吳恩周

(濟川藥業(yè)集團有限公司, 江蘇 泰興 225441)

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BAS結構與數(shù)據交換研究

吳恩周

(濟川藥業(yè)集團有限公司, 江蘇 泰興 225441)

介紹了樓宇自動化系統(tǒng)(BAS)結構模型,采用Express-G圖形語言描述了BAS實體操作序列的結構,分析了BAS中數(shù)據交換的內容和過程。提出要合理地分清和規(guī)劃BAS的模型結構,并進行數(shù)據交換,以便更高效、便捷地使用數(shù)據,為降低能耗提供數(shù)據支撐。

樓宇自動化系統(tǒng); 數(shù)據結構; 數(shù)據交換; 數(shù)據模型

吳恩周(1988—),男,碩士研究生,研究方向為建筑電氣智能化。

0 引 言

樓宇自動化系統(tǒng)(Building Automation System,BAS)是一種將建筑物內的自動化設備集中監(jiān)視和控制,并能在現(xiàn)場和遠程進行管理的系統(tǒng),如照明系統(tǒng)、供熱通風與空氣調節(jié)(Heating,Ventilating and Air Conditioning,HVAC)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等[1-3]。JGJ/T 16—2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》中將BAS分為設備自動化系統(tǒng)(設備運行管理和監(jiān)控系統(tǒng))和消防、安防自動化系統(tǒng)兩種。由于建筑在實際施工中,消防屬于特種設備,因此對于消防系統(tǒng)的BAS部分更多只是監(jiān)視部分,不具有控制功能。智能建筑因BAS的完善和設備產品的發(fā)展,向人們提供更加安全、高效、便捷等功能的建筑環(huán)境,因此在綠色智能建筑中對BAS的需求越來越多,對系統(tǒng)的要求也越來越高。

1 BAS的IFC模型

BAS在建筑的設計、施工及運維階段都將是數(shù)據量非常大的集成系統(tǒng)。在設計階段,既包含產品信息,也包括BAS中上、下級設備之間相關的拓撲結構數(shù)據;在運維階段,既包括設備采集到的數(shù)據,也包括對供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)的監(jiān)控數(shù)據,數(shù)據種類比較繁雜。因此,合理地分清和規(guī)劃BAS模型結構,提供統(tǒng)一、共享的數(shù)據極為重要。

1.1 Express語言概述

IFC標準使用Express語言,采用面向對象的描述方法,其將IFC模型描述為類、與類相關聯(lián)的屬性以及類與其他約束之間的關系。Express語言是機械、制造、航空航天、工藝等產品制造領域的國際標準STEP使用的產品數(shù)據表達規(guī)范化語言,因此Express是一種信息化的建模語言[4-6]。STEP層次結構如圖1所示。

圖1 STEP層次結構

1.2 Express-G圖型語言概述

Express-G是相對于Express語言的一種圖形表達形式,在表示方法的限制內是用一個實體層或模式層精確地表示所有定義、關系及限制,用各種預定義的圖形符號來代表模型中各系統(tǒng)、元器件之間的拓撲關系。Express-G圖形符號如圖2所示。

圖2 Express-G圖形符號

2 BAS數(shù)據模型的描述

IFC信息模型體系結構為模型模塊的開發(fā)提供模塊化結構,由資源層、核心層、協(xié)同層、領域層組成,一個類型可以引用同層或低層次的類型,但不能引用高層次的類型。

2.1 BAS結構模型

BAS信息模型中包含各分系統(tǒng)的終端設備型號、控制元件位置,同時也包括對操作序列的描述,明確了系統(tǒng)內部的工作方式和設備之間的拓撲結構關系。盡管操作序列并不是描述連續(xù)的過程,但對BAS的控制策略有完整的規(guī)劃[7-9]。系統(tǒng)集成商依據該模型,創(chuàng)建控制系統(tǒng)的數(shù)據庫,其中包括BAS通信方式、網絡傳輸需求、傳感器設備參數(shù)以及I/O配置參數(shù),還需開發(fā)出基于操作序列的描述方式的控制程序。

BAS中最重要的組成就是對HVAC系統(tǒng)的監(jiān)控,該部分投資比重大,能源消耗大。在建筑運維過程中,能源的消耗占建筑總能源消耗的40%,甚至更高。因此,對HVAC系統(tǒng)監(jiān)控的智能化程度不僅是實現(xiàn)控制效果的重要方式,也是取得直接經濟效益的關鍵。BAS中的監(jiān)控子系統(tǒng)種類較多,本文選取最具代表性且能耗最大的HVAC系統(tǒng)作為描述對象。HVAC系統(tǒng)拓撲模型如圖3所示。

