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中图分类号:TU855
近年来,计算机网络技术、现代自动控制技术和通信技术在现代化建筑的设计建造中得到了广泛的应用,从而推动了人们生活方式的改变,特别是随着各种智能系统的广泛应用,使居民的居住环境向着信息化、自动化、安全化乃至智能化的方向发展。
国内,随着人们对智能化楼宇系统需求的增加,越来越多的生产商开发了不同种类和功能的自动化设备和网络通信设备、智能监控系统等,然而在智能楼宇系统的设计和施工时,根据不同功能划分的系统被分别安装,一方面造成不同生产商的设备之间互不兼容,在系统信息交互等方面存在诸多困难;另一方面由于不同功能的子系统间彼此独立,导致系统资源共享实现困难。这种异构的系统方案造成了智能楼宇设备使用的诸多不便,为了解决子系统之间以及硬件设备之间的互连和互操作性问题,就要求构成智能楼宇的电气设备的各个异构子系统具有开放式结构,所采用的协议和接口都要标准化和规范化,使资源达到充分的共享,高效率的完成规定的任务。
1智能楼宇监控系统的结构分析
智能监控系统技术运用楼宇智能化电气设备监控系统,为业主和用户提供良好的工作和居家环境,并使楼宇内的供配电、给排水、空调通风、电梯、照明等系统设备始终处在最佳运行状态,确保楼宇内各个子系统运行的经济性、稳定性和智能性。以达到舒适、安全、健康、经济和节能的目的,因此电气化智能化的楼宇系统广泛受到建筑设计、施工方的重视。
智能监控系统的主要功能是对各监控与管理可提供设备运行管理和楼宇经营管理,同时对楼宇进行节能控制。智能监控系统主要包括电气设备监控系统、供配电控制系统、空调系统、给排水监控系统、电梯系统等多个子系统构成,如图1所示。
楼宇智能化电气设备监控系统主要是对楼宇内的电力、照明、空调、给排水等机电设备或系统进行集中监视、控制与管理、以保证这些设备安全可靠地工作。
保证楼宇智能化系统顺畅、稳定运行的基本条件是安全可靠的软硬件系统。例如,供配电子系统在要确保楼宇基本供电的同时,还保证楼宇内电路的稳定性和电流的安全性。因此,必须在系统中同时嵌入各种监控设施,主要对楼宇内各个开关的闭合状态,电路中电流的大小以及升降压设备的温度等进行实时和全面的监控,从而保证楼宇内供配电的稳定安全,真正到达系统的智能化管理。
现代楼宇的节能是智能化楼宇面临的新课题。大型建筑的能耗主要包括照明、空调、供热、通风以及其他电器设备的使用等,为了使智能化楼宇的能耗明显降低,有必要通过使用各种节能设备和绿色能源,对楼宇的能耗进行智能化控制。实践证明,对各种设备的进行节能控制能够取得明显的节能效果。例如,在小区内应该对走廊,停车场等人员流动较小的区域设计回路分组控制电路,并使用声控和其他感应式传感器等;在楼宇的空调系统中,设计空调设备的最佳启动、停止控制电驴,对空调实施有效的节能控制,在减小系统能耗的同时还能降低楼宇电路系统的负荷,提高整个系统的稳定性和寿命;对于智能楼宇的给排水系统,可以设计出不同水箱、容器等的水位和水压的监测电路,并设计相应的水泵启动、停止控制系统,对楼宇的给排水进行节能控制。
图1智能楼宇系统示意图
CBD等综合性大楼是智能楼宇系统应用最多的方向。在综合性楼宇建筑中,一般都设包括办公室、写字间、会议室、饭店、公寓等,造成楼宇系统管理和监控的困难,特别是火灾等的监控更方面,如果人们的防火意识淡薄或者放松警惕,就会增加火灾的发生。
2智能化楼宇电气设备监控系统的综合设计
2.1基于CORBA的系统方案的总体设计
智能化楼宇电气设备监控系统,是指通过包含电气监控系统和智能化控制系统,对楼宇建筑内的主要电气设备,供配电线路的等实施自动化的检测、控制和保护,并通过通信系统等,发展通信等综合性的自动化功能,提供系统全局信息资源平台;基于互联网技术实施内外网络多种信息的融合应用,实现楼宇内相关业务操作的自动化与智能化,实现全面的更高层次的企业信息集成方案;在此基础上,对楼宇的电气设备等进行综合管理,进而实现管理的智能化、节能化等。
基于上述目的和原则,系统设计规划将充分利用CORBA技术的优点,并以现代系统设计的面向对象原理和模块化设计的思想,在ORB软总线的基础上,利用CORBA提供的不同的系统服务,并针对电气监控与电能量管理的公共服务,构建出一个符合业务逻辑和要求的工程对象。基于CORBA的系统设计方案如图2所示.
图2楼宇智能化监控系统组成示意图
2.2数据采集与监视控制系统的设计
数据采集与监视控制系统的功能主要是监督控制,对楼宇的电气设备运行进行实施和全方位的监视。考虑到数据采集及其监控系统的数据传输多采用远程通信方式,具备有远程通信和大范围分布的基本特点。由于远程通信方式的数据处理量很大,因此需要安设通信信号前处理设备,从而能够尽量减轻系统中心服务器的载荷。另外,数据采集与监控控制系统的监控范围庞大,数据系统繁杂,因此不能追求系统的快速响应能力,更多情况下应该同时考虑系统软件和硬件的多点监控能力和系统的全局稳定性。
一般情况下,SCADA子系统会根据现场设备的需要,对不同的通信线路、通信协议等的访问进行控制和数据采集,同时,SCADA子系统还会向上级的CORBA总线提供多种接口,通过使其他的协议和服务器,对上级系统进行访问。因此,SCADA子系统相对与下级子系统来说是禁闭的,但对其上级系统会提供统一的服务。因此,SCADA子系统可以被上级的服务器,通过不同的接口进行访问、控制和数据交换。
3总结
智能建筑的特征是将各种与信息相关的楼宇设备通过建筑内的综合布线系统连接起来,并保持这些设备与建筑的协调,从而舒适的信息化空间得以构成,人们在信启、社会中的快节奏和开放性需要得以满足。本文主要研究了此类楼宇智能化监控系统在设计、与施工应用中的若干问题,首先总结了楼宇智能化监控系统基本结构和功能,随后基于CORBA的系统方案对智能化楼宇电气设备监控系统进行了整体设计,最后指出了楼宇智能化监控系统在施工应用过程中的需要注意的问题。本文的研究对智能化楼宇监控系统的应用具有指导意义。
参考文献:
[1]李馨蓉.智能楼宇监控系统整体方案设计[J].计算机工程与应用,2002(5).
[2]刘维群,李元臣.基于Rabbit2000 的楼宇监控研究[J].微计算机信息,2007,10(1):175-177.
