系統集成模式設計

安徽建筑工業學院電子與信息學院第3章系統集成模式3.1系統集成模式分類3.2系統集成主要技術3.3系統集成新技術

安徽建筑工業學院電子與信息學院3.1系統集成模式分類對于智能化系統的集成應貫徹設計一步到位，具體項目分部實施的原則。同時，集成應具有整體性和可行性，技術上要做到可靠、先進、可擴展和可容錯，管理上應具有可維護和使用靈活，在建設投資上應做到投資合理，性價比高。

■智能化系統集成模式①各子系統自身功能集成，滿足用戶基本使用和管理；②若干個系統間的集成，滿足用戶較高的使用功能及管理要求，實現建筑設備管理系統(BMS)的集成；③對整個建筑物內的各個子系統進行集成，實現高層次的“建筑集成管理系統(IBMS)”集成，即一體化集成。安徽建筑工業學院電子與信息學院(BMS)集成安徽建筑工業學院電子與信息學院1)建筑設備管理系統(BMS)集成按照GB/T50314-2006的規定，建筑設備管理系統是對建筑物內的建筑設備監控系統和公共安全系統等實施綜合管理的集成系統。該系統以BA為核心，且實現功能應符合下列要求。

①應具有對建筑機電設備測量、監視和控制功能，確保各類設備系統運行穩定、安全和可靠，并達到節能和環保的管理要求；②應采用集散式控制系統；

③應具有對建筑物環境參數的監測功能；④應滿足對建筑物的物業管理需要，實現數據共享，以生成節能及優化管理所需的各種相關信息分析和統計報表；⑤應具有良好的人機交互界面及采用中文界面；

⑥應共享所需的公共安全等相關系統的數據信息等資源。安徽建筑工業學院電子與信息學院①開放性：集成后的BMS應是一個開放、通用的系統，且集成接口互換性、可維性要好，遵循開放、通用國際標準；②先進性：應采用符合國際技術發展潮流的技術和產品；③可靠性：應提供多種方式(冗余技術)來構建一個高可靠的系統，保證連續無故障的運行能力；④模塊化：按照模塊化方式開發，滿足通用性和可替換性；⑤適用性：應目標和用戶需求出發，考慮技術和成本適用性。(1)BMS集成原則(2)BMS集成的關鍵問題關鍵問題是解決各子系統的互聯和互操作性，因設備多廠商、多協議、多應用系統和多應用平臺。安徽建筑工業學院電子與信息學院BMS集成示意圖安徽建筑工業學院電子與信息學院(3)BMS集成的基本架構目前，BMS的集成結構大多采用二級網絡架構形式進行集成，上層采用100Mbps或1000Mbps以太網，下層采用低速率的工業現場總線方式(LonWork、RS485)完成搭建。管理級現場級中央管理計算機

Ethernet

RS485/LonWorks網間控制器

BASDDC網間控制器

FASDDC網間控制器

SASDDC工業以太交換機現場設備安徽建筑工業學院電子與信息學院以太交換機冷熱源系統DDCDDCDDC空調機組DDCDDCDDC給排水系統DDCDDCDDC變配電系統DDCDDCDDC電梯系統DDCDDCDDCEthernet100M工業以太交換機工業以太交換機網間控制器網間控制器網間控制器現場總線現場總線現場總線現場總線現場總線綜合運營管理網絡服務器系統監測中心按設備功能組織的集散型BAS網絡結構安徽建筑工業學院電子與信息學院現場通訊網絡燈光照明空調及冷熱源給水排水.......通訊控制器DDC現場控制器DDC現場控制器DDC現場控制器現場通訊網絡燈光照明空調及冷熱源給水排水.......現場通訊網絡燈光照明空調及冷熱源給水排水.......第二層樓控制子系統(區域控制)樓宇通訊主干網絡DDC現場控制器DDC現場控制器DDC現場控制器DDC現場控制器DDC現場控制器DDC現場控制器第一層樓控制子系統(區域控制)第N層樓控制子系統(區域控制)監控、管理中心電梯運行控制消防、保安控制集中監控通訊控制器通訊控制器建筑設備監控系統樓層網絡結構以太網百兆、千兆安徽建筑工業學院電子與信息學院實際控制網結構安徽建筑工業學院電子與信息學院2)智能化集成系統(IIS)根據國家《智能建筑設計標準》GB/T50314-2006中的術語定義,IIS(IntelligentedIntegrationSystem

)是能將不同功能的建筑智能化系統，通過統一信息平臺實現集成，以形成具有信息匯集、資源共享及優化管理等綜合功能的一個集成系統。⑴IIS配置應符合的要求①應具有對各智能化系統進行數據通信、信息采集和綜合處理的能力；②集成的通信協議和接口應符合相關的技術標準。③應實現對各智能化系統進行綜合管理；④應支撐工作業務系統及物業管理系統；⑤應具有可靠性、容錯性、易維護性和可擴展性。安徽建筑工業學院電子與信息學院⑵智能化集成系統功能要求

