智能楼宇集成管理系统IBMS（方案）

廖生宵

1、概述 一般的智能建筑的系统集成从概念上讲，有广义系统集成和狭义的集成两种。狭义的系统集成则仅限于部分子系统的集成，也就是BMS的系统集成。广义的系统集成强调的是以建筑物为基础，结合水暖电以及运营和服务等多方位的全面集成，即包括界面集成、数据集成和业务流程集成的一体化集成 IBMS。 从集成的层次又划分为三种：第一层次为子系统纵向集成，目的在于各子系统具体功能的实现。如对于BA子系统而言，制冷站、换热站、变配电系统等智能化设备需要与整体BA协同工作，以保证BA的正常工作；第二层次为横向集成，主要体现各子系统的联动和优化组合，在确立各子系统重要性的基础上，实现几个关键子系统的协调优化运行，报警联动控制等增值功能；第三层次为一体化集成，即在横向集成的基础上，建立一个实现界面集成、数据集成和业务流程集成的高层监控管理系统。 从绿地广场紫峰大厦的性质、用途出发，决定综合系统集成的目标不仅仅是在某个层次上进行的集成，需要在一体化集成的基础上，将不同的信息资源和业务事件互相紧密地衔接起来，实现在异构子系统之间跨越各个应用系统边界的数据共享平台。因此，出于为长远发展的考虑，我们仍然选择了基于信息技术的集成平台，面向IBMS。并且，我们始终认为楼宇设施管理系统所提供的信息将为企业的运营与决策有着必要的、重要的作用。 智能型楼宇管理系统(IBMS)的目的是集成楼宇中各种子系统，把它们统一在单一的操作平台上以进行管理。系统的设计目的旨在令到楼宇中各种弱电系统(ELV)的操作更为简易，更有效率。它提供了一个中央管理系统以及数据库，同时它会协调各子系统间的相互连锁动作及相互合作关系，在绿地广场紫峰大厦这些需求IBMS进行协调的子系统有： 1）楼宇设备自控系统 2）综合安保管理系统 3）消防报警管理子系统 4）智能卡一卡通系统（包括门禁、考勤、车库等子系统） 5）能量自动采集系统 绿地广场紫峰大厦楼宇管理系统(IBMS)系统应能通过高层软件接口交接，将以上各子系统进行系统集成，通过高速网络和开放的、标准的软件接口进行各系统间的无缝集成，以达到信息共享及系统的联动，并自动完成数据采集、存储、分析、报表生成和报表打印工作。 2、设计原则 2.1 先进性 系统要与技术发展潮流相吻合的产品，建立一个可扩展的平台，保护前期工程和后继先进技术的衔接，使系统具有先进性。 2.2 开放性 集成后的系统应是一个开放系统，系统集成的过程主要是解决不同系统和产品间接口和协议的“标准化”，以使它们之间达到“互操作性”。它应当提供标准数据接口、网络接口、系统和应用软件接口。系统开放性特征是： 1）可扩展性、灵活性好； 2）兼容性和应用软件可移植性强； 3）可维护性好、生命周期长。 2.3 标准化和结构化 集成总体结构是标准化和结构化的，既可使不同的厂商的设备产品综合和互联在同一个系统中，得到高度的信息共享，又可使系统在日后能进行方便的扩充。 2.4 模块化 系统要严格按照模块化结构方式开发，以满足通用性和可替换性。采用模块化设计，分布实施的战略。 2.5 安全性 可实现严格的等级操作权限和不同对象的查询范围的控制。 2.6 可靠性 要采用各种措施建造一个高可用性系统。主要措施是采用冗余设计，共享数据群集、数据备份等使系统具有高可靠性。 2.7 可管理性 集成系统是一个网络，随着网络规模扩大，网络管理十分重要。要对这样的一个网络进行管理，要求： 1）同时支持网络监视和控制两方面能力，能监视控制到网络主要设备； 2）尽可能大的管理范围和尽可能小的系统开销； 3）网络管理标准化。 2.8 前瞻性和可扩展性 对未来的系统的集成有预留设计，以便前期工程和后继先进技术的衔接。 