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1、第一章 智能楼宇设备自动化系统集成（BAS ） 第一节 概述第二节 系统集成的步骤第三节 楼宇自动化控制技术基础第四节 Lonworks现场总线技术 系统集成 教学基本要求： 掌握BAS的主要功能； 了解BAS的体系结构； 了解现场总线技术。 系统集成 系统集成的概念来自于计算机应用的领域，在计算机网络技 术出现之初，网络所需要连接的计算机设备多种多样，无论是硬 件结构、通信接口，还是操作系统、应用软件，都是有很大区别 ，异种计算机和异种操作系统的互联成为一个很重要、很复杂的 课题，一般就称为“系统集成”。计算机技术发展至今，网络技 术、通信技术和软件技术都有很大发展，系统集成的要求也更加 复
2、杂，尤其在应用软件和数据库的集成方面，不但要求信息可以 共享，更有对信息交换和处理速度方面的要求。智能大厦各种智能化系统均是复杂的计算机应用系统，由于 各类系统开发的日期、地点，采用的主流技术均有很大区别，因 此智能大厦系统集成的复杂性是比较突出的。在国内智能大厦的 建设中，系统集成部分的设计和实施能力，系统集成的功能和水 平普遍比较落后，存在着用户需求难以明确、软件开发周期长、 软硬件配合要求高、各子系统的软件和数据库技术不公开，以及 专业技术人员缺乏等困难。目前，比较普遍的做法是以信息集成 或者办公自动化代替完整的系统集成。第一节 概述系统集成 完整的系统集成工程包括以下几方面要求： l收
3、集各智能化系统的工作状态数据，输入统一的数据库。 l根据预选设定的运算逻辑，处理和分析设备运行状态数据，作 出相应的处理决策。 l综合应用各智能化系统的功能，满足用户提出的复杂动作要求 。 l在各种智能化设备之间建立网关或通信接口，提供所需的数据 通道或数据转换处理。l收集大厦内外的各种信息，建立分类的综合信息库。 l完成大厦物业管理、设备管理、收费、人员调度等各种操作。 l向大厦用户提供Internet/Intranet/Extranet、E-mail等各种 信息服务。l为大厦管理机构提供统一友好、高效直接的管理平台和软件界 面。 l对各种信息进行综合分析，生成可供大厦管理人员、大厦用户 等
4、各方面人员使用的有效信息。系统集成 根据目前国内智能大厦建设的现状，采用信息集成的方法实 现部分有效的系统集成功能也是一种行之有效的方法。因此，目 前系统集成工作最重要的三项工作是集中收集各智能化系统的工 作参数，建立综合信息库和建立大厦管理的统一操作界面。这三 项工作最终将实现的功能包括：1、将大厦各智能化系统设备的工作参数收集并集中于统一 的数据库内；2、在统一的工作界面上对各智能化系统的工作状态进行“监 视”；3、提供完整自动的物业管理和行政管理服务；4、大厦内用户可以通过Internet/Intranet实现外部和内部的 信息共享；5、大厦自身的信息资料、统计资料集成于统一数据库内，
5、并不断自动更新，供所需时即时查询。系统集成 第二节 系统集成的步骤概括地讲，系统集成工作自始至终应该贯彻六个基本原则：1、技术先进性； 2、系统开放性；3、操作安全性； 4、经济合理性；5、可管理性； 6、可扩充性。在上述基本原则指导下，可以有效地完成系统集成地工程， 整个系统集成工程总体上可以分为设计、实施和测试三个阶段。目前，由于硬件通信标准的统一，以及计算机通信技术的发 展，智能大厦的系统集成工程在很大程度上已经变成软件集成为 主的工程。因此，如同所有软件应用工程，系统集成的设计阶段 是最重要的阶段。系统集成的设计阶段包括以下阶段：应用需求的调研、集成 核心的选择、集成系统的调研、数据流
