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住宅小区智能楼宇管理系统的应用及发展

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2020年6月23日
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住宅小区智能楼宇管理系统的应用及发展
摘要: 随着计算机技术、 信息技术和控制技术的高速发展和广泛应用, 智能控制技术取得了巨大的进展, 智能楼宇综合管理系统逐渐成为智能大厦的技术核心。它将建筑物内各弱电子系统集成在一个计算机网络平台上, 从而实现子系统间信息、 资源和任务共享。它将为业主提供一个高效、 便利、 可靠的管理手段, 给使用者提供全面、 高质、 安全、 舒适的综合服务。
关键词: 智能楼宇 管理系统 应用
一、 概述
随着计算机技术、 信息技术和控制技术的高速发展和广泛应用, 智能控制技术取得了巨大的进展, 智能楼宇综合管理系统逐渐成为智能大厦的技术核心。它将建筑物内各弱电子系统集成在一个计算机网络平台上, 从而实现子系统间信息、 资源和任务共享。它将为业主提供一个高效、 便利、 可靠的管理手段, 给使用者提供全面、 高质、 安全、 舒适的综合服务。
智能楼宇综合管理系统是以实现各专业子系统之间的信息资源的共享与管理、 各子系统的互操作和快速响应与联动控制, 以达到自动化监视与控制的目的。它追求的目标是: 信息资源的共享与管理、 提高工作效率和提供舒适的工作环境、 采用”分散控制、 集中管理”的模式, 尽可能地减少管理人员和节约能源、 能适应环境的变化和工作性质的多样化及复杂性和应付突发事件的发生。
根据智能建筑的特点和业主对大楼智能化系统工程的实际功能需求, 我们提出一套”SmartBuilding智能楼宇综合管理系统开发方案”, 以满足在智能建筑硬件设备的基础上建立一个具有高度开放性、 兼容性、 便利性于一体的楼宇综合管理系统, 以提高系统管理和维护的自动化水平和协调运行能力, 真正实现了功能集成、 网络集成和软件界面集成的设计目标, 为智能建筑提供了高效、 快捷的超值服务和管理。
本系统是以当前国际上先进的分布式信息与控制理论为基础而设计的计算机分布式系统。它综合采用了当前国际上最先进的4C技术, 即现代计算机技术、 现代控制技术、 现代通信技术和现代图形显示技术, 经过一个由计算机管理的一体化系统集成模式, 对大楼内的楼宇设备自控系统、 综合保安管理系统、 消防报警系统、 停车场管理系统、 智能卡一卡通系统等实行集中监控和综合管理。
系统将为用户提供一个高效、 便利、 可靠的管理手段, 给使用者提供全面、 高质、 安全、 舒适的综合服务, 使建筑成为一座现代化的高水平、 高增值、 高利润的智能化大厦。
二、 SmartBuilding开发目标
根据汕头粤东信息大厦业主开发任务书的要求, 最终将实现大厦各子系统集成在一个计算机平台上, 实现集中监控与综合管理的功能。
2．1智能楼宇综合管理系统( SmartBuilding) 总体性能要求:
1.开放性
SmartBuilding集成系统将是一个完全开放性的系统, 经过编制子系统的接口软件将解决不同系统和产品间接口协议的”标准化”, 以使它们之间具备”互操作性”。所有接口均基于标准的TCP/IP数据接口协议和内容,而接口软件采用现今国际流行的标准接口技术—OPC技术。SmartBuilding集成系统能够经过Intranet和Internet以浏览器方式实现监控和管理操作。系统的开放性设计完全遵循国际主流标准以及相关工业标准。
2.可扩展性
SmartBuilding的应用软件严格遵循了模块化的结构方式进行开发, 系统软件功能模块完全根据用户的实际需要和控制逻辑来编制。该系统的网络结构是分布式的结构模式, 可为留出接口, 从而满足系统的可扩展性。
3.互连接性
SmartBuilding完全运行于局域网( Intranet) , 采用TCP/IP协议, 能够实现各子系统相互之间的互连。
