智能化系統(tǒng)工程設(shè)計中的若干技術(shù)問題
1 自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
1.1 自動化控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)的基本框架
1.1.1 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)分析
分級分布式自動化控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為二層總線型,即上層的信息網(wǎng)絡(luò)的通信總線(采用TCP/IP協(xié)議),下層的控制網(wǎng)絡(luò)通信總線(采用RS485標(biāo)準(zhǔn)或LonTalk協(xié)議)。
信息網(wǎng)絡(luò)(以太網(wǎng))的通信總線承擔(dān)管理信息與合成的控制信息的交換,是建筑物的信息主干網(wǎng),在這級網(wǎng)絡(luò)中,采用TCP/IP(傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議),易于同下層控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的集成。控制網(wǎng)絡(luò)通信總線構(gòu)建了以完成實時控制數(shù)據(jù)傳遞而實現(xiàn)對機電設(shè)備控制的自動化管理網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)實時性強,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息共享,系統(tǒng)體系組合靈活,便于擴展及維護。其中RS485是被機電設(shè)備廠商廣為采用的控制總線接口標(biāo)準(zhǔn),采用普通非屏蔽雙絞線為傳輸介質(zhì),具有傳輸距離長,傳輸速率高,控制點多,聯(lián)結(jié)方便,易于擴充等優(yōu)點;另一種為LonTalk協(xié)議,是LonTalk技術(shù)使用的測控合一雙向通信的控制總線所采用的協(xié)議,現(xiàn)場傳感器可直接聯(lián)入控制總線,簡化了現(xiàn)場控制設(shè)備和方便了網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)結(jié),它已被列為美國標(biāo)準(zhǔn)ANSI135BACnet,作為控制總線的通信標(biāo)準(zhǔn),絕大多數(shù)機電設(shè)備廠商已接受LonTalk技術(shù),生產(chǎn)的產(chǎn)品均能互換。
上層的信息網(wǎng)絡(luò)通信總線和下層的控制網(wǎng)絡(luò)的通信總線,是構(gòu)成自動化控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的基本方式。
1.1.2 自動化控制系統(tǒng)應(yīng)至少有以下基本的配置(本文僅列出中央控制級部分)
a.硬件:計算機系統(tǒng),72小時備用電池等。
b.軟件:系統(tǒng)軟件(含網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)),語言處理軟件,數(shù)據(jù)通信控制與管理軟件,數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫管理軟件,操作員接口軟件,CRT顯示格式及標(biāo)準(zhǔn)報告軟件,中央日程表軟件,時間/事件誘發(fā)程序軟件,能量管理軟件,與各相關(guān)單項專業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的軟件系統(tǒng),其它必要的軟件系統(tǒng)等。
1.2 自動化控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展
1.2.1 單項設(shè)備系統(tǒng)專業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展
建筑物智能化系統(tǒng)工程中的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主要包括:冷水機、空調(diào)機、鍋爐、電梯、配電柜、發(fā)電機、照明、消防報警、安全等設(shè)備系統(tǒng),均由不同類型的專業(yè)廠商提供,由于這些類別各異的設(shè)備專業(yè)獨立性強,對監(jiān)控的工藝技術(shù)要求復(fù)雜,控制信息的通信方式很不統(tǒng)一。因此,各專業(yè)廠商所近年來相繼對設(shè)備機組的自控系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā),已先后擁有了智能化程度不同的設(shè)備自控體系(部分已形成較完整的系列化),并在網(wǎng)絡(luò)接口和與相關(guān)系統(tǒng)的通信技術(shù)方面,也有較大的進(jìn)展,先后推出了能以標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口與其它系統(tǒng)間實現(xiàn)雙向通信的功能。采用單項設(shè)備專業(yè)化自控包,從設(shè)備優(yōu)化制度、提高可靠性、完善使用功能、降低經(jīng)
濟成本等方面考慮,有很好的發(fā)展前景,同時,在與建筑物智能化系統(tǒng)總體的組合上,也具有重要的實際使用意義。
1.2.2 自動化控制系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
