【建築自動化技術論文】智能建築自動化技術
樓宇自動化控制網絡技術研究
摘要在高層建築和超大型建築越來越多的現代社會，如何實現分散在建築中的大型設備的集中管理和控制，是影響建築良性運行的重要因素。這種分散的控制需求也決定了新的自動控制系統的誕生，它需要實現對分散的建築設備的監視、控制和測量。比較了樓宇自動化控制系統發展中各種系統的優缺點，闡述了以太網對樓宇自動化控制系統建設的意義，在遵循相關標準、原則和依據的基礎上，探討了樓宇自動化控制網絡的組成和既定目標。最後，基於以太網技術，集成現場總線控制系統，建立OPC服務器，實現通信接口的高效數據傳輸和自動化控制系統的設計。
關鍵詞建築；自動控制；網絡；以太網；（同OligomericProanthoCyanidins）原花青素
隨著我國經濟的快速發展和科學技術的不斷進步，近年來我國的樓宇自動化控制技術有了很大的提高。所謂樓宇自動化控制系統，就是以科學技術為基礎，進行高度自動化管理和控制的系統機制。通過這樣的網絡控制平臺，可以實現對樓內各種設備的壹鍵管理。這裏的科技包括計算機網絡技術、自動化控制和網絡通信技術，可以統壹管理的設備包括空調系統、溫度系統、電梯、消防系統、照明設備等。樓宇自動化控制系統可以大大降低管理難度和人力成本，具有高效、環保、節能的特點。可以說，自動控制網絡系統的發展在壹定程度上決定了智能建築未來的發展方向。
1樓宇自動化控制系統的開發
1.1樓宇自動化系統的發展歷程
樓宇自動化控制系統，把握了科學信息技術的發展趨勢，在三四十年間經歷了四個發展階段。第壹階段是CCMS中央監控系統，始於1970年代，其原理是在大樓各處設置信息采集站，然後將總線與中央站連接起來，形成CCMS中央監控系統。這個系統的中樞是中央計算機。通過接收和處理來自信息采集站的信息，它做出相應的決定並發出命令來調整建築物中設備的參數。第二個階段是1980年代的DCS分散控制系統，其實80年代的信息采集器演變成了80年代的科技產品:數字控制器。通過為每個數字控制器配置壹臺分布式控制系統計算機，每個獨立的數字控制器可以顯示和處理采集到的信息，變電站只需在其上設置壹臺中心計算機就可以實現完全獨立處理信息的功能。第三階段是1990年代的開放式分布式系統，通過在現場總線上的應用，布置了三層結構的BAS控制網絡系統，形成了中心站、DDC分站和現場網絡層的輸入輸出結構，使整個系統在系統配置和管理上更加開放和靈活。第四階段是進入21世紀後的網絡集成系統。網絡系統中有壹個中央主站，對消防、安全、照明、溫度等子系統進行優化組合。，然後集成管理，更加方便快捷。
在四十年的發展過程中，樓宇自控系統最大的變化是現場總線控制系統(FCS)取代了分布式控制系統(DCS)。雖然DCS具有良好的仿真、運行和管理性能，但成本高、可靠性差、系統開放性差是制約其發展的瓶頸。隨著科學技術的發展，現場總線控制系統如雨後春筍般出現，它烙上了典型的現代技術的烙印，具有更高的可控性和科學性。其最大的優點是簡化了系統接線方式，提高了可操作性和可維護性，優化了實時性，降低了成本。
1.2以太網開始進入樓宇自動化領域。
以太網壹直是局域網建設中的核心技術網絡。隨著科學技術的進壹步發展，以太網中的站點完成了獨立發送和接收數據信息的進化，減少了物理層數據的碰撞、擁塞和緩存，為樓宇自動化系統的開發和設計提供了獨特的思路。IEEE802.3af標準頒布後，基於以太網的工業交換機產品大大增加，基於現場總線的開放式以太網標準也層出不窮。如ODVA、CI、HSE、Profinet等。以太網和現場總線控制系統的結合彌補了各方的不足，使工業自動控制系統的設計逐漸成型。它在工業控制領域的成功應用直接推動了它在樓宇控制系統中的快速發展。從最初的信息層到控制層，以太網得到了越來越多的應用。