[关键词]物联网技术 小型采集设备 楼宇综合管理 应用
中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)45-0252-0447
引言
随着科学技术的不断发展,物联网技术也得到了快速的提高,物联网技术是继互联网、计算机之后,信息产业的第三次革命,是引领未来经济增长的一个重要因素,尽管物联网技术现在还不够成熟,但它的发展势如破竹。物联网技术能够实现实时采集任何需要监控、连接、互动的楼宇智能化实体和过程,能够采集其声、光、电、热、化学、力学、位置等各种所需要的信息;并通过各类可能接入的网络,进行物与物、物与人的连接,以实现对物品和过程的智能化感知、管理、控制和识别;在楼宇智能化系统中具有广泛使用的前景。
一、基本概念
1、 物联网技术
物联网的最初是叫做传感网,1999年开始出现了物联网这个概念,2005年得到普及,2009年开始了大发展。物联网就是人与物、物与物直接相互连接传递信息与控制的网络,其本质还是一种互联网。这有两层含义:第一,物联网技术的基础和核心内容仍然是互联网技术,是在互联网基础上的延伸和扩展的一种网络技术;第二,其用户端扩展和延伸到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通讯。物联网被誉为 相继计算机、互联网与移动通信网络之后的有一次信息产业的浪 潮,互联网只是将计算机连接起来网络化,而物联网则是能够将世界上的一切事物都连接起来形成无奇不有的庞大网络。物联网(The Internet of things )的准确定义是:通过射频识别(rfid) 、红外感应器、全球定位 系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与 互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、 跟踪、监控和管理的一种网络概念。比如超市收银台所用的结账系统、各种监控系统、还有各大银行所 提供的刷卡服务和 atm 自动取款服务以及现在被广泛应用的 gps(global positioning system)全球定位系统等等。
物联网技术是一种对传统思维的突破。过去物理设施和网络设施是分开的,机场、公路、房屋建筑物等等实体的世间万物是一路,而数据、宽带等等虚拟的“互联网”是一路。在“物联网”时代,就是将“现实的世间万物” 和 “虚拟的互联网”整合在一起,成为一个统一的网络。全球全世界的运转将会以此为基础,无论是经济管理、生产运行、社会管理,乃至个人生活都将运用到物联网技术。
与其它国家相比,我国的技术研发水平处于世界前列,有着重大的影响力和发展优势。经过了近十几年的努力发展,已经初步形成了现在物联网的体系。物联网在中国迅速崛起主要由于我国在物联网方面的几大优势。第一,我国早在1999年就启动了物联网核心传感物联网技术网技术研究,研发水平处于世界前列;第二,在世界传感网领域,我国是标准主导国之一,专利拥有量高;第三,我国是目前能够实现物联网完整产业链的国家之一;第四,我国无线通信网络和宽带覆盖率高,为物联网的发展提供了坚实的基础设施支持;第五,我国已经成为世界第二大经济体,有较为雄厚的经济实力支持物联网发展。
物联网在中国高校的研究,当前的聚焦点在南京邮电大学。作为“感知中国”的中心,无锡市2009年9月与北京邮电大学就传感网技术研究和产业发展签署合作协议,标志中国“物联网”进入实际建设阶段。协议声明,无锡市将与北京邮电大学合作建设研究院,内容主要围绕传感网,涉及光通信、无线通信、计算机控制、多媒体、网络、软件、电子、自动化等技术领域,此外,相关的应用技术研究、科研成果转化和产业化推广工作也同时纳入议程。
为积极参与“感知中国”中心及物联网建设的科技创新和成果转化工作,保持、扩大学校在物联网研究领域的优势,2009年9月10日,全国高校首家物联网研究院在南京邮电大学正式成立。在实验室,一些“物联网”产品已经初见雏形。此外,南邮还有系列举措推进物联网建设的研究:设立物联网专项科研项目,鼓励教师积极参与物联网建设的研究;启动“智慧南邮”平台建设,在校园内建设物联网示范区等。
2、基于物联网技术的小型采集设备
小型采集设备是采集数据的一种小型设备。数据采集是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析,处理。小型采集设备是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的数据采集系统。
基于物联网技术的小型采集设备是一套集智能传感终端、智能控制终端、信息传递终端、用户存储管理、智能组网技术、智能服务发现技术、数据融合算法等模块与一体的复杂设备。
3、楼宇综合管理系统
近年来国内高层建筑不断兴建,它的特点是高度高、层数多、体量大。面积可达几万平方米到几十万平方米。这些建筑都是一个个庞然大物,高高的耸立在地面上,这是它的外观,而随之带来的内部的建筑设备也是大量的。为了提高设备利用率,合理地使用能源,加强对建筑设备状态的监视等,楼宇综合管理系统也就应运而生。
楼宇综合管理系统是智能建筑的重要组成部分之一。楼宇综合管理系统是对建筑物(群)内设备与建筑环境的全面监控与管理,为建筑的使用者营造一个舒适、安全、经济、高效、便捷的工作生活环境,并通过优化设备运行与管理,降低运营费用。楼宇综合管理系统涉及建筑的电力、照明、空调、通风、给排水、防灾、安全防范、车库管理等设备与系统,是智能建筑中涉及面最广、设计任务和工程施工量最大的系统,它的设计水平和工程建设质量对智能建筑功能的实现有直接的影响。
智能楼宇综合管理系统是以实现各专业子系统之间的信息资源的共享与管理、各子系统的互操作和快速响应与联动控制,以达到自动化监视与控制的目的。它追求的目标是:信息资源的共享与管理、提高工作效率和提供舒适的工作环境、采用“分散控制、集中管理”的模式,尽可能地减少管理人员和节约能源、能适应环境的变化和工作性质的多样化及复杂性和应付突发事件的发生。
根据智能建筑的特点和业主对楼宇智能化系统工程的实际功能需求,必须在智能建筑硬件设备的基础上建立一个具有高度开放性、兼容性、便利性于一体的楼宇综合管理系统。进而才能提高系统管理和维护的自动化水平和协调运行能力,真正实现功能集成、网络集成和软件界面集成的设计目标,为智能建筑提供了高效、快捷的超值服务和管理。
二、物联网的应用
