基于OPC的综合建筑管理系统的设计与实现

        在智能建筑中，弱电系统主要包括楼宇自控系统(BAS)、安防自动化系统(SAS)、消防自动化系统(FAS)、通讯自动化系统(CAS)和办公自动化系统(OAS)等，而各系统又由多个子系统和各种设备构成。 如楼宇自控系统包括空调系统、新风系统、制冷系统、通风系统、水系统、照明系统和变配电系统等。 综合楼宇管理系统(简称 IBMS)就是将智能建筑内的若干个既相对独立又相互关联的子系统在物理、逻辑及功能上连接在一起，以实现资源共享、信息集成和综合管理，是现代智能建筑的一个重要组成部分。 本系统是基于福建境内一栋智能建筑开发设计。 本文只针对该建筑的具体情况进行分析和设计。

        1 系统分析与设计

        1.1 系统分析

        智能建筑拥有一批种类繁多、功能各异的机电设备和系统，对其进行监控和管理的功能、要求各不相同。IBMS 监控和管理的对象包括楼宇自控系统、防盗报警系统、闭路电视监控系统、防盗报警系统、门禁系统、停车场管理系统。 根据各类设备所要完成的功能，IBMS 由对应的各分系统组成，它们相对独立工作，各自完成相应的监测、控制和管理的任务；但又协调一致，实现信息交换和共享，共同完成建筑物自动化管理的功能，并保证其运行维护管理的经济性和智能化。

        IBMS 的功能需求如下：

        1) 对智能建筑内所有子系统(5A)的机电设备进行统一平台的实时监控。 用户可以在同一软件平台上看到环境温度、湿度等参数，空调、电梯等设备的运行状态，建筑的用电、用水、通风和照明情况，以及保安、巡更的布防状况，消防系统的烟感、温感的状态等。

        2) 实现跨子系统的联动控制，提高建筑的综合管理能力。 联动是某一事件的发生不仅要引起该事件所属子系统的反应，而且也要引起与之有关联的其他子系统采取相应的动作。 如有人非法闯入，防盗报警系统受到报警信号，此时 IBMS 根据联动预案将最靠近现场的摄像机对准报警位置，将该摄像机的图像信号立即切换到主监视器上，自动开始录像并自动打开相关区域照明及关闭相关区域的门禁，最后在主界面弹出报警信息提示窗口并将报警信息存入数据库。

        3) 提供多种管理功能，帮助用户进行决策和分析，提高工作效率、降低运行成本。 如提供关键设备的能耗报表分析、对建筑内的控制子系统进行优化调度等功能，以达到节约能源的目的。

        4) 简便、友好、统一的用户界面。 如提供包含图形化设备的 2D、甚至 3D 模拟平面，使用户更加容易识别设备及其位置等信息。

        1.2 系统总体设计

        目前国际上综合建筑管理系统的体系结构主要有客户端/服务器端(C/S)模式和浏览器/服务器(B/S)模式。 C/S 结构不受浏览器限制，交互性强，功能更完善、稳定、安全。 B/S 结构简化了客户端，用户操作更为简便，更适用于信息发布且易于扩展[1]。 考虑到建筑规模和控制软件的稳定性，本系统采用 C/S 模式。

        1.2.1 系统结构设计

        IBMS 的总体结构具有结构化和模块化的特点，其系统结构图如图 1 所示。 主要分为数据层、接口层和应用层。

       

        数据层：描述系统的基础数据源，主要包括建筑现场设备的过程数据和数据库中的用户数据、配置数据及设备的历史数据。接口层：描述各子系统设备的通讯接口协议，主要包括 OPC 接口、RS232 接口、ODBC 数据库接口；描述数据库的访问接口，主要是 ADO. NET。

