大型建筑的弱電系統集成及智能建筑設備管理系統的實現[1]

摘　　要　[本文對大型建筑的弱電系統集成和智能建筑設備管理系統的實現做了闡述，從工程的可實施上，而不是偏重理論上，介紹目前可用的弱電系統集成技術、集成平臺類型、弱電系統集成實現的方法等。對集成平臺的選擇做了論述，對WEB在系統集成中的應用提出了看法。最后對系統集成實施的項目管理提出了意見。]

　　1. 前言
　　目前國內會議展覽中心、體育中心、機場航站樓、大型購物中心、大型公共建筑等建設涌現了一批大型建筑，其建筑面積一般從10萬平方米到30萬平方米，而30萬平方米以上的超大型建筑建設也正在出現。這些大型或超大型建筑使用了現代建筑技術，為了使建筑內環境達到人們舒適、安全、快捷等目的，安裝了各種用途的系統和設備。這些大型或超大型建筑通常要建設通信自動化系統、網絡信息系統、綜合布線系統、樓宇自動化控制系統、動力配電監控系統、火災自動報警系統、安全防范系統、照明自動化控制系統、公共廣播系統、以及種類繁多的智能化設備等。以上系統及設備通稱為弱電系統。
　　這些弱電系統在大型或超大型建筑的特點是各個系統的規模大，應用技術復雜。由于同時運行的弱電系統多，系統使用復雜、維護和保養任務重，傳統情況下通常需要大量的專業技術人員來保證各個系統的正常運轉。為了解決這個問題，需要將這些弱電系統集成到弱電管理系統上來，即BMS系統，或稱為對弱電系統的集成。
　　弱電系統集成的是把各個弱電系統集成到一個統一的集成信息平臺上來，建立整體的信息管理和信息流動機制，建立全局的互動機制，建立統一的管理界面，使各種信息匯集上來，為跨系統的事件處理和決策提供綜合的信息依據，為事件處理的程序化和自動化提供可能，為各個系統的維護和運行管理提供一個管理中心。
　　智能建筑中的弱電系統集成分廣義的系統集成（IBMS）和狹義的系統集成（BMS）。
　　廣義的系統集成一般分三個層次進行。
　　第一層次為獨立子系統縱向集成，目的在BMS這一層實現各子系統具體的功，一般以監視為主，控制為輔，保留原子系統的控制功能。
　　第二層次為橫向集成，主要體現于各子系統之間的聯動和優化組合。在確立各子系統重要性的基礎上，實現幾個關鍵子系統之間的協調優化運行、報警聯動控制等集成后的高級功能。
　　第三層次為一體化集成。即在橫向集成的基礎上，建立綜合弱電集成管理系統（IBMS），即建立一個實現網絡集成、功能集成、軟件界面集成的高層監控管理系統。狹義的智能建筑系統集成不包含這一層次。
通常所說的弱電系統集成一般是指狹義的系統集成，即BMS。因為一步到位地實現廣義系統集成不切實際，也不容易實現，現實的做法是多在系統集成的時候為將來進一步的集成留有信息接口。
　　需要注意的是，弱電集成系統與智能建筑設備管理系統還有差別，不能混淆起來。
　　弱電集成系統重點在將各個子系統集成起來，完成信息的收集、存儲和整理，根據既定策略建立各個系統之間的有機聯系，為管理人員的輔助決策提供信息依據，提供簡單的信息查詢和檢索功能，以便對被控設備進行有限的管理。
　　智能建筑設備管理系統以動態的系統和設備管理為標志，是在弱電集成系統基礎上進行高級的動態管理，能夠對子系統、子系統設備、被控設備等進行動態的管理，動態來源于弱電集成系統收集的信息。并能夠制訂各種策略，進行弱電系統的節能控制、最佳運行優化、緊急事件輔助處理、系統可靠性分析、故障預測、維護計劃編排等等高級的管理功能。
　　單純的弱電系統集成給管理帶來的便利不夠明顯，而智能建筑設備管理系統從管理上給業主帶來的效益是十分明顯的。
　　由于智能建筑設備管理系統以弱電集成系統為基礎，充分利用軟件技術來構建，對功能的規劃和實現提出了很高的要求。
　　一體化集成（IBMS）與智能建筑設備管理系統也有明顯的不同，基本上是將BMS通過與網絡系統的集成之后加上相關的應用，由于這些應用的求和實際的需求很難提出，一體化集成在具體情況下的實用性需要認真分析和論證。
　　2. 系統集成目的
　　2.1. 集中管理
　　可對各子系統進行集中統一式監視和管理，將各集成子系統的信息統一存儲、顯示和管理在同一平臺上，并為其他信息系統提供數據訪問接口。
　　2.2. 分散控制
　　各子系統進行分布式控制，保持各子系統的相對獨立性，利于分離故障、分散風險，便于管理。
　　2.3. 系統聯動
　　以各集成子系統的狀態參數為基礎，根據可設置的條件實現各子系統之間的相關軟件聯動。
　　2.4. 優化運行
　　在各集成子系統的良好運行基礎之上，提供設備節能控制、運行計劃設定等功能。
