綜合監(jiān)控系統(tǒng)在樓宇系統(tǒng)集成中的應(yīng)用

羅輝 喬麗莉

(北京城建設(shè)計研究總院有限責(zé)任公司 北京 100037)

1 智能建筑管理系統(tǒng)和綜合管理監(jiān)控系統(tǒng)

說到樓宇系統(tǒng)集成，首先想到的是智能建筑管理系統(tǒng)(intelligent building management system，IBMS)，這是在樓宇自控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上更進一步地與通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)更高層次的建筑集成管理系統(tǒng)。這類集成一般由4部分組成:具有Web功能的集成化監(jiān)視平臺、監(jiān)控服務(wù)器、協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)以及其他子系統(tǒng)，其末端核心設(shè)備主要是直接數(shù)字控制器(direct digital controller，DDC)。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)(integrated supervisory control system，ISCS)是功能強大的、開放的、模塊化的、可擴展的分布式控制系統(tǒng)，可集成和互聯(lián)多個子系統(tǒng)。這類集成也由4部分組成:一體化監(jiān)控平臺、冗余的實時服務(wù)器及歷史服務(wù)器、前端處理機(front-end processor，F(xiàn)EP)以及其他子系統(tǒng)，其末端核心設(shè)備主要是可編程控制器(programmable logic controller，PLC)。

2 核心設(shè)備的功能對比

從六方面對兩大系統(tǒng)的核心設(shè)備DDC、PLC進行比較。

1)適用性:DDC是根據(jù)樓宇自控特點從PLC發(fā)展而來的，更強調(diào)專用性;PLC廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，是通用性、開放性系統(tǒng)。

2)技術(shù)性:DDC采用專用軟件，固化了一些控制程序，兼容性、開發(fā)能力較差;PLC多采用通用組態(tài)軟件，組態(tài)靈活方便，適用于不同的控制要求。

3)安全性:DDC為商業(yè)級產(chǎn)品，適合在建筑樓宇內(nèi)使用;PLC是工業(yè)級產(chǎn)品，能夠在惡劣的環(huán)境中長期可靠、無故障地運行，能適應(yīng)較寬的溫度變化范圍。

4)可擴展性:DDC上位機的計算能力較弱，處理能力有限;PLC采用TCP/IP協(xié)議，擴展能力取決于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。

5)響應(yīng)速度:DDC掃描時間為秒級，PLC掃描時間為毫秒級。

6)可操作性:DDC系統(tǒng)調(diào)試相對簡單;PLC編程多用梯形圖語言，簡單易懂。

綜上所述，DDC固化了一些專對樓宇控制的程序，為用戶提供了簡單實用的控制方案，而PLC在安全性、擴展性及開發(fā)能力等方面具有不容置疑的優(yōu)勢。

3 兩大系統(tǒng)的功能對比

從六方面對IBMS和ISCS兩大系統(tǒng)的功能進行比較。

1)通用性:IBMS根據(jù)用戶需求編程定制，可擴展性差，不利于系統(tǒng)維護升級;ISCS根據(jù)用戶需求邏輯組態(tài)定制，方便實現(xiàn)用戶需求的變更，應(yīng)用變更及擴展不受廠家限制。

2)系統(tǒng)容量:IBMS采用數(shù)據(jù)服務(wù)器集中處理方式，處理容量有限，適用于小規(guī)模系統(tǒng);ISCS采用分布式數(shù)據(jù)處理方式，平臺數(shù)據(jù)處理性能強大，處理數(shù)據(jù)容量基本上不受限制。

3)系統(tǒng)模式:IBMS大多采用瀏覽器/服務(wù)器方式，對數(shù)據(jù)庫的訪問和應(yīng)用程序的執(zhí)行均在服務(wù)器上完成，服務(wù)器擔(dān)負(fù)更多的工作，從而使網(wǎng)絡(luò)的運行速度變慢;ISCS采用客戶端/服務(wù)器模式，具有速度快、專有性和交互性強的特點，客戶端直接對數(shù)據(jù)服務(wù)器進行訪問，保護了數(shù)據(jù)庫的安全。同時，ISCS可在客戶端/服務(wù)器的基礎(chǔ)上，通過Web方式實現(xiàn)瀏覽器/服務(wù)器應(yīng)用，滿足多地點用戶工作流的信息化辦公。

