弱电系统集成及智能建筑设备管理系统的实现

 摘要[本文对大型建筑的弱电系统集成和智能建筑设备管理系统的实现做了阐述，从工程的可实施上，而不是偏重理论上，介绍目前可用的弱电系统集成技术、集成平台类型、弱电系统集成实现的方法等。对集成平台的选择做了论述，对WEB在系统集成中的应用提出了看法。最后对系统集成实施的项目管理提出了意见。

    1.前言

    目前国内会议展览中心、体育中心、机场航站楼、大型购物中心、大型公共建筑等建设涌现了一批大型建筑，其建筑面积一般从10万平方米到30万平方米，而30万平方米以上的超大型建筑建设也正在出现。这些大型或超大型建筑使用了现代建筑技术，为了使建筑内环境达到人们舒适、安全、快捷等目的，安装了各种用途的系统和设备。这些大型或超大型建筑通常要建设通信自动化系统、网络信息系统、综合布线系统、楼宇自动化控制系统、动力配电监控系统、火灾自动报警系统、安全防范系统、照明自动化控制系统、公共广播系统、以及种类繁多的智能化设备等。以上系统及设备通称为弱电系统。

    这些弱电系统在大型或超大型建筑的特点是各个系统的规模大，应用技术复杂。由于同时运行的弱电系统多，系统使用复杂、维护和保养任务重，传统情况下通常需要大量的专业技术人员来保证各个系统的正常运转。为了解决这个问题，需要将这些弱电系统集成到弱电管理系统上来，即BMS系统，或称为对弱电系统的集成。

    弱电系统集成的是把各个弱电系统集成到一个统一的集成信息平台上来，建立整体的信息管理和信息流动机制，建立全局的互动机制，建立统一的管理界面，使各种信息汇集上来，为跨系统的事件处理和决策提供综合的信息依据，为事件处理的程序化和自动化提供可能，为各个系统的维护和运行管理提供一个管理中心。

    智能建筑中的弱电系统集成分广义的系统集成（IBMS）和狭义的系统集成（BMS）。

    广义的系统集成一般分三个层次进行。

    第一层次为独立子系统纵向集成，目的在BMS这一层实现各子系统具体的功，一般以监视为主，控制为辅，保留原子系统的控制功能。

    第二层次为横向集成，主要体现于各子系统之间的联动和优化组合。在确立各子系统重要性的基础上，实现几个关键子系统之间的协调优化运行、报警联动控制等集成后的高级功能。

    第三层次为一体化集成。即在横向集成的基础上，建立综合弱电集成管理系统（IBMS），即建立一个实现网络集成、功能集成、软件界面集成的高层监控管理系统。狭义的智能建筑系统集成不包含这一层次。

    通常所说的弱电系统集成一般是指狭义的系统集成，即BMS。因为一步到位地实现广义系统集成不切实际，也不容易实现，现实的做法是多在系统集成的时候为将来进一步的集成留有信息接口。

    需要注意的是，弱电集成系统与智能建筑设备管理系统还有差别，不能混淆起来。

    弱电集成系统重点在将各个子系统集成起来，完成信息的收集、存储和整理，根据既定策略建立各个系统之间的有机联系，为管理人员的辅助决策提供信息依据，提供简单的信息查询和检索功能，以便对被控设备进行有限的管理。智能建筑设备管理系统以动态的系统和设备管理为标志，是在弱电集成系统基础上进行高级的动态管理，能够对子系统、子系统设备、被控设备等进行动态的管理，动态来源于弱电集成系统收集的信息。并能够制订各种策略，进行弱电系统的节能控制、最佳运行优化、紧急事件辅助处理、系统可靠性分析、故障预测、维护计划编排等等高级的管理功能。

    单纯的弱电系统集成给管理带来的便利不够明显，而智能建筑设备管理系统从管理上给业主带来的效益是十分明显的。

    由于智能建筑设备管理系统以弱电集成系统为基础，充分利用软件技术来构建，对功能的规划和实现提出了很高的要求。

    一体化集成（IBMS）与智能建筑设备管理系统也有明显的不同，基本上是将BMS通过与网络系统的集成之后加上相关的应用，由于这些应用的求和实际的需求很难提出，一体化集成在具体情况下的实用性需要认真分析和论证。

    2.系统集成目的

    2.1.集中管理

    可对各子系统进行集中统一式监视和管理，将各集成子系统的信息统一存储、显示和管理在同一平台上，并为其他信息系统提供数据访问接口。

    2.2.分散控制

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    各子系统进行分布式控制，保持各子系统的相对独立性，利于分离故障、分散风险，便于管理。

