智能化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中的若干技術(shù)問(wèn)題
1 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
1.1 自動(dòng)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(jí)分布式自動(dòng)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(jí)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的集成??刂凭W(wǎng)絡(luò)通信總線構(gòu)建了以完成實(shí)時(shí)控制數(shù)據(jù)傳遞而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備控制的自動(dòng)化管理網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性強(qiáng),網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息共享,系統(tǒng)體系組合靈活,便于擴(kuò)展及維護(hù)。其中RS485是被機(jī)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(zhǎng),傳輸速率高,控制點(diǎn)多,聯(lián)結(jié)方便,易于擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn);另一種為L(zhǎng)onTalk協(xié)議,是LonTalk技術(shù)使用的測(cè)控合一雙向通信的控制總線所采用的協(xié)議,現(xiàn)場(chǎng)傳感器可直接聯(lián)入控制總線,簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)ANSI135BACnet,作為控制總線的通信標(biāo)準(zhǔn),絕大多數(shù)機(jī)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(dòng)化控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的基本方式。
1.1.2 自動(dòng)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(jí)部分)
a.硬件:計(jì)算機(jī)系統(tǒng),72小時(shí)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(yǔ)言處理軟件,數(shù)據(jù)通信控制與管理軟件,數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件,操作員接口軟件,CRT顯示格式及標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告軟件,中央日程表軟件,時(shí)間/事件誘發(fā)程序軟件,能量管理軟件,與各相關(guān)單項(xiàng)專(zhuān)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(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展
1.2.1 單項(xiàng)設(shè)備系統(tǒng)專(zhuān)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(jī)、空調(diào)機(jī)、鍋爐、電梯、配電柜、發(fā)電機(jī)、照明、消防報(bào)警、安全等設(shè)備系統(tǒng),均由不同類(lèi)型的專(zhuān)業(yè)廠商提供,由于這些類(lèi)別各異的設(shè)備專(zhuān)業(yè)獨(dú)立性強(qiáng),對(duì)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(zhuān)業(yè)廠商所近年來(lái)相繼對(duì)設(shè)備機(jī)組的自控系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)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(shí)現(xiàn)雙向通信的功能。采用單項(xiàng)設(shè)備專(zhuān)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(jì)成本等方面考慮,有很好的發(fā)展前景,同時(shí),在與建筑物智能化系統(tǒng)總體的組合上,也具有重要的實(shí)際使用意義。
1.2.2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
自動(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)成的內(nèi)涵已被人們?cè)絹?lái)越具體地認(rèn)識(shí)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(shí)地起著啟蒙和先導(dǎo)作用,同時(shí),商家和用戶(hù)也彼此交流,供需之間互相促進(jìn),也推動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng),能從單一平臺(tái)的運(yùn)作,走向跨平臺(tái)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)”和先進(jìn)“工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”的條件下,自動(dòng)化系統(tǒng)在控制網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的互換及互操作、在信息網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)互通及互聯(lián)成為可能,系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性,能容納更多更新的產(chǎn)品。同時(shí),網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(dòng)化系統(tǒng)信息資源共享的網(wǎng)絡(luò)化體系,是順應(yīng)時(shí)代要求的發(fā)展方向。
1.3 自動(dòng)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(qiáng),監(jiān)控點(diǎn)多,傳輸效率高,它采取并行聯(lián)網(wǎng)的方式,互相獨(dú)立,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信,系統(tǒng)簡(jiǎn)潔,組網(wǎng)靈活,聯(lián)結(jié)方便,有益于長(zhǎng)距離傳輸及系統(tǒng)的發(fā)展擴(kuò)充,該方式是集散型控制網(wǎng)絡(luò)的基本形式。
