和集中管理级。现场控制级包括现场控制单元，集中管理级包括中央管理器、监控子系统上位机两个控制单元。

　　各组成部件功能及要求如下：

　　1.现场控制级：通过 CAN 总线组网，数据信息在现场控制器、各个子系统监控器、执行器和传感器之间进行传输，通过 CAN 总线来连接。

　　2.集中管理级：通过 HUB 设备将各子系统信息集中管理，具有系统访问功能，可以方位数据库。

　　3.中央管理器：终端使用高端计算机，以 WINDOWS NT 为 操作系统，可以管理控制各子系统并对数据库进行管理。

　　4.监控子系统上位机：使用高端计算机，用于同 CAN 总线相连。

　　5.现场控制器：主要使用 CAN 控制器芯片来实现控制功能。智能节点通按网络地址号寻找各编码终端，在没法发现异常情况的时候控制节点照常工作，否则开启阀门报警，并向上位机发送信号。

　　数字化楼宇内的各监控子系统虽然具体功用不同，但各子系统的工作原理是大体相似的，如数据记录、运算，操作界面的选取等等。下面以火灾报警系统为例来说明，火灾报警系统是运用一系列监控技术和通讯技术，根据室温和气体的变化特点来发出讯号，通过电脑网络指示系统发出警报。

　　在系统管理方式上火灾预警系统应用集中管理和分散管理相结合的方式，这是因为大厦内防火设备众多，且分布于楼内各处，因此应分为集中控制层和现场控制层，2 个结构之间用总线联接。

　　现场控制层的功能是在现场监测环境变化并将环境情况转变为数据信号，通过数据信号的变动情况做出判断，并采取一定的处理方式，控制节点来具体实施。这样做可以减少上层系统的负担，还能加快现场反应速度。集中控制层的硬件配置全都是高端计算机，通过其内部装配的 CAN-PC 适配卡连接控制单元，控制单元将数据上传至控制层，控制中心会保存数据至数据库，以备其他系统调用。

　　3.3 安防系统。

　　安防系统是大厦中的最基础也是最实用的部分，包括防火、防盗及其他防护系统，以中央控制系统为核心来组织整个大厦的防护管理体系。安防监控系统主要的监测对象是紧急求助、煤气泄漏、突然闯入不明身份者等情况，将环境变化通过传感器以电子信息的方式传递到接收控制器。接收控制器主要用来进行数据接收和分析，然后将分析结果传递到中央控制平台，再由更高一级的系统预警通告管理人员，预警方式有显示情况、鸣警或打印情况，还可以直接向安全部门报告。周边防护系统是对建筑物的外围进行监测预警，可以提早探测到非正常情况如侵入，之后同样通过接受控制器将信号传递到中央控制平台并做出反应，周边防护系统还可以用摄像机等监测装置全天候实时动态监控异常情况并做出处理。

　　安防系统可以分为室内部分和室外部分，各组成部分的主要作用为：

　　1.室内部分：将无线红外线探头、无线感烟控制器等装置连接到建筑物内的控制器。智能控制器将收集到的情报信息处理加工后发给中央控制系统的电脑，中央控制电脑进一步处理后以文件打印、屏幕显示或声音预警等方式通知楼内管理人员或直接报警。例如，当办公用房无人时，门入口处和窗口的红外线报警装置会启动，一旦有人侵入，红外报警装置会及时发现侵入，并将这一信息传送到智能控制器，智能控制器将收集到的情报信息处理加工后发给中央控制系统的电脑，计算机会显示出非法侵入的房间位置并发出报警信号，大厦管理人员就可以立即派人赶往现场或报警处理。烟感火警装置的原理与红外报警装置类似，当火灾出现时会产生异常气体，室内温度骤然升高，烟感装置就会侦测到这种异常情况，将异常情况以信号方式发送到控制器，控制器将信号处理后发送至中央控制计算机，控制系统根据燃烧的严重程度采取初步灭火措施并提醒大楼管理人员，管理人员会根据火灾的程度采取进一步措施。

　　2.室外部分：建筑物外围的红外线警系统工作原理为，一旦有人非法穿越建筑外围红外装置即被触发，配套摄像机随即对准侵入方位录影，通过 PLC 与中央控制电脑相连，中央电脑会发布预警，并将侵入方位的影像资料自动保存，也会记录发生事件的时间用来事后处理，最大程度上避免意外情况对楼宇业主生命财产带来的损害。

　　管理中心系统还具备布控撤防功能，一旦某子系统内的电脑出现故障，系统会启动预备设备替代原设备继续工作，防火防非法侵入等功能仍能及时发现情况并预警，加强了系统的安全性。

　　3.4 管理系统。

　　控制系统的集约化发展有赖于计算机及通讯技术的突飞猛进，系统集成即由各分散独立的子系统整合到一个大系统中，在中央控制系统下协调一致地完成各自以及整体的各种任务，这并不是将子系统的功能简单相加到一起，而是在结构和运行机制方面重新规划，能够发挥出一加一大于二的功效，使各组成部分的运行效率都得到质的改变。

　　管理系统就是在网络平台的基础上整合各子系统，将信息联通至管理中心电脑，主要有以下几种功能：

　　1.监测子系统的运行状况，实施控制；管理系统用自身的软件对独立的子系统集中控制，各子系统的信息会统一显示在管理系统中，大楼管理者可以通过管理系统的图形界面监测楼内各设备运行状况、室温、湿度、空气质量、水电供给、通风照明等情况，甚至包括楼宇工作人员所处位置。这些信息都可以用简便直观的图形界面展示给大楼管理者，方便人们进行监控。