①應以滿足建筑物的使用功能為目標，確保對各類系統監信息資源的共享和優化管理。②應以建筑物的建設規模、業務性質和物業管理模式等為依據，建立實用、可靠和高效的信息化應用系統，以實施綜合管理功能。另外，根據GB/T50314-2006對“智能化集成系統-IIS”的設計要求來看，IIS與IBMS(建筑集成管理系統)的關系是一種包含關系。①IIS在實際設計過程中宜包括智能化系統信息共享平臺建設和信息化應用功能實施。②IBMS集成是完成對各個子系統進行集成，是更高層次的集成，是一體化的集成。IIS與IBMS的關系安徽建筑工業學院電子與信息學院安徽建筑工業學院電子與信息學院3)建筑集成管理系統(IBMS)集成IBMS集成是以BMS和IIS為核心，基于建筑物計算機信息網絡為基礎平臺的綜合集成。它將智能建筑內不同功能的智能化子系統在物理上、邏輯上和功能上連接在一起，以實現信息綜合、資源共享。綜合《智能建筑設計標準GB/T50314-2006》中對智能建筑的智能化系統工程設計宜由智能化集成系統、信息設施系統、信息化應用系統、建筑設備管理系統、公共安全系統、機房工程和建筑環境等設計要素構成的特點，IBMS的集成就是對上述七大系統一體化集成。

IBMS集成的主要對象是各類系統的數據和有效信息，而不是具體的那個系統或控制過程。安徽建筑工業學院電子與信息學院⑴建筑集成管理系統(IBMS)功能對整個建筑的設備運行、能耗、人員、成本、物流、服務反饋等信息進行收集和管理。并在此基礎上對上述信息進行分類、整理、分析和優化，利用專家經驗系統提供數據支持，為管理者提供有效的決策依據。真正實現智能建筑所要求的運營節能、生活便捷、環境舒適、居住安全等要求?！鯥BMS具有的特點

①提供更深層次的信息共享和優化管理策略;②對整個建筑經營體系的統一管理(物流/人流/資金流/信息流);

③不同的用戶應有不同的配置和相應解決方案;④系統不是技術的簡單堆砌，而是技術服務于管理的應用。安徽建筑工業學院電子與信息學院安徽建筑工業學院電子與信息學院3.2

系統集成主要技術目前，建筑智能化系統集成主要技術手段有“面向協議集成技術”、“面向平臺集成技術”和“面向Web集成技術”三類。⑴面向協議集成技術主要采用BACnet、LonTalk等標準統一的通信協議進行集成，但當需集成系統內存在多種協議標準時，則可采用網關(開發或專用)來實現，但所付出的成本也隨之增大。⑵面向平臺集成技術主要利用OPC和ODBC技術，通過定義數據訪問標準接口來屏蔽不同通信協協議的差異，該技術與平臺相關。⑶面向Web集成技術利用WebServices構筑一個與平臺、語言、協議均無關的通用技術層來實現各子系統的互連和集成。安徽建筑工業學院電子與信息學院1.面向協議集成技術1)BACnet協議集成BACnet協議用于樓宇自控網絡的通訊標準和數據交換協議。協議闡明了系統組成單元相互分享數據實現的途徑、使用的通信媒介、可使用的功能及信息如何翻譯的全部規則。協議確立了不同廠家產品，只要滿足此通信協議標準就可實現互操作，而不需專用芯片或設備。協議提供了一個描述了各種自動化系統的精確模型，包括：23種對象、35個服務、137種屬性、5種網絡。。對象：一組對應特定功能的數據單元的集合。(自控設備功能)；。服務：獲得信息、命令設備執行操作發生的方法。(讀/寫)。屬性：對象的進一步描述

。提供了一套不需要知道設備內部設計細節的鑒別和獲取信息的方法。安徽建筑工業學院電子與信息學院平均值模擬變量二進制輸出二進制輸入日歷表二進制變量模擬輸出模擬輸入文件事件登記人身安全點組回路人身安全區域設備命令程序多狀態變量趨勢記錄時間表事件級別多狀態輸出多狀態輸入BACnet定義的標準對象安徽建筑工業學院電子與信息學院—目前，BACnet定義了六個大類共35種服務，它們包括：。報警和事件服務(AlarmandEventServices)。文件訪問服務（FileAccess）

。對象訪問服務（ObiectAcces）。遠程設備管服務（RemoteDeviceManagement）。虛擬終端服務（VirtualTerminal）。網絡安全服務（NetworkSecurity）上述六類服務幾乎包括了目前樓宇自控系統中所有的信息交換方式。且有服務優先級之分。上述服務消息的格式都是按照IS0標準抽象語法表示法(1S0-8824)定義的規則來表示，然后再按照BACnet自己標準定義的網絡傳輸規則要求編碼成“1“或“0”進行傳輸。BACnet定義的服務