2.9 互连性 这种互连性体现在传输媒体和结构化综合布线系统；各种网络设备的配置；各种网络互连设备的配置；以及各类机电设备、话音/视频设备和各类控制设备等的配置。子网之间互连采用TCP/IP等标准化协议。 2.10 经济性和适用性 经济成本是系统集成必须考虑的因素之一，系统设计从系统建设目标和用户需求出发，经过充分论证，选择合理的方案和适合的软硬件产品，在满足功能和性能的情况下，不一味追求最先进，达到高的性价比。 2.11 高效率 系统效率高低，体现在系统性能中，主要包括以下几个方面： 1）系统实时响应与控制能力； 2）通信的传输速率和带宽； 3）服务器响应数据库请求的能力； 4）网络的吞吐能力。 3、设计依据 《智能建筑设计标准》 GB/T 50314-2000 《民用建筑电气设计规范》 JGJ/T 16-92 《民用建筑电气设计规范条文说明》 JGJ/T 16-92 《民用建筑电气设计规范详解手册》 JGJ/T 16-92 《工业企业通信设计规范》 GBJ42-81 《建筑装饰工程施工及验收规范》 JGJ 73-91 《建筑物防雷设计规范》 GB50057-94 《火灾自动报警系统设计规范》 GB50116-98 《高层民用建筑设计防火规范》 GB50045-95 《安全防范工程程序与要求》 GA/T 75-94 《电子计算机机房设计规范》 GB50174-93 《低压配电装置及线路设计规范》 GBJ54-83 《供配电系统设计规范》 GB50052-95 《计算机场地技术条件》 GB2887-89 《计算机场地安全要求》 GB9361-88 《计算机场地安全要求》 GB9361-88 建设领域计算机软件工程技术规范 JGJ-/T90-92 相关行业标准 江森公司内部程序指引及标准 4、设计标准 为了符合上述要求，本系统采用了大量的信息管理标准、通信协议、软件集成模块等等。系统所采用的第三方标准，现列举如下： 4.1 软件标准 Windows NT/2000/XP/2003--本系统内所有的服务器及操作站均采用微软公司的Windows操作平台，由于采用了微软的Windows介面，网络的管理以及所选用的应用软件均为开放式的。 ODBC(公开数据连接)兼容的数据库--各子系统，数据库，应用软件均采用标准的数据库交换以及连接格式。 DDE(动态数据交换协议)--本系统支持微软公司的动态数据交换协议，允许各应用程序之间简单数据存伫，同时网上动态数据允许数据通过网络进行交换。 应用编程接囗API（Application Programming Interface） API是一些软件模块，由各系统供应公司编制，这些软件模块用于和其他子系统来进行数据交换。API制定了简单化的方法及去实现一些功能，而把复杂的底层指令事先编写好。可以运行在标准的Ethernet 网上的Windows环境下，支持多种编程语言如Visual BASIC、Visual C等。联网系统只需执行简单的调用即可访问。 通过API，各系统并不需要很清楚了解其它系统数据库的格式及详细的指令格式。因为各系统是与API内一组已公开的函数调用沟通，而各系统只需要按照这些公开的函数调用格式编写软件，就可以不理会那些各系统内的复杂指令，API会代为翻译。 OLE--微软的对象链接嵌入OLE(最先进的数据交换技术)已成为软件行业及微软最常普遍的标准方法。 COM/DCOM--共用控件模型／分散式共用控件模型，微软的控件定义标准-－控件由标准化的数据及内部定义组成，这一特点使它在应用程序通过编程进行数据交换非常容易。 ActiveX--本服务器内部技术ActiveX控件，方便执行控制或将程序代码嵌入另一个ActiveX控件/文档。ActiveX控件的特性使得它在应用程序中完成在程序或调用其它程序中执行特定任务显得非常容易。