自動化控制系統(tǒng)構(gòu)成的內(nèi)涵已被人們越來越具體地認(rèn)識并接受,而支持其發(fā)展完善的基礎(chǔ)技術(shù)也以它不斷的進(jìn)步,不時地起著啟蒙和先導(dǎo)作用,同時,商家和用戶也彼此交流,供需之間互相促進(jìn),也推動了控制技術(shù)的不斷發(fā)展與完善?,F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及深層次介入,使基于電腦和通信技術(shù)的建筑物自動化系統(tǒng),能從單一平臺的運作,走向跨平臺的聯(lián)網(wǎng),便系統(tǒng)的總體構(gòu)成產(chǎn)生了新的飛躍。在積極推行“國際標(biāo)準(zhǔn)”和先進(jìn)“工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”的條件下,自動化系統(tǒng)在控制網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)產(chǎn)品的互換及互操作、在信息網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)互通及互聯(lián)成為可能,系統(tǒng)具有良好的開放性,能容納更多更新的產(chǎn)品。同時,網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實時互聯(lián)(采用Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)軟件),為建筑物的智能化管理,提供了更為廣闊的空間。
因此,建立建筑物自動化系統(tǒng)信息資源共享的網(wǎng)絡(luò)化體系,是順應(yīng)時代要求的發(fā)展方向。
1.3 自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
a.控制層總線采用RS485標(biāo)準(zhǔn),控制功能強,監(jiān)控點多,傳輸效率高,它采取并行聯(lián)網(wǎng)的方式,互相獨立,點對點通信,系統(tǒng)簡潔,組網(wǎng)靈活,聯(lián)結(jié)方便,有益于長距離傳輸及系統(tǒng)的發(fā)展擴充,該方式是集散型控制網(wǎng)絡(luò)的基本形式。
b.現(xiàn)場控制層中運用LonWorks技術(shù)的測控合一的雙向通信控制總線,采用該方式的現(xiàn)場受控裝置能直接納入控制總線的層面,系統(tǒng)較簡潔,組網(wǎng)較靈活,越來越多的國家以此為產(chǎn)品生產(chǎn)的通信標(biāo)準(zhǔn)。因此,凡有LonMark標(biāo)記的產(chǎn)品,均能在系統(tǒng)中互操互換,現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也為LonMark產(chǎn)品創(chuàng)造了無限良好的空間,由此看來,它的開放性方面在未來應(yīng)用的發(fā)展上,顯然比前者有更大的吸引力。業(yè)內(nèi)專家曾預(yù)測,建筑物自動化控制系統(tǒng)的集散型控制網(wǎng)絡(luò),將會以現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)為發(fā)展趨勢。
c.單項設(shè)備系統(tǒng)納入建筑物自動化控制系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)層,從建筑物宏觀的角度而言,能使該類控制系統(tǒng)更合理安全地工作,由于單項系統(tǒng)的基本控制功能已由自身獨立完成,中央站僅為有序地進(jìn)行管理,因此,它不占用中央數(shù)據(jù)庫的容量,簡化了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的 信息傳輸與交換,使系統(tǒng)的自動化管理的整體效果和單項控制功能更優(yōu)化了。該系統(tǒng)在單項系統(tǒng)工作環(huán)境復(fù)雜、自控要求高時,更 能顯示它的優(yōu)勢,同時,也越來越受到工程設(shè)計者的歡迎。
d.綜合以上對建筑物自動化控制系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)層的分析,在現(xiàn)階段的技術(shù)發(fā)展變革時期,各種技術(shù)方式在相當(dāng)長時間內(nèi)還會 存在。工程設(shè)計者應(yīng)全面地分析、理智權(quán)衡,在工程技術(shù)上,工程設(shè)計者沒有必要固執(zhí)地堅持某一種技術(shù)方式,更沒有必要見異思 遷地做新潮技術(shù)的追隨者。
2 自動化控制系統(tǒng)的“開放性”
“開放性”是體現(xiàn)系統(tǒng)主要技術(shù)我的狀態(tài)之一。是自動化系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢,但應(yīng)用于建筑物的特定環(huán)境里,對系 統(tǒng)提出“開放性”的要求,使之實現(xiàn)更合理,對此有必要進(jìn)行全面的認(rèn)識。
2.1 “開放性”含義的全面認(rèn)識
a.自動化系統(tǒng)“開放性”,即是在不同供應(yīng)商之間任意選擇具有最佳性能價格比的各種產(chǎn)品,使之靈活地組合為符合使用 要求的完整的自動化系統(tǒng)。因此,“開放性”就是系統(tǒng)外聯(lián)的廣泛性,系統(tǒng)互聯(lián)的任意性。