4)子系統(tǒng)接口:IBMS基本采用用于過程控制的OLE(OLE for process control，OPC)接口方式，通信速度比較慢，占用系統(tǒng)資源較多，需要OPC軟件及相應(yīng)授權(quán)，系統(tǒng)擴展不方便;ISCS主要采用PLC、FEP設(shè)備，可與自控設(shè)備實現(xiàn)深度集成，可經(jīng)通信規(guī)約接入實現(xiàn)互聯(lián)，也支持OPC等接口實現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)。

5)成熟性:IBMS思想產(chǎn)生的時間短，是樓宇設(shè)備控制與樓宇相關(guān)物業(yè)管理有機結(jié)合的產(chǎn)物，但目前大多停留在樓宇設(shè)備控制階段;ISCS其軟件平臺經(jīng)歷了幾十年的應(yīng)用，技術(shù)成熟，能夠滿足監(jiān)控、聯(lián)動及工作流管理的應(yīng)用需求，但對于樓宇的特殊應(yīng)用需進一步進行相關(guān)的應(yīng)用開發(fā)工作。

6)經(jīng)濟性:IBMS軟件平臺對應(yīng)用的支撐及擴展能力有限，價格相對較低;ISCS軟件平臺對應(yīng)用的支撐及擴展能力強大，價格相對較高。

由此可見，受通信方式、系統(tǒng)規(guī)模及核心設(shè)備所限，IBMS系統(tǒng)更適用于較小規(guī)模、功能較簡單的集成;而對地鐵指揮中心這種規(guī)模較大、系統(tǒng)較多、功能較完善的系統(tǒng)集成，ISCS平臺具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。

4 ISCS系統(tǒng)方案

4.1 主要功能

利用綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)，可對地鐵指揮中心配套工程重要監(jiān)控對象的狀態(tài)、性能等數(shù)據(jù)進行實時收集及處理，通過各種調(diào)度員工作站，以圖形、圖像、表格和文本的形式顯示出來，供調(diào)度人員參考和使用。根據(jù)編制的邏輯關(guān)系，自動向分布在各區(qū)域的被監(jiān)控對象或系統(tǒng)發(fā)送模式、程控、點控等控制命令，或由調(diào)度員人工發(fā)布控制命令，從而完成對地鐵指揮中心配套工程環(huán)境、設(shè)備的集中監(jiān)控。綜合監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)不同的情況，啟動相應(yīng)的預(yù)設(shè)工作模式，實現(xiàn)地鐵指揮中心配套工程與綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的各子系統(tǒng)聯(lián)動控制。現(xiàn)場級設(shè)備可以通過“本地/遠(yuǎn)程”轉(zhuǎn)換開關(guān)，實現(xiàn)“遠(yuǎn)程控制”或“就地控制”。同時，預(yù)留與地鐵ISCS相連的通信接口，以便在條件成熟時統(tǒng)一管理。

4.2 系統(tǒng)構(gòu)成

綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)由互為備用的冗余實時數(shù)據(jù)服務(wù)器、冗余歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、設(shè)備管理服務(wù)器、Web服務(wù)器、各崗位操作站、通信網(wǎng)絡(luò)、前置機、各系統(tǒng)的通信轉(zhuǎn)換接口及打印機等設(shè)備組成，見圖1。

1)實時數(shù)據(jù)服務(wù)器:完成實時數(shù)據(jù)的采集與處理，接收和發(fā)送監(jiān)控中心與各子系統(tǒng)有關(guān)的相關(guān)信息，處理與各子系統(tǒng)有關(guān)的接口通信協(xié)議。通過實時數(shù)據(jù)服務(wù)器將數(shù)據(jù)傳入ISCS，同時ISCS也通過實時數(shù)據(jù)服務(wù)器向各子系統(tǒng)傳送有關(guān)數(shù)據(jù)，從綜合監(jiān)控系統(tǒng)向被監(jiān)控對象和被集成系統(tǒng)發(fā)送模式、程控或點控命令。

2)歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器:完成歷史數(shù)據(jù)的存儲、備份以及災(zāi)害恢復(fù)等管理功能。在綜合監(jiān)控局域網(wǎng)中，各信息化集成系統(tǒng)共用一歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器硬件設(shè)施，存儲虛擬邏輯化分開。

3)FEP前置處理機:具備數(shù)據(jù)處理能力，通過實時操作系統(tǒng)進行實時控制，對無關(guān)的訪問進行隔離，還具有轉(zhuǎn)換各種硬件接口、軟件協(xié)議的能力。

圖1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

另外，維護工作站可以對綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成的主要監(jiān)控設(shè)備進行管理，調(diào)度工作站可以控制和監(jiān)視各受控對象。