4.安全性
网络系统是智能大厦信息集成系统的基础, 必须在完善的网络管理和信息安全管理体系下, 制定切实可行的管理措施, 保证信息集成系统高效、 可靠、 安全运行。
5.先进性
完全采用当前国际上的主流技术和系统产品, 保证前期所选型的系统与今后系统性能提升在技术先进性方面的可延续性。
6.经济性
经济成本是系统集成的重要因素之一, 本项目系统研发者从系统目标和业主实际需求出发, 选择具有先进性、 成熟的、 最经济的优质产品; 并在系统合理配置和兼容性方面进行充分论证, 删除不必要的设备冗余, 以节省投资费用。
7.可靠性
SmartBuilding是一个可靠性和容错性极高的系统, 使系统能不间断正常运行和有足够的延时来处理系统的故障, 以确保在发生意外故障和突发事件时, 系统都应该保持正常运行。
8.人机界面的友好性
SmartBuilding是中文界面, 同时采用图形方式来显示信息点的状态
2．2智能楼宇综合管理系统的基本研发目标说明

1.综合化的智能大楼服务和管理
经过采用同一个操作系统的计算机平台和统一的监控管理界面, 对大楼内的保安( 门禁、 防盗报警、 闭路电视) 、 一卡通系统、 楼控系统等进行监视与控制, 实现大楼内各实时子系统的高度集成。同时系统将收集到的大楼内相关资料分析整理成具有高附加值的信息, 使大楼的管理作业更趋科学化、 智能化、 自动化。
2.全局化的事件管理
经过对大楼内各子系统的一体化集成, 能够更有效地对各类事件进行全局管理, 这样既节省了人力, 也提高了大楼对突发事件的响应能力, 使主管人员迅速作出决策, 以减少某些事故带来的危害和损失。
3.可靠的系统结构
系统采用统一的平台, 在硬件和系统软件上能够实现双机( 或多机) 并行运行, 具有容错和互为热备份的能力( 需要额外的软硬件设备) ; 采用统一的网络接口协议和模块化的硬件。
4.友好、 易用、 统一的人-机界面
系统提供使用中文菜单、 静态图形和动态图型符号相结合的监控界面, 即在静态的建筑平面图上放置随信息点状态改变的动态图型符号, 来实现对信息点的监控。这些界面在风格和使用上具有一致性, 操作和管理人员只需要熟悉和掌握其中一种应用界面的使用, 便可全面掌握整个系统的操作和功能运用, 从而降低系统建设、 技术培训及维修的投资和提高系统的运行使用效率。
5.智能化的分析和决策
能够经过编制时间响应程序和事件响应程序的方式, 来实现大楼内设备的自动控制。例如空调设备的最佳启停和节能运行; 照明回路和广播的时间控制; 生活水箱的自动给水等, 这些自动化控制与管理, 省去了繁重的手动操作, 同时降低了能耗, 并始终大楼设备运行于最佳状态。
系统能够对楼宇中的全局性事件进行基于优先级的调度和分析处理, 以及冲突预报等辅助决策。如: 火灾报警的响应级别高于防盗报警; 而防盗报警又高于管制门的异常报警等。
6.兼容性和跨平台性
系统的跨平台性是指当系统的运行负荷变大性能降低时, 经过换用性能更高的计算机软硬件平台, 系统能够照常运行, 而同时性能得到提高。SmartBuilding系统的兼容性是系统能够实现设备的无关性, 即能够连接所有支持软件连接的设备。
总之, 我们的指导思想和目标原则是以系统一体化、 功能一体化、 网络一体化和软件界面一体化等多种集成技术为基础, 运用标准化、 模块化以及系列化的开放性设计, 在中央监控管理级、 区域监控( 分层) 管理级和现场信息采集与控制级的三层组成结构中, 经过系统一体化的公共高速通讯网络, 在整个大楼内采用统一的计算机操作系统平台, 运行和操作在统一的界面环境下, 以实现集中监视、 控制和管理的功能。系统形成了信息和任务共享, 控制相对分散独立, 硬件配置灵活, 软件扩充方便的并行处理分布式计算机系统的结构模式。

三、 智能楼宇管理系统的组成结构
智能楼宇综合管理系统( SmartBuilding,简称SB) 基本网络结构如图3.1所示:

SmartBuilding智能楼宇综合管理系统软件架构分两部分描述:
1.软件总体功能结构