微软的Word，Access及Visio等强大的桌面软件都得益于ActiveX技术。 客户／服务器的基本配置--所有的应用, 包括操作介面(PMI)，数据趋势，报警管理，联动控制都基于网络上的客户／服务器设置以保证数据的完整性，实时性及网络应用。 OPC—用于过程控制，微软最新定义的标准OLE/COM用于同许多数据源通信。对于本项目，它主要用于方便不同系统之间的数据传输，例如BAS与IBMS，或SAS与IBMS的数据传输。它定义了如何与IBMS连接的标准。该标准描述了OPC COM控件，它们之间的介面由OPC服务器来完成。OPC数据访问允许数据访问服务器。它保留服务器的信息并且作为OPC控件组的包装。OPC同时定义了当OPC客户发生特殊事件及报警情况时，OPC客户将被服务器注意的技术。另外，OPC同时定义了历史记录的存取，允许数据记录及趋势检索及信息总汇。 4.2 网络标准 Ethernet--IEEE8802.3 (10/100Base-T)--目前世界上最先进及普及的网络解决方案，本网络标准为广泛采纳的工业标准，已经过多次成功验证。支持多种传输介质，包括UTP/STP，同轴电缆，光纤及无线。网络的传输速率为10MB或100MB(自动切换)及支持1G bit(千兆以太网)。大量新推出的网络产品将网络费用降低，并保证网络系统适应不同安装下的不同形势。 TCP/IP--传输控制协议/INTERNET协议，以太网上的该协议标准用于允许数据传输，遂道及路由。它提供在INTERNET/INTRANET上最基本的数据信息传输标准。 BACnet--一种通信协议由ASHRAE(美国标准空调工程协会)制定，用于楼宇自控及网络控制。它允许不同的楼宇自控及控制系统进行信息交换、发布命令及系统功能。安装BACnet设备可从硬件系统级即可进行集成，也可在以后的高级软件应用层进行连接。 H.320/323--电视会议中使用的视频数据压缩标准，允许从CCTV系统出来的视频信号被压缩(编码)并通过多种介质网络传输。传输后视频将被解压(解码)，并被显视所需工作站上。 以上所提及的技术及标准将会被不同部份的IBMS合理采纳，以确保完成系统操作数据、存取、系统集成及所定义的系统功能。 5、IBMS集成方案 5.1 系统的组成 由《绿地广场紫峰大厦IBMS集成架构图》所示，绿地广场紫峰大厦楼宇综合管理系统由二层组成：底层是设备控制器级，由各个子系统控制器组成，如BAS的现场控制器、安全防范系统的报警装置及现场主机、火灾自动报警系统的现场探测器、模块及主机、供配电系统的现场数据采集器、照明控制系统的现场控制器、公共广播的控制主机、停车场管理系统的现场栅栏机等。第二层由各子系统的汇集到绿地广场紫峰大厦监控中心的服务器/工作站及相应的网关与IBMS系统服务器/工作站组成。IBMS服务器通过网关采集各子系统的数据，经过存储、处理，以供给IBMS工作站使用；完成用户所期望的功能。 5.2 系统集成接口设计 综合管理系统和各子系统的数据交换是通过接口设计来实现的。 对于各个子系统的通讯接口和协议，采用通讯集中管理方式，即通过前置转换程序将各子系统的通讯接口都统一到OPC标准上来，不同厂家的不同通讯及协议的产品，只需对其通讯协议和数据格式编程，即可方便地集成到IBMS中来。 如下图所示： 子系统层示意图 OPC是基于微软OLE/COM技术的一种通用工业接口规范，现在流行的智能控制产品很多都提供OPC接口服务。各子系统与IBMS的接口设计详细请参见附图。 考虑到系统的数据在IBMS网络的发布和当前技术发展的趋势，我们选择了Intranet平台，通过Ethernet TCP/IP协议对各子系统进行集成，并采用B/S三层结构和ActiveX组件技术进行开发。 