【建筑自动化技术论文】智能建筑自动化技术
楼宇自动化控制网络技术研究
摘要在高层建筑和超大型建筑越来越多的现代社会，如何实现分散在建筑中的大型设备的集中管理和控制，是影响建筑良性运行的重要因素。这种分散的控制需求也决定了新的自动控制系统的诞生，它需要实现对分散的建筑设备的监视、控制和测量。比较了楼宇自动化控制系统发展中各种系统的优缺点，阐述了以太网对楼宇自动化控制系统建设的意义，在遵循相关标准、原则和依据的基础上，探讨了楼宇自动化控制网络的组成和既定目标。最后，基于以太网技术，集成现场总线控制系统，建立OPC服务器，实现通信接口的高效数据传输和自动化控制系统的设计。
关键词建筑；自动控制；网络；以太网；（同OligomericProanthoCyanidins）原花青素
随着我国经济的快速发展和科学技术的不断进步，近年来我国的楼宇自动化控制技术有了很大的提高。所谓楼宇自动化控制系统，就是以科学技术为基础，进行高度自动化管理和控制的系统机制。通过这样的网络控制平台，可以实现对楼内各种设备的一键管理。这里的科技包括计算机网络技术、自动化控制和网络通信技术，可以统一管理的设备包括空调系统、温度系统、电梯、消防系统、照明设备等。楼宇自动化控制系统可以大大降低管理难度和人力成本，具有高效、环保、节能的特点。可以说，自动控制网络系统的发展在一定程度上决定了智能建筑未来的发展方向。
1楼宇自动化控制系统的开发
1.1楼宇自动化系统的发展历程
楼宇自动化控制系统，把握了科学信息技术的发展趋势，在三四十年间经历了四个发展阶段。第一阶段是CCMS中央监控系统，始于1970年代，其原理是在大楼各处设置信息采集站，然后将总线与中央站连接起来，形成CCMS中央监控系统。这个系统的中枢是中央计算机。通过接收和处理来自信息采集站的信息，它做出相应的决定并发出命令来调整建筑物中设备的参数。第二个阶段是1980年代的DCS分散控制系统，其实80年代的信息采集器演变成了80年代的科技产品:数字控制器。通过为每个数字控制器配置一台分布式控制系统计算机，每个独立的数字控制器可以显示和处理采集到的信息，变电站只需在其上设置一台中心计算机就可以实现完全独立处理信息的功能。第三阶段是1990年代的开放式分布式系统，通过在现场总线上的应用，布置了三层结构的BAS控制网络系统，形成了中心站、DDC分站和现场网络层的输入输出结构，使整个系统在系统配置和管理上更加开放和灵活。第四阶段是进入21世纪后的网络集成系统。网络系统中有一个中央主站，对消防、安全、照明、温度等子系统进行优化组合。，然后集成管理，更加方便快捷。
在四十年的发展过程中，楼宇自控系统最大的变化是现场总线控制系统(FCS)取代了分布式控制系统(DCS)。虽然DCS具有良好的仿真、运行和管理性能，但成本高、可靠性差、系统开放性差是制约其发展的瓶颈。随着科学技术的发展，现场总线控制系统如雨后春笋般出现，它烙上了典型的现代技术的烙印，具有更高的可控性和科学性。其最大的优点是简化了系统接线方式，提高了可操作性和可维护性，优化了实时性，降低了成本。
1.2以太网开始进入楼宇自动化领域。
以太网一直是局域网建设中的核心技术网络。随着科学技术的进一步发展，以太网中的站点完成了独立发送和接收数据信息的进化，减少了物理层数据的碰撞、拥塞和缓存，为楼宇自动化系统的开发和设计提供了独特的思路。IEEE802.3af标准颁布后，基于以太网的工业交换机产品大大增加，基于现场总线的开放式以太网标准也层出不穷。如ODVA、CI、HSE、Profinet等。以太网和现场总线控制系统的结合弥补了各方的不足，使工业自动控制系统的设计逐渐成型。它在工业控制领域的成功应用直接推动了它在楼宇控制系统中的快速发展。从最初的信息层到控制层，以太网得到了越来越多的应用。
