基于建筑物管理系统的集成研究

2023-02-15

90年代初期我国的智能建筑专家提出了建筑物管理系统 (Building Management System, BMS) 的概念, 其BMS的着眼点是为了加强对智能建筑内各相关监控子系统综合管理的能力, 提高整个建筑物内机电设备和安全报警设施监控与管理的效率。部分工程应用将大厦的物业管理和信息管理系统集成进来, 初步实现了自动化系统与信息系统的集成。到了90年代的后期 (特别是1 9 9 8年) , 随着互联网和内联网 (Internet/Intranet) 技术突飞猛进的发展, 世界著名软件开发商都全力以赴地开发支持互联网和WEB技术的应用软件和数据库结构。出现了以控制网络集成和信息共享为基础的智能建筑管理系统, 提出了3S (BMS, OAS, CNS) 系统一体化集成的目标。由于互联网和WEB技术是基于开放性的标准, 如:TCP/IP, HTML, HTTP。因此也迫使各软件开发商所开发的各种应用软件必须支持上述开放性的标准。因此也就必然导致各软件开发商提出编制应用软件和数据通讯接口的标准化。特别是实现自动化监控系统集成, 在数据通讯链接和面向对象方面的标准化, 以及涉及网络互联及应用的规范更显得突出。

BMS是以系统一体化、功能一体化、网络一体化和软件界面一体化等多种集成技术为基础, 运用标准化、模块化以及系列化的开放性设计, 是以中央监控管理级、部门 (子系统) 监控 (分层) 管理级和现场信息采集与控制级的三层组成结构, 通过分布式通讯网络, 将整个大厦内的所有子系统的信息资源汇集到一个统一的集成平台上, 在同一个界面环境下, 实现对分散在大楼 (区域) 内所有子系统及其可控设备的集中监视、控制和管理, 通过对各个子系统资源收集、分析、传递、和处理, 实现对整个大厦进行最优化的控制和决策, 达到高效、经济、节能、协调运行状态, 并最终与建筑艺术相结合, 创造一个舒适、温馨、安全的工作环境。

BMS将大厦内各控制子系统包括BAS (楼宇设备自控系统) 、SMS (综合保安管理系统) 、FAS (火灾报警系统) 、PAS (广播系统) 、CPS (停车场管理系统) 、SCS (综合智慧卡系统) 等集成为一个“有机”的统一系统。

1 底层的集成问题

底层的集成是整个BV1S系统集成的基础和前提, 我们可以从两个方面来分析这个问题:不同接口设备的接入和控制网络的互联。

1.1 现场设备的接入

智能建筑中的机电设备种类繁多。由于生产厂家的不同, 这些设备所提供的接口也大多各不相同。对于这些不同的现场设备, 比如传感器 (温度、湿度、压力、无源红外线等) 、驱动器 (开关、整流器、断路器、变风量控制器、变频驱动器等) 、以及空调机、压缩机、冷水机组等, 如何实现它们的接入是一件很困难的事情。

对于比较简单的现场设备如传感器、驱动器等, 在工程的设备定货阶段就要向设备供应商索要详细的说明书, 以明确该设备详细的接口参数如电压、电流、接线方式等, 为日后的接入系统打下基础。

比较大型的设备如冷水机组、电梯等, 由于它们一般是自成一个小系统, 其内部详细的控制功能都是有生产厂家已经设计好并实现了的, 它们一般只提供一个数据接口供接入时使用, 以方便操作站实施监控和最简单的控制 (如启、停) 。对于这一类型的设备 (我们一般称为单项设备系统) , 系统集成商所要做的就是如何实现设备供应商提供的接口与控制网络的互联, 以读取设备数据和实施简单的控制。

纵观这些单项设备系统的接口协议, 我们发现它们无非是目前比较流行的RS232, RS485, BACnet以及Lon Works.P R O F I B U S等现场总线协议。R S 2 3 2, RS485等通讯协议技术目前已经很成熟了, 要实现它们的接入是比较容易的。而BACnet, Lon Works, PROFIBUS等技术发展起来一般不超过十年, 本身就是还在进一步发展的技术, 还有很多不成熟的地方。虽然很多国际大公司都宣称开发出了各种开放系统, 但在系统集成的实际运用中, 往往很难做到真正的兼容。系统集成商们在实现这些单项设备系统的接入时, 大多需要自己开发针对实际运用的协议转换模块来完成集成任务。

1.2 控制网络的集成

控制网络的通信技术不同于以传输信息和资源共享为目的的信息网络, 其最终目标是实现对被控对象中能量和物质转移的有效控制, 使系统安全稳定地运。因此要求具有协议简单、安全可靠、纠错性好、成本低等特点。其网络负载稳定, 多为短帧传送, 信息交换频繁、实时性强。

当今的楼宇自控领域, 由大量不同生产商开发的各种种类的控制系统、分系统、子系统充斥着市场。在完成一幢智能建筑的集成时, 我们会发现需要将采用各种协议或总线技术的子系统、分系统集成为一体是我们无法回避的问题。遇到这种情况, 集成商往往采用网关连接的办法, 即通过一个协议转换器来实现各种不同协议或总线之间的转换, 从而达到互联的目的。协议转换器的功能是在不同协议的控制网络之间实现协议转换和数据交互, 为上层信息资源的集成打下良好的基础。

2 上层的集成

上层的集成实际上是信息的集成。弱电系统信息集成的主要特征是:建立一个完整、统一的以网络为基础的监控管理平台, 提供一整套系统软件, 能采集和取用弱电各分系统的所有实时数据并在集成网络系统上发布, 可实现对系统信息、资源和管理服务的共享, 具有一致、简易和方便的个人业务操作界面, 能满足众多用户的不同作业需求。根据上海市于1995年颁布的《智能建筑设计标准》, “智能建筑工程设计中对集成的各子系统应实行统一的管理和监控, 其中甲级智能楼必须具有各智能化系统的集成。接口应标准化、规范化, 实现各智能化系统之间信息交换。”可见弱电系统集成应以信息集成为目标, 实现智能建筑弱电系统集成的核心技术是弱电系统信息的集成。

BMS系统集成的本质是实现各个子系统之间的信息交换、对各子系统实行统一的管理和监控, 系统集成首先应关注各子系统之间的互联性和互操作性问题, 此外还应关注系统联动实现问题。

各子系统之间的互联性和互操作性问题, 这是一个多厂商、多协议、面向各种应用的体系结构, 需要解决各类设备、子系统之间的接口、协议、系统平台、应用软件、建筑环境、运行管理等各类面向集成的问题。能否方便、灵活地接入各子系统, 是BMS系统软件设计和实现时的一个重要问题。

3 系统功能

BMS是由楼宇自动化系统、消防报警系统、保安监控系统、停车场管理系统等子系统组成的, 因此BMS的功能首先是各个子系统的功能, 实现对智能建筑内各类弱电设备的监控管理, 保证系统的基本功能和正常运行;然后是系统集成后所具有的综合功能, 概括为集中的监视、控制和管理功能, 全局事件的管理功能流程自动化管理功能。

摘要：建筑物管理系统 (BMS) 是将大厦内各子系统集成为一个有机系统的统一系统, 笔者在参考大量国内外相关文献的基础上, 深度探讨了BMS的集成问题, 详细分析了底层集成和上层集成的策略, 并简要阐述了统一系统的功能, 相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：建筑物管理系统,集成,有机系统