采用B/S结构，通过网络，用户可以在任意一台客户机上很方便的采用浏览器访问IBMS系统，使得管理成为一件十分轻松的事情。B/S与传统的C/S方式相比，还具有易于实施和维护、可伸缩性强的优点。软件的安装与维护集中于服务器端；但考虑传统性，我们保留了C/S架构的客户端浏览器。 由于基于Web方式的IBMS具有远程操纵和数据库访问的功能，因此网络的安全性就显得非常重要。通过防火墙在内部网络与外部网络之间构筑一个保护层，只有被授权的数据通讯才能通过保护层，防止未授权的访问，以及非法入侵和破坏行为。我们在本系统中，控制域网络与其他网络系统只通过防火墙单点相连，通过设置各种权限控制，非授权用户不得操纵IIBMS系统及访问数据库。 由于传统B/S模式中HTML语言的固有局限性——数据流的关闭，使得客户端的浏览器页面不能实时更新，对监控系统，在实时性方面不是很理想。因此我们采用ActiveX控件技术，浏览器下载ActiveX控件运行，ActiveX控件直接与应用服务器连接取数据，所以在能保证监控的实时性，同时，能提供比纯HTML页面更友好的用户界面。ActiveX控件对网络传输速度要求比较高，而基于Intranet方式可保证高速的传输。 5.3 系统主要监控功能 5.3.1 对各个子系统进行有效的监视、控制和自动化管理；实现集中管理，分散控制 IBMS系统将分散的、相互独立的子系统，用相同的环境，相同的软件界面进行集中监视。用户可以通过自己的桌面计算机进行监视：可以看到环境温度、湿度等参数，空调、电梯等设备的运行状态，大楼的用电、用水、通风等情况，以及保安、巡更的布防状况，消防系统的烟感、温感的状态，或停车场系统的车位数量等等。这种监控功能是方便的，可以以生动的图形方式和方便的人机界面展示你希望得到的各种信息，实现信息汇集。 根据集成环境和系统集成需求分析，我们把楼宇集成管理系统IBMS与被集成的各子系统间信息流表述如下图所示： 5.3.2 协调各子系统之间的相互合作关系，具备全局事件处理能力，完成相关的系统联动控制； 各子系统实现集成以后，原本各自独立的子系统在集成平台的角度来看，就如同一个系统一样，无论信息点和受控点是否在一个子系统内都可以建立联动关系。这种跨系统的控制流程，大大提高了大楼的自动化水平。例如：当大楼发生火灾报警时，系统关闭相关区域的照明、电源及空调，门禁系统打开房门的电磁锁，同时停车场系统打开闸门，尽快疏散车辆等。这些事件的综合处理，在各自独立的子系统中是不可能实现的，而在建立了IBMS系统后却可以按实际需要设置后得到实现，这就极大地提高了绿地广场紫峰大厦的集成管理水平。 5.3.3 采集、处理、存储各种相关数据，实现资源共享； 传统上，空调系统、通讯系统、广播系统、安保系统、消防系统等各子系统自成体系工作，并不和外界交换信息。由于数据结构、通讯格式的不同，集成系统无法采集所需的资料，用户花费大量资金、心血建立的信息服务系统、物业管理系统、设备维护系统、决策辅助系统就不能发挥应有的潜在能力。IIBMS系统将真正解决这样的数据、信息交换问题。它建立一个开放的工作平台，采集、转译各子系统的数据，建立对应系统的服务程序，接受网络上所有授权用户的服务请求，即实现了数据共享。这种网络环境下的分布式客户机/服务器（或浏览器/服务器）结构使IBMS系统充分发挥其强大的功能。 5.3.4 提供信息检索、分析、显示图表，生成报表、打印报表等管理功能，为管理人员提供有力的科学决策支持； 在上述功能的基础上，可以为管理人员提供各种需要的报表，并可以打印出来以便存档；这样就能为以后与物业管理办公系统提供数据，为物业管理的科学决策提供依据。 5.4 IBMS与各子系统的集成 系统的总体设计是系统集成的必要条件，而工程界面的确定是系统集成的前提条件。 