　　3. 系統集成方法
　　一般分為自頂向下和自底向上兩種方法。
　　3.1. 自頂向下法
　　一般提倡自頂向下的方法，這是一種系統的方法。自頂向下的方法是在所有弱電系統建設之前，先規劃建筑物管理系統的功能、通信網絡、軟件界面等。根據需要，還要確定哪些弱電子系統需要集成、各個系統的規模大小、基本的功能需求等，才能選擇合適的集成系統平臺。
　　集成系統平臺必須具有能夠向下集成的能力，能夠靈活使用各種接口技術連接其它子系統，能夠建立整體的信息流動機制，能夠建立全局的系統聯動機制，能夠靈活地設置人機界面，能夠向其它信息系統提供基于TCP/IP的數據接口等。
　　然后再根據集成信息平臺的特性來選擇和確定其它弱電子系統，對子系統提供的接口做約束，對子系統的性能響應時間做約束。
　　選擇弱電子系統的原則是方便與集成系統平臺之間集成，或與集成系統平臺之間的接口技術成熟，滿足集成系統的整體性能要求。目的是減小集成的難度，提高集成的成功率。
　　3.2. 自底向上法
　　自底向上的方法是在已經建設好或正在建設的各個弱電子系統的基礎上再做向上的集成，前提是各個子系統必須能夠提供向上的接口。當然也要選擇一個集成系統平臺。這種方式下，由于前期對各個弱電子系統沒有適當的約束，使集成工作的難度增加，主要體現在以下三點：
　　第一點：解決集成信息平臺與各個弱電子系統之間復雜的接口問題上。
　　第二點：子系統的系統結構可能不滿足集成系統的性能要求。
　　第三點：子系統工程問題會影響集成的進度。
　　弱電集成系統的建設要全盤考慮從上到下各個層次之間的接口技術問題的解決，而不僅僅只考慮集成系統平臺與子系統之間的接口問題的解決，因為子系統與被控對象之間也是一個從上到下的集成關系，同樣要處理好子系統與被控對象之間的接口技術問題。這樣才是遵循系統的原則，才能使智能建筑系統集成更加順暢。
　　4. 智能建筑系統集成平臺的選擇
　　4.1. 成熟的組態軟件環境
　　目前市場上有許多組態軟件，可以作為智能建筑系統弱電集成平臺來用。
　　組態軟件一般運行在流行的Windows操作系統環境，以TCP/IP進行網絡通信，利用數據庫存儲數據。
其內部已經建立了向下的數據接口，可以利用Lonwork、BACnet、ModBus、OPC、RS232/RS485等與子系統或智能化設備建立通信。具有面向目標的人機圖形界面，方便各種目標及其參數在屏幕上的編輯和顯示。基于數據庫，有完善的變量報警、趨勢曲線、過程記錄等管理功能，能夠建立變量或目標之間的聯動關系。
　　由于受組態軟件結構的限制，并且缺少實時數據庫的支持，用于系統集成時有較大的局限性，在系統集成規模比較大的時候，運行的效率不高。
　　4.2. 相對成熟的樓宇控制系統
　　通常的做法是以相對成熟的樓宇控制系統作為集成信息平臺，雖然其向下接口兼容性往往有一定的局限性，但由于樓宇控制系統已經建立好網絡環境、系統聯動機制、告警機制和靈活的人機界面，給系統集成提供了良好的環境。
　　這個時候的樓宇控制系統除了實現本系統的功能之外，還要擔負與各其它各個子系統通信、信息收集、告警顯示、歷史信息存儲和查詢、跨子系統聯動等功能。適合中等規模的系統集成。
　　4.3. 成熟的智能化控制系統環境
　　國外許多智能化控制系統提供商能夠提供從分布式硬件控制模塊到基于數據庫的上層智能化綜合管理軟件，其智能化綜合管理軟件加上相應的硬件可以組成智能建筑系統集成平臺。
　　這樣的智能化控制系統將目標信息點分布在相關的硬件上----分布式處理單元，在集成系統這個層次上也形成了分布式或集散型的控制，使既定的控制策略不用依賴智能化綜合管理軟件而獨立運行。系統的可靠性和實時性大為提高，可以用來做大規模的系統集成，適合大型及超大型建筑的弱電系統集成。
　　并且其集成平臺的接口與每個子系統之間的接口有獨立的連接，具有并發的接口處理能力，使通信的效率大大提高。
　　因此其整體性能優越，功能完整，能夠提供開放的環境和多種多樣的接口。
　　4.4. 工業流程控制軟件及系統
　　工業流程控制軟件及系統用于工業過程控制，其性能響應優越，用做大型民用建筑的弱電系統集成將是很好的選擇。一般來說這類軟件及系統結構先進，并有實時數據庫支持，具有分布式I/O接口，將是很好的智能建筑系統弱電集成平臺，但作為大型系統的時候要特別注意系統的冗余，保證軟件和硬件的可靠運行。這樣的系統可以支撐大型及超大型建筑的弱電系統集成，由于實時數據庫及軟件和硬件的冗余比較昂貴，需要用戶仔細選擇。