王金星

（萬橋信息技術(shù)有限公司，蘭州730000）

1 前言

建筑智能化是將信息技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)等高科技手段應(yīng)用到建筑的設(shè)計、施工、運營與管理中來，通過對建筑進行自動化、智能化改造，使其具備智能化診斷、預(yù)測、控制、調(diào)節(jié)、優(yōu)化、安全等先進功能，提高建筑的管理效益，以滿足室內(nèi)環(huán)境、安全、舒適度、節(jié)能等要求，并為使用者提供便捷、舒適、高品質(zhì)的居住或工作體驗。建筑智能化的實現(xiàn)離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析等現(xiàn)代高科技手段的支持。

監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)指的是一種用于對監(jiān)測對象進行實時、準(zhǔn)確和綜合監(jiān)測的系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過安裝傳感器、監(jiān)測儀器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備等，可以對監(jiān)測對象的狀態(tài)和性能進行全方位、多參數(shù)的實時監(jiān)測，比如溫度、濕度、振動等。同時，該系統(tǒng)還配合數(shù)據(jù)處理、分析、報警和反饋等功能，實現(xiàn)對監(jiān)測對象的完全掌控，確保設(shè)備、工程或環(huán)境等的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于建筑、橋梁、環(huán)境、交通等領(lǐng)域，可以對各類工程和物體的狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并及時預(yù)警、提醒處理，應(yīng)用性非常廣泛[1]。本文主要研究監(jiān)測監(jiān)控在建筑智能化中的設(shè)計與應(yīng)用。

2 監(jiān)測監(jiān)控在建筑智能化中的設(shè)計與應(yīng)用

2.1 建筑智能化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

建筑智能化可劃分為OAS、BAS 和CAS 三大功能子系統(tǒng)。

樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)（BAS，Building Automation System），其功能是自動監(jiān)控建筑物內(nèi)機電設(shè)備的運行使其達到最佳狀態(tài)，同時確保建筑物的安全。

通信自動化系統(tǒng)（CAS，Communication Automation System），其功能是借助電話網(wǎng)絡(luò)，計算機網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信來提供語音、數(shù)據(jù)、文字和圖像等信息服務(wù)。

辦公自動化系統(tǒng)（OAS，Office Automation System），其功能是給建筑物內(nèi)的用戶提供管理信息和網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)辦公電子化和辦公自動化，提高辦公室工作效率。

下文主要研究建筑智能化中樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用。

2.2 樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通過樓宇自動化系統(tǒng)可實現(xiàn)智能建筑內(nèi)各種機電設(shè)施的自動控制。BAS 系統(tǒng)是由一個信息通信網(wǎng)絡(luò)組成，該網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⒃O(shè)備的優(yōu)點和潛能充分發(fā)揮出來，可以對機電設(shè)備的工作參數(shù)和運轉(zhuǎn)狀態(tài)進行監(jiān)測。此外，BAS 還會根據(jù)外部環(huán)境、周邊條件、負(fù)荷波動等不同情況的變化來選擇各種設(shè)備的適合工作狀態(tài)，達到優(yōu)化設(shè)備工作狀態(tài)、延長設(shè)備使用壽命、減少能源使用量等目的，同時，可以進一步降低設(shè)備維護頻率，減少維護人員勞動強度和工作時間。最終，這些措施將有助于降低設(shè)備的運行成本并為建筑內(nèi)的人們創(chuàng)造一個更安全、舒適、高效率、節(jié)能的室內(nèi)環(huán)境[2]。