物联网与其说是网络, 不如说是应用。对物联网的定义、内涵及特征的梳理让我们认识到, 物联网是一整套立体的、丰富的、适应性很强的概念体系。在推进物联网发展的时候, 需要依据不同时期不同的出发点, 规划一条既符合科技创新规律, 又适应我国工业、信息通信业当前发展水平和一个时期的发展潜力, 并有利于在激烈的国际竞争中快速建立起竞争优势的发展道路, 以更好地满足经济社会发展对物联网的总体需求。
1 物联网在智能城市中的应用
国内的一些地方已经开始对物联网进行了应用性开发, 运用物联网技术, 上海移动已为多个行业客户度身打造了集数据采集、传输、处理和业务管理于一体的整套无线综合应用解决方案。最新数据显示,上海移动目前已将超过10 万个芯片装载在出租车、公交车上, 形式多样的物联网应用在各行各业大显神通, 确保城市的有序运作。在上海世博会期间,车务通 全面运用于上海公共交通系统, 以最先进的技术保障世博园区周边大流量交通的顺畅;面向物流企业运输管理的“e物流”,将为用户提供实时准确的货况信息、车辆跟踪定位、运输路径选择、物流网络设计与优化等服务,大大提升物流企业综合竞争能力。
2 物联网在能源管理与公共事业中的应用
预计到2020 年, 中国将成为世界上最大的能源消费国。由于电网系统效率低下, 发电和输电过程中浪费非常严重。现在, 我们可以利用高科技对事物有更透彻的感知和度量, 不管是安装在室内的计量器还是发电厂里的涡轮。所有这些感知和度量支持我们更好的收集信息和数据, 透过先进的分析工具产生智能洞察, 再以此实时地做出更好的决策。仪表管理技术的进步使个人和企业可以选择使用能源的方式和时间, 这就为使用风能和太阳能等利于环保的能源奠定了基础。对于电力提供商而言, 智慧的电力意味着更高的电力的可靠性和电力质量, 更短的停电恢复时间, 进而实现更高生产率和对电力潜在障碍的防护, 从而更精确地预测需替换的资产设备及支出。智能电表与停电智能管理已经应用。
3 物联网在交通管理中的应用
交通规划者已开始努力促成多个系统的集成, 并在各种交通类型、多个城市甚至国家或地区之间整合费用和服务。智慧的交通系统可以缩短人们的空间距离,(提高生产效率、降低旅程时间和加速突发事件交通工具的响应速度) ,也可保护环境(如改善空气质量、降低噪音污染、延长资产生命周期、保护古迹、景点、住宅) 。
4 物联网在物流业中的应用
物流供应链, 中国物流成本所占GDP百分比一直都高于发达国家, 这反映出供应链运营效率低下的体制性问题。仅以2006 年为例, 中国物流成本占整个GDP的18%,而日本为11%,美国为8%,欧盟仅为7%。在这18%中,运输成本总计超过55%,而存储成本达30%。法规、基础设施和运营等三大瓶颈是中国供应链低效的深层原因, 这不仅削弱了中国企业的竞争力, 也会妨碍内部货物流以及国内需求的扩大。智慧的供应链将促使物理网络和数字网络融合, 将先进的传感器、软件及相关知识整合到系统中。智慧的供应链的价值在于我们可以从各种数据中抽取有价值的信息。包括基于地理空间或位置的信息、关于产品属性的信息、产品流程、条件、供应链关键业绩指标等, 以及数据流的速度。智慧的供应链可以满足21世纪的需求, 它可以提高效率(如动态供求均衡、预测事件检测和解决、旨在降低库存的库存水平和产品位置高度可视性) 、降低风险( 例如降低污染和召回事件的发生频率及其影响、减少产品责任保金、减少伪劣消费产品),也能减少供应链的环境保护压力(如降低能源和资源消耗、减少污染物排放) 。
5 物联网在通信行业的应用
通信行业,在“2009年中国国际信息通信展览会”上,中国移动展出了手机支付,这就是典型的物联网概念应用。手机支付实际上主要是手机SIM 卡的更换,由普通SIM 卡更换为RFID-SIM卡,而不需要对手机进行更换。
用户在消费时,只需要将手机从接收器上轻轻一扫,就可以方便进行各种购物,以及获得详细的费用清单。中国电信一直在推介自己的全球眼技术, 其实就是远程监控的物联网应用。比如上海海关都采用中国电信的远程监控系统, 通过画面可以对货物进行通关检查, 也减少人力。中国联通日前在上海推出了公交卡手机,通过刷手机可以实现公交车票支付,这些都是典型的应用。
在“物联网”普及以后,用于动物、植物和机器、物品的传感器与电子标签及配套的接口装置的数量将大大超过手机的数量。物联网的推广将会成为推进经济发展的又一个驱动器,为产业开拓了又一个潜力无穷的发展机会。
按照目前对物联网的需求,在近年内就需要按亿计的传感器和电子标签, 这将大大推进信息技术元件的生产,同时增加大量的就业机会。
其它如医疗、城市建设、精细农业等也已展开应用。
要建立一个有效的物联网,有两个重要因素。一是规模性,只有具备了规模, 才能使物品的智能发挥作用。一个城市有100万辆汽车,如果我们只在1万辆汽车上装上智能系统,就不可能形成一个智能交通系统;二是流动性,物品通常都不是静止的,而是处于运动的状态,必须保持物品在运动状态,甚至高速运动状态下都能随时实现对话。
物联网在各个领域的应用现状和未来的发展状况表明, 各个行业对于物联网的需求程度不一, 侧重点更是千差万别。基于目前物联网技术的发展状况, 可以预见, 物联网正在快速地走进人们的生活, 它的实际应用将分以下三个步骤实现: 实现物体的自我感知功能; 物与物之间相互联系, 交换信息; 系统通过分析物联节点的信息, 做出最优化的调整策略, 控制整个系统超优化方向做出改变。
目前物联网的发展正处起步阶段, 仍然面临技术完备性不足、产品成熟度低、成本偏高等诸多制约因素, 但目前良好的外部环境, 将有利于这些问题的解决。相信在不久的将来我们一定会看到一个充满生机与活力的物联网。
三、基于物联网技术的小型采集设备在楼宇综合管理系统中的应用能够解决的问题
基于物联网技术的小型采集设备在楼宇综合管理系统中的应用能够解决的问题,是针对楼宇内的各个业务系统的监控对象、运行参数等实现无线数据采集的智能楼宇数据采集。主要有:
一、布线成本高:楼宇内的布线是相当多的,不仅多而且布线也相当复杂,成本就更高了。据统计,一个工程的百分之六十左右的费用将会应用于线路的铺设上,这对工程建设来讲是一笔相当大的费用,线路的铺设主要包括光线、双绞线、同轴电缆等;此外对于楼宇综合布线中存在的重复布线不但增加不必要的成本,也会降低安全可靠系数。
二、灵活性差:布线是在工程施工初期进行的,然而,一旦布线完成之后很难再次修改或添加。例如当初只考虑控制信号传输,可能只需要双绞线就可以了,但是随着信息数据的不断增多,双绞线的传输能力已经不能够满足大量数据的传输,这就需要对楼宇内的线路进行更新,重新布置光缆。
三、标准不统一,由于现在生产智能楼宇设备的厂家越来越多,生产出的产品质量也参次不齐,最终会导致不同厂家的产品无法共用,然而,在具体施工时有的厂家提供的产品很好用,而有的厂家提供的产品又很难满足用户的需求,这将增加施工难度。