以太網的優勢是顯而易見的，即它實現了從信息網絡到控制層的完美過渡，實現了各層的統壹，使這樣壹個系統的開發和管理更加方便，也實現了與智能建築中其他系統的快速完美集成。但同時需要認識到，以太網技術與現場總線控制系統的集成研究還處於起步階段，因為研究成本高，產品少，會導致用戶選擇少，阻礙其普及，以太網的可維護性和實時性也需要時間來驗證。
2樓宇自動化系統的組成和基本功能
2.1樓宇自動化系統的組成
建築自動化控制系統通常包括空調、消防、供電、電梯、安全管理、給排水等子系統。通過以太網技術，可以建立通信網絡，集成現場總線控制系統，建立控制層、管理層和設備層，實現操作站與網絡控制單元的連接。采用傳輸控制協議/協議，建立用戶數據協議，構建OPC服務器，既集中完成控制終端對所有設備的管理，又實現了用戶對客戶端的自由訪問，避免了親自查看設備的繁瑣過程。通過增加網絡控制單元，可以實現對樓內各子系統的監控、共享和管理，通過相應的各種統計計算功能，在壹定情況下替代操作站的功能，完成便攜式應急信息處理和指令控制。
2.2樓宇自動化系統的功能
建築自動化控制系統的基本功能如下:
(1)實現了多個子系統的啟停控制和設備運行狀態的監控。
(2)收集設備運行的歷史數據，完成設備全壽命運行的技術數據分析；
(3)根據外部環境的變化，自動調整設備的運行參數；
(4)監控樓內各系統運行中可能出現的故障和突發事件，配置壹套完整的處理方案；
(5)水、電、氣等的科學管理。，節能、高效、自動化；
(6)對於各子系統中的設備，保留壹份設備管理報告，包括運行文件、歷史記錄和維護情況，以供參考。
3樓宇自動化控制網絡系統設計方案
3.1自動化控制系統設計的壹般原則樓宇自動化系統的主要功能是監視樓宇內的各子系統，采集運行數據，比較分析運行情況，保證設備在任何情況下的正常運行，實現快速簡便的遠程監控。最明顯的優點是大大降低了事故發生的概率，相應延長了設備的使用壽命。通過這樣的集中控制和管理，可以實現各子系統的統壹有序管理，使其健康運行，充分發揮各系統的功能，為智能建築的建設打下堅實的基礎。以最具代表性的高層現代智能建築為設計對象，簡要闡述了創建自動化控制網絡系統的關鍵技術。
如前所述，樓宇自動化控制系統首先要保證子系統的高效運行，實現子系統的有序運行和靈活自動運行，從而減少人員管理，節約人力資源和資金成本。這裏設計的系統主要是基於普通業主和高性價比的要求，采用最優方案設計壹套可以同時實現集中管理和分散管理的自動控制系統。比如著名的BACTalk樓宇管理系統，就是基於BMS的自動控制系統，可以在壹個平臺上控制消防系統、安防系統、照明系統、電梯等，具有先進的現場控制器，並與其他系統設備開放接口。根據現代高層建築的特點，設計主要的監控子系統:電梯系統、中央空調系統、照明系統、給排水系統等。
3.2建築自動化控制網絡系統的設計原則和依據
設計樓宇自動化系統時，必須遵循以下原則。首先是可靠性。可靠性是檢驗壹個自動控制系統是否合格的第壹標準。分散控制系統優先，自動控制的任務交給多個現場處理器，可以避免單個處理器故障影響整個系統健康運行的情況。可靠性的另壹個表現是系統的數據采集和記錄的準確性，不能錯報或漏報，所以對系統硬件和軟件的要求極其嚴格。其次，它具有靈活性和可擴展性。樓宇自動化系統和其他網絡系統壹樣，會隨著科學技術的發展而演進和升級。在建立初始系統後，要考慮到隨著科學信息技術的發展，原有系統必然要進行優化和升級，所以這就對系統的可擴展性提出了新的要求。當然，靈活性也很重要，主要是現場控制器的增減不能影響整個系統的性能，系統的組成和功能應用必須靈活，才能隨著外部環境的變化而改變系統。第三是實用性。所設計的系統始終是應用的，它要求設計師從先進的科學信息技術中提取便於應用的共性知識，系統可以根據建築的多功能性實現不同的需求。方便不方便是實用不實用的另壹個標誌。管理模式是否合理簡單是檢驗壹個系統是否成熟的重要標誌。壹個好的樓宇控制系統可以實現樓宇各子系統數據內容的完美合成，在中央層面統壹呈現，降低管理難度。最後是經濟。我們要求系統設計采用最準確、最前沿的技術，同時也考慮到實際需求高度。使用現場處理器要能滿足系統長時間運行，所以要合理規劃，千萬不要盲目投資。