b.提供“開放性”的前提條件,須建立公認(rèn)的通信協(xié)議,它定義了數(shù)據(jù)發(fā)送的接收工作的過程,規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)中使用的格式、 定時的方式、順序檢錯等,它使不同商家的機電設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)接口,都符合統(tǒng)一的通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前,在建筑物智能化系統(tǒng)領(lǐng)域里, 適用于聯(lián)網(wǎng)方面的有美國標(biāo)準(zhǔn)(建筑物自動化控制網(wǎng)絡(luò)BACnet(ANSI-135),適用于通信方面的有美國Echelon公司開發(fā)的通信協(xié)議 (LonTalk),它們已被國際上眾多的廠商認(rèn)可,并形成了發(fā)展的趨勢。
c.正如在本文“自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)”中所分析的那樣,在建筑物智能化系統(tǒng)中,以大量樓宇機電設(shè)備為主要監(jiān)控對象的 運行環(huán)境里,以RS485為集散型分布式系統(tǒng),在適合控制網(wǎng)絡(luò)方面較之在“開放性”方面具有領(lǐng)先地位的現(xiàn)場總線有無可比擬的優(yōu) 點,同時,由于各供應(yīng)商自行開發(fā)的RS485產(chǎn)品有很大的生產(chǎn)能力和應(yīng)用市場,并具有不可忽視的商業(yè)性的優(yōu)勢。因此,它的準(zhǔn)“開 放性”效果在現(xiàn)階段應(yīng)予以正視。
2.2 “開放性”的實際應(yīng)用情況
a.采用BACnet和LonTalk協(xié)議,能實現(xiàn)互換互操作的LonMark標(biāo)記產(chǎn)品,目前主要有兩種類型:一類為傳感器、執(zhí)行器、繼 電器,即被稱為單點分站;另一類,是終端設(shè)備控制器(VAV、FCU、I/O等),被稱為終端設(shè)備分站,這兩種類型的實際運用都在系 統(tǒng)適用性方面受到限制。
b.在樓宇設(shè)備自動化控制系統(tǒng)中,對大型機電設(shè)備或其它類似設(shè)備的監(jiān)控點數(shù)量多,并需在同一個監(jiān)控站實行監(jiān)控管理, 由于LonWorks技術(shù)對輸入、輸出點有限制,因此,在應(yīng)用中采用LonTalk協(xié)議方式還不盡適宜。
c.由于“開放性”互換互操作的要求,因此采用LonkTalk通信協(xié)議LonMar通信協(xié)議的LonMark標(biāo)記產(chǎn)品的類別及系
1.2.2 自動化控制系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
自動化控制系統(tǒng)構(gòu)成的內(nèi)涵已被人們越來越具體地認(rèn)識并接受,而支持其發(fā)展完善的基礎(chǔ)技術(shù)也以它不斷的進(jìn)步,不時地起著啟蒙和先導(dǎo)作用,同時,商家和用戶也彼此交流,供需之間互相促進(jìn),也推動了控制技術(shù)的不斷發(fā)展與完善?,F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及深層次介入,使基于電腦和通信技術(shù)的建筑物自動化系統(tǒng),能從單一平臺的運作,走向跨平臺的聯(lián)網(wǎng),便系統(tǒng)的總體構(gòu)成產(chǎn)生了新的飛躍。在積極推行“國際標(biāo)準(zhǔn)”和先進(jìn)“工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”的條件下,自動化系統(tǒng)在控制網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)產(chǎn)品的互換及互操作、在信息網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)互通及互聯(lián)成為可能,系統(tǒng)具有良好的開放性,能容納更多更新的產(chǎn)品。同時,網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實時互聯(lián)(采用Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)軟件),為建筑物的智能化管理,提供了更為廣闊的空間。
因此,建立建筑物自動化系統(tǒng)信息資源共享的網(wǎng)絡(luò)化體系,是順應(yīng)時代要求的發(fā)展方向。
1.3 自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
a.控制層總線采用RS485標(biāo)準(zhǔn),控制功能強,監(jiān)控點多,傳輸效率高,它采取并行聯(lián)網(wǎng)的方式,互相獨立,點對點通信,系統(tǒng)簡潔,組網(wǎng)靈活,聯(lián)結(jié)方便,有益于長距離傳輸及系統(tǒng)的發(fā)展擴充,該方式是集散型控制網(wǎng)絡(luò)的基本形式。