　　2.有机整合各子系统，提高整体运作效率。

　　管理系统整合子系统为一个大系统，除了树状信息传输外，还能实现网状信息传播，子系统之间实时联动。这样的跨子系统的操作方式很大程度上增强了大厦的自动化水平。例如，当办公人员进入房间后，用个人 ID 卡将办公室的门打开，同时照明系统开启，空调也开始自动运转，防盗系统自动关闭，公司考勤系统也会自动记录该工作人员的到岗记录和到岗时间。当火灾预警系统发出火警讯号后，火警控制系统会自动横向触发警报，电力、空调等系统会关闭该区域的设备运行，以免发生更大的灾害；门禁系统会自动开放该区域所有的自动门，以方便人员尽快疏散；同时监控设备会将火灾区域的画面发送至控制室，以便大厦管理人员尽快了解情况，并将火情报告上级或迅速报警；地下车库的管理系统会自动打开库门和栅栏等装置，以便车辆撤出。这一切动作如果没有系统的有机组合是不可能完成的，因此上说楼宇智能管理系统将子系统整合后会大大提高楼宇的自动化水平。

　　3.方便信息资源共享。

　　在传统上各子系统独立工作，不与其他系统交换信息。这主要是因为各系统的数据格式类型有区别，因而系统之间无法进行数据传输。数字化楼宇管理系统则必须面对数据衔接、交互的问题，因此中央系统必须建立在一个足够开放的平台之上，能够接收并编译各类系统信息并能够将信息反馈到各终端以实现资源共享。

　　4.可以有效减少系统运作成本。

　　在没有实现系统集成以前，各子系统独立运行，若想增加某个子系统的应用功能就要增设新设备以扩展子系统的外延，比如在防火系统内增设输出点，以达到联动的目的，这无疑会增加成本，而且会增加系统运行负荷，最终效果并不理想。在使用集成系统的情况下，就可以用集成系统控制软件实现这些功能，大大减少成本。对系统管理者来说，系统终端可以置于大厦内任何地方接入，对管理人员的配置大大提高了灵活性，可以有效加强工作效率。

　　3.5 信息管理。

　　3.5.1 数据的采集。

　　数据采集有可分为手工和系统自动采集两类。手工采集涉及到日常工作中产生的报表、票据、分析材料等人工形成的信息。而系统自动采集则主要是从各种设备上由软件自动获取的实时监测数据，可以由网络发送到集成系统中。

　　这两种采集方式目前大多数情况下会同时存在，对管理者来说各有各的意义。

　　而数据信息又分为实时信息和管理信息，管理系统也要针对不同类型的数据各自进行处里。

　　3.5.2 实时数据库与关系数据库。

　　实时数据库重点在于和时间高度相关，所面对的工作同时间点要求十分严格，这是这种数据的特点，实时数据库一般会将当前的数据放置于读写内存中，可以看做"外部数据库",而将过往的数据存放在电脑的外存储设备中。实时数据库是系统组网时常用的数据库，这类数据能够有效确认设备维护计划的时间表，能够最低限度减少设备发生故障的隐患。同时，对于过往数据的记录也可以对设备运行的历史状况有一个长时间序列的把握，方便分析人员对事故进行评估。

　　3.5.3 异种数据库的互连。

　　不同类型的数据互访互连是大型系统中不可回避的问题，在管理数据源阶段就需要解决异种数据库之间的互连问题。大型系统中难免会存在多种类型数据库，如何实现不同种类数据库之间数据转译和互相操作是需要考虑的问题。

　　3.6 控制网络与管理信息网络的集成。

　　控制网络的存在意义不仅仅是信息的传递和网络资源共享，它是要最终保证系统稳定高效安全地运作，信息多为短帧传送且传输频率较高，因此对于网络协议的选取、硬件兼容性、容错性、成本等方面都提出了较高要求。控制网络的最终目标就是要对网络中各组成部分的合理有效配置。

　　控制网络与信息网络的集成是建立综合实时信息库的基础，为楼宇综合系统提供优化控制的条件，二者的结合可以建立统一的分布式数据库，可以保持数据资源的质量不受影响；二者的集成也可以实现远程监控、维护等功能。

　　控制网络与信息网络集成主要有以下几种方式：

　　1.在二者之间加入转换接口。

　　这些硬件设备能够让专门的电脑靠内部软件完成数据的接收、转译；在多网段中，应用电脑在各网段之间收发数据，类似于网桥。转换接口的优点是集成功能强劲，缺点是不能及时反映。信息网络大都是用以太网，协议是 TCP/IP,这种协议的实时性较差，当系统内出现大量信息数据需要接收处理时，这类接口有时会力不从心。

　　2.采用 DDE 技术。

　　当控制网络和信息网络之间有中间系统存在时，能够使用动态数据交换DDE 方式进行二者的集成，本质上是通过共享内存来实现信息互联。有两个程序在运行：一是通信程序，主要用于接收实时数据；第二个是借口程序，用于应用程序管理数据库，从 DDE 收到数据后将数据记录到数据库中以备今后调用。DDE 技术的优点是实时性高，技术门槛低，日常的操作系统都可以实现；缺点是运行过程中涉及到多种协议之间的转换，要应用到很多高级软件，技术难度较大。

　　3.控制网络和信息网络之间采用统一的协议标准。

　　控制网络和信息网络二者之间采用统一的协议才能成为最终解决方方式。

　　由于两种网络面向不同功能采用了不同的协议标准，才需要在集成时提供某种转换方式以实现数据格式的兼容，这无疑会增加系统组合的难度，也会带来一些意想不到的问题，可能会导致数据损失。如果信息网络能够提高实时性，控制网络能够提高传输速度，这样一来它们的兼容性能能够提高。从应用设备到中央控制系统都可以使用统一的协议标准，不仅保证了信息数据的完整性、及时性、准确性，还可以有效降低系统组建成本。