智能化弱电系统不仅各子系统是一门专业而且每个子系统又与其他专业相关,必须熟悉和掌握其相关的专业工艺要求(例如空调、给排水等),目前没有一个承包商能够提供集成系统中的全部是同一家厂商产品和设计。 因此工程界面的确定就可以明确各子系统的功能及相应之间接口界面,各供应商(或工程承包商)的职责,是以确保系统集成,否则将会导致系统集成的失败。实质上工程界面的确定是各系统的纽带,集成系统如果没有纽带将变为独立分散的子系统。因此工程接口界面应该使其标准化、规范化、模块化,这样有助于系统的集成。下面将阐述各绿地广场紫峰大厦内的IBMS系统集成接口建议方案。 5.4.1 IBMS与楼宇自控系统的集成 IBMS软件将绿地广场紫峰大厦内的楼宇自动控制系统中的重要信息进行数据采集（如空调机的回风温度、故障报警等信息）以生成整个绿地广场紫峰大厦级IBMS运行管理所需要的综合数据库，从而对所有全局事件进行集中管理。IBMS与楼宇自控系统的集成工程界面接口是： IBMS服务器与楼宇自控系统通过以太网进行网络联接，两者之间通过OPC协议进行数据交换，接口界面请参见附图。 我们建议采用的是美国江森公司的BA系统，该BA系统提供了Metasys OPC服务器－OPC服务器； 及基于OPC 协议的数据采集及存储服务器软件。 I BMS服务器可以通过OPC读取控制江森公司BA系统 中所有点（AI, AO, BI, BO, AD, BD），并可对BA系统设备的控制，从而达到在绿地广场紫峰大厦级的IBMS工作站上实现对整个楼宇自控系统的监控。 通过IBMS软件可从控制中心管理设备，其详细功能可以有： 1）当发生报警或接受到其他联动要求后，按要求启动或停止BA设备。 2）提供经选择的设备启停，报警状态的信息。 3）提供经选择的探测器所检测参数的变化值，以及过限报警的信息。 4）提供已编制的时间或事件自控程序应用软件的信息，信息内容包括：编制内容、编制者姓名、编制时间和修改者姓名、修改时间和修改内容。 5）提供系统操作员确认各类报警信息的时间及确认人姓名的资料。 6）提供设备运行电力和能源消耗的统计信息和图表。 7）提供设备运行所需的相关信息和各类报表文件。 8）空调系统/集中供冷系统主要监视设备(包括新风机组、空调、风机等)的运行状态、故障显示；新风机和空调的送/回风温度等。 9）给排水系统主要监视水泵的运行状态、故障显示；各类水池、水箱的水位及报警等。 10）电梯运行状态、故障显示、负载状况、设备保养情况等 11）空调系统/集中供冷系统中主要设备(包括新风机组、空调机组、风机等)的启/停；新风机组和空调机组的风门执行器、调节阀的启/停。 12）给排水系统中的主要控制水泵的启/停等。 5.4.2 IBMS与火灾自动报警系统（FAS）的集成 建议火灾自动报警系统的生产厂商将原来接口进行标准化，如按OPC标准进行统一包装，这样可以与任何遵循OPC标准的IBMS系统软件均可以完成无缝集成。当完成和消防系统的系统集成后，IBMS负责向消防系统采集数据，并根据用户需求可向用户提供如下报表： 1）提供各类火灾报警探测器的报警统计，归类和制表。 2）提供以事件联动程序信息为主的报表，报表内容包括：报警设备地址码，描述，联动设备名称，描述。 3）提供消防值班员确认火灾报警信号的时间和修改者姓名的资料。 4）提供消防设备运行状况的信息。 5）提供其他管理所需的各类报告文件。 IBMS与消防报警系统集成工程界面为： 消防报警系统操作站与IBMS通过以太网进行网络连接，数据传输遵循TCP/IP网络协议，数据接口建议为OPC接口，接口界面请参见附图。 5.4.3 IBMS与CCTV/防盗报警系统的集成 IBMS软件通过OPC与CCTV/防盗报警系统的云台和快球摄像机进行位置与控制信号的交换，完成与对防盗报警器的数据采集，除完成设备信息采集外，还能从闭路电视监控系统取得视频信号以在任一IBMS工作站上显示指定监视图像。 