b.現(xiàn)場(chǎng)控制層中運(yùn)用LonWorks技術(shù)的測(cè)控合一的雙向通信控制總線,采用該方式的現(xiàn)場(chǎng)受控裝置能直接納入控制總線的層面,系統(tǒng)較簡(jiǎn)潔,組網(wǎng)較靈活,越來(lái)越多的國(guó)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L(zhǎng)onMark產(chǎn)品創(chuàng)造了無(wú)限良好的空間,由此看來(lái),它的開(kāi)放性方面在未來(lái)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(zhuān)家曾預(yù)測(cè),建筑物自動(dòng)化控制系統(tǒng)的集散型控制網(wǎng)絡(luò),將會(huì)以現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)為發(fā)展趨勢(shì)。
c.單項(xiàng)設(shè)備系統(tǒng)納入建筑物自動(dòng)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(lèi)控制系統(tǒng)更合理安全地工作,由于單項(xiàng)系統(tǒng)的基本控制功能已由自身獨(dú)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(kù)的容量,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的 信息傳輸與交換,使系統(tǒng)的自動(dòng)化管理的整體效果和單項(xiàng)控制功能更優(yōu)化了。該系統(tǒng)在單項(xiàng)系統(tǒng)工作環(huán)境復(fù)雜、自控要求高時(shí),更 能顯示它的優(yōu)勢(shì),同時(shí),也越來(lái)越受到工程設(shè)計(jì)者的歡迎。
d.綜合以上對(duì)建筑物自動(dòng)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(shí)期,各種技術(shù)方式在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)還會(huì) 存在。工程設(shè)計(jì)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(jì)者沒(méi)有必要固執(zhí)地堅(jiān)持某一種技術(shù)方式,更沒(méi)有必要見(jiàn)異思 遷地做新潮技術(shù)的追隨者。
2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的“開(kāi)放性”
“開(kāi)放性”是體現(xiàn)系統(tǒng)主要技術(shù)我的狀態(tài)之一。是自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì),但應(yīng)用于建筑物的特定環(huán)境里,對(duì)系 統(tǒng)提出“開(kāi)放性”的要求,使之實(shí)現(xiàn)更合理,對(duì)此有必要進(jìn)行全面的認(rèn)識(shí)。
2.1 “開(kāi)放性”含義的全面認(rèn)識(shí)
a.自動(dòng)化系統(tǒng)“開(kāi)放性”,即是在不同供應(yīng)商之間任意選擇具有最佳性能價(jià)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(dòng)化系統(tǒng)。因此,“開(kāi)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(kāi)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(guò)程,規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)中使用的格式、 定時(shí)的方式、順序檢錯(cuò)等,它使不同商家的機(jī)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)(建筑物自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)BACnet(ANSI-135),適用于通信方面的有美國(guó)Echelon公司開(kāi)發(fā)的通信協(xié)議 (LonTalk),它們已被國(guó)際上眾多的廠商認(rèn)可,并形成了發(fā)展的趨勢(shì)。
c.正如在本文“自動(dòng)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(jī)電設(shè)備為主要監(jiān)控對(duì)象的 運(yùn)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(kāi)放性”方面具有領(lǐng)先地位的現(xiàn)場(chǎng)總線有無(wú)可比擬的優(yōu) 點(diǎn),同時(shí),由于各供應(yīng)商自行開(kāi)發(fā)的RS485產(chǎn)品有很大的生產(chǎn)能力和應(yīng)用市場(chǎng),并具有不可忽視的商業(yè)性的優(yōu)勢(shì)。因此,它的準(zhǔn)“開(kāi) 放性”效果在現(xiàn)階段應(yīng)予以正視。
2.2 “開(kāi)放性”的實(shí)際應(yīng)用情況
a.采用BACnet和LonTalk協(xié)議,能實(shí)現(xiàn)互換互操作的LonMark標(biāo)記產(chǎn)品,目前主要有兩種類(lèi)型:一類(lèi)為傳感器、執(zhí)行器、繼 電器,即被稱(chēng)為單點(diǎn)分站;另一類(lèi),是終端設(shè)備控制器(VAV、FCU、I/O等),被稱(chēng)為終端設(shè)備分站,這兩種類(lèi)型的實(shí)際運(yùn)用都在系 統(tǒng)適用性方面受到限制。
b.在樓宇設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)中,對(duì)大型機(jī)電設(shè)備或其它類(lèi)似設(shè)備的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量多,并需在同一個(gè)監(jiān)控站實(shí)行監(jiān)控管理, 由于LonWorks技術(shù)對(duì)輸入、輸出點(diǎn)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(kāi)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(lèi)別及系
1.2.2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
自動(dòng)化控制系統(tǒng)構(gòu)成的內(nèi)涵已被人們?cè)絹?lái)越具體地認(rèn)識(shí)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(shí)地起著啟蒙和先導(dǎo)作用,同時(shí),商家和用戶(hù)也彼此交流,供需之間互相促進(jìn),也推動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng),能從單一平臺(tái)的運(yùn)作,走向跨平臺(tái)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)”和先進(jìn)“工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”的條件下,自動(dòng)化系統(tǒng)在控制網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的互換及互操作、在信息網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)互通及互聯(lián)成為可能,系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性,能容納更多更新的產(chǎn)品。同時(shí),網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(dòng)化系統(tǒng)信息資源共享的網(wǎng)絡(luò)化體系,是順應(yīng)時(shí)代要求的發(fā)展方向。