安徽建筑工業學院電子與信息學院(1)BACnet協議結構■BACnet/IP互聯協議

為使BACnet能與Interent/Intranet通信，BACnet標準于1999年定義了BACnet/IP(專為工業控制設計的應用層協議)，協議提供了訪問數據和控制設備操作的服務集，成為第6種局域網互聯技術。安徽建筑工業學院電子與信息學院(2)BACnet系統集成采用BACnet協議進行系統集成，其技術涉及BACnet自控網絡構架、BACnet自控產品選型和資源配置等因素。①BACnet自控網絡構架BACnet協議提供六種(Ethernet、ARCnet、MS/TP、PTP、LonTalk、BACnet/IP)連網模式，其網絡架構可根據底層設備的不同采用不同的形式，也即可由多個網段構成。■BACnet網絡架構原則

。在一個物理網段上的所有設備均應支持相同類型的數據鏈路層；

。不同數據鏈路層的網絡之間必須用BACnet路由器進行互連；。所有網絡節點設備之間的路由均只有一條路徑，避免形成回路；。所有網絡節點地址分配必須唯一，必須杜絕地址重復。安徽建筑工業學院電子與信息學院②BACnet自控產品選型和資源配置

BACnet自控產品選型主要指如何選擇支持BACnet協議的控制軟件平臺、DDC控制器以及它的網絡接口和I/O點數，資源配置就是指如何設定其對象、服務和屬性以及網絡選用等?！鯞ACnet控制器類型。BACnet互操作基本塊，由一個或多個服務組成；

。BACnet工作站。系統運行和管理窗口；。BACnet樓宇控制器。現場級通用樓宇控制設備；

。BACnet高級應用控制器，現場級通用樓宇控制設備；。BACnet專用控制器，專用于某個系統的控制器。

。BACnet智能執行器；。BACnet現場級執行設備；。BACnet現場級傳感設備安徽建筑工業學院電子與信息學院安徽建筑工業學院電子與信息學院2)LonTalk協議集成

LonTalk協議是LonWorks系統的靈魂，是直接面向對象的網絡協議。它支持OSI模型的七層服務（用戶開發只需在應用程層做工作)，支持多種傳輸介質和多種傳輸速度嗎，保證了數據的可靠傳輸。LonTalk協議早期被嵌入在每一個LonWorks設備的神經元芯片中。1999年Echelon公司公布了LonTalk協議，任何公司都可獲得LonTalk協議標準在自己的產品中使用，這使得LonWorks技術在控制領域的地位迅速提升。

LonTalk協議使用了網絡變量來完成節點間的通信，網絡變量使得節點間的通信只需通過網絡變量間的互相連接便可完成。網絡變量可分為輸人或輸出。安徽建筑工業學院電子與信息學院①支持包括雙絞線、電力線、無線、紅外線、同軸電纜和光纖在內的多種傳輸介質。②LonTalk應用可運行在任何主處理器上。主處理器管理協議的第六層和第七層，并使用LonWorks網絡接口管理第一層到第五層。③LonTalk協議使用網絡變量與其它節點通信。網絡變量可以是任何單個數據項也可以是結構體，并都有一個由應用程序說明的數據類型。網絡變量的概念大大簡化了復雜的分布式應用的編程，大大降低了開發人員的工作量。④LonTalk協議支持總線型、星型、自由拓撲等多種拓撲結構類型，極大地方便了控制網絡的構建⑴LonTalk協議特點

安徽建筑工業學院電子與信息學院安徽建筑工業學院電子與信息學院⑵LonTalk的網絡特性LonTalk協議能對網絡進行分層(域、子網、節點)編址并加以管理，以保證網內各節點間的通信安全，不相互干擾。

①

域：可保證在不同的域中節點通信彼此獨立，不干擾；-任一節點可分屬一個或兩個域，允許一個節點作為兩個域之間的網關。

②子網：一個或多個通道的邏輯分組，每個域可有255個子網；-子網間得數據交換可用路由器實現子。

③

節點：網絡中的設備，每個子網最多有127個節點。-節點可被分組，一個分組在一個域中可跨越幾個子網或通道。分組結構可以使一個報文同時被多個節點接收。安徽建筑工業學院電子與信息學院節點分布安徽建筑工業學院電子與信息學院⑶LonTalk集成利用LonTalk協議實現系統集成，即如何用LonWorks總線完成對系統集成。涉及問題包括：軟件平臺、開發工具、OEM元器件、網絡接口、路由器、Internet互聯設備等軟/硬件產品的選型。實質上就是對中央監控管理層、現場直接數字控制器(DDC)、現場傳感器、變送器和執行器等的選型，以及集成實施時的資源的配置設定等。。軟件平臺：對來自設備級網絡的數據進行收集和管理；。OEM元器件：智能收發器、自由拓撲收發器、控制模塊、微處理器接口程序、OEM網絡接口；。集成工具：創建和維護LonWorks設備網絡的工具；。開發工具：是開發智能LonWorks網絡設備和應用的工具；