b.現(xiàn)場控制層中運用LonWorks技術(shù)的測控合一的雙向通信控制總線,采用該方式的現(xiàn)場受控裝置能直接納入控制總線的層面,系統(tǒng)較簡潔,組網(wǎng)較靈活,越來越多的國家以此為產(chǎn)品生產(chǎn)的通信標(biāo)準(zhǔn)。因此,凡有LonMark標(biāo)記的產(chǎn)品,均能在系統(tǒng)中互操互換,現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也為LonMark產(chǎn)品創(chuàng)造了無限良好的空間,由此看來,它的開放性方面在未來應(yīng)用的發(fā)展上,顯然比前者有更大的吸引力。業(yè)內(nèi)專家曾預(yù)測,建筑物自動化控制系統(tǒng)的集散型控制網(wǎng)絡(luò),將會以現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)為發(fā)展趨勢。
c.單項設(shè)備系統(tǒng)納入建筑物自動化控制系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)層,從建筑物宏觀的角度而言,能使該類控制系統(tǒng)更合理安全地工作,由于單項系統(tǒng)的基本控制功能已由自身獨立完成,中央站僅為有序地進(jìn)行管理,因此,它不占用中央數(shù)據(jù)庫的容量,簡化了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的 信息傳輸與交換,使系統(tǒng)的自動化管理的整體效果和單項控制功能更優(yōu)化了。該系統(tǒng)在單項系統(tǒng)工作環(huán)境復(fù)雜、自控要求高時,更 能顯示它的優(yōu)勢,同時,也越來越受到工程設(shè)計者的歡迎。
d.綜合以上對建筑物自動化控制系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)層的分析,在現(xiàn)階段的技術(shù)發(fā)展變革時期,各種技術(shù)方式在相當(dāng)長時間內(nèi)還會 存在。工程設(shè)計者應(yīng)全面地分析、理智權(quán)衡,在工程技術(shù)上,工程設(shè)計者沒有必要固執(zhí)地堅持某一種技術(shù)方式,更沒有必要見異思 遷地做新潮技術(shù)的追隨者。
2 自動化控制系統(tǒng)的“開放性”
“開放性”是體現(xiàn)系統(tǒng)主要技術(shù)我的狀態(tài)之一。是自動化系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢,但應(yīng)用于建筑物的特定環(huán)境里,對系 統(tǒng)提出“開放性”的要求,使之實現(xiàn)更合理,對此有必要進(jìn)行全面的認(rèn)識。
2.1 “開放性”含義的全面認(rèn)識
a.自動化系統(tǒng)“開放性”,即是在不同供應(yīng)商之間任意選擇具有最佳性能價格比的各種產(chǎn)品,使之靈活地組合為符合使用 要求的完整的自動化系統(tǒng)。因此,“開放性”就是系統(tǒng)外聯(lián)的廣泛性,系統(tǒng)互聯(lián)的任意性。
b.提供“開放性”的前提條件,須建立公認(rèn)的通信協(xié)議,它定義了數(shù)據(jù)發(fā)送的接收工作的過程,規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)中使用的格式、 定時的方式、順序檢錯等,它使不同商家的機電設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)接口,都符合統(tǒng)一的通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前,在建筑物智能化系統(tǒng)領(lǐng)域里, 適用于聯(lián)網(wǎng)方面的有美國標(biāo)準(zhǔn)(建筑物自動化控制網(wǎng)絡(luò)BACnet(ANSI-135),適用于通信方面的有美國Echelon公司開發(fā)的通信協(xié)議 (LonTalk),它們已被國際上眾多的廠商認(rèn)可,并形成了發(fā)展的趨勢。
c.正如在本文“自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)”中所分析的那樣,在建筑物智能化系統(tǒng)中,以大量樓宇機電設(shè)備為主要監(jiān)控對象的 運行環(huán)境里,以RS485為集散型分布式系統(tǒng),在適合控制網(wǎng)絡(luò)方面較之在“開放性”方面具有領(lǐng)先地位的現(xiàn)場總線有無可比擬的優(yōu) 點,同時,由于各供應(yīng)商自行開發(fā)的RS485產(chǎn)品有很大的生產(chǎn)能力和應(yīng)用市場,并具有不可忽視的商業(yè)性的優(yōu)勢。因此,它的準(zhǔn)“開 放性”效果在現(xiàn)階段應(yīng)予以正視。
2.2 “開放性”的實際應(yīng)用情況
a.采用BACnet和LonTalk協(xié)議,能實現(xiàn)互換互操作的LonMark標(biāo)記產(chǎn)品,目前主要有兩種類型:一類為傳感器、執(zhí)行器、繼 電器,即被稱為單點分站;另一類,是終端設(shè)備控制器(VAV、FCU、I/O等),被稱為終端設(shè)備分站,這兩種類型的實際運用都在系 統(tǒng)適用性方面受到限制。
b.在樓宇設(shè)備自動化控制系統(tǒng)中,對大型機電設(shè)備或其它類似設(shè)備的監(jiān)控點數(shù)量多,并需在同一個監(jiān)控站實行監(jiān)控管理, 由于LonWorks技術(shù)對輸入、輸出點有限制,因此,在應(yīng)用中采用LonTalk協(xié)議方式還不盡適宜。
c.由于“開放性”互換互操作的要求,因此采用LonkTalk通信協(xié)議LonMar通信協(xié)議的LonMark標(biāo)記產(chǎn)品的類別及系
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