1.3 自動(dòng)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(qiáng),監(jiān)控點(diǎn)多,傳輸效率高,它采取并行聯(lián)網(wǎng)的方式,互相獨(dú)立,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信,系統(tǒng)簡(jiǎn)潔,組網(wǎng)靈活,聯(lián)結(jié)方便,有益于長(zhǎng)距離傳輸及系統(tǒng)的發(fā)展擴(kuò)充,該方式是集散型控制網(wǎng)絡(luò)的基本形式。
b.現(xiàn)場(chǎng)控制層中運(yùn)用LonWorks技術(shù)的測(cè)控合一的雙向通信控制總線,采用該方式的現(xiàn)場(chǎng)受控裝置能直接納入控制總線的層面,系統(tǒng)較簡(jiǎn)潔,組網(wǎng)較靈活,越來(lái)越多的國(guó)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L(zhǎng)onMark產(chǎn)品創(chuàng)造了無(wú)限良好的空間,由此看來(lái),它的開(kāi)放性方面在未來(lái)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(zhuān)家曾預(yù)測(cè),建筑物自動(dòng)化控制系統(tǒng)的集散型控制網(wǎng)絡(luò),將會(huì)以現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)為發(fā)展趨勢(shì)。
c.單項(xiàng)設(shè)備系統(tǒng)納入建筑物自動(dòng)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(lèi)控制系統(tǒng)更合理安全地工作,由于單項(xiàng)系統(tǒng)的基本控制功能已由自身獨(dú)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(kù)的容量,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的 信息傳輸與交換,使系統(tǒng)的自動(dòng)化管理的整體效果和單項(xiàng)控制功能更優(yōu)化了。該系統(tǒng)在單項(xiàng)系統(tǒng)工作環(huán)境復(fù)雜、自控要求高時(shí),更 能顯示它的優(yōu)勢(shì),同時(shí),也越來(lái)越受到工程設(shè)計(jì)者的歡迎。
d.綜合以上對(duì)建筑物自動(dòng)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(shí)期,各種技術(shù)方式在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)還會(huì) 存在。工程設(shè)計(jì)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(jì)者沒(méi)有必要固執(zhí)地堅(jiān)持某一種技術(shù)方式,更沒(méi)有必要見(jiàn)異思 遷地做新潮技術(shù)的追隨者。
2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的“開(kāi)放性”
“開(kāi)放性”是體現(xiàn)系統(tǒng)主要技術(shù)我的狀態(tài)之一。是自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì),但應(yīng)用于建筑物的特定環(huán)境里,對(duì)系 統(tǒng)提出“開(kāi)放性”的要求,使之實(shí)現(xiàn)更合理,對(duì)此有必要進(jìn)行全面的認(rèn)識(shí)。
2.1 “開(kāi)放性”含義的全面認(rèn)識(shí)
a.自動(dòng)化系統(tǒng)“開(kāi)放性”,即是在不同供應(yīng)商之間任意選擇具有最佳性能價(jià)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(dòng)化系統(tǒng)。因此,“開(kāi)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(kāi)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(guò)程,規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)中使用的格式、 定時(shí)的方式、順序檢錯(cuò)等,它使不同商家的機(jī)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)(建筑物自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)BACnet(ANSI-135),適用于通信方面的有美國(guó)Echelon公司開(kāi)發(fā)的通信協(xié)議 (LonTalk),它們已被國(guó)際上眾多的廠商認(rèn)可,并形成了發(fā)展的趨勢(shì)。
c.正如在本文“自動(dòng)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(jī)電設(shè)備為主要監(jiān)控對(duì)象的 運(yùn)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(kāi)放性”方面具有領(lǐng)先地位的現(xiàn)場(chǎng)總線有無(wú)可比擬的優(yōu) 點(diǎn),同時(shí),由于各供應(yīng)商自行開(kāi)發(fā)的RS485產(chǎn)品有很大的生產(chǎn)能力和應(yīng)用市場(chǎng),并具有不可忽視的商業(yè)性的優(yōu)勢(shì)。因此,它的準(zhǔn)“開(kāi) 放性”效果在現(xiàn)階段應(yīng)予以正視。
2.2 “開(kāi)放性”的實(shí)際應(yīng)用情況
a.采用BACnet和LonTalk協(xié)議,能實(shí)現(xiàn)互換互操作的LonMark標(biāo)記產(chǎn)品,目前主要有兩種類(lèi)型:一類(lèi)為傳感器、執(zhí)行器、繼 電器,即被稱(chēng)為單點(diǎn)分站;另一類(lèi),是終端設(shè)備控制器(VAV、FCU、I/O等),被稱(chēng)為終端設(shè)備分站,這兩種類(lèi)型的實(shí)際運(yùn)用都在系 統(tǒng)適用性方面受到限制。
b.在樓宇設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)中,對(duì)大型機(jī)電設(shè)備或其它類(lèi)似設(shè)備的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量多,并需在同一個(gè)監(jiān)控站實(shí)行監(jiān)控管理, 由于LonWorks技術(shù)對(duì)輸入、輸出點(diǎn)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(kāi)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(lèi)別及系
評(píng)論