智能化系统工程设计中的若干技术问题 2005-6-10 赵济安 摘要：根据建筑物智能化系统工程的设计和科研实践，提出智能化系统的主要技术问题处理对把握系统工程整体性 能的重要意义，并对工程设计中的若干技术问题分别进行探讨。关键词:结构 开放性 综合性 系统界面控制 设计是工程建设的先行官，优化设计对确保技术先进及工程质量是至关重要的，本文的作者对工程设计中的主要技术问题处理与业内人士进行探讨。
智能化系统工程设计中的若干技术问题
2005-6-10
赵济安
摘要：根据建筑物智能化系统工程的设计和科研实践，提出智能化系统的主要技术问题处理对把握系统工程整体性 能的重要意义，并对工程设计中的若干技术问题分别进行探讨。
关键词:结构 开放性 综合性 系统界面控制
设计是工程建设的先行官，优化设计对确保技术先进及工程质量是至关重要的，本文的作者对工程设计中的主要技术问题处理与业内人士进行探讨。
1 自动化控制系统的结构
1.1 自动化控制系统的总体结构的基本框架
1.1.1 系统基本结构分析
分级分布式自动化控制系统的基本结构为二层总线型，即上层的信息网络的通信总线（采用TCP/IP协议），下层的控制网 络通信总线（采用RS485标准或LonTalk协议）。
信息网络（以太网）的通信总线承担管理信息与合成的控制信息的交换，是建筑物的信息主干网，在这级网络中，采用 TCP/IP（传输控制协议/互联网协议），易于同下层控制网络实现网络间的集成。
控制网络通信总线构建了以完成实时控制数据传递而实现对机电设备控制的自动化管理网络，该网络实时性强，网络数据信息共享，系统体系组合灵活，便于扩展及维护。其中RS485是被机电设备厂商广为采用的控制总线接口标准，采用普通非屏蔽双绞线为传输介质，具有传输距离长，传输速率高，控制点多，联结方便，易于扩充等优点；另一种为LonTalk协议，是LonTalk技术使用 的测控合一双向通信的控制总线所采用的协议，现场传感器可直接联入控制总线，简化了现场控制设备和方便了网络的联结，它已被列为美国标准ANSI135BACnet，作为控制总线的通信标准，绝大多数机电设备厂商已接受LonTalk技术，生产的产品均能互换。
上层的信息网络通信总线和下层的控制网络的通信总线，是构成自动化控制系统总体结构的基本方式。
1.1.2 自动化控制系统应至少有以下基本的配置（本文仅列出中央控制级部分）
a.硬件：计算机系统，72小时备用电池等。
b.软件：系统软件（含网络协议、网络操作系统），语言处理软件，数据通信控制与管理软件，数据库及数据库管理软件，操作员接口软件，CRT显示格式及标准报告软件，中央日程表软件，时间/事件诱发程序软件，能量管理软件，与各相关单项专业控制系统联网的软件系统，其它必要的软件系统等。
1.2 自动化控制系统技术发展
1.2.1 单项设备系统专业控制技术的发展
建筑物智能化系统工程中的设备监控系统主要包括：冷水机、空调机、锅炉、电梯、配电柜、发电机、照明、消防报警、安全等设备系统，均由不同类型的专业厂商提供，由于这些类别各异的设备专业独立性强，对监控的工艺技术要求复杂，控制信息 的通信方式很不统一。因此，各专业厂商所近年来相继对设备机组的自控系统进行开发，已先后拥有了智能化程度不同的设备自控体系（部分已形成较完整的系列化），并在网络接口和与相关系统的通信技术方面，也有较大的进展，先后推出了能以标准网络接 口与其它系统间实现双向通信的功能。采用单项设备专业化自控包，从设备优化制度、提高可靠性、完善使用功能、降低经济成本等方面考虑，有很好的发展前景，同时，在与建筑物智能化系统总体的组合上，也具有重要的实际使用意义。
1.2.2 自动化控制系统与网络技术
自动化控制系统构成的内涵已被人们越来越具体地认识并接受，而支持其发展完善的基础技术也以它不断的进步，不时地起着启蒙和先导作用，同时，商家和用户也彼此交流，供需之间互相促进，也推动了控制技术 的不断发展与完善。现代网络技术的发展及深层次介入，使基于电脑和通信技术的建筑物自动化系统，能从单一平台的运作，走向跨平台的联网，便系统的总体构成产生了新的飞跃。在积极推行“国际标准”和先进“工业标准”的条件下，自动化系统在控制网 络中实现产品的互换及互操作、在信息网络中实现互通及互联成为可能，系统具有良好的开放性，能容纳更多更新的产品。同时，网络系统实时互联（采用Internet/Intranet网络软件），为建筑物的智能化管理，提供了更为广阔的空间。