以太网的优势是显而易见的，即它实现了从信息网络到控制层的完美过渡，实现了各层的统一，使这样一个系统的开发和管理更加方便，也实现了与智能建筑中其他系统的快速完美集成。但同时需要认识到，以太网技术与现场总线控制系统的集成研究还处于起步阶段，因为研究成本高，产品少，会导致用户选择少，阻碍其普及，以太网的可维护性和实时性也需要时间来验证。
2楼宇自动化系统的组成和基本功能
2.1楼宇自动化系统的组成
建筑自动化控制系统通常包括空调、消防、供电、电梯、安全管理、给排水等子系统。通过以太网技术，可以建立通信网络，集成现场总线控制系统，建立控制层、管理层和设备层，实现操作站与网络控制单元的连接。采用传输控制协议/协议，建立用户数据协议，构建OPC服务器，既集中完成控制终端对所有设备的管理，又实现了用户对客户端的自由访问，避免了亲自查看设备的繁琐过程。通过增加网络控制单元，可以实现对楼内各子系统的监控、共享和管理，通过相应的各种统计计算功能，在一定情况下替代操作站的功能，完成便携式应急信息处理和指令控制。
2.2楼宇自动化系统的功能
建筑自动化控制系统的基本功能如下:
(1)实现了多个子系统的启停控制和设备运行状态的监控。
(2)收集设备运行的历史数据，完成设备全寿命运行的技术数据分析；
(3)根据外部环境的变化，自动调整设备的运行参数；
(4)监控楼内各系统运行中可能出现的故障和突发事件，配置一套完整的处理方案；
(5)水、电、气等的科学管理。，节能、高效、自动化；
(6)对于各子系统中的设备，保留一份设备管理报告，包括运行文件、历史记录和维护情况，以供参考。
3楼宇自动化控制网络系统设计方案
3.1自动化控制系统设计的一般原则楼宇自动化系统的主要功能是监视楼宇内的各子系统，采集运行数据，比较分析运行情况，保证设备在任何情况下的正常运行，实现快速简便的远程监控。最明显的优点是大大降低了事故发生的概率，相应延长了设备的使用寿命。通过这样的集中控制和管理，可以实现各子系统的统一有序管理，使其健康运行，充分发挥各系统的功能，为智能建筑的建设打下坚实的基础。以最具代表性的高层现代智能建筑为设计对象，简要阐述了创建自动化控制网络系统的关键技术。
如前所述，楼宇自动化控制系统首先要保证子系统的高效运行，实现子系统的有序运行和灵活自动运行，从而减少人员管理，节约人力资源和资金成本。这里设计的系统主要是基于普通业主和高性价比的要求，采用最优方案设计一套可以同时实现集中管理和分散管理的自动控制系统。比如著名的BACTalk楼宇管理系统，就是基于BMS的自动控制系统，可以在一个平台上控制消防系统、安防系统、照明系统、电梯等，具有先进的现场控制器，并与其他系统设备开放接口。根据现代高层建筑的特点，设计主要的监控子系统:电梯系统、中央空调系统、照明系统、给排水系统等。
3.2建筑自动化控制网络系统的设计原则和依据
设计楼宇自动化系统时，必须遵循以下原则。首先是可靠性。可靠性是检验一个自动控制系统是否合格的第一标准。分散控制系统优先，自动控制的任务交给多个现场处理器，可以避免单个处理器故障影响整个系统健康运行的情况。可靠性的另一个表现是系统的数据采集和记录的准确性，不能错报或漏报，所以对系统硬件和软件的要求极其严格。其次，它具有灵活性和可扩展性。楼宇自动化系统和其他网络系统一样，会随着科学技术的发展而演进和升级。在建立初始系统后，要考虑到随着科学信息技术的发展，原有系统必然要进行优化和升级，所以这就对系统的可扩展性提出了新的要求。当然，灵活性也很重要，主要是现场控制器的增减不能影响整个系统的性能，系统的组成和功能应用必须灵活，才能随着外部环境的变化而改变系统。第三是实用性。所设计的系统始终是应用的，它要求设计师从先进的科学信息技术中提取便于应用的共性知识，系统可以根据建筑的多功能性实现不同的需求。方便不方便是实用不实用的另一个标志。管理模式是否合理简单是检验一个系统是否成熟的重要标志。一个好的楼宇控制系统可以实现楼宇各子系统数据内容的完美合成，在中央层面统一呈现，降低管理难度。最后是经济。我们要求系统设计采用最准确、最前沿的技术，同时也考虑到实际需求高度。使用现场处理器要能满足系统长时间运行，所以要合理规划，千万不要盲目投资。