软件总体功能结构如下:
说明:
中央数据库: 存储各个子系统的历史和实时数据, 用于后台分析、 管理。
监控系统: 对各个子系统实时的数据和状态进行监控, 并对各系统的设备以图形化标识。
处理层: 对各个子系统的实时和历史数据及状态进行分析处理、 转化等。
2.软件界面流程图
软件界面流程用下图描述:

3.1 中央监控工作站
中央监控工作站是整个SmartBuilding系统的监视控制及操作管理中心, 其功能主要包括: 运行支撑软件和SmartBuilding监控软件; 显示大楼建筑结构楼层平面图; 实时、 动态地显示各子系统的设备运行状态图; 监视各子系统的设备状态、 故障和报警, 修改运行参数, 同时对相应的可控设备进行控制; 对各类设备故障和异常状态进行警示和处理, 完成由时间程序或者是事件触发的跨子系统之间的联动功能等等。
中央监控工作站的配置如下: 具有奔腾II400MHzCPU以上、 128M内存、 4.3G硬盘、 21寸彩色显示器(可选)、 100M以太网卡、 视频捕获卡(可选)、 高档声霸卡( 用于提供辅助音源) (可选)、 中文版WindowsNT4.0工作站操作系统; 支撑软件: SmartBuilding系统软件。
3.2 中央服务器
中央服务器用来运行SmartBuilding中央控制平台软件及存储SmartBuilding系统运行中产生的各种信息, 如运行状态、 故障报警、 参数变化、 联动程序执行响应等实时性数据和历史性数据, 以支持中央控制平台的运行。中央服务器采用双机热备份,保证系统可靠的运行。
中央服务器包括如下设备: 具有奔腾II450MHzCPU以上、 256M内存、 9.1G硬盘(热插拔)、 4毫米磁带机( 大容量数据备份设备) (可选)、 15寸彩色显示器(可选)、 100M以太网卡 彩色喷墨打印机(可选)、 中文版WindowsNT4.0服务器操作系统。
3.3 SIM模块( 智能接口模块)
SIM模块用于连接各子系统与SmartBuilding系统, 提供双方间协议格式的翻译和转换, 起到一个网关的作用, 也是各子系统监视和控制信息的汇集处, 其配置如下: 具有奔腾II400MHzCPU以上、 128M内存、 4.3G硬盘、 15寸彩色显示器(可选)、 100M以太网卡、 中文版WindowsNT4.0工作站操作系统。
3.4 网络
100M以太网交换机、 TCP/IP网络协议。

四、 系统组网方式
智能建筑中所集成的系统是经过计算机网络所连接的各类设备的子网。这些设备大致分为: 机电设备、 通信设备、 计算机及其外围设备和各类传感器、 控制器这四类。它们对通信的要求, 如带宽、 实时性、 可靠性等都是不同的, 相应硬件接口、 通信协议、 拓扑结构、 局域网存取控制方法和传输媒体等往往也都各异。例如: OA的LAN和BA的LAN两者的集成不是建立在同一种类型和结构的LAN上, 它必须同时能满足在建筑设备的自控和管理信息与OA的各类计算机设备和信息之间的互联通信的要求。
系统集成是一个在多层次的体系结构上所开展的工作, 对设备接口、 子网和通信技术的选择不但要考虑具体的应用服务类型, 还要考虑系统结构层次上更具体的要求。因为每一个层次上信息交换的类型和要求是各异的, 因此, 对应每个层次上的通信联网模式和技术的选用也是各不相同的。系统集成不但要着眼于横向的每一层, 而且要考虑纵向的关系及它们之间的互联。
在整个智能楼宇管理系统中, 从整体网络结构上看, 能够分成四层, 从机电设备→控制网络→信息网络→服务网络, 每一层都有多种组网形式与数据传输协议, 层与层之间有不同的接口方式和接口传输协议, 其中有效地解决控制网络与信息网络之间的通信是智能楼宇管理系统的关键所在, 基于智能大厦所要集成的各个子系统的初步情况, 分别介绍如下:
1．闭路电视系统
由监控矩阵主机RS-232输入控制口与智能分站的QA控系统相连, 经过智能分站输出控制视频图象的切换和接收闭路电视系统的工作状态信息, 视频图象由监控矩阵主机视频输出口直接显示在CCTV系统的监视器上, 智能分站经过以太网与中央监控站交换信息。