因此，建立建筑物自动化系统信息资源共享的网络化体系，是顺应时代要求的发展方向。
1.3 自动化控制系统的结构
a.控制层总线采用RS485标准，控制功能强，监控点多，传输效率高，它采取并行联网的方式，互相独立，点对点通信，系 统简洁，组网灵活，联结方便，有益于长距离传输及系统的发展扩充，该方式是集散型控制网络的基本形式。
b.现场控制层中运用LonWorks技术的测控合一的双向通信控制总线，采用该方式的现场受控装置能直接纳入控制总线的 层面，系统较简洁，组网较灵活，越来越多的国家以此为产品生产的通信标准。因此，凡有LonMark标记的产品，均能在系统中互 操互换，现代网络技术也为LonMark产品创造了无限
2楼
2 自动化控制系统的“开放性”
“开放性”是体现系统主要技术我的状态之一。是自动化系统技术发展的必然趋势，但应用于建筑物的特定环境里，对系 统提出“开放性”的要求，使之实现更合理，对此有必要进行全面的认识。
2.1 “开放性”含义的全面认识
a.自动化系统“开放性”，即是在不同供应商之间任意选择具有最佳性能价格比的各种产品，使之灵活地组合为符合使用要求的完整的自动化系统。因此，“开放性”就是系统外联的广泛性，系统互联的任意性。
b.提供“开放性”的前提条件，须建立公认的通信协议，它定义了数据发送的接收工作的过程，规定了网络中使用的格式、定时的方式、顺序检错等，它使不同商家的机电设备的联网接口，都符合统一的通信技术标准。目前，在建筑物智能化系统领域里， 适用于联网方面的有美国标准（建筑物自动化控制网络BACnet(ANSI-135)，适用于通信方面的有美国Echelon公司开发的通信协议（LonTalk），它们已被国际上众多的厂商认可，并形成了发展的趋势。
c.正如在本文“自动化控制系统的结构”中所分析的那样，在建筑物智能化系统中，以大量楼宇机电设备为主要监控对象的运行环境里，以RS485为集散型分布式系统，在适合控制网络方面较之在“开放性”方面具有领先地位的现场总线有无可比拟的优 点，同时，由于各供应商自行开发的RS485产品有很大的生产能力和应用市场，并具有不可忽视的商业性的优势。因此，它的准“开 放性”效果在现阶段应予以正视。
2.2 “开放性”的实际应用情况
a.采用BACnet和LonTalk协议，能实现互换互操作的LonMark标记产品，目前主要有两种类型：一类为传感器、执行器、继 电器，即被称为单点分站；另一类，是终端设备控制器（VAV、FCU、I/O等），被称为终端设备分站，这两种类型的实际运用都在系统适用性方面受到限制。
b.在楼宇设备自动化控制系统中，对大型机电设备或其它类似设备的监控点数量多，并需在同一个监控站实行监控管理，由于LonWorks技术对输入、输出点有限制，因此，在应用中采用LonTalk协议方式还不尽适宜。
c.由于“开放性”互换互操作的要求，因此采用LonkTalk通信协议LonMar通信协议的LonMark标记产品的类别及系列须具 有全面性、完整性，从目前情况而言，还存有一定的差距，尤其在确保产品的完整性、可选择性和降低成本方面，还有待于一个发展的过程。
d.网络技术的发展，尤其是Internet通信技术介入，使自动化控制系统的信息互联及向上层次信息集成在路由和方式上， 开创了崭新的空间，为“开放性”增添了新的发展生机。
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3楼
3 布线系统“综合性”的应用
3.1 布线系统的“综合性”是现代建筑工程的主要特征之一
对多种类、繁杂的布线采用能满足其各种技术使用条件并综合为一体的配线方式，是适应建筑物内采用现代信息技术和智能化管理的需要，是技术进步的体现，随着其相关技术的发展使之不断完善，将会促进它更快地发展并使之得到更广泛的应用。
3.2 应用条件是建筑物布线系统设计的依据