建筑自动化控制系统的设计应以相应的电气图纸和标准为基础，进而满足国家和其他国际标准。比如消防系统建筑设计标准、照明设计标准、电梯设计标准、空调安装与通风设计标准、工业与民用建筑供电系统设计标准等。，对于每一个需要设计的子系统，都要按照相应的国家规范进行系统设计指导。
3.3系统功能设计
设计的系统方案基于以太网技术，实现了各总线的集成。它由三层组成:网络层、控制层和设备层。其中，设备层的网络技术依托CAN总线和Lonworks，采用以太网技术实现管理层和控制层的通信。
综上所述，现场总线控制系统(FCS)更加开放、分布式、易于维护、成本低廉，因此更适合楼宇自动化控制系统的设计，辅以以太网技术实现楼宇自动化控制。详细设计图见图1。
图1以太网楼宇自动化控制系统图
3.3.1自动控制系统网络结构
设计的系统主要包括管理层、控制层和设备层。现场控制器之间点对点通信组成的智能监控区域层为控制层，监控节点布置在CAN总线和Lonworks总线上。管理层包括中央主计算机和子系统计算机系统。采用以太网技术构建管理层，管理层中的操作站可以控制中央计算机，对各子系统进行集成统一的指令管理，并对系统中的所有数据进行分析处理。设备层是建筑内的机电设备，在控制层的管理下按照预设的程序运行。
3.3.2自动控制系统集成技术
OPC技术可以规范控制层和管理层之间的设备数据信息交换，加快数据传输的速度和可靠性，同时降低成本。在楼宇自动化系统中选择OPC时，需要根据不同的子系统和功能开发相应的OPC服务器，完成设备层的独立数据采集。
一个完整的OPC服务器包括两部分:标准接口和通信接口。使用ASP。NET2005开发两个接口，开发了OPC服务器。标准接口的开发因为数据库而变得简单，面向通信的接口开发需要特定的通信协议和数据采集方式来编写特定的动态链接库。用这种方法构建的OPC服务器结构如图2所示。
图2 OPC服务器总体结构图
通过这个结构调用API函数，记录和取消服务器数据信息，根据特定的接口模块读写交换数据，然后将读写信息打包，满足客户端的需求。本设计的关键是通过调用函数建立动态链接库，通过调用ASP.NET2005的DLL建立API函数原型，常用的通信协议一般是TCP/IP协议。通过通信接口读写封装的信息，可以实现计算机和客户端数据的同时访问。操作员在进行数据管理和控制时，不需要从每一个硬件设备上采集数据，只需要查看子系统对应的OPC服务器，就可以实现数据的独立采集。有了这些数据，就可以获得自动控制各子系统的基础数据。通过一定的分析和处理，可以实现子系统运行数据和运行状态的统一呈现，极大地方便了后续的自动控制管理。这是一个完整的建筑自动控制过程。
4结论
智能建筑正在成为未来建筑的发展方向，建筑设备系统的集中有序管理是实现社会节能省工理念的关键环节。科学信息技术的发展使得低成本设计可靠的实时楼宇自动控制系统成为可能。利用现场总线控制系统和以太网技术可以实现系统设计。以可靠灵活使用为目标，基于以太网技术集成CAN和Lonworks总线技术，利用OPC技术创建服务器，可以快速准确地实现消防、照明、电梯、空调、温度、供电等系统的信息和数据集成。同时还可以对大楼内的子系统进行分配和控制，实时监控设备的运行状态，及时调整故障，降低人员管理成本，保障大楼。在建筑面积越来越大，高度越来越高的现代社会，自动化控制网络系统必将大大改善建筑的内部功能，提供一个安全舒适的生活和工作环境。
参考
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