2．门禁系统
该系统的智能分站经过其网络控制器的RS232通讯口连接。智能分站经过以太网与中央监控站交换信息。
3．防盗报警系统
经过RS232与智能分站上的QA控系统相连, 智能分站经过以太网与中央监控站交换信息。
4．消费系统( 预留)
经过其系统的计算机与SmartBuilding智能分站直接经过快速以太网连接, 智能分站经过以太网与中央监控站交换信息。
5．考勤系统
经过其系统的计算机与SmartBuilding智能分站直接经过快速以太网连接, 智能分站经过以太网与中央监控站交换信息。
6．楼宇自控系统
其系统的计算机与SmartBuilding智能分站经过以太网连接, 智能分站经过以太网与中央监控站交换信息。SmartBuilding是经过以太网上楼宇自控系统计算机上BA监控软件的数据库来进行监控。
7．停车场管理系统
经过其系统的计算机与SmartBuilding智能分站直接经过快速以太网连接, 智能分站经过以太网与中央监控站交换信息。
8．消防系统( 预留)
采用系统主机的RS-422联接方式, 经过智能分站的RS-422卡传递消防探测器报警和消防系统主机工作状态等信息, 智能分站经过以太网与中央监控站交换信息。
五、 系统核心功能
核心功能是指智能楼宇管理系统所必须实现的集成功能, 主要包括如下几个部分: 先进的集中监控管理功能、 最佳的流程自动化管理功能、 可靠的全局事件管理功能、 高效的信息集成和综合处理功能、 先进的集中监控管理功能等。
经过统一的图形化人-机界面, 能够十分方便地地对各集成子系统进行集中监视、 控制和管理, 如: 对可控设备, 如: 电控锁、 摄像机等设备进行控制或调节; 对所有信息点的状况进行监测( 如: 开/关状态、 运行状态等) , 并定期刷新数据, 随时显示在监视器上; 随时监视系统各设备的运行状态, 发生故障或是异常报警( 如: 火灾及安全报警等) 时, 自动执行警报发生信息显示和强制画面显示( 依据级别设定) , 如弹出该报警点所在的建筑平面图; 设定、 修改并储存设备的运行参数, 如: 启停次数、 运转时间、 延时设置、 禁停设置、 方向设置等。
SmartBuilding系统能够集成的子系统包括: 楼宇自控系统、 门禁控制系统、 防盗报警、 闭路电视系统CCTV、 一卡通系统( 消费、 考勤等) 、 停车场管理系统、 电梯监视系统、 消防系统。
闭路电视系统( CCTV) 监控内容包括: 视频矩阵主机的工作状态监视和故障报警; 调用任意一台监视器和摄像机; 自动切换和群组切换; 控制电动云台的方位; 控制电动透镜的变焦倍数、 聚焦和光圈开度; 视频丢失报警; 视频移动报警等。
门禁控制系统监控内容包括: 各通道管制门的开/关状态; 通道管制门的开启; 读卡机、 电控锁故障报警; 非法刷卡、 非法闯入报警; 读卡机敲击报警; 长时间开关异常报警等。
防盗报警系统监控内容包括: 记录所有用户和防区资料( 如编号、 名称、 所处位置、 类型等) ; 各种历史记录( 如用户报警历史等) ; 设定所有用户和防区的状态; 监视所有用户的当前状态( 如禁用、 布防、 撤防、 报警、 未准备等) ; 监视所有防区的当前状态( 如禁用、 正常、 旁路、 报警、 未准备、 故障等) 。
考勤系统监控内容包括: 记录所有考勤记录; 考勤机的运行情况、 运行记录、 故障报警; 考勤情况的查询;
楼宇自控系统监控的设备包括: 新风机、 组合空调机、 吊装空调机, 盘管空调, 冷冻机组, 生活水系统, 自动喷灌系统, 泛光照明点, 室外照明, 地下室照明等。
电梯监视系统监视的状态为: 电梯的运行状态, 上下状态和楼层号。
1．最佳的流程自动化管理功能
经过编制时间响应程序和系统参数变化程序的方式, 来实现大厦内机电设备的流程自动化控制, 例如: 能源供应设备的最佳启停和节能运行控制; 电梯、 公共照明的时间程序控制; 发、 变电设备的经济运行与监测管理等。以便使大厦内的机电设备始终处于高效节能的最佳工作状态。
