1 前言
智能建筑屬大系統(tǒng)工程范疇，一般來(lái)說(shuō)，大系統(tǒng)的特點(diǎn)在于：多目標(biāo)、高維數(shù)、關(guān)聯(lián)性、分散性、不確定性和主動(dòng)性。其中不確定性包括隨機(jī)性、模糊性與發(fā)展性等；主動(dòng)性則表現(xiàn)在因人參與后導(dǎo)致系統(tǒng)特征的變化。智能樓宇是采用系統(tǒng)集成方法將計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)與建筑藝術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，通過(guò)對(duì)建筑設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控、對(duì)建筑內(nèi)信息資源的管理和對(duì)使用者的信息服務(wù)，以及將設(shè)備監(jiān)控技術(shù)、資源管理和信息服務(wù)與建筑要求優(yōu)化組合，建立一個(gè)投資合理、適應(yīng)信息社會(huì)需要并且具有安全、高效、舒適、便利與靈活特點(diǎn)的建筑物。
2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思想
系統(tǒng)集成大體上可以歸納為兩個(gè)方面的內(nèi)容：設(shè)備的集成和信息的集成。所謂設(shè)備集成是指通過(guò)相似或兼容的技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)在同一技術(shù)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到減少設(shè)備投入，簡(jiǎn)化施工，減少維護(hù)的目的，比如綜合布線、LONWORKS現(xiàn)場(chǎng)總線、BACnet等技術(shù)均可實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)通訊平臺(tái)。所謂信息集成是指不同系統(tǒng)之間往往需要交換信息，或需要綜合多個(gè)系統(tǒng)提供的信息做出判斷，這就要求不同系統(tǒng)之間的信息能夠共享。盡管學(xué)術(shù)界提出"一體化集成"的說(shuō)法，但在工程實(shí)踐中，由于技術(shù)條件和成本的限制，一般還是根據(jù)具體情況實(shí)施多種集成方案，以合理滿足用戶的需求。
2.1 系統(tǒng)組成
整個(gè)控制系統(tǒng)由就地計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、中央操作站和現(xiàn)場(chǎng)顯示觸摸屏三個(gè)部分構(gòu)成，其中就地計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)稱(chēng)為下位機(jī)，中央操作站稱(chēng)和現(xiàn)場(chǎng)顯示觸摸屏為上位機(jī)。下位機(jī)采用直接數(shù)字控制器（DDC），上位機(jī)采用基于Windows2000Pro操作系統(tǒng)。就地計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和中央操作站一起組成了完善的DCS集散控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)包括12個(gè)子系統(tǒng)，分別是：中央空調(diào)、冷站、換熱站、給水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、照明、高壓配電、低壓配電、消防、巡更安防、車(chē)庫(kù)通風(fēng)、可燃?xì)怏w防護(hù)。
2.1.1就地計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)
就地計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，同時(shí)完成對(duì)各種接入傳感器的數(shù)據(jù)采集，然后通過(guò)通訊口向上位機(jī)傳輸所采集的模擬量、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等重要運(yùn)行數(shù)據(jù)。另外，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)，DDC負(fù)責(zé)記錄報(bào)警信息，包括報(bào)警對(duì)象、報(bào)警時(shí)間、報(bào)警點(diǎn)的值、恢復(fù)正常的時(shí)間等，并向上位機(jī)傳送報(bào)警信息。概括的說(shuō)，就地計(jì)算機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)中真正對(duì)設(shè)備直接控制的關(guān)鍵部分。