四、施工周期长,智能楼宇的布线周期长,布线时间需要一直跟踪楼宇的建设,从施工初期到施工结束;这将会浪费巨大的人力物力,由于长时间的跟踪布线,容易使得布线出现疏漏和布线错误,这会对工程施工带来影响。
基于物联网技术的小型采集设备的出现就是要解决以上四个大问题,通过对楼宇内的各个业务系统的监控对象、运行参数等实现无线数据采集,来对楼宇进行综合管理。因此,基于物联网技术的小型采集设备将会得到广发的应用,它也是楼宇综合管理系统的发展方向。以本项目的技术为基础,依托移动的无线网络,可以将应用范围扩展到多种与人类活动与环境密切相关的领域中,如环境监测、森林防火,施工安全等领域;在获得可观的经济效益的同时,也会带来巨大的社会效益,所以,基于物联网技术的小型采集设备在不久的将来会得到普及。
四、楼宇综合管理系统的发展现状
随着上世纪九十年代,智能楼宇的理念进入我国,并逐渐影响着我国的建筑行业,使得楼宇逐渐趋于智能化,到本世纪初,随着中国各地高楼大厦的涌现,智能楼宇已经得到了人们的普遍认可和广泛使用;这就要求作为智能建筑管理的核心--楼宇综合管理系统,必须快速的发展。
传统的基于现场总线的楼宇综合管理系统存在着成本高、维护难、扩展难等不足。网线通信技术能够较好地解决上述问题,具有成本低廉、方便灵活、宽带高等特点。因此,基于物联网技术的小型设备将会得到广泛的应用,它也是楼宇综合管理系统的发展方向。
目前,楼宇综合管理系统的应用主要集中在建筑公共资源上,主要包括供配电、照明、空调、冷热源、给排水、电梯自控、安防与消防、综合保安、车库管理、自动抄表等子系统。然而,随着无线网络技术应用的不断深入,安全、便捷、舒适、节能的工作生活环境的内涵不断丰富,随着物联网技术的小型采集设备研究的进一步深入,研究范围也将进一步扩展,将扩展到环境保护和家庭生活空间。
现阶段,我国楼宇综合管理系统还存在着很多问题,如子系统众多设备鱼龙混杂、接口和通信标准缺失、模拟系统任占主流、缺乏专业的管理系统开发商等。
1、管理子系统众多设备鱼龙混杂:
通常的楼宇自动化包含的子系统包括很多,如综合布线系统、电力供应与管理系统、照明控制与管理系统、空调系统的检测与控制系统、给排水系统的检测与控制系统、停车场管理系统、消防与安防管理系统和物业管理系统等等。对这些系统进行集成、信息采集,并对每个管理系统进行深入的了解,掌握各管理子系统的工作流程。在这些子系统中,每种设备的类型都有可能出自不同的厂家,其产品成熟度,功能接口都无法统一,往往在对接协议的获取过程中严重影响工程商和客户的协议对接的准确性,这将会导致对接的不完整性。
2、接口与通信标准缺失:
智能楼宇的管理系统标准有很多,且每个子系统都有不少标准,但一般都是功能描述和验收类的标准,缺少接口类和子系统间的通讯标准。目前,还没有官方规定的接口标准;因为没有接口标准,就无法达到统一管理各个子系统的要求,这就严重影响智能建筑的总体运行。接口与通信标准的缺少,严重影响着楼宇的综合管理。
3、缺乏专业的管理系统开发商:
楼宇管理涉及的管理子系统比较多,这就对管理系统提出了更高的要求,综合管理系统需要高度抽象的框架、较强的接入能力和多样化的展示能力。目前,我国的楼宇综合管理系统的提供商主要有两大类:国外的专业管理系统厂家和国内的管理系统厂家,由此可见,我国要加强对小型采集设备的开发,加强对楼宇综合管理。
随着楼宇综合管理系统的发展与物联网技术的普及,传统的3A说法将慢慢退去,系统将趋于统一,OAS、CAS、BAS之间的界限将更加的模糊,到最后将不再有这些区分,系统集成将更加简便,楼宇综合管理系统的成本也将进一步下降。
基于物联网技术的小型采集设备不但要体现方便易用这个特性,更要体现各子系统接口的标准统一。不同的厂商按照统一的接口标准可以自由开发具体功能,例如一个用户组建了A厂商的楼宇综合管理系统,但该用户一年后看上了B厂商的楼宇综合管理系统,然而,这个用户只需要购买他所看重的那个楼控产品,打开电源,则该产品就能通过采集设备接入到现有的物联网中,正常执行其功能。
五、基于物联网技术的小型采集设备在楼宇综合管理系统中的应用详细技术内容
基于物联网技术的小型采集设备是一套集智能传感终端、智能控制终端、信息传递终端、用户存储管理、智能组网技术、智能服务发现技术、数据融合算法等模块与一体的复杂设备。该设备不但具备基于物联网技术的智能楼宇采集系统的先进性,更体现着智能楼宇系统的标准化程度,所以,该设备将成为智能楼宇采集系统中的核心。
本项目将围绕着物联网在楼宇系统的特性,并主要针对数据采集、传输、加密三个方面:一是数据采集,实现多种楼宇数据到数据采集设备之间的链接和传输;二是数据传输,通过数据采集设备和楼宇管理中心数据服务器发送采集数据;三是数据在传输过程中的安全性。
1、数据采集技术
计算机处理的是数字量,而外部的信息大部分是连续变化的物理量,我们就必须把这些物理量转化成数据量传输到计算机中,因为计算机只能识别二进制的数字量。然而,数据采集技术主要就是对这些物理量进行采集并处理成数字量;例如温度、压力、速度,要将这些信息送入到计算机中进行处理,就必须先把这些连续的物理量,进行转化,转化成数据量,导入到计算机中。计算机是数据采集的核心,完成对整个采集过程的控制、对采集的数据进行处理。
在楼宇通讯中,数据采集技术就显得尤为重要。;楼宇自控通讯协议符合国家相关行业的通讯标准协议,符合国家通讯标准协议是;楼宇自控通讯的先决条件,这样楼宇的信息才能正常通讯。然而,根据楼宇自控系统接口特点,采集设备与前端设备之间采用标准的Modbus、OPC或BacentIP协议,传输方式以zigbee或rfid技术为主,根据现场实际情况两种传输方式可以组合使用。
2、数据传输技术
数据的传输技术,楼宇内网络硬件资源丰富,几乎覆盖到每一栋建筑,可以利用以太网或wifit等方式传输数据,可以降低数据传输成本,提高数据传输的稳定性,因此,数据传输以太网为主。部分前端设备受环境限制,选用无线网络将采集数据上传到监管平台数据服务器。
无论采集哪种无线组网方式能减少布线、施工的工作量。具有以下几个优点:
一、成本低:物联网技术,一般是在“物”里嵌入智能芯片,采用嵌入式处理器和存储器,就单个节点而言,硬件成本相对而言是比较低的。采用开放的简化Zigbee协议栈,工作在2.4GHz免执照的ISN频段。
