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1、建材与装饰 2 0 0 8 年 1 月下旬刊基于 B M S 的弱电系统集成的分析潘 养（金鹏电子信息机器有限公司）1建筑物管理系统(B M S)2 0 世纪 9 0 年代初期我国的智能建筑专家提出了建筑物管理系统(B u i l d i n g M a n a g e m e n t S y s t e m，B M S)的概念，其 B M S 的着眼点是为了加强对智能建筑内各相关监控子系统的综合管理能力，提高整个建筑物内机电设备和安全报警设施监控与管理的效率。到了 9 0 年代后期，随着互联网和内联网技术的迅速发展，世界著名软件开发商都全力开发支持互联网和 WB E技术的应用软件和数据库结构
2、，出现了以控制网络集成和信息共享为基础的智能建筑管理系统，提出了 3 S(B M S、O A S、C N S)系统一体化集成的目标。由于互联网和 WE B技术是基于开放性的标准，如：T C P/I P、H T M L等，因此也使得各软件开发商所开发的各种应用软件必须支持上述开放性的标准，导致各软件开发商提出编制应用软件和数据通讯接口的标准化。B M S 是以系统体化、功能一体化、网络一体和软件界面一体化等多种集成技术为基础，运用标准化、模块化及系列化的开放性设计，以中央监控管理级、部门(子系统)监控(分层)管理级和现场信息采集与控制级的三层结构，通过分布式通讯网络，将整个建筑物内所有子系统的信
3、息资料汇集到一个统一的集成平台上，在同一界面环境下，实现对分散在建筑内所有子系统及其可控设备的集中监视、控制和管理，通过对各子系统资源收集、分析、传送和处理，实现对整个建筑物进行最优化的控制和决策，达到高效、经济、节能和协调运行，并最终与建筑艺术相结合，创造一个舒适、温馨、安全的工作和生活环境。B M S将建筑物内各控制子系统 B A S(楼宇自动化系统)、S M S(综合保安管理系统)、F A S(火灾报警系统)、C P S(停车场管理系统)、S C S(综合智慧卡系统)等集成为一个“有机”的统一系统，其系统集成示意图如图 l 所示。从 B M S 系统集成示意图可知，基于 B M S 的智
4、能建筑弱电系统的集成从横向来看，它是弱电系统中各个子系统、分系统内部及相互之间的集成；从纵向来看，它共分三级：现场级、分站级和中央监控级。这三级又可分为二个层次，即底层的控制网络集成和上层的信息集成，其中，现场级的控制网络集成是整个系统集成的基础，而分站级和中央监控级的信息资源集成是整个系统集成的关键。2底层的控制网络集成智能建筑中底层的控制网络集成是整个 B M S 系统集成的基础和前提，为此可从两个方面来分析这个问题：现场设备的接入和控制网络的互联。2.1现场设备的接入智能建筑中的机电设备种类繁多，由于生产厂家的不同，这些设备所提供的接口也大都各不相同。对于这些不同的现场设备，比如传感器(
5、温度、湿度、压力、无源红外线等)、驱动器(开关、整流器、断路器、变风量控制器、变频驱动器等)、以及空调机、压缩机、冷水机组等，如何实现它们的接入是一件很困难的事情。对于比较简单的现场设备如传感器、驱动器等，在工程的设备定货阶段就要向设备供应商索要详细的说明书，以明确该设备详细的接口参数如电压、电流、接线方式等，为日后的接入系统打下基础。比较大型的设备如冷水机组、电梯等，由于它们一般是自成一个小系统，其内部详细的控制功能都是生产厂家已经设计好并实现了的，它们一般只提供一个数据接口供接入时使用，以方便操作站实施监控和最简单的控制(如启、停)。对于这一类型的设备(我们一般称为单项设备系统)，系统集成
6、商所要做的就是如何实现设备供应商提供的接口与控制网络的互联，以读取设备数据和实施简单的控制。纵观这些单项设备系统的接口协议，我们发现它们无非是目前比较流行的 R S 2 3 2、R S 4 8 5、B A C n e t 以及 L o n Wo r k s、P R O F I B U S等现场总线协议。R S 2 3 2、R S 4 8 5 等通讯协议技术目前已经很成熟了。要实现它们的接人是比较容易的。而 B A C n e t，L l n L o r k s、P R O F I B U S 等技术发展起来一般不超过 1 0 年，本身就是还在进一步发展的技术，还有很多不成熟的地方。虽然很多国际