        应用层：描述系统的功能模块，主要包括：

        1) BA 子系统：包括空调系统、新风系统、制冷系统、通风系统、水系统、照明系统和变配电系统，负责 BA 系统及子系统的实时监视和控制；

        2) 安防子系统：包括防盗报警系统、闭路电视监控系统和巡更系统，负责安防子系统的实时监视和控制；

        3) 消防子系统：包括消防报警系统，负责消防子系统的实时监视和控制；

        4) 其他系统：包括酒店系统、停车场管理系统、公告备忘等相对独立的系统；

        5) 数据采集：采集建筑现场设备信息存入数据库；

        6) 数据报表：对采集的建筑现场设备信息进行报表分析；

        7) 联动管理：管理联动预案，当有事件触发时，根据联动预案执行联动；

        8) OPC UI 控件：OPC UI 控件为设备在 IBMS 中的表现形式，不同的控件有不同的属性和方法；

        9) 平面图设计器：实现方便、快捷地按照用户的应用环境形成组态画面存入数据库，供系统运行时使用；

        10) 通用模块：提供权限控制、日志管理、系统帮助等通用功能。

        1.2.2 接口设计

        本系统采用统一的 OPC 标准通讯方式。 其接口设计分为三类：

        1) 对于提供 OPC 接口的系统，像 BA 系统，程序模块可通过 OPC 接口读取/写入OPC 服务器中可控设备的当前状态（包括开关状态、当前值等），实现实时监控；可响应 OPC 服务器发出的警报信息实现联动处理； 可自定义集中采集关键设备和关键点的当前状态，经过处理后存入数据库供程序使用。

        2) 对于没有提供 OPC 接口的其它系统，通过转换程序转为 OPC 接口方式。

        3) 对于其他应用系统，需要进行数据交换，采用专门的协议方式，如酒店系统、停车场系统采用数据库的 ODBC 连接方式，一卡通管理系统采用 COM 方式。

        2 关键实现技术

        2.1 基于 COM 技术的 OPC

        系统跟现场可控设备的通信主要采用 OPC 方式。 IBMS 作为 OPC 应用程序端，可通过 OPC 接口与 OPC 服务器相连的硬件装置通信， 而无须了解这些硬件装置的细节信息[3]。 其通信结构图如图 2 所示。

       

        OPC 全称 Object Linking and Embedding for Process Control， 它是建立在 Mi-crosoft 的对象连接与嵌入(OLE)、组件对象模型(COM)和分布式组件对象模型(DCOM)技术基础上的一项技术规范与标准。 OPC 将访问现场设备的开发任务以标准接口的形式放到设备厂家或第三方厂家，并将该接口以服务器的形式透明地提供给用户(工控软件开发人员)，使得用户可以从底层的通信模块开发中解放出来，而专注于工控软件的功能[2]。

        COM 并不是一种计算机语言，它与运行的机器(只要互相连接)、机器的操作系统(只要支持 COM)以及软件的开发语言无关，而是一种在软件组件间相互通信的二进制和网络的标准。COM 组件是遵循 COM 规范编写的，它以二进制形式发布，可以给应用程序、操作系统以及其他组件提供服务。

        DCOM 是 COM 的无缝扩展，它支持在局域网、广域网甚至 Internet 上不同计算机的组件之间的通信。 因为是无缝的升级，所以可以将原有的基于 COM 的应用、组件、工具以及知识转移到标准化的分布式环境中。

        OPC 是采用 Client/Server 模式。 OPC 服务器作为数据源提供现场控制设备的过程数据；OPC 应用程序根据需要对 OPC 服务器进行数据访问（读取/写入）。 不同的厂商可能提供不同的 OPC 服务器，一个 OPC 应用程序可以同时连接到同一或不同厂商提供的一个或多个 OPC 服务器，同时一个 OPC 服务器也可以同时被多个的 OPC 应用程序连接。 OPC 服务器可以运行在本地计算机（与OPC 应用程序同一台计算机）或者远程计算机上[4]。

        2.2 联动管理

        联动可有效提高建筑对突发事件的处理能力，从而实现系统整体的防火防灾能力。 联动管理模块主要包括联动预案的设置、联动的控制和联动的日志。 联动预案描述联动触发到联动响应结束系统所做出的一系列动作，其包括联动源、触发条件、动作方式、值、触发时间等属性。

        联动源：可能触发联动的可控设备控制点，如消防、门禁、防盗监测点。触发条件：当设备控制点的当前值满足一定条件(>/=/</>=/<=)时触发。

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