6、程的规划、系统集成方案 设计、软件开发方案设计、硬件开发方案设计、可行性研究和方 案最终确定。设计流程如图所示。系统集成 在目前智能大厦的系统集成设计中，一般都需要挑选一个或 数个集成的核心系统。这是因为首先，系统集成总的软件开发量 非常大，目前国内还缺少全面的软件包，独立开发的时间和资金 投入是大厦建设不可承受的；其次，许多智能化系统的设备都比 较封闭，了解其通信和控制协议的细节需要做许多工作，同时也 设计集成对象的技术和信息专利权的问题；最后，有许多国外厂 商在设计系统时，也已经考虑到软件部分的要求，在其系统内部 的管理软件方面有完善的设计，并遵循国际流行的开放性软件平 台要求。在选择集成
7、核心时，应考虑的基本原则是：选择在整个智能 化系统中所占比重最大系统的软件；选择在各种控制系统中采用 最先进技术的软件；选择高层通信技术最开放的软件。这样可减 少开发投入、保证系统的效率和完整性，更可以保障系统的安全 性和可靠性。系统集成 在很多情况下，可以选择BA系统的管理软件作为开发核心。 因为在一般的智能大厦中，BA系统所占工程的比重比较大，其低 层的控制机制又比较封闭，而高层的通信机制却常会选择 Ethernet等计算机通信协议，便于其他系统的接入。故选择BA控 制软件为开发核心具有简便和实用的显著特点。另外，选择OA系 统的信息处理级软件为开发核心的情况也越来越多，这是因为OA 系统
8、的信息处理一般均会采用最先进的软件和通信技术，技术上 的优势会提高整个智能化系统的效率和生命力，同时直接采用信 息管理模型处理各种信息方便了用户的调用和功能的升级。还有 一种情况是引进国外现成的系统集成软件作为开发核心，在其基 础上集成所有其他系统，可以有效借鉴国外成功经验，系统的功 能往往十分完善，缺点是开发和维护的投入会比较大。正确选择 系统集成的核心是非常重要的，最终可以令集成工作事半功倍。系统集成 系统集成工程的设计流程用户需求的调研工作对要求集成的各系统进行技术细节分析选择以何系统作为集成核心确定系统集成的数据流程和数据结构确定系统集成各平台的技术方案制定系统集成软件的开发计划设计需
9、要自行制作的通信硬件接口可行性论证和工程进度规划确定完整的总体和细节设计方案系统集成 系统集成的平台是一种基于开放系统的理论，指的是为进 行系统集成而需要的软硬件可以按系统模型分成的几个层次结 构，每个层次均完成特定的几项工作，低层的功能均是为高层 的需求服务的，因此可以认为是特定的功能平台。系统模型在 不同的应用下需求下会有不同的结构，因此系统集成的平台内 容也有较大区别，但是在硬件设备部分的层次基本相同，大致 可以分为物理信道、网络通信、系统操作、信息服务器等平台 ，软件平台可能包括操作系统、数据库软件、前台操作软件、 电子邮件、网络管理、WEB软件、办公自动化软件等等，在设计 过程中应该
10、认真加以挑选，并作出全面的设计方案。系统集成 平台如图所示。系统集成 数据库开发软件前台开发工具后台开发工具其他软件包数据库软件中间件软件办公自动化软件网络管理软件应 用 软 件网络通信协议、网络操作系统、网络管理和其他通信接口软件服务器操作系统前台操作系统控制操作系统信息服务器平台前台计算机平台操作计算机平台安全机制路由管理虚拟网管理网络通信平台物理线路平台系统集成平台的设计内容在确定了系统集成核心和各系统平台后，就可以进行软硬件 开发的计划。系统集成 软件开发基于对用户的调研和系统平台的设计之上，其内 容因功能的多样而各式各样。开发计划至少应该包括系统功能 的总体描述、实施各项功能的部件即
11、功能模块、数据流程和数 据节点、参量表格、操作界面表格、系统运作的总体结构、功 能模块的结构、各模块开发所需的人月数、以及开发周期等。硬件开发计划建立在对各系统集成对象的分析基础上，主要 是对各对象的通信协议和控制机制进行分析，而主要的开发内容 也是各种通信系统间的协议转换设备，以及中央的控制设备。在 设计过程中应该确定硬件设备的功能、采用的开发技术、开发设 备的整体结构、设备框图、性能指标、检测方法、开发周期和开 发费用。设计阶段工作完成后，应该具有的系统集成文本包括：总体 设计方案、系统集成平台方案、软件开发总体设计方案、数据和 信息流程设计方案、功能子模块开发方案、硬件开发设计方案、 可
12、行性研究报告、功能自检和性能测试方案、系统预算方案，以 及工程进度和人员调度表。系统集成 无论设计中构想系统集成部分最终实施在哪个核心上，具体 执行时都必须建立完整、开放的系统平台，例如当最常见的以BA 系统为核心，至少必须建立计算机网络平台、操作计算机硬件平 台、操作系统软件平台和数据库平台等部分。系统平台是软硬件 开发的基础，是系统集成功能的具体载体。除此以外，处于安全 性考虑，一般智能化系统自带的管理软件都比较封闭，有很多操 作信息不希望被无授权的人员访问，系统平台在实际工作中还必 须完成安全控制的功能。系统平台如图所示。软件开发是实施系统集成的主要工作，最大的工作量就在各 种应用软件的
13、开发上。软件开发的基本内容包括三个大类：监控 及应用程序的开发、信息及数据的录入和用户界面的制作。依照总体和细节设计方案的计划，系统集成的实施阶段可以 分为软件开发、硬件开发和系统平台的建设。系统集成 信息数据库平台数据库安全控制机制操作系统软件平台用户管理控制机制计算机网络平台虚拟网安全控制机制计算机操作平台虚拟网安全控制机制系统集成软件系统集成软件系统集成的系统平台系统集成 监控程序指系统的综合控制软件中心对各智能化系统的监控 ，该部分程序大部分由智能化系统设备厂商一并提供，开发工作 的主体是对这些程序包的安装和移植，移植工作在这里的含义是 将该程序包安装到非原厂商提供的其他操作平台上，并
14、增加适当 的插件和中间程序使之正常工作，最终形成统一的操作界面。应 用程序指那些提供综合服务和高层功能的工作逻辑，包括信息数 据结构、用户调用的前台工作界面开发、不同系统数据传输接口 的开发、后台智能运作逻辑执行程序的开发等等，以及常见的 Internet/Intranet应用、E-mail应用、办公自动化应用等，这部 分的内容随用户所要求功能的增加而增加。信息在此指独立于大厦智能化系统，并可以为其运作和用户 工作提供帮助的各种信息，例如大厦建筑结构和设备图纸、出租 设备的租借费用标准大厦周边信息等。而数据指由智能化系统运 作自动产生的数据，以及为系统运行而预设置的初始数据。系统集成 用户界面
15、制作包括综合控制界面的制作、用户前台操作界面 的制作和智能化系统设备状况细化分析界面。硬件开发是系统集成中的难点，主要任务是在不同通信标准 之间建立协议转换的硬件，以及少量的控制硬件。目前最常见的 协议转换硬件开发方法是，首先分析协议转换的逻辑和规则，其 次根据分析结果开发协议转换软件，最后将软件固化于专用硬件 中，成为软件固化卡，在不同的通信接口设备之间进行协议转换 运算。采用硬件转换设备具有运算时间短、设备稳定性好、设备 重启动简便等优点。如图所示。系统集成的测试包括两方面内容：首先是对系统集成功能的 测试。即根据用户最初提出的系统需求，分别检查和试验各种需 求的实现情况，并作出适当的调整
16、，直至完全满足用户需求为止 ；其次是对系统集成性能的测试。包括软件的运行速度，硬件和 系统集成平台的稳定性等。系统集成的测试不同于其他智能化系 统，其主要的参数是定性的参数，而较少有定量的参数，因此系 统集成的测试应该贯彻以用户需求最终满足为目标的原则。 系统集成 协 议 甲 通 信 接 口 卡协 议 转 换 软 件 固 化 卡协 议 甲 通 信 接 口 卡CPURAM计 算 机 底 板 或 专 用 电 路 板通信协议转换硬件系统集成 第三节 楼宇自动化控制技术基础 系统集成 假设控制中心是大脑，布线系统是血液神经系统，则建立 在自动化控制技术基础之上的各类传感器和控制器就是手脚关 节。通过这些自动化单元，可以获得被测对象有关物理、化学 性质的信息，并根据这些信息对被测对象进行控制。如传感器 、可编程序控制器(PLC)、变送器等。一、传感器概述在测量的过程中将物理量、化学