7、大公司都宣称开发出了各种开放系统，但在系统集成的实际应用中，往往很难做到真正的兼容。系统集成商们在实现这些单项设备系统的接入时，大多需要自己开发针对实际应用的协议转换模块来完成集成任务。2.2控制网络的集成控制网络是组成智能建筑机电设备监控系统的网络，如L o n Wo r k s 现场总线、B A C n e t 标准协议、R S 1 8 5 总线等。在智能建筑中，原来的控制系统是封闭的、集中式的、不灵活的体系结构，各子系统多由不同厂家的产品组成，它们独立承担职责，即使进行集成，由于通信协议的限制，也只能做到设备的简单联动。现场总线技术的兴起，改变了这种现象。在智能建筑中的各子系统中，采用现
8、场总线技术，用简单连接的双绞线等作为传输介质，把具有数字计算和数字通信能力的测控仪表按照摘要:本文分析了 B M S 弱电系统集成的控制网络集成和信息集成的实现技术，实施时所要达到的集中监控、互动控制和管理的功能。关键词:系统集成；网络；信息；监控建筑物管理系统 B M SO P C 服务器楼宇自动化子系统O P C 客户O P C 服务器消防子系统O P C 客户O P C 服务器保安子系统O P C 客户O P C 服务器O P C 服务器现场设备 3O P C 服务器现场设备 4O P C 服务器现场设备 2现场设备 1子系统分站级现场级图1B M S集成系统示意图电力建设 1 0 3
9、建材与装饰 2 0 0 8 年 1 月下旬刊公开、规范的通信协议连接成控制网络，与工作站及远程监控计算机进行数据传输和信息交换，实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控及管理一体化的综合自动化功能。工作站和智能仪表之间通过控制网络进行数字化通信，不仅能够完成组态和管理，而且能够应用优化的控制策略和算法得到高精度、高效率的控制效果。控制网络的通信不同于以传输信息和资源共享为目的的信息网络，其最终目标是实现对被控对象中能量和物质转移的有效控制，使系统安全稳定地运行。因此要求具有协议简单、安全可靠、纠错性好、成本低等特点。其网络负载稳定，多为短帧传送，信息交换频繁、实时性强。当今的楼宇自动
10、化领域，由大量不同生产商开发的各种类型的控制系统、分系统、子系统充斥着市场。在完成一幢智能建筑的集成时，我们会发现需要将采用各种协议或总线技术的子系统、分系统集成为一体，这是无法回避的问题。遇到这种情况，集成商往往采用网关连接的办法，即通过一个协议转移器来实现各种不同协议或总线之间的转换，从而达到互联的目的。协议转移器的功能是在不同协议的控制网络之间实现协议转换和数据交换，为上层信息资源的集成打下良好的基础。目前在楼宇自动化领域内，最引人瞩目的当数 E c h e l o n 公司推出的 L o n w o r k s 总线，由于 L o n w o r k s 总线开发系统配置齐全，即插即用
11、互联方便，开发厂商人多势众，实际应用已成燎原之势。其次是 B A C n e t 协议，B A C n e t 由于是专为楼宇自动化而设计的标准协议，所以它大有后来者居上之势。其它各种协议占了一小部分市场。L o n w o r k s 现场；浓线技术的成功在于它的技术优势，而 B A C n e t 协议正在后来居上(虽然目前即使都宣称遵循B A C n e t 协议的设备也很难真正集成，B A C n e t 协议还需要进一步的标准化)在于它的开放性和标准化。如何实现这两大控制网络的互联，是目前业界的热门课题。有很多国际大公司都各自开发出了能实现 B A C e n t 网络和 L o n