圖3 HVAC系統(tǒng)拓撲模型

2.2 BAS的Express-G描述

BAS系統(tǒng)實體操作序列如圖4所示。

圖4 BAS實體操作序列

實體操作序列中包含了獨立、完整的設備部件的操作方式,如AHU、終端單元等,操作序列被包含在獨立的控制器中。由于控制器和終端設備之間會存在一一對應的關系,因而在該情況下操作序列和操作子序列之間也存在相應的對應關系,但在BAS中更多的是控制器管理多個終端設備。為了準確地反映BAS中設備與控制器之間的相互關系,操作序列不能直接連接到BAS硬件設備上,而是將操作序列變成相應的屬性特性而繼承在控制器中。

3 數(shù)據交換

3.1 數(shù)據交換內容

BAS中對數(shù)據有需求的人員包括設計師、施工人員、監(jiān)理工程師等,設計師對BAS的數(shù)據需求主要是產品型號、參數(shù)等;施工人員對BAS的數(shù)據需求內容主要是產品數(shù)量、安裝位置及安裝方式等;監(jiān)理工程師對BAS的數(shù)據需求內容主要是產品規(guī)格、安裝位置、設備數(shù)量、廠家信息以及質量檢測報告等。另外,其他人員也會對BAS的數(shù)據有需求,但是可以通過以上人員間接獲取。信息交換過程如圖5所示。

圖5 信息交換過程

從圖5可以看出,在設計階段,數(shù)據交換在設計協(xié)同中,機電工程師設計的位置數(shù)據來源于結構設計師、建筑設計師,產品的型號及性能等數(shù)據來源于產品供應商;在施工階段,數(shù)據交換與共享是在信息輸出部分,施工人員將施工中的數(shù)據信息實時地反饋給BAS調試工程師;在運行和維護階段,數(shù)據交換與共享需求主要由BAS自動生成,將操作行為記錄提供給工程顧問、物業(yè)主管和業(yè)主,建筑管理數(shù)據和資料等由物業(yè)人員反饋給業(yè)主。

3.2 數(shù)據交換描述

BAS中常用的通信協(xié)議有BACnet協(xié)議、LonMark協(xié)議、oBIX協(xié)議、OPC協(xié)議、ZigBee、LonWorks協(xié)議等。其中LonWorks協(xié)議中對BAS中控制器的功能配置文件對應IFC描述如下:風機盤管控制器、屋頂單元控制器、溫控熱泵控制器、機組通風控制器、空間舒適控制命令模塊、VAV控制器、水泵控制器、鍋爐控制器、空間舒適控制器功能配置、排氣控制器等,可以使用IfcController表示;冷水機組可以使用IfcChiller表示;溫度控制器可以使用IfcUnitaryControlElement表示;風門執(zhí)行器、閥門定位器可以使用IfcActuator表示。

現(xiàn)場的溫度傳感器、CO2傳感器等采集的數(shù)據通過總線方式傳輸至控制器,與系統(tǒng)預設值進行對比處理后,在作用至相應的風機、機組等現(xiàn)場設備。

控制器前端的傳感器實時地采集現(xiàn)場環(huán)境的數(shù)據,這些數(shù)據在后期分析后有明顯的特點,按照不同的季節(jié)和工作時間安排,產生的數(shù)據是有規(guī)律可以參考的,尤其是對電能耗產生的數(shù)據具有明顯的差異。如果按照時間條件進行分類,可以將數(shù)據的特征分為熱季工作日、熱季周末、冷季工作日、冷季周末。在數(shù)據交換過程中,用IFC標準描述的時間可以表示為

TYPEIfcDayInWeekNumber = INTEGER;

WHERE

ValidRange:{1<=SELF<=7}

END_TYPE;

該處僅對對象的一周時間進行描述,其余的時間可以依次表示。

4 結 語

本文主要針對數(shù)據交換標準IFC進行了分析,同時利用Express-G圖形語言對BAS實體操作序列的結構進行了詳細描述,用Express語言對BAS中數(shù)據交換的內容和過程進行了研究。BAS數(shù)據交換的最終目的是為了更高效、便捷地使用數(shù)據,為綠色建筑的分析、能耗的降低提供數(shù)據支撐。

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Research of BAS Structure and Data Exchange

WU Enzhou

(Jumpcan Pharmaceutical Group Co..Ltd., Taixing 225441, China)

This paper introduced the structure model of building automation system(BAS),and described the structure of BAS entities operating sequence by using Express-G graphic language.The contents and process of data exchange in BAS were analyzed.It is pointed out that the BAS model structure should be distinguished and planned and the data exchange should be carried out,which can efficiently and conveniently use the data in order to provide the data support for reducing the energy consumption.

building automation system(BAS); data structure; data exchange; data model

TU 201.5

B

1674-8417(2016)09-0051-04

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.09.012

2016-02-26