关于布线系统的设计可归纳为以下主要问题的处理：应用要求分析；应用环境条件调研；系统网络框架构思；线缆容量计算；线缆规格选择；配线设备配置等。整个设计过程，都是围绕着实际使用需求和应用环境而展开的。不久前某国际上著名的布线 供应商推出了TBIC（Total Building Integaration Cable）的建筑集成布线系统，更形象化地为建筑物智能化系统建造了一条通用信息高速通道，为智能化系统的所有信息的远传和分配提供了点到点的支持，具备了使所有信息接收、分配的能力，并使之成为继 建筑水、暖、电力专业外另一个必不可少的通用信息基础设施，这是一种十分富有吸引力的布线方式。当然，对一些规模较大的公共商业楼和通用性办公楼，因存在以租（售）为使用对象的流动性，及物业管理不尽到位的方法。智能化的各系统是否纳入布线系统要 区别考虑，部分（因管理体制的缘故）可分开，另外，在规划垂直主干及水平系统时，也可采取分步到位。例如，从长期来看，水平通道应尽可能预留，因水平管道受建筑条件限制影响较大，其它方面都需从长远角度来周全规划。
3.3 “综合性”相关的基本条件不容忽视
合理确定建筑物内布线系统的布线方式，从布线的空间环境角度出发，使线缆使用、维护、扩展以及技术升级等能适应各类智能化系统运行需要，并使各系统发挥更好的功能。它是布线系统“综合性”效应体现不可忽视的重要方面。
4 智能化系统“综合性”应用功能的提炼
4.1“综合性”应用功能的意义
建筑物智能化系统工程，是基于应用环境条件下的各设备系统的组合。从对应于完整的系统工程应用功能的角度认识，它不仅仅是各单一系统互为割裂的使用，也不仅仅是简单数字迭加的功能合成，它应是不同类 型技术上的互补，是各系统优势有机地合成和综合性应用功能的增强，尤其是系统间信息集成的互联，将使系统的功能应用层面提升到新的水平。
4.2 “综合性”应用功能提炼的基础条件
工程设计者对建筑物智能化系统工程综合性应用功能的提炼，应基于以下基础条件：
a.应对本项目的功能需求作全面分析，并进行梳理及归纳，其中关键的要点，是对技术上的可行性、单项技术的侧重点、系统技术的合成性等方面要进行针对性的构思。
b.工程设计者对设备系统技术要作全面理解，不仅仅包括对单项系统的基本性能、技术特征、运用条件、可实现的专业特殊性，尤其是对系统组合的技术优势的互补上，都应予以全面的把握。同时，对不同类型系统设备的技术动态及发展趋向也应能予 以及时跟踪及研究。
c.对系统工程实践经验进行总结，使设计者能在以后的设计中扬长避短，因势利导地解决工程设计中遇到的各种问题。
d.对整个工程综合全面思考。使设计方案能从功能需求的实现上，专业技术可行性上，并使系统在技术上的创新和发展上提高到一个新水平。
4.3 应善于对智能化系统“综合性”应用功能进行的提炼
系统工程的综合应用功能的提炼取决于系统工程的良好构架体，系统工程各单项技术特征的最优发挥，以及工程设计者善于综合的能力。它应是一种创意、一种对技术进步的寻求，它无任何可照搬的模式，它已完全跳跃了单项设备技术之机械重复之局 限性。在一些规模较大、应用功能要求较复杂的建筑物智能化系统工程设计中，善于“综合性”应用功能的提炼，对提高建筑物智 能化系统工程整体使用效果和降低经济成本更显得十分必要。
5 智能化系统工程相关系统“接口”界面的技术控制
5.1 必须引起重视的问题
在建筑物智能化系统工程建设中，普遍存在着诸如楼宇机电设备自控系统的控制器与受控设备之间、消防系统与安保系统的信息共享、消防系统的火警预报与灭火设备的联动控制、安保系统的各子系统间的控制信息互联及各种控制技术自动报警的联动 、以及各种管理信息集成的通信资源共享网络的互联、系统与系统之间的结合，这种相互的关系可归纳为二类，即设备硬件间的连接和系统与设备、系统与系统之间的信息通信软件方式的相联，它们都需要对各自的“接口”界面进行处理，以便良好运行，它是 把握系统工程成功与否的关键点，也是系统工程的技术难点。
5.2 影响相关系统“接口”界面处理的因素
a.系统要求不明确、技术规则不统一；
b.技术不成熟，实际操作无保障；
c.各承包商工作的界面不明确，彼此推诿；
d.技术不可行，系统结合实为虚设。
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