12、 Wo r k s 网络互联的协议转换器，但在实际工程应用中还是会遇到各种问题，因此，开发适合工程实际的具有协议转换功能的接口模块是系统集成商在实施集成过程中的首要任务。目前许多重要机电设备及子系统，都带有自成体系的独立专用控制系统，如要与 L o n w o r k s 系统整合成一个完整的控制系统，协议转换模块是必不可少的。而对于非开放的 D C S 系统，在不放弃原有产品的前提下，使用协议转换器使系统部分总线纳入 L o n w o r k s 网络是最常见的技术方案。3上层的信息集成上层的集成实际上是信息的集成；弱电系统信息集成的主要特征是：建立一个完整、统一的以网络为基础的监控管理平
13、台，提供一整套系统软件，能采集和取用弱电各分系统的所有实时数据并在集成网络系统上发布，可实现对系统信息、资源和管理服务的共享，具有一致、简易和方便的个人业务操作界面，能满足众多用户的不同作业需求。根据上海市于 1 9 9 5 年颁布的智能建筑设计标准，“智能建筑工程设计中对集成的各子系统应实行统一的管理和监控，其中甲级智能楼必须具有各智能化系统的集成。接口应标准化、规范化，实现各智能化系统之间的信息交换”。可见弱电系统集成应以信息集成为目标，实现智能建筑弱电系统集成的核心技术是弱电系统信息的集成。B M S 弱电系统集成的本质是实现各个子系统之间的信息交换、对各子系统实行统一的管理和监控，其信
14、息流程图如图 2 所示。系统集成首先应关注各子系统间的互联性和互操作性问题，此外还应关注系统联动实现问题。各子系统之间的互联性和互操作性问题是一个多厂商、多协议、面向各种应用的体系结构问题，需要解决各类设备、子系统之间的接口、协议、系统平台、应用软件、建筑环境、运行管理等各类集成的问题。能否方便、灵活地接入各子系统，是 B M S 系统软件设计和实现时的一个重要问题。目前运用于智能建筑弱电系统信息集成的主要是软件接口(信息交换)技术和信息共享技术。软件接口技术主要有 D D E技术、O L E技术。D D E方式具有较强的实时性，而且比较容易实现，可以采用标准的 Wi n d o w s 技术
15、。但是涉及到复杂的协议转换时，D D E方式的软件费用比较高，因此这种方式适合配置简单的小系统。1 9 9 6 年以后发展起来的基于 O L E和 C O M技术的O P C技术正在逐步应用于信息集成方面。一个集成系统对先进成熟的新技术、新标准采取的技术态度，不应该是仅仅去适应和修补，而应该完全采用和利用新技术、新标准，以期共同推进技术进步。就目前来说，O P C技术正是 B M S 系统信息集成上最适合的技术。信息共享技术一般采用分布式数据库技术。在比较大型的建筑中，一般每个分系统都有自己的数据库，要在这些数据库之间实现数据共享，需要完成异种数据库的集成任务。为此有两个方面必须予以重视：3.
16、1地址透明性只有知道数据库中数据的具体存放位置，才能直接访问它，希望做到用户和编程人员只要指名数据项的逻辑名，系统就能自动把逻辑名映射到该数据的物理地址上。3.2语言透明性异种数据库的集成应当提供语言的透明性，让用户使用一种公共的标准语言集就能够访问不同数据库的数据。当前，S Q L语言已成为事实上的标准语言。4系统功能B M S 是由楼宇自动化系统、消防报警系统、保安监控系统、停车场管理系统等子系统组成的，因此 B M S 的功能首先是各个子系统的功能，实现对智能建筑内务类弱电设备的监控管理，保证系统的基本功能和正常运行；然后是系统集成后所具有综合功能，概括集中的监视、控制和管理功能，全局事
17、件的管理功能，物业管理系统 物业管理人员人机界面共享数据库子程序库专家知识库通讯接口B A S、F A S 等I N T E R N E命令 信息响应B M S 软件指令数据B M S 软件指令控制方案经验反馈现场信息监控指令图2B M S系统信息流程图电力建设 1 0 4 建材与装饰 2 0 0 8 年 1 月下旬刊流程自动化管理功能。智能建筑的 B A S 构成复杂、多变、子系统繁多任务与功能各不相同，但相互之间又存在着一定的关联性。概括起来，B M S弱电系统集成，即 B M S 弱电系统集成的任务是：在确保各子系统安全、可靠、经济运行的基础上，通过系统集成至少应进一步满足以下功能需求：