3 監(jiān)測監(jiān)控在樓宇設(shè)備自動化中的設(shè)計與應(yīng)用

3.1 設(shè)計對象

擬設(shè)計對象為甘肅省某四星級賓館，建筑面積2.5萬平方米，樓高30 層，內(nèi)部餐飲、健身場所、游泳館、會議室等配套設(shè)施齊全。

3.2 設(shè)計思路

樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)（BAS）旨在方便管理和節(jié)約能源，并通過提高管理效率和節(jié)能收回投資。因此，在設(shè)計BAS 系統(tǒng)時，應(yīng)以滿足實際需要、減少不必要的投資為主要考慮因素。（1）該賓館的BAS 系統(tǒng)中，將消防控制與閉路電視等中心站設(shè)置在一個房間內(nèi)，以便更好地提高管理效率。同時還設(shè)置了接入消防、保安系統(tǒng)的渠道，通過網(wǎng)絡(luò)連接BAS 系統(tǒng)主機實現(xiàn)賓館的管理、辦公自動化。為方便施工和后續(xù)檢修，采用傳統(tǒng)布線方式為BAS 系統(tǒng)布線。（2）監(jiān)測系統(tǒng)包括模擬量、開關(guān)量監(jiān)測兩部分，其中模擬量監(jiān)測包括電力系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等，涵蓋環(huán)境溫濕度、溫度流量、風(fēng)量、電壓電流等各種參數(shù)的監(jiān)測。開關(guān)量監(jiān)測包括空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、熱力系統(tǒng)等各部分的設(shè)備開停狀態(tài)以及故障報警等[3]。（3）控制系統(tǒng)使用集散系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)采用溫度自動控制或最佳啟?？刂埔员愎?jié)約能源，設(shè)備現(xiàn)場以集中控制為主，地點分散的少數(shù)設(shè)備采用現(xiàn)場控制器即DDC。

3.3 系統(tǒng)組成

賓館BAS 系統(tǒng)主要由主機、備用機，現(xiàn)場控制器（DDC）等監(jiān)測監(jiān)控產(chǎn)品組成[4]，具體結(jié)構(gòu)如圖1 和圖2 所示。

圖1 BAS 系統(tǒng)中心站結(jié)構(gòu)圖

圖2 BAS 系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

3.3.1BAS 系統(tǒng)中心站

中心站由主機、備用機、干線驅(qū)動卡以及系統(tǒng)軟件構(gòu)成。

（1）主機、備用機

在采集數(shù)據(jù)時，現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)既可以用二進制顯示，也可以用十進制顯示。通訊狀態(tài)可以由該系統(tǒng)進行判斷，并在觸發(fā)報警時發(fā)出語音報警。此外，該系統(tǒng)還可以通過現(xiàn)場調(diào)節(jié)控制器（DDC）實現(xiàn)手動或自動的控制，同時可以將所收集的數(shù)據(jù)傳輸至局域網(wǎng)中。并以動態(tài)圖形的形式顯示在各分站。

該系統(tǒng)除了標(biāo)準(zhǔn)配置的主機和備用機外，還有兩塊功能卡插在其擴展槽上。其中一塊是多用戶卡，用于采集數(shù)據(jù)和傳遞控制命令，通過主機向干線發(fā)出信號即咨詢信號，然后接收由干線返回主機的信號即應(yīng)答信號。另一塊是網(wǎng)卡，該網(wǎng)卡把整個樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)（ABS）連成一個局域網(wǎng)，各計算機可以通過網(wǎng)絡(luò)連接到網(wǎng)上[5]。按照需求，還可以通過網(wǎng)絡(luò)連接其他系統(tǒng)。一旦主機發(fā)生故障，熱備份系統(tǒng)會自動切換到備用主機，將其接入系統(tǒng)。

（2）干線驅(qū)動卡

為適用于信號的遠距離傳輸，所以需要干線驅(qū)動卡把中心站主機和備用機輸出的信號轉(zhuǎn)化為基帶信號。

（3）系統(tǒng)軟件

開發(fā)該系統(tǒng)所使用的編程語言有C++、FoxPro 和匯編等，組成該系統(tǒng)軟件的是無數(shù)個模塊且都具有獨立功能。其中，系統(tǒng)的前臺和后臺任務(wù)相互獨立，分別負(fù)責(zé)顯示和編輯、數(shù)據(jù)采集和處理、報警和控制等多個環(huán)節(jié)。在WINDOWS 平臺進行該系統(tǒng)操作。