4.3 集成系統(tǒng)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)集成了樓宇自控系統(tǒng)(BAS)及變配電監(jiān)控系統(tǒng)(PSCADA)。其中，樓宇自控不僅包括常規(guī)意義上的樓宇設(shè)備控制，而且還包括機房環(huán)境監(jiān)控和能源管理系統(tǒng)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)在安防中心通過冗余以太網(wǎng)，對BAS、PSCADA系統(tǒng)進行集成，采取全面監(jiān)控，實現(xiàn)管理層的全部功能，BAS和PSCADA系統(tǒng)只負(fù)責(zé)實現(xiàn)控制層和現(xiàn)場層的功能。

4.4 互聯(lián)系統(tǒng)

互聯(lián)系統(tǒng)主要有火災(zāi)自動報警系統(tǒng)(FAS)、公共廣播系統(tǒng)(PA)、一卡通系統(tǒng)(ICS)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)(CCTV)、時鐘系統(tǒng)(CLK)、安全防范系統(tǒng)(SAS)、LED信息發(fā)布系統(tǒng)、多媒體會議系統(tǒng)、DLP大屏幕顯示系統(tǒng)等。

綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)通過連在冗余以太網(wǎng)上的實時數(shù)據(jù)服務(wù)器，與通過FEP也連在冗余以太網(wǎng)上的各子系統(tǒng)相連接，以獲得各子系統(tǒng)設(shè)備運行和報警狀況的信息，監(jiān)測各設(shè)備的運行情況及狀態(tài)位置。

4.5 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

綜合監(jiān)控局域網(wǎng)采用兩路獨立千兆以太環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)冗余，并將各集成系統(tǒng)或互聯(lián)系統(tǒng)以及監(jiān)控中心的綜合監(jiān)控設(shè)備都冗余連接到交換機上進行數(shù)據(jù)通信，從而形成一個完整的監(jiān)控系統(tǒng)。

通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的信息交換、數(shù)據(jù)傳送，其網(wǎng)絡(luò)的可靠性至關(guān)重要，因此采用冗余雙網(wǎng)結(jié)構(gòu);交換設(shè)備采用高可靠性的產(chǎn)品，主要部件冗余配置;骨干鏈路物理路徑采用冗余保護;各信息化集成系統(tǒng)用VLAN進行劃分，滿足系統(tǒng)邏輯上獨立的需求。

5 結(jié)語

地鐵指揮中心是城市幾十條地鐵線路的集中控制中心。雖然它的樓宇弱電系統(tǒng)從傳統(tǒng)意義上講是建筑智能系統(tǒng)的一部分，與工業(yè)自動化控制有著很大區(qū)別，但由于地鐵指揮中心自身功能的特殊性，增加了機房環(huán)境監(jiān)控、不間斷電源和應(yīng)急電源系統(tǒng)監(jiān)控等普通智能建筑不涉及的弱電系統(tǒng)，從而使系統(tǒng)監(jiān)控點數(shù)大大超過了同等規(guī)模的其他建筑。出于對地鐵運營安全的考慮，地鐵指揮中心的弱電系統(tǒng)不僅要為用戶提供一個高效、舒適、便利的人性化建筑環(huán)境，而且更要為地鐵運營、生產(chǎn)的安全提供保障，這對樓宇弱電系統(tǒng)乃至系統(tǒng)集成提出了更高要求。

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)(ISCS)是一個先進、靈活的分布式控制系統(tǒng)。它采用系統(tǒng)化方法，將各分散的弱電子系統(tǒng)連接為一個有機的整體，實現(xiàn)各專業(yè)系統(tǒng)之間的信息互通、資源共享，提高各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合能力，高效地實現(xiàn)系統(tǒng)間的聯(lián)動。該系統(tǒng)在軌道交通中得以廣泛使用，并經(jīng)歷了時間的考驗。現(xiàn)在，將ISCS綜合監(jiān)控系統(tǒng)引入到地鐵指揮中心的樓宇系統(tǒng)集成中，不僅有效地擴大了集成系統(tǒng)的規(guī)模，更從技術(shù)層面上提供了切實高效的技術(shù)手段，增強了集成系統(tǒng)的安全性、可靠性及快速響應(yīng)能力，更好地為地鐵指揮中心提供了統(tǒng)一的信息集成平臺，從而加強了應(yīng)對各種突發(fā)事件的應(yīng)變能力，增強了對災(zāi)害事故的抵御能力，提高了設(shè)備運營管理水平，同時也有利于提升資源管理水平，提高經(jīng)濟效益，為實現(xiàn)地鐵指揮中心一體化管理打好基礎(chǔ)。

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