18、（1）在楼宇自动化系统与消防自动报警系统、保安系统、车库管理系统及其它独立设置而又隶属于广义 B A S 范畴的智能化子系统之间，实现相关监测信息的通信及由这些信息而引起的相关联动控制。（2）具备与通信自动化系统 C A S 及办公自动化系统 O A S 之间联网的能力，以实现三大集成子系统之间的资源共享与功能集成。（3）B M S 的通信接口、通信协议、接口软件必须符合国际通用标准，并具备与相关机电等设备互联与集成的商业化产品和工程应用实例。（4）提供通过程控电话网，实现远距离呼叫、通话与控制的功能。（5）实现广域网通信和由此而获得的资源共享与联动控制等功能。（6）为该工程的现代化物业管理提
19、供良好的硬件与软件环境。智能建筑弱电系统的相关性，决定了其 B A S 在实现系统集成时应具有协调控制与管理的功能，以达到智能建筑的总体目标。具体来说，协调控制与管理表现在以下几个方面：4.1与消防自动报警系统的联网和集成消防自动报警与控制系统应单独设置控制室，实现独立的显示、控制和报警功能。B M S 应提供与其互联所必须的标准通信接口和特殊接口协议。在 B A S 的统一平台上，应能观察到火灾报警系统的相关信息；在消防总控制台上，也可显示相关的、实时的 B A S 信息。例如，B M S 操作站应具备如下功能：（1）实时、图形化显示烟感、温感等探头和手动报警器等的位置和状态。（2）实时、图
20、形化显示消防喷淋、消防水泵运转及过载报警等状态信息。在 B M S 监控中，b 的显示屏上，应能随时显示火灾报警系统的动态图像并与消防控制中心同步。（3）B M S 与火灾报警系统的通信协议必须符合国际标准，并具备实现进一步协调控制与集成的功能。（4）发生火灾事故时，除消防系统必须的联动控制功能外，还应提供与 C C T V、C A T V、出入控制与停车场等子系统的联动控制。4.2B M S与保安系统的联网和集成保安系统应单独设置中央控制室，其组成包括闭路电视监视系统、出入口控制系统、防盗保安系统与巡更系统等子系统，B M S 与保安系统的通信协议，必须符合 B A C n e t。等标准协
21、议。B M S 应提供与保安监控中心互联所必须的标准通信接口和特殊接口协议。在 B M S 的平台上，应能实时观察到防盗保安系统、闭路监控系统、出入口控制系统、巡更等系统的如下相关信息：（1）建筑物防盗系统的分布图和状态，防盗系统的撤防和布防。（2）反映监视器的位置、状态与图像信号的闭路电视平面图。（3）门禁系统平面图，门磁开关位置和状态。（4）车库保安系统的分布图与状态。（5）能进一步提供协调控制与集成所需的其他数据和图像等信息。在全面获取相关信息的基础上，实现防盗报警保安系统与C C T V、出入控制及停车场多子系统的联动控制。4.3B M S与停车场管理系统的联网和集成停车场管理系统独立
22、设置，在 B M S 平台上，应能实时获得如下相关信息或具备如下功能：（1）B M S 通过局域网或集成器，与车库管理系：统进行互联。（2）在 B M S 集成管理平台上，应能获取车库管理系统如下状态和管理信息：车辆的流量、车位资料及其他系统信息；收费信息与主要管理信息。（3）将必要的车库管理信息上网，以便物业管理和行政管理等相关部门亦能共享车库信息资源，而实现统一收费等服务功能。（4）B M S 与车库管理系统的通信，必须采用符合标准的通信协议，并具备实现进一步集成的能力。4.4B M S与机电设备及其它相关系统的联网和集成B M S 系统及与之集成的子系统都必须是开放的，必须遵循国际标准的
23、通信协议，并具备使系统升级和兼容的能力，以便保证该智能化集成系统在今后相当长的时间内能够不断扩容、升级和进一步完善其系统集成功能。B M S 系统应能通过集成器与本建筑物中的主要智能机电设备进行直接联网通信，即 B M S 应能提供集成器硬件与联网软件，以实现与诸如冷水机组、专用空调机或新风机、大型变配电装置与电梯等机电设备的直接数字通信。在此基础上，还应提供节能优化等集成功能。除完成以上功能以外，还应预留与 O A S、C A S 等其他系统集成的接口，以备系统的进一步扩展。5结 语智能建筑的弱电系统集成涉及到自动化控制技术、计算机技术、通信技术以及信息技术等，它是集这些技术于一体的集合体。智能建筑的发展历史还不长，随着各种新技术的不断发展，基于 B M S 的弱电系统集成也必将达到一个新的高度。电力建设 1 0 5