建築自動化控制系統的設計應以相應的電氣圖紙和標準為基礎，進而滿足國家和其他國際標準。比如消防系統建築設計標準、照明設計標準、電梯設計標準、空調安裝與通風設計標準、工業與民用建築供電系統設計標準等。，對於每壹個需要設計的子系統，都要按照相應的國家規範進行系統設計指導。
3.3系統功能設計
設計的系統方案基於以太網技術，實現了各總線的集成。它由三層組成:網絡層、控制層和設備層。其中，設備層的網絡技術依托CAN總線和Lonworks，采用以太網技術實現管理層和控制層的通信。
綜上所述，現場總線控制系統(FCS)更加開放、分布式、易於維護、成本低廉，因此更適合樓宇自動化控制系統的設計，輔以以太網技術實現樓宇自動化控制。詳細設計圖見圖1。
圖1以太網樓宇自動化控制系統圖
3.3.1自動控制系統網絡結構
設計的系統主要包括管理層、控制層和設備層。現場控制器之間點對點通信組成的智能監控區域層為控制層，監控節點布置在CAN總線和Lonworks總線上。管理層包括中央主計算機和子系統計算機系統。采用以太網技術構建管理層，管理層中的操作站可以控制中央計算機，對各子系統進行集成統壹的指令管理，並對系統中的所有數據進行分析處理。設備層是建築內的機電設備，在控制層的管理下按照預設的程序運行。
3.3.2自動控制系統集成技術
OPC技術可以規範控制層和管理層之間的設備數據信息交換，加快數據傳輸的速度和可靠性，同時降低成本。在樓宇自動化系統中選擇OPC時，需要根據不同的子系統和功能開發相應的OPC服務器，完成設備層的獨立數據采集。
壹個完整的OPC服務器包括兩部分:標準接口和通信接口。使用ASP。NET2005開發兩個接口，開發了OPC服務器。標準接口的開發因為數據庫而變得簡單，面向通信的接口開發需要特定的通信協議和數據采集方式來編寫特定的動態鏈接庫。用這種方法構建的OPC服務器結構如圖2所示。
圖2 OPC服務器總體結構圖
通過這個結構調用API函數，記錄和取消服務器數據信息，根據特定的接口模塊讀寫交換數據，然後將讀寫信息打包，滿足客戶端的需求。本設計的關鍵是通過調用函數建立動態鏈接庫，通過調用ASP.NET2005的DLL建立API函數原型，常用的通信協議壹般是TCP/IP協議。通過通信接口讀寫封裝的信息，可以實現計算機和客戶端數據的同時訪問。操作員在進行數據管理和控制時，不需要從每壹個硬件設備上采集數據，只需要查看子系統對應的OPC服務器，就可以實現數據的獨立采集。有了這些數據，就可以獲得自動控制各子系統的基礎數據。通過壹定的分析和處理，可以實現子系統運行數據和運行狀態的統壹呈現，極大地方便了後續的自動控制管理。這是壹個完整的建築自動控制過程。
4結論
智能建築正在成為未來建築的發展方向，建築設備系統的集中有序管理是實現社會節能省工理念的關鍵環節。科學信息技術的發展使得低成本設計可靠的實時樓宇自動控制系統成為可能。利用現場總線控制系統和以太網技術可以實現系統設計。以可靠靈活使用為目標，基於以太網技術集成CAN和Lonworks總線技術，利用OPC技術創建服務器，可以快速準確地實現消防、照明、電梯、空調、溫度、供電等系統的信息和數據集成。同時還可以對大樓內的子系統進行分配和控制，實時監控設備的運行狀態，及時調整故障，降低人員管理成本，保障大樓。在建築面積越來越大，高度越來越高的現代社會，自動化控制網絡系統必將大大改善建築的內部功能，提供壹個安全舒適的生活和工作環境。
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