綜合監控系統在樓宇系統集成中的應用

羅輝 喬麗莉

(北京城建設計研究總院有限責任公司 北京 100037)

1 智能建筑管理系統和綜合管理監控系統

說到樓宇系統集成，首先想到的是智能建筑管理系統(intelligent building management system，IBMS)，這是在樓宇自控系統的基礎上更進一步地與通信網絡系統、信息網絡系統實現更高層次的建筑集成管理系統。這類集成一般由4部分組成:具有Web功能的集成化監視平臺、監控服務器、協議轉換網關以及其他子系統，其末端核心設備主要是直接數字控制器(direct digital controller，DDC)。

綜合監控系統(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，可集成和互聯多個子系統。這類集成也由4部分組成:一體化監控平臺、冗余的實時服務器及歷史服務器、前端處理機(front-end processor，FEP)以及其他子系統，其末端核心設備主要是可編程控制器(programmable logic controller，PLC)。

2 核心設備的功能對比

從六方面對兩大系統的核心設備DDC、PLC進行比較。

1)適用性:DDC是根據樓宇自控特點從PLC發展而來的，更強調專用性;PLC廣泛應用于工業自動化控制領域，是通用性、開放性系統。

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

3)安全性:DDC為商業級產品，適合在建筑樓宇內使用;PLC是工業級產品，能夠在惡劣的環境中長期可靠、無故障地運行，能適應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協議，擴展能力取決于網絡規模。

5)響應速度:DDC掃描時間為秒級，PLC掃描時間為毫秒級。

6)可操作性:DDC系統調試相對簡單;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、擴展性及開發能力等方面具有不容置疑的優勢。

3 兩大系統的功能對比

從六方面對IBMS和ISCS兩大系統的功能進行比較。

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

2)系統容量:IBMS采用數據服務器集中處理方式，處理容量有限，適用于小規模系統;ISCS采用分布式數據處理方式，平臺數據處理性能強大，處理數據容量基本上不受限制。

3)系統模式:IBMS大多采用瀏覽器/服務器方式，對數據庫的訪問和應用程序的執行均在服務器上完成，服務器擔負更多的工作，從而使網絡的運行速度變慢;ISCS采用客戶端/服務器模式，具有速度快、專有性和交互性強的特點，客戶端直接對數據服務器進行訪問，保護了數據庫的安全。同時，ISCS可在客戶端/服務器的基礎上，通過Web方式實現瀏覽器/服務器應用，滿足多地點用戶工作流的信息化辦公。

4)子系統接口: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，占用系統資源較多，需要OPC軟件及相應授權，系統擴展不方便;ISCS主要采用PLC、FEP設備，可與自控設備實現深度集成，可經通信規約接入實現互聯，也支持OPC等接口實現系統互聯。

5)成熟性:IBMS思想產生的時間短，是樓宇設備控制與樓宇相關物業管理有機結合的產物，但目前大多停留在樓宇設備控制階段;ISCS其軟件平臺經歷了幾十年的應用，技術成熟，能夠滿足監控、聯動及工作流管理的應用需求，但對于樓宇的特殊應用需進一步進行相關的應用開發工作。

6)經濟性:IBMS軟件平臺對應用的支撐及擴展能力有限，價格相對較低;ISCS軟件平臺對應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、系統規模及核心設備所限，IBMS系統更適用于較小規模、功能較簡單的集成;而對地鐵指揮中心這種規模較大、系統較多、功能較完善的系統集成，ISCS平臺具有相當的優勢。

4 ISCS系統方案

4.1 主要功能

利用綜合監控系統(ISCS)，可對地鐵指揮中心配套工程重要監控對象的狀態、性能等數據進行實時收集及處理，通過各種調度員工作站，以圖形、圖像、表格和文本的形式顯示出來，供調度人員參考和使用。根據編制的邏輯關系，自動向分布在各區域的被監控對象或系統發送模式、程控、點控等控制命令，或由調度員人工發布控制命令，從而完成對地鐵指揮中心配套工程環境、設備的集中監控。綜合監控系統根據不同的情況，啟動相應的預設工作模式，實現地鐵指揮中心配套工程與綜合監控系統聯網的各子系統聯動控制。現場級設備可以通過“本地/遠程”轉換開關，實現“遠程控制”或“就地控制”。同時，預留與地鐵ISCS相連的通信接口，以便在條件成熟時統一管理。

4.2 系統構成

綜合監控系統(ISCS)由互為備用的冗余實時數據服務器、冗余歷史數據服務器、設備管理服務器、Web服務器、各崗位操作站、通信網絡、前置機、各系統的通信轉換接口及打印機等設備組成，見圖1。

1)實時數據服務器:完成實時數據的采集與處理，接收和發送監控中心與各子系統有關的相關信息，處理與各子系統有關的接口通信協議。通過實時數據服務器將數據傳入ISCS，同時ISCS也通過實時數據服務器向各子系統傳送有關數據，從綜合監控系統向被監控對象和被集成系統發送模式、程控或點控命令。

2)歷史數據服務器:完成歷史數據的存儲、備份以及災害恢復等管理功能。在綜合監控局域網中，各信息化集成系統共用一歷史數據庫服務器硬件設施，存儲虛擬邏輯化分開。

3)FEP前置處理機:具備數據處理能力，通過實時操作系統進行實時控制，對無關的訪問進行隔離，還具有轉換各種硬件接口、軟件協議的能力。

圖1