3.3.2BAS 系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備

（1）現(xiàn)場控制器（DDC）及軟件

現(xiàn)場控制器（DDC）可以作為主機的子系統(tǒng)或分站，對主機的命令和信息進行接收并執(zhí)行，同時還能獨立自成系統(tǒng)進行就地控制，并進行自主信息的接發(fā)。此外，DDC 軟件不僅具有與主機通訊的能力，還可以獨立進行信息處理和運算。DDC 的軟件不僅可以與主機進行通訊，也可以進行獨立的信息處理和運算。

（2）信號轉(zhuǎn)接器

基于其在信息交換方面是中心站與現(xiàn)場設(shè)備之間的紐帶，信號轉(zhuǎn)接器接收和處理各種模擬量、開關(guān)量和脈沖量，將它們轉(zhuǎn)化為具有相同位數(shù)和排列順序的數(shù)字，然后輸出。由此，各個傳感器可以直接連接到系統(tǒng)的干線上，這兩個特點凸顯了這種BMS 系統(tǒng)的獨特之處：首先，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，所有傳感器都可以近距離連接干線電纜，就像燈泡一樣的簡單連接方式；其次，該系統(tǒng)能夠適配各種國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的傳感器，具有較高的開放性。

（3）傳輸電纜

這個基礎(chǔ)傳輸電纜有三個層次的屏蔽和一層外部的塑料保護套，其中包括四根芯線，其中兩根芯線是信號線，另外兩根芯線則作為電源線。

3.4 系統(tǒng)特點

3.4.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

NOVELL 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于該系統(tǒng)，使得系統(tǒng)能夠便捷地連接辦公自動化（OA）和通信自動化（CA）實現(xiàn)局域網(wǎng)的搭建。

3.4.2 系統(tǒng)的可靠性高

系統(tǒng)的主機和信號轉(zhuǎn)接器之間采用干線22 位碼進行串行通信，其中超過一半的位碼用于進行校驗，因此傳輸通道的誤碼率極低（小于10-6）。再者，通信軟件還采用了兩次求和校驗，并且電纜采用了三層屏蔽的特殊設(shè)計。此外，主機還會監(jiān)測每個測控點的通信成功率，展示給操作人員時可以柱狀百分比的形式，從而確保了系統(tǒng)的可靠性。

3.4.3 系統(tǒng)傳輸速率高

這個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率是4800bps，具有較快的巡檢速度和優(yōu)秀的實時性能，同時可以調(diào)整掃描頻率。

3.4.4 離散控制系統(tǒng)

離散控制系統(tǒng)由主機監(jiān)控和現(xiàn)場控制器（DDC）來完成操作，主機既能提供監(jiān)控功能，又能直接操控，而現(xiàn)場控制器（DDC）可以獨自傳輸和處理信息。即使主機或系統(tǒng)總線運行異常，現(xiàn)場控制器仍可繼續(xù)工作。

3.4.5 系統(tǒng)軟件豐富

該系統(tǒng)的軟件豐富性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：所有軟件都已經(jīng)翻譯成中文，并且通過鼠標(biāo)或鍵盤按照中文菜單提示操作，非常容易上手；該主機實時以二進制和十進制報表的形式展示傳感器數(shù)據(jù)，并且可以方便的查看歷史數(shù)據(jù)文件，或者展示傳感器狀態(tài)隨時間展示的曲線。此外，監(jiān)控點傳感器的通訊狀態(tài)還可以以柱狀圖或者百分比的形式展示，并且支持隨時打印報警信息。圖形的編輯采用窗口技術(shù)，可以存儲超過一百張圖形；數(shù)據(jù)存儲時間長，記錄周期短。

4 結(jié)論

本文設(shè)計的樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)在甘肅該賓館實時運行以來，得到用戶一致好評，有功能齊全、性能穩(wěn)定、經(jīng)濟高效、配置合理、環(huán)保節(jié)能等評價。不過隨著建筑智能化的發(fā)展，人們逐漸意識到智能化的便利和優(yōu)勢，本文只通過監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計建筑智能化中的樓宇設(shè)備自動化子系統(tǒng)，得到初步認(rèn)可，但是其他子系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用仍需進一步研究。