二、组网能力强:数据的传输技术必须支持树状、星状、网状等多种组网方式,网络的布设和展开无需依赖任何预设的网络设施,节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为,节点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的网络。
三、对等网络多冗余、可靠性高:在数据传输中,所有节点地位平等,是一个对等式网络。节点可以随时加入或高开网路,任何节点的故障不会影响整个网络的运行,具有很强的抗毁性。
四、多条路由:在数据传输过程中,节点通信能力有限,覆盖范围只有几十米到上百米,节点只能与它的邻居直接通信,如果希望与其射频覆盖范围之外的节点进行通信,则需要通过中间节点进行连接。
3、数据安全性
后端管理系统采用一体化采集技术,为了保证数据在采集、传输过程中的安全性和可靠性,主要会采取以下几个策略:
一、采集设备在连接至客户端,需要经过身份验证过程才可以进行采集设备注册,网络传输数据包经过高度加密,这样可以保证传输过程中数据不会被第三方所窃取,保证数据在传输过程中的安全性。
二、数据中心客户端以及监管平台都具有报警的功能,这样可以对采集设备状态、采集点数据质量码进行报警。维护人员可针对报警类型进行有效的分段判断,从而快速定位故障环节,且可进行远程故障排查功能。
三、采集设备内置大容量CF卡及存储数据库,采集设备与数据中心连接断开后,可以保存至少一个月内的所有采集数据,从而实现数据中心端的数据完整性。当采集设备与数据中心进行重新连接时,将会主动对断线期间的数据进行历史恢复,同时,支持对指定时间段历史数据人工恢复功能。
物联网技术的引入,将使楼宇智能化系统发生根本性变化,主要表现有如下几个方面:
一、由物联网这个名字就不难得出,物联网技术使得管控对象的“物”本身更加智能化,“物”的内部被植入智能芯片,使其功能发生巨大的变化,使其具备着前所未有的感知功能。这些“物”有普通的传感器智能接收信息,它会对信息进行简单的交换,而带有智能芯片的传感器可以对信息进行一定的运算处理功能,接收信息,并进行一些简单的动作,这在机器人身上得到了很好的体现。
二、任何作为“物”的对象都可以作为管控的目标,大多数都以“RFD”作为基本技术支撑,任何物、动植物、人在理论上都可以根据自身的需要,通过植入智能芯片就可以作为物联网的组成部分之一。
三、充分发挥物联网开放性的技术特点,传统的楼宇智能化系统是自成一体的独立式封闭式的系统,而采用物联网技术是开放式的,具有无限扩展性和联通性的特点,将物联网技术引用到智能楼宇中,这样在世界上具备互联网接入条件的任何一个地点,都可以与自己的物联网进行连接,实现信息交换和控制等功能。
四、使得工程建设更加简易,物联网采用互联网技术与物相连,而互联网技术已经很成熟,应用最为广泛的网络技术,其底层连接方式灵活多样,然而,各家厂商的不同产品只要遵循共同的标准即可实现互联互通;最高层的应用也层出不穷,开发人员具备较为成熟的技术,能够开发出使终端用户享受便利的应用软件。
六、主要技术创新点分析
物联网技术的小型采集设备在楼宇综合管理系统中的应用还不够健全,这就需要相关人员对物联网技术的小型采集设备进行技术创新,提高物联网技术的小型采集设备在楼宇综合管理系统中的应用率。
一、作为管控对象的采集设备本身更加智能化。采集设备内都被植入智能芯片,当植入智能芯片将会使其功能发生巨大改变,会具备前所未有的感知功能。如普通的传感器能够接受信息,并对信息进行简单的变换,而带智能芯片的传感器,能够对信息进行复杂的计算处理,并自行进行一些处理动作。
二、将服务发现机制运用于智能楼宇系统中,从而使得智能楼宇系统具备了“即插即用功能实现”的接口,在一定程度上统一了智能楼宇设备接入接口,这样方便了后续功能的扩展。
三、工程建设更加简易,充分发挥物联网开放的基本特点,传统的楼宇智能化系统是自成一体的独立封闭的系统,然而,物联网是开放性的,具有无限扩展性和连通性。采用物联网这一技术,可以在世界上具备互联网接入条件的任何地点,与自己的物联网进行相连,及时实现信息交互功能。
七、基于物联网技术的小型采集设备在楼宇综合管理系统中的应用能带来的效益
根据对物联网技术的小型采集设备在楼宇综合管理系统中的应用的实例调查发现,物联网技术的小型采集设备已在山西移动楼宇监控系统中进行了应用,该设备的主要作用是将实时采集到的楼宇各业务数据传到监控平台上,实施对数据的透明监控,管理人员随时可以监测到自己所需要的数据,同时可以了解所有设备的使用情况及各类报警信息的处理情况,这样讲不在需要对数据进行繁琐的统计。
(一)、经济效益:在未来几年,物联网技术将得到广泛的应用,物联网规模将在整个产业突破一万亿人民币,而智能楼宇领域至少占据百分之二十。山西移动公司今年6月份之前已经投入300万元人民币,用于本项目的开发以及市场开拓;并计划在未来3年时间收回全部投资并取得较好的经济效益。
(二)物联网技术的小型采集设备在楼宇综合管理系统中应用的社会效益越来越明显,本项目涉及到的学科比较多,能够带动多种行业的发展,尤其是计算机、自动化、工程管理等专业,这样必然会增加我国的就业率,以缓解就业问题,保证社会的和谐稳定;本项目还可以扩展到多个行业,可以提高我国现代化的建设,能够减少事故的发生率,保证人身安全。
(三)从能源角度来看,本项目所用原料与设备均符合国家环境要求,废弃物的处理按国家统一标准执行。本着建立持续、高效、循环采用新工艺、新技术,尽量减少进入开发及今后应用过程中的物质与能量流量,从而减少废弃物的产生和排放。对于成本的核算,引入电算化和内部网等电子网络工具。
(四)从环境角度来看,本项目在开发和管理中始终积极贯彻“保护环境、协调发展、遵守纪律、循环经济、污染预防、人类健康、绿色家园”的环境方针,积极进行环境保护。本项目的后期应用可能扩展到环境监测、森林防火、施工安全等多种与人类环境密切相关的领域中,一方面可以向人类反映出环境的改变,另一方面也可以为人类提供优化环境的依据,物联网技术将在环境方面得到广泛的应用。
结束语
随着时代的发展,物联网技术将会得到广泛的应用,虽然目前物联网技术还不够十分成熟,仍处于摸索的阶段,但随着计算机技术和互联网技术的迅速发展,在智能楼宇系统中采用物联网技术将是未来楼宇建设的发展趋势;物联网技术的小型采集设备在楼宇综合管理系统中的应用将得到广泛的使用和完善。基于物联网技术的智能楼宇系统,其楼宇的安全性和功能性得到很大的提升。物联网技术在国家的大力推动下发展迅速,而且在各行各业得到了应用。智能楼宇在近些年来得以较快发展。物联网技术与智能楼宇的结合,必定将加快智能楼宇的发展,同时也推动物联网技术本身的进步。
参考文献
[1] 马一丁.透过应用看物联网发展前景[J].中国电子商情(基础电子),2010(Z1).