安徽建筑工業學院電子與信息學院i.LON

i.LON

i.LON

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安徽建筑工業學院電子與信息學院■LonTalk與BACnet區別及應用①LonTalk是實時控制域協議，是為建筑自控系統中傳感器與執行器之間實現網絡化互操作指定的標準；②LonTalk適合大樓中的HVAC、電力供應、照明系統、消防系統、保安系統間的通信和互操作；③LonTalk是以LonWorks技術為基礎的協議，有其自身限制；④BACnet標準是信息管理域方面為實現不同系統間的互聯而制定的網絡標準，是樓宇自控領域唯一的ISO標準；

BACnet標準是一個真正意義上的開放技術平臺，獨立于任何制造商，也不需要專用芯片⑥BACnet標準有著更大的數據通信量和過程處理及組織處理能力，更適合于規模大且含多系統(不同廠家)的建筑。安徽建筑工業學院電子與信息學院■LonWork和BACnet組網方案安徽建筑工業學院電子與信息學院2.面向平臺集成技術1)OPC集成技術

OPC(OLEforProcessControl)是種一工業標準，用于過程控制的對象連接與嵌入。其包括一整套接口、屬性和方法的標準集，是微軟公司的對象鏈接和嵌入技術在過程控制方面的應用。

★OLE：(ObjectLinkingandEmbedding）-對象連接與嵌入；-OLE是一種面向對象的技術，利用這種技術可開發可重復使用的軟件組件(COM)。安徽建筑工業學院電子與信息學院用以解決不同廠商設備和應用程序之間的數據交換簡單化問題，且可向用戶提供不依靠于特定開發語言的環境，可自由組合使用的過程控制軟件組件。(1)OPC的作用應用程序1應用程序2應用程序3驅動器驅動器驅動器設備A設備B設備C應用程序1應用程序2應用程序3服務器服務器服務器設備A設備B設備COPC接口標準安徽建筑工業學院電子與信息學院⑵OPC技術在工業控制領域中的應用①解決了設備驅動程序開發中的異構問題；②可作為訪問專有數據庫的中間件；③解決了現場總線系統中異構網段間的數據交換問題；④便于集成不同數據，為控制系統向管理系統升級提供方便；⑤使控制軟件與硬件分別設計，有利于第三方軟件設計生產?！鯫PC的技術實現OPC技術的實現，是由OPC服務器和OPC客戶端應用兩部分組成，OPC服務器用來完成現場設備數據的收集，并通過OPC接口傳給OPC客戶端，OPC客戶端OPC接口接收所傳數據。安徽建筑工業學院電子與信息學院數據收集安徽建筑工業學院電子與信息學院控制網BACnet操作站控制中心系統集成OPCserver供配電監控系統智能消防系統智能安防系統智能照明系統OPCserverOPCserverOPCserverOPC客戶OPC客戶安徽建筑工業學院電子與信息學院安徽建筑工業學院電子與信息學院2)ODBC集成技術ODBC(OpenDataBaseConnectivity)即開放式數據庫互連技術，該技術是微軟公司提出的一種異型數據庫互連的解決方案，是一種數據訪問標準，是目前客戶機／服務器系統中的一個重要支持技術，現已被大多數數據庫廠商所接受。ODBC的基本思想是為用戶提供簡單、標準、透明的數據庫連接公共編程接口。使用ODBC，系統集成軟件開發商可開發出對于多個異種數據庫進行并行訪問的應用程序，為智能建筑的一體化集成提供了便捷的手段。在一體化集成過程中，對“建筑集成管理系統(IBMS)”中使用的數據庫是否支持ODBC標準應有要求，以方便與大廈的所有網絡系統如OA、CA進行聯網。安徽建筑工業學院電子與信息學院■基于OPC和ODBC的集成技術模型BAS智能消防智能安防OPCServerOPCClientODBCWebServer瀏覽器客戶機C/SB/SIntranet/Internet控制層數據層應用層實時數據庫歷史數據庫安徽建筑工業學院電子與信息學院3)面向Web集成技術隨著智能建筑系統中各子系統間的關聯程度日趨復雜，且物業管理、辦公自動化等MIS系統也納入集成平臺，為實現跨平臺的系統集成，出見了面向Web集成的技術。面向Web集成技術的系統，是利用WebServices技術進行的系統集成。目前，能真正實現面向Web集成技術的系統還不多，其系統只是在其他集成技術建立的系統之上加入Web瀏覽器作為