2．可靠的全局事件管理功能
利用系统联动图动态地表示由楼宇事件触发的各子系统之间的综合处理, 这样既节省了人力, 也提高了楼宇对实发事件进行快速响应的能力。一方面系统根据事先的设定, 自动联动响应程序; 另一方面经过一体化的集成界面, 能够更直观地全面掌握整个事件的发展情况, 使楼宇管理人员迅速作出决策, 以减少某些事故带来的危害和损失。
全局事件管理功能能够对各种报警和异常信号进行基于预设优先级的响应进行调度, 如火灾报警响应级别高于盗窃报警, 而盗窃报警又高于管制门的长时间开关异常报警。
全局事件的联动控制程序均经过事先的设定来完成, 触发这些联动响应程序的事件不但包括由火灾、 安全等引发的突发事件, 也包括由于设备故障或异常而引发的一般事件。在本方案中主要突发事件包括: 防盗报警、 门禁系统非法闯入报警、 门禁系统非法刷卡报警、 管制门长时间开异常报警、 巡更时间/地点异常报警等; 一般事件主要为设备故障报警等。
3．高效的信息集成和综合管理功能
经过集成各子系统, 把各自孤立的信息( 如运行状态、 故障报警、 参数变化、 联动流程执行响应、 系统配置和修改等) 和共享资源管理软件互连, 并完成数据的优化、 汇总、 储存和文件报表打印等工作, 实现丰富的数据库资源, 以供大楼管理者随时查询, 作为大楼智能化管理的依据。
任意一个联网的用户, 都能够启动该Web浏览器界面, 进行数据查询、 综合处理和任务管理。这些信息主要包括: 楼宇设备查询( 包括所有设备的编码、 名称/类型以及设备所处位置) 、 设备故障、 维修信息( 包括各个子系统中所有被检测设备已发生故障和维修的信息, 例如: 设备名称/类型、 设备位置、 故障类型、 故障发生时间、 维修时间、 维修人姓名、 维修内容等。) 、 设备的启/停信息( 包括设备名称/类型、 设备位置、 启/停状态、 启/停次数以及启/停的时间等。) 、 设备的控制信息( 包括设备名称/类型、 设备位置、 对设备的控制时间、 控制内容、 操作员姓名。) 、 各类报警信息记录( 包括报警设备名称、 报警类别、 报警时间、 报警点位置、 确认人姓名、 确认时间等。) 、 消费考勤信息、 联动事件信息( 包括联动触发源设备名称和位置、 触发时间、 确认人姓名、 确认时间以及被联动设备动作结果。)
六、 效益分析
建筑智能化的目的是为大厦提供一个方便、 舒适、 高效和节能的工作环境, 而节能是智能大厦的重要的目标之一。据统计, 在发达国家中, 建筑物的耗能占全国总耗能的30%---40%左右, 而在建筑物的能耗中, 通风设备, 空调和照明等设备的能耗占65%左右, 因此, 对智能大厦的空调系统, 通风设备和照明等设备进行智能控制, 实际上就为正个大厦的运行和维护节省了大量的费用, 而且由于该大厦的高度集成化和智能化, 系统的操作和管理也相对集中, 这样人员安排会更合理, 也就降低了人工成本和操作、 管理人员, 从而也会带来经济效益。
汕头信息大厦的经济效益具体体现在以下几个方面:
提高了大厦内温度的控制精度, 避免了夏季温度过冷与冬天室温过热的能源浪费。据统计, 夏季设定温度下调1ºC, 将增加能耗9%, 冬天设定温度上调1ºC, 将增加能耗12%;
控制大厦的新风量。新风量的大小主要保证大厦内CO2浓度低于1000µL/L, 而且, 有回风的空调系统可将新风量减少到33%。
对空调、 照明、 电梯系统的工况进行监测, 之后由BA系统自动调节大厦的设备, 从而管理能源。
管理和经济效益。据统计, 智能大厦中智能系统的投资回收期为3年左右, 远远高于建筑的其它部分。智能大厦的运行费用和能耗比常规建筑低30—45%。
节省劳动力成本。建筑物采用智能功能后, 据统计可节省劳动力成本的60%。
综上所述, 智能大厦在一定的程度上是节省成本的策略性手段。SmartBuilding智能楼宇综合管理系统为粤东信息大厦提供了一个高度智能化, 高度网络化和高度集成化的实时监控和集中管理的平台, 是先进的和科学的大厦管理机制, 充分体现了采用先进的技术为业主带来了运行维护的节约和效益的提高。