关键词:链接冗余以太网现场总线现场控制
1、集散控制的系统结构
集散控制逻辑体系是一种层次分支结构,从垂直结构上可分为系统管理层、操作管理层和现场控制层,首层向下可以横向分解为若干个子集。从功能分散角度看,纵向分散象征着不同层的设备具有不同功能,如现场监测和实时过程控制的综合管理;横向分散象征着同层设备具有近似的功能。按照这种形式设计或生产的集散系统软件、硬件产品,夯实了即集中又分散的控制原则。图一是对集散控制总体系统结构的描述。
图一、集散控制系统整体结构
1.1、系统管理层.系统管理层是集散控制系统的核心部分,主要由服务器系统、管理控制机和系统数据库等设备构成,系统管理中心可以对整体控制系统的运行进行监测、协调和综合管理。它位于整个系统的最顶端,具有超强的数据处理能力,实现对智能建筑群进行一体化控制,包括存储或获取系统内的全部信息数据和预期的控制参数,实现定期的趋势分析,并且进行系统优化控制,监测整个系统的运行,生成系统的输出报告,并且使用通用数据库标准;向系统提供智能控制设备的信息数据和原始资料。操作系统具有多用户、多任务和实时控制的综合管理能力。
1.2、操作管理层.操作管理层是由各分系统构成,通过各自的系统控制机连接主干网络,并且传输上、下层间的控制数据信息,构成了相互通讯的重要途径。操作管理机是现场数字控制器(DDC)的上位机;又是分支系统离散化区域的协调者,实现局域信息系统的实时共享,各分系统完成现场数字控制器与管理层控制机之间的信息传递、数据存取,实现各分支系统现场终端设备的远程监测及控制。
1.3、现场控制层.现场控制层由集散控制中多个子系统构成,主要设备包括现场控制器、现场控制总线(BACnet)、数字转换执行器、智能信号传感器。它们是现场被控设备装置的接口,连接被控设备上的传感、执行机构,由现场控制器通过现场控制总线网络实现与上位机进行数据信息的交换。现场控制器采用现代直接数字控制技术,控制器内部包含智能中央处理器(CPU);存储芯片组(RAM、ROM)和各种输入输出接口等,通过输入接口与现场控制总线相互链接。末端装置中异种数字转换执行器和智能信号传感器,被称为现场终端设备。信号传感元件如温度传感器、湿度传感器、压力传感器、液位检测器等,将现场检测到的不同类别的信号通过数字转换后传送至现场控制器,控制器将根据预期参数或上位系统实时指令智能处理后,输出控制信号传输到执行元件如调节器、继电器、步进设备等,并且同时对现场设备进行执行控制。
2、两层网络结构的智能楼宇控制系统
智能楼宇自动化控制是由各种智能设备构成的监控系统,然后再将各子系统进行集成为一个综合性实时监测的控制系统,核心技术是采用现代控制理论的集散控制网络模式。智能楼宇控制系统是集散控制、网络通讯发展的产物,在智能建筑控制中得到了广泛的应用,楼宇自动化系统构架通常采用集散控制二层网络结构,它应用于现代智能楼宇现场的监测、控制。高速以太网与底层现场控制总线满足不同设备数据通讯的要求,二层网络之间通过网络通讯控制器进行相互链接,并且实现不同数据通信协议的转换。两层网络的构架结
图二、两层网络智能楼宇系统结构
构得到国内、外现场总线智能设备生产厂家的支持,是智能楼宇控制系统的主导网络结构形式,如图二所示。
2.1、高速以太主干网.管理服务器、系统工作站与现场采集、执行设备之间需要进行大量的通讯、控制信息的交互,通信带宽的要求会很高,系统管理层的实时性和抗干扰能力要求不如现场网络那么严格,因此上层网络结构采用局域网比较成熟的高速以太网络技术。
2.2、实时性和抗干扰性.通过现场控制器对监测信号的采集、智能分析过程,向执行设备发送控制指令,从而实现对监控现场进行实时控制。现场控制总线的结构形式具有较强的屏蔽和高抗干扰能力,虽然在通讯时通信速率低于高速以太网络,但是完全能够满足与现场控制底层设备之间的数据通信标准。
2.3、网络层间的桥梁.两层网络之间通信经过网络通信控制器实现协议数据的相互转换、路由选择等功能。同时对现场数据的通讯安全起到保护作用,通信控制器的功能也可由网桥、路由网关设备或微型智能控制机实现,它们是在连接两个网络层间中起到的是桥梁作用。
2.4、离散的分布结构.在同层中不同现场控制总线之间的设备数据通讯不需要通过系统工作站,整个系统除了人机监控界面以外的其它功能;通过区域网络控制器以及各现场智能控制设备实现。因此;管理服务器、系统工作站的闭、合不会影响系统的正常运行,并且完全实现了智能功能的分散控制,使得各个分、子系统集成为全分布式控制系统。
现场总线控制技术是智能楼宇系统领域中的局域网,应用于监测现场的事态发展,通过现场控制器与智能监测设备之间实现串、并行或多节点的数据通讯,是开放式、数字化多节点通信的底层控制网络。现场总线技术与现场网络数据通信协议(BACnet)为实现开放式楼宇自动化控制系统夯实了基础,开放式通信是实现数据信息共享的主要方式之一,现场总线技术给网络自动化控制带来重大的变化,这与局域网络技术将众多分散的计算机连接在一起,使得计算机的功能和作用发生根本性的变化一样。现场总线技术使得智能设备自动控制系统具有较强数据通讯的能力,不同类型的智能设备可以方便地链接在现场总线网络系统之中,使智能楼宇控制跃入系统数据库信息网络管理的行列。现场控制总线仅是对智能楼宇系统的现场控制网络层进行了定义,而智能楼宇自动化控制系统网络构架的标准化结构并不限于现场设备控制网络,更重要地是追求网络通讯进程的标准化,使不同类型的智能设备之间实现标准化数据通信;同时也使系统工作站直接与控制系统实现数据通讯,从而实现智能楼宇控制系统达到开放式的标准化。BACnet作为智能楼宇自动控制网络的数据通信协议,它所提供的是一种通讯机制,通过这种通讯机制,使智能设备的功能达到数字化处理,并且实现各设备间的信息交互。因此,网络数据通信协议应用于计算机、通用直接数字控制器特定的智能设备中,其应用效果完全相同。当现场数据信息传送到监控的处理机后,即如何实现与应用程序之间的通信传递,使现场信息与应用程序的链接,将现场的实时信息反映在系统工作站的应用平台上,依然存在链接标准和规范问题。在工业微型自动控制被智能楼宇系统广泛应用的今天,让自动控制系统的人机界面;能够充分运用于计算机系统丰富的软件资源,实现实时系统监测↔链接嵌入↔数据控制反馈的双向信息流的传递通道。
3、三层网络结构的智能楼宇控制系统