IBMS与CCTV防盗报警系统集成除完成报警器的数据收集外，还能完成如下联动及其他功能： 1）当防盗报警系统报警时，除CCTV联动外，由楼宇设备管理系统IBMS根据联动关系，自动打开相关区域照明及关闭相关区域的门禁等。 2）当大楼发生报警（如门禁收到非法闯入信号或火灾报警信息）时，楼宇设备管理系统IBMS根据联动关系将最接近现场的摄像机对准报警部位，自动打开相关区域照明，将该摄像机的图像信号立即切换到主监视器上，自动开始录像工作，并自动关闭或开启相关区域的门禁等。 3）控制摄像机转动、俯仰及变焦对焦(PTZ)。 4）启动、关闭长延时录像机。 5）自动产生报警记录明细报表。 IBMS与闭路电视监视/防盗报警系统集成工程界面为： 闭路电视操作站与IBMS通过以太网进行网络连接，数据传输遵循TCP/IP网络协议，数据接口建议为OPC接口和H.323协议，接口界面请参见附图。 5.4.4 IBMS与门禁系统的集成 IBMS软件通过门禁系统的操作站来获得各门禁系统设备的状态、故障报警及刷卡记录等数据，IBMS与门禁系统进行集成后，能完成如下联动及报表功能： 1）当发生非法入侵警报时，自动打开相关区域照明，并自动将CCTV系统在相关区域的摄像机自动转至预定位置，切换显示器和录像机，以便保安人员进行观察。 2)提供所有门禁系统的状态。 3)提供人员的考勤报表。 4)周界防范系统 5)具有与照明控制及CCTV系统联动功能。 6)提供事件记录报表。 IBMS与门禁系统集成工程界面为： 门禁系统与IBMS通过以太网进行网络连接，数据传输遵循TCP/IP网络协议，数据接口建议为OPC接口和ODBC接口，接口界面请参见一卡通系统附图。 5.4.5 IBMS与考勤系统的集成 IBMS软件通过考勤系统的操作站来获得各考勤站点设备的状态、故障报警及考勤记录等数据，IBMS与考勤系统进行集成后，能完成功能： 1)提供所需考勤站点的信息。 2)提供考勤信息的历史记录。 IBMS与巡更系统集成工程界面为： 考勤系统工作站与IBMS通过以太网进行网络连接，数据传输遵循TCP/IP网络协议，数据接口建议为OPC接口和ODBC接口，接口界面请参见一卡通系统附图。 5.4.6 IBMS与停车场管理系统的集成 IBMS可以通过ODBC读取停车场管理系统中的车库管理数据，以进行数据存储及分析工作，同时也可以完成与其他系统的联动动作。IBMS与停车场管理系统进行集成后，能完成如下功能： 车库车辆流量数据及车位数据分析， 统计， 维护， 查询， 打印。 车库财务报表。 设备工作状态及控制信息报表。 当发生火灾报警时，IBMS能自动打开车库出入口的栅栏机，以便车辆能及时疏散。 其集成工程界面为： 停车场管理系统与IBMS通过以太网进行网络连接，数据传输遵循TCP/IP网络协议，数据接口建议为OPC接口与ODBC接口，接口界面请参见一卡通系统附图。 5.4.7 IBMS与其它系统的集成 因IBMS采用开放式的结构，故也可以通过ODBC、OPC等接口对其它也想接入IBMS系统的子系统进行集成，如第三方的计费系统等；其具体的集成方式可以根据不同的产品而灵活选择接口方式。 5.4.8 IBMS与物业管理系统的集成 IBMS系统可以通过B/S采用ODBC数据接口同物业管理系统建立数据交换，获取物业管理系统中如下子系统的信息： 1)员工考勤管理子系统 2)综合布线文档管理子系统 3)设备资料管理子系统 4)设备维护管理子系统 5)设备备件管理子系统

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