2.1.2 中央操作站
中央操作站通過(guò)專(zhuān)門(mén)的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)與就地計(jì)算機(jī)一起構(gòu)成完整的集散控制系統(tǒng)（DCS），一方面，它接收來(lái)自DDC發(fā)送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，利用自身的計(jì)算處理能力，對(duì)采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，形成完善的歷史曲線、報(bào)警記錄等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并提供諸如報(bào)表打印等一系列管理功能；另一方面，通過(guò)上位機(jī)可以完成所有下位機(jī)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程參數(shù)整定（Remote Setting)、控制功能選擇、設(shè)備遠(yuǎn)程操作（Remote Operate）等工作，起到一個(gè)總管理者的作用。
中央操作站用完全圖形化的界面直觀地顯示各下位機(jī)全部運(yùn)行參數(shù)，如圖1所示，在此基礎(chǔ)上加以處理、記錄。本系統(tǒng)軟件建立在可靠的Windows2000Pro中文平臺(tái)上，且內(nèi)核完全中文化，非常易于學(xué)習(xí)使用。
在中央操作站可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制器（DDC）進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，它們之間利用符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，具有高速、可靠、可擴(kuò)充性好的特點(diǎn)。
2.1.3 數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)
在中央操作站和DDC通訊時(shí)，使用主從方式，中央操作站作為Master發(fā)送指令給DDC，DDC作為Slave處于被動(dòng)狀態(tài)，被傳送的一組數(shù)據(jù)成為“幀”。觸摸屏發(fā)送的幀的結(jié)構(gòu),如表1所示。
傳送幀的格式表1
@ | LenL | LenH | NodeNum | CodeNum | Data… | ChkSum | $ |
起始符數(shù)據(jù)長(zhǎng)度節(jié)點(diǎn)號(hào)命令碼傳送的數(shù)據(jù)校驗(yàn)和終止符 | |||||||
本協(xié)議每一個(gè)數(shù)據(jù)都是以無(wú)符號(hào)的8位數(shù)據(jù)傳送，每次只能傳送0~255之間的數(shù)，如果大于255就要將其分解傳送，先傳送低位，再傳送高位，傳送結(jié)束后再還原；如果是字符，則傳送字符的ASCII碼的值。其中，‘@’作為通訊的起始符，表示傳送一組數(shù)據(jù)的開(kāi)始；LenL表示傳送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的低8位，LenH是高8位。NodeNum是節(jié)點(diǎn)號(hào)，當(dāng)中央操作站和多個(gè)DDC相聯(lián)時(shí)，用來(lái)標(biāo)識(shí)DDC；CodeNum表示命令碼，用來(lái)判斷是向DDC讀或?qū)憯?shù)據(jù)；Data是要傳送的數(shù)據(jù)；ChkSum是校驗(yàn)和，計(jì)算方法是從NodeNum開(kāi)始累加到ChkSum前一個(gè)字節(jié)為止，在累加過(guò)程中，如果溢出將溢出部分丟棄�！�$’是通訊的終止符，表示傳送一組數(shù)據(jù)結(jié)束。
其中，ChkSum（校驗(yàn)和）是為了提高通訊的可靠性而設(shè)置的，它被安排在終止符的前面，以檢查傳送的數(shù)據(jù)是否正確。每次接收到一幀，計(jì)算校驗(yàn)和，若與幀中的校驗(yàn)和不相等，就認(rèn)為本次幀傳送錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)舍棄不用。
2.1.4 通信方式
數(shù)據(jù)在通信線路上傳輸有方向性，按照數(shù)據(jù)在某一時(shí)間傳輸?shù)姆较�，線路通信方式可以分為單工通信、半雙工和全雙工通信方式。系統(tǒng)采用485總線通信，因此線路通信方式為半雙工方式。傳輸速率是指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘�，它是衡量系統(tǒng)傳輸?shù)闹饕笜?biāo)。調(diào)制速率是脈沖信號(hào)在經(jīng)過(guò)調(diào)制后的傳輸速率。信號(hào)在調(diào)制過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)調(diào)制信號(hào)波形變化次數(shù)，也就是單位時(shí)間內(nèi)能調(diào)制的調(diào)制次數(shù)，其單位是波特（Baud）。調(diào)制速率和數(shù)據(jù)信號(hào)速率在傳輸?shù)恼{(diào)制信號(hào)是二態(tài)串行傳輸時(shí)，兩者的速率在數(shù)值上是相同的，否則就不一樣。
3 設(shè)計(jì)功能詳述
3.1 各系統(tǒng)的構(gòu)成及功用
整個(gè)系統(tǒng)分為12個(gè)子系統(tǒng)，分別是：中央空調(diào)、冷站、換熱站、給水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、照明、高壓配電、低壓配電、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)、巡更安防、車(chē)庫(kù)通風(fēng)。各系統(tǒng)的構(gòu)成及功用如表2所示。
各系統(tǒng)的構(gòu)成及功用表2
系統(tǒng)名稱(chēng) | 監(jiān)視對(duì)象 | 控制內(nèi)容 |
中央空調(diào)智能系統(tǒng) | 空調(diào)機(jī)組的送風(fēng)機(jī)、回風(fēng)機(jī)和相應(yīng)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（包括加熱、加濕、制冷和風(fēng)門(mén)執(zhí)行器） | 1. 根據(jù)房間的平均溫濕度與設(shè)定的溫濕度對(duì)比后根據(jù)以PID算法為基礎(chǔ)控制模型計(jì)算后自動(dòng)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)制冷閥、加熱閥與加濕閥的開(kāi)度。 2. 聯(lián)動(dòng)控制3. 保護(hù)控制 |
冷凍站智能系統(tǒng) | 1.（冷）交換器、換熱水泵 2. 換熱水泵的運(yùn)行狀態(tài)和故障、蒸汽壓力與流量、蒸汽供汽/凝水溫度、熱水進(jìn)水/出水溫度、一次/二次冷水進(jìn)水/出水溫度、蒸汽/冷水調(diào)節(jié)閥溫度、換熱泵的電流信號(hào)等。 | 根據(jù)要求啟停冷水機(jī)組、冷卻泵、冷凍泵、電動(dòng)蝶閥、冷卻塔風(fēng)扇；冷水機(jī)組臺(tái)數(shù)控制、冷凍水壓差控制、冷卻水溫控制、定壓水罐壓力控制、補(bǔ)水箱液位控制 |
換熱站智能系統(tǒng) | 對(duì)樓內(nèi)空調(diào)機(jī)組、冷水機(jī)組、排煙風(fēng)機(jī)、照明、變配電、新風(fēng)機(jī)組及大廳噴泉水幕系統(tǒng)等實(shí)施自動(dòng)化節(jié)能控制及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視 | 1.冬季模式下，通過(guò)調(diào)節(jié)模擬熱水出水溫度的旋鈕來(lái)控制蒸汽調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度（PI調(diào)節(jié)） 2.夏季模式下，通過(guò)調(diào)節(jié)模擬二次側(cè)冷水出水溫度的旋鈕來(lái)控制一次側(cè)冷水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度（PI調(diào)節(jié)） |
生活給水排水智能系統(tǒng) | 1. 生活泵、加壓泵、變頻器、中區(qū)/高區(qū)水箱水位、蓄水池 2. 排水泵、排污泵、積水坑/污水坑水位 | 1.水位控制生活泵的啟停、根據(jù)加壓泵總管出口壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的變化、控制大樓的蓄水池自動(dòng)啟停水泵 2. 積水坑/污水坑水位高于啟泵水位時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)排水泵、排污泵，水位低于停泵水位時(shí)自動(dòng)停排水泵、排污泵；積水坑/污水坑水位高于報(bào)警水位時(shí)，啟動(dòng)備用泵 |
照明智能系統(tǒng) | 1. 大廳、車(chē)庫(kù)、東西區(qū)走道的照明、辦公、障礙照明、建筑物立面照明 | 1. 根據(jù)照度控制或者由個(gè)人自行遠(yuǎn)程集中控制 2. 實(shí)現(xiàn)以周為單位預(yù)設(shè)定實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制 |
高低壓配電智能系統(tǒng) | 1. 高低壓配電柜、變壓器 2. 電壓、電流、功率因數(shù)、變壓器、有/無(wú)功功率、斷路器的狀態(tài) | 1.變壓器溫度超限報(bào)警 2.斷路器動(dòng)作報(bào)警 3.自動(dòng)計(jì)算有功功率、無(wú)功功率 |
車(chē)庫(kù)通風(fēng)智能系統(tǒng) | 1. 送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、二氧化碳的濃度、車(chē)位的狀態(tài) | 1.據(jù)測(cè)得二氧化碳的濃度與系統(tǒng)設(shè)定值比較，啟停送風(fēng)機(jī)與排風(fēng)機(jī) 2.自動(dòng)判斷車(chē)位的有無(wú) |
巡更安防智能系統(tǒng) | 1. 更點(diǎn)、微波移動(dòng)檢測(cè)器、線纜周界檢測(cè)器、玻璃破碎檢測(cè)器 2. 按照預(yù)先的設(shè)定線路檢測(cè)各個(gè)巡更點(diǎn)的狀態(tài) | 1. 指定巡更路線和每巡更段完成的最長(zhǎng)時(shí)間來(lái)檢測(cè)巡更人員的工作狀態(tài)，對(duì)他們的巡更情況進(jìn)行監(jiān)督、記錄，并能對(duì)意外情況報(bào)警和及時(shí)的處理。 2. 巡更超時(shí)報(bào)警、巡更暫停報(bào)警、各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)報(bào)警 |
建筑消防智能系統(tǒng) | 1.溫感器、感煙器、消防水泵、噴淋泵、定壓泵、火災(zāi)廣播、疏散照明、正壓風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī) | 1. 準(zhǔn)確探測(cè)產(chǎn)生火災(zāi)的警情并及時(shí)報(bào)警 2. 在確認(rèn)火災(zāi)發(fā)生后，可實(shí)施人工或自動(dòng)滅火及阻隔火災(zāi)的控制 |
以上弱電子系統(tǒng)在整棟建筑物內(nèi)擔(dān)負(fù)著各自不同的功能，各系統(tǒng)的功能既相互關(guān)聯(lián)又相互獨(dú)立，如何利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和高效可靠的網(wǎng)絡(luò)操作平臺(tái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能子系統(tǒng)的互連、資源共享及信息交換，是保證本建筑內(nèi)整個(gè)弱電系統(tǒng)能充分發(fā)揮其功能的核心問(wèn)題。
3.2 集成系統(tǒng)的操作平臺(tái)
本系統(tǒng)采用重慶太和空調(diào)自控有限公司開(kāi)發(fā)的大型建筑弱電系統(tǒng)集成軟件作為系統(tǒng)集成軟件操作平臺(tái)，是為完成智能建筑領(lǐng)域的控制集成和信息集成而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)集成產(chǎn)品，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)嵌的數(shù)據(jù)平臺(tái)與應(yīng)用集成平臺(tái)，達(dá)到所有子系統(tǒng)間高效、可靠的信息交換，從而為智能大廈與智能小區(qū)提供靈活的解決方案，解決當(dāng)前智能建筑系統(tǒng)集成過(guò)程中廣泛存在的問(wèn)題。系統(tǒng)內(nèi)部建有智能建筑各常用弱電子系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)控制模板，調(diào)試人員可根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際需要，靈活方便的裁剪出滿足設(shè)計(jì)要求的各子系統(tǒng)操作界面，完成對(duì)智能建筑功能子系統(tǒng)的集成，使現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員無(wú)需編程，便可完成工程組態(tài)和調(diào)試，最終呈現(xiàn)給用戶滿意的功能和界面
系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下：
- 采用Internet時(shí)代的B/S三層體系架構(gòu)
- 支持局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)
- 內(nèi)嵌實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)保障子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互
- 靈活的用戶權(quán)限管理,完善的安全保障機(jī)制，提供多級(jí)權(quán)限管理
- 綜合各個(gè)控制子系統(tǒng)的歷史和當(dāng)前狀態(tài)信息，提供相關(guān)報(bào)告
- 系統(tǒng)內(nèi)優(yōu)化和聯(lián)動(dòng)控制, 提供實(shí)時(shí)的系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)功能
- 支持已開(kāi)發(fā)工程及子系統(tǒng)的直接復(fù)用
- 支持LONWORKS現(xiàn)場(chǎng)總線
- 能夠支持第三方應(yīng)用系統(tǒng)的集成，同時(shí)能夠被第三方系統(tǒng)集成
4 系統(tǒng)集成中決策支持系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題
集成后的系統(tǒng)往往很龐大，這個(gè)龐大的系統(tǒng)的復(fù)雜性并不是其組成的各個(gè)子系統(tǒng)的復(fù)雜程度的簡(jiǎn)單代數(shù)和，往往是各個(gè)子系統(tǒng)復(fù)雜程度之和的幾十倍甚至數(shù)百倍，而我們常常面臨著這樣的大系統(tǒng)中的組織管理、協(xié)調(diào)、規(guī)劃、預(yù)測(cè)和控制等重大決策問(wèn)題。這些問(wèn)題的特點(diǎn)表現(xiàn)在層次結(jié)構(gòu)上越來(lái)越復(fù)雜，空間活動(dòng)的規(guī)模上越來(lái)越大，時(shí)間尺度上越來(lái)越快，后果和影響上越來(lái)越廣泛和深遠(yuǎn)。
系統(tǒng)的復(fù)雜性和因素的模糊性，給系統(tǒng)帶來(lái)了新的問(wèn)題，如：
4.1 知識(shí)獲取的不完全性
由于受認(rèn)知過(guò)程的復(fù)雜性和認(rèn)識(shí)水平的制約，此時(shí)人們獲得的數(shù)據(jù)往往是不精確的，即有所了解，但不全面；有所掌握，但不肯定；有所估計(jì)，但不確切。
- 推理規(guī)則的過(guò)于經(jīng)驗(yàn)化
此時(shí)，決策所需的規(guī)則往往是經(jīng)驗(yàn)式的。規(guī)則的前件或后件所包含的概念外延不清晰。用精確數(shù)學(xué)模型已經(jīng)不能較好的描述這些大量存在的模糊概念了。
- 約束指標(biāo)的不確定性
決策約束指標(biāo)可能不是定量的指標(biāo)，往往是類(lèi)似如“較大”、“很高”、“非�？臁钡茸匀幻枋稣Z(yǔ)言。
5 結(jié)束語(yǔ)
作為建筑智能化系統(tǒng)集成的應(yīng)用實(shí)例，該系統(tǒng)構(gòu)建了綜合局域網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)場(chǎng)控制總線網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)智能建筑專(zhuān)用軟件平臺(tái)，良好的實(shí)現(xiàn)了各相關(guān)功能子系統(tǒng)的互連、信息交換及資源共享，并為日常管理提供了先進(jìn)的智能化管理手段。
參考文獻(xiàn)：
1 胡崇岳主編.智能建筑自動(dòng)化技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社，1999.6
2 徐應(yīng)聲智能建筑系統(tǒng)集成化技術(shù). 建筑學(xué)寶，1992
System integrated of intelligence buildings
Wang JingYan Zhang
(Department of energy and environment engineering, Xihua University, 610039 Chengdu, Sichuan)
[Abstract]The paper analyze the construction of intelligence building systems , with the design scheme ，configuration of the simulative system ofintelligence buildingspresented. It introduce standard opening structurewith mutual operation mode . It also contain all of the subsystem of the intelligent buildings.
[Keywords]building intelligence ; computer control ; system integrated