集散控制在智能楼宇自动控制系统中通用性强;分、子系统整合灵活;网络功能完善;能够实现实时响应通讯指令信息,在集中显示和管理操作中更加便捷,特别适应在现代智能建筑群自动化的拓展。三层网络结构的智能楼宇控制系统是在高速以太网与现场控制总线之间增加了一层控制网络,这层网络的通信速率、屏蔽或抗干扰性都介于高速以太网和现场控制总线之间,系统控制通过这层网络与大型通用现场控制器(DDC)实现互联,如图三所示。系统结构的主要特征体现在局域网络的链接方面,向上层能通过网络控制器路与高速以太网进行连接;构成综合网络管理体系,向下通过中间层以太网支持现场控制总线,使过程控制底层的现场控制器、智能传感器、数字转换执行等设备实现可靠的实时数据通信,从而实现更大范围的集散分布式智能建筑控制系统。
3.1、递阶控制体系.集散控制系统是由相互关联的各子系统所构成,智能设备各自的特征及功能构成集散控制系统的总体特征。集散控制系统需要处理复杂的实时控制过程,各系统之间既有横向的多级结构又有纵向的多层结构,采用的控制策略不但需要各系统的决策,还需要上级系统的协调优化,各系统之间在总体上形成塔式结构。某一级的决策分系统可以对下一级施加作用,同时又要接受上一级的系统干预,这就构成集散控制结构的递阶控制体系。
3.2、分散控制体系.分散控制结构是相对于集中控制系统可靠性与安全性提出地;是一个半封闭状态的环型结构,从整体上看;是垂直型与水平型构架的综合体。垂直型是自上而下相互关联的基础结构,方位向左右层次进行扩展。系统的数据通信发生在上下层位间,其主导权由上位层控制,对下位层的设备动作有监测和调控能力。综合体是把水平型和垂直型相
图三、三层网络智能楼宇系统结构
互结合起来,在各系统进行独立管理的同时;形成上下级间的制约管理关系,各子系统间的数据通信具有平等性;并且具有较强的独立性,水平形成对等的分散系统自我管理机制。上位层的系统故障不会影响下位层系统间设备数据交换和各自设备的功能,智能建筑大型楼宇系统网络控制大多采用复合型的分散控制结构。
3.3、互为冗余体系.为了提高智能楼宇系统的可靠性,集散网络控制系统对关键层设备,即整体系统有重要影响的核心设备采用冗余运行结构。在常规运行时,智能设备各自承担分解后的功能投入运转,当其中一台设备损坏时,相关智能设备放弃部分辅助功能,自动补充、并且替代故障设备的运行功能,这就是在智能楼宇系统中互为冗余的主导思路。应当指出;互为冗余的运行方式;是在智能设备发生故障时,以损失局部设备的辅助功能为代价,在智能楼宇控制系统中,这种以较小的辅助功能为代价;换取局部或整体系统的稳定性的实施策略,是经济可行地。另外;集散控制智能楼宇系统对所有的设备都采用冗余结构是不经济的,我们应对冗余设备的投资和系统故障造成的损失来进行权衡,综合考虑适当的冗余系统结构方式。
4、智能楼宇系统网络结构的发展趋势
通过对智能楼宇企业、行业的调研,将本课程定位在电气自动化专业的职业技能课,课程突出技术实用性,着重培养应用技能、专业素养;对智能楼宇职业岗位进行分析,确定本门课程的培养目标;通过典型工作任务的归纳总结以实训设备为基础,设定本课程的学习情境,以职业能力培养为目标,进行学习内容的设计。
2课程培养目标的设定
2.1楼宇智能化工程技术专业人才需求分析
楼宇智能化行业是一个集计算机技术、通信技术、自动控制技术等技术于一体的行业,涉及的知识领域十分宽泛,它要求我们培养出来的人才必须是复合型的技能人才,楼宇智能化行业的过程涉及的环节很多,岗位很多,需要打交道的人、机构、事、仪器、设备也很多,它的专业性、技术性、综合性、还有灵活性都很强,概括起来,一个合格的楼宇智能化人才必须具备广博的知识,良好的专业技能,较强的沟通协调能力,良好的职业操守。它要求人才的专业素质和综合素质都必须要高。资料显示,我国建筑智能化技能型专业人才极其匮乏,尤其缺乏各个层次的智能建筑设计施工建设、运行管理的专业化人才,目前全国此方面的人才缺口达40万,特别是楼宇智能化系统设备运行维护人才、楼宇智能化工程设计、管理、安装与调试人才等各层次人才严重不足。在楼宇智能化高速发展的今天,这个缺口有可能会进一步扩大。因此,培养出合格的、优秀的楼宇智能化工程技术人员是高职教育刻不容缓的任务。
2.2楼宇智能化工程技术职业岗位分析
通过对智能建筑市场人才需求分析以及往届毕业生的跟踪调查可知毕业生的就业范围与主要就业岗位。毕业生的就业范围主要有以下几个范围:一是智能化系统集成公司,各类建筑施工企业房地产公司、物业管理企业、企事业单位的基建部门、政府机关后勤管理部门。主要从事楼宇智能化系统招投标;规划设计;现场施工、安装、调试;后期检测、维护等技术与管理工作。二是各类设计、施工单位的制图、读图和设计研发的辅助工作。三是从事微电子、电工及自动化等专业相关产品研发和辅助设计工作。毕业生的主要工作岗位有:助理自动化系统(智能建筑)工程师(ASEA)、电气工长、技术员、概预算员、售后服务工程师、项目经理助理、物业管理员、助理物业管理师等。经过几年的工作实践之后,大部分毕业生将成为企业、公司的中坚力量,承担起弱电项目经理、造价工程师、自动化系统(智能建筑)工程师、建造师、物业管理师等技术或管理岗位责任。
2.3课程培养目标
课程培养目标概括为:具有楼宇自动化技术领域的基本理论知识和基本技能,具有相关楼宇设备监控系统的设计、安装、调试、维护维修能力,适应相关智能楼宇技术应用、管理第一线需要的高等应用型专业技术人才。包括知识目标、能力目标和素质目标。
3课程设计
3.1课程设计———整体设计
楼宇智能化技术着重讲解构建智能楼宇的各种技术知识,通过本课程学习,要求学生掌握楼宇智能化技术的内在关系和设计原理,了解楼宇智能化工程的行业规范和标准,具备应用理论知识分析解决实际问题的能力和工程意识。课程整体设计包括七个项目:智能建筑概论、楼宇自动化控制技术基础、计算机网络系统、综合布线系统、建筑设备自动化系统、安全防范系统和消防报警系统。每个项目包含若干个任务。通过七个项目的学习来实现本门课程的知识目标与能力目标。
3.2课程设计———学习情境设计