    2.3.系统联动

    以各集成子系统的状态参数为基础，根据可设置的条件实现各子系统之间的相关软件联动。

    2.4.优化运行

    在各集成子系统的良好运行基础之上，提供设备节能控制、运行计划设定等功能。

    3.系统集成方法

    一般分为自顶向下和自底向上两种方法。

    3.1.自顶向下法

    一般提倡自顶向下的方法，这是一种系统的方法。自顶向下的方法是在所有弱电系统建设之前，先规划建筑物管理系统的功能、通信网络、软件界面等。根据需要，还要确定哪些弱电子系统需要集成、各个系统的规模大小、基本的功能需求等，才能选择合适的集成系统平台。

    集成系统平台必须具有能够向下集成的能力，能够灵活使用各种接口技术连接其它子系统，能够建立整体的信息流动机制，能够建立全局的系统联动机制，能够灵活地设置人机界面，能够向其它信息系统提供基于TCP/IP的数据接口等。

    然后再根据集成信息平台的特性来选择和确定其它弱电子系统，对子系统提供的接口做约束，对子系统的性能响应时间做约束。

    选择弱电子系统的原则是方便与集成系统平台之间集成，或与集成系统平台之间的接口技术成熟，满足集成系统的整体性能要求。目的是减小集成的难度，提高集成的成功率。

    3.2.自底向上法

    自底向上的方法是在已经建设好或正在建设的各个弱电子系统的基础上再做向上的集成，前提是各个子系统必须能够提供向上的接口。当然也要选择一个集成系统平台。这种方式下，由于前期对各个弱电子系统没有适当的约束，使集成工作的难度增加，主要体现在以下三点：

    第一点：解决集成信息平台与各个弱电子系统之间复杂的接口问题上。

    第二点：子系统的系统结构可能不满足集成系统的性能要求。

    第三点：子系统工程问题会影响集成的进度。

    弱电集成系统的建设要全盘考虑从上到下各个层次之间的接口技术问题的解决，而不仅仅只考虑集成系统平台与子系统之间的接口问题的解决，因为子系统与被控对象之间也是一个从上到下的集成关系，同样要处理好子系统与被控对象之间的接口技术问题。这样才是遵循系统的原则，才能使智能建筑系统集成更加顺畅。

    4.智能建筑系统集成平台的选择

    4.1.成熟的组态软件环境

    目前市场上有许多组态软件，可以作为智能建筑系统弱电集成平台来用。

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    组态软件一般运行在流行的WINOOWs操作系统环境，以TCP/IP进行网络通信，利用数据库存储数据。

    其内部已经建立了向下的数据接口，可以利用Lonwork、BACnet、ModBus、OPC、RS232/RS485等与子系统或智能化设备建立通信。具有面向目标的人机图形界面，方便各种目标及其参数在屏幕上的编辑和显示。基于数据库，有完善的变量报警、趋势曲线、过程记录等管理功能，能够建立变量或目标之间的联动关系。

    由于受组态软件结构的限制，并且缺少实时数据库的支持，用于系统集成时有较大的局限性，在系统集成规模比较大的时候，运行的效率不高。

    4.2.相对成熟的楼宇控制系统

    通常的做法是以相对成熟的楼宇控制系统作为集成信息平台，虽然其向下接口兼容性往往有一定的局限性，但由于楼宇控制系统已经建立好网络环境、系统联动机制、告警机制和灵活的人机界面，给系统集成提供了良好的环境。

    这个时候的楼宇控制系统除了实现本系统的功能之外，还要担负与各其它各个子系统通信、信息收集、告警显示、历史信息存储和查询、跨子系统联动等功能。适合中等规模的系统集成。

    4.3.成熟的智能化控制系统环境

    国外许多智能化控制系统提供商能够提供从分布式硬件控制模块到基于数据库的上层智能化综合管理软件，其智能化综合管理软件加上相应的硬件可以组成智能建筑系统集成平台。

    这样的智能化控制系统将目标信息点分布在相关的硬件上----分布式处理单元，在集成系统这个层次上也形成了分布式或集散型的控制，使既定的控制策略不用依赖智能化综合管理软件而独立运行。系统的可靠性和实时性大为提高，可以用来做大规模的系统集成，适合大型及超大型建筑的弱电系统集成。

    并且其集成平台的接口与每个子系统之间的接口有独立的连接，具有并发的接口处理能力，使通信的效率大大提高。 因此其整体性能优越，功能完整，能够提供开放的环境和多种多样的接口。

    4.4.工业流程控制软件及系统

    工业流程控制软件及系统用于工业过程控制，其性能响应优越，用做大型民用建筑的弱电系统集成将是很好的选择。一般来说这类软件及系统结构先进，并有实时数据库支持，具有分布式I/O接口，将是很好的智能建筑系统弱电集成平台，但作为大型系统的时候要特别注意系统的冗余，保证软件和硬件的可靠运行。这样的系统可以支撑大型及超大型建筑的弱电系统集成，由于实时数据库及软件和硬件的冗余比较昂贵，需要用户仔细选择。