根据基于工作过程的课程开发思路,针对工作岗位对知识、能力、素质要求,选取供配电及照明系统、变频恒压供水系统、消防报警系统、安防监控系统、综合布线系统五个学习情境作为本课程的训练项目内容。对每个学习情境应制定其学习目标、教学实施方案、所需设备对象与使用工具、教学重点、考核与评价标准等内容,采用资讯、决策、计划、实施、检查、评价六步教学法进行课程教学。每个学习情境中工作过程由若干工作任务构成,如“视频监控系统设备安装与调试”工作过程由参观视频监控系统应用场所、视频监控系统设备选型及配置到视频监控系统检查和评价共7个工作任务构成,学生完成这7个工作任务,即经历了一次视频监控系统设备选型、安装与调试工作过程。
3.3课程设计———学习情境教学实施
采用资讯、决策、计划、实施、检查、评价六步教学法进行课程教学。具体实施以视频监控设备安装与调试教学实施过程为例来说明。
①资讯:教师介绍系统组成、功能原理、设备分类与选型依据,各种传输方式,系统类型。布置任务,学生分组;教师提出资讯建议,提供获取资讯的方法和途径信息。
②决策:听取学生的决策意见,提出可行性方面质疑,帮助纠正不可行的决策结论。指导学生根据选型依据进行前端设备、传输设备和管理控制显示设备选型。
③计划:听取学生的计划报告,审定实施计划,关注计划中的预期成果及未来的自查项目,关注工作进度及重要节点,制定重要节点的进度检查计划。
④实施:组织学生领取视频设备、线材,指导学生在智能楼宇综合实训台上进行设备的安装、接线与调试操作。对学生联合调试中出现的问题,组织学生进行讨论,并给予指导。同时对学生进行相关职业素质方面的教育。
⑤检查:对学生安装的视频监控系统功能进行检查与规范验收。考查学生安装调试视频监控系统的能力,做好相应记录。
⑥评价:学生写出安装调试报告;教师按项目技术指标进行评价;对施工记录表与安装调试报告进行评价;对学生出勤、学习态度、职业道德、团队合作进行评价。
关键词:智能楼宇自动化管理强电系统弱电系统
1 智能楼宇概述
1.1 楼宇智能化的概念与组成
楼宇智能化管理系统是一个以住宅建筑为平台,将建筑设备、通信网络、现场总线、办公自动化等部分从系统、结构、服务及其相互联系等层次上进行全面分析,选取最优化的组合方式,集管理、服务、控制于一身的综合管理体系,能保证使用者享有高效、便利、舒适、安全、健康、环保的空间环境,并能降低建筑维护的工作量及运行成本。
智能管理系统主要包括:具备内外部信息交换功能的通信网络系统、具备了实时测控建筑设备运行状态功能并能根据外部需求进行调整的设备自动化系统,可以感知并防止建筑内外部安全问题发生的安全防范系统,以及将主控电脑与个子系统、各个模块相连接的综合布线系统等等。这些具备自动感知功能和自我调节能力的系统,正逐渐改变着人们的生活方式。
1.2 目前我国楼宇智能化的发展趋势及存在的问题
随着信息技术、计算机技术、控制技术等科技的飞速发展,智能建筑技术开始朝着集成化和规范化的方向发展,《智能建筑设计标准》(GB/T50314-2000)等国家标准的出台,使这一技术中采用的各种开放式结构、协议、接口等都更趋于标准化和规范化。发展环境与国家政策的支持,已使我国成为了全球最大的智能建筑市场。或没有综合分析体系实际运行中可能发生的突发问题而导致其诊断故障的水平和整体可靠性的降低等,这些都需要设计者深入了解相关设计规范,并根据建筑工程的实际情况加以分析,不断总结经验,改进设计方法。
2 楼宇智能化管理系统的电气设计与实现
电气自动化是楼宇智能系统设计的关键环节,也是系统实现实时感知及过程控制的基础,一般分为强电设计与弱电设计两个方面:
2.1 强电系统设计
作为一种动力能源,智能楼宇强电系统一般包括照明、动力、供电、防雷等几个子系统。下面以照明和供电系统做一简述。
2.1.1 照明系统
照明系统设计首先应选用具有节能和改善环境功能的光源,并配电子镇流器或低损耗电感镇流器。灯具反射板制作合理,并通过线性布置使工作面照度均匀。设计应针对正常照明、备用照明、事故照明和疏散照明等分别作供电电源、指示灯位置、照明强度以及启、停、转换程序进行详细的设计。在照明系统的自控设计中,应实现控制中心对各照明子系统的集中管理,如公用照明的程序遥控、部分点燃和定时停启等。
2.1.2 供电系统
供电系统是保证智能化管理系统中计算机及网络正常运行的基础,因此应设置自备发电机,在市电电路出现故障断电时,保证管理系统的运行效果。在保证不间断供电的基础上,还应保持电压与频率的稳定性,一般电压变化应≤2%,频率变化应≤0.2Hz,波形畸变率≤5%。自电流表、电压表、电流互感器及电压互感器等处,通过变送器读取模拟量信号或数字信号,并送到变电室数字式控制器,再传输至控制中心。选用断路器数字通信接口接收由中央系统发送的断路器操作命令,实现遥测、遥信和遥控功能,选用数字通信接口给出由控制装置探测的有关电气量、报替和断路器等情况的信息,最终实现对电流、电压的遥测、对微处理保护单元故障等的遥信以及对断路器等的遥控功能。
2.2 弱电系统设计
弱电系统在楼宇智能化设计中主要包括:综合布线系统、通信网络系统、安保监控系统以及三表计量系统等部分。
2.2.1 综合布线系统设计
综合布线系统可分为工作区子系统、管理子系统、垂直干线子系统、水平干线子系统和建筑群子系统等。其中管理子系统由跳线面板、跳线管理器、跳线、光缆端接面板等组成,负责室内信息通道的统一管理。它将主机房中的各种设备与垂直子系统连接起来,并处理其中的线缆连接关系。整个系统应从总体上进行规划,使其具有可拓展性,每户最少有1个语音信息点和1个数据信息点,数据主干采用光纤实现,并在控制中心设立网络中心机房设置交换机、路由器等网络设备。
2.2.2 信息网络系统
楼宇信息网络系统承担着建筑内外部信息的交换功能。以有线电视系统为例,现代智能楼宇中的有线电视应与家用终端计算机进行联网,传递各种媒体信息,具备双向通信、可视电话、图文传输等多种功能,并最终形成集电视、电话、电脑于一身的多媒体系统。
2.2.3 安保监控系统
该系统应具有防火、防盗、监视、监控等功能,主要包括闭路电视监控系统、安全对讲系统、防盗报警系统以及家居火灾自动报警系统等。以防盗报警系统为例,该系统通过在住户设置集中控制器、报警控制器、门磁开关、红外/微波双鉴器、紧急呼救按钮、报警扬声器、报警指示灯等设备,可向的安全保卫部门发出报警信号,使居民免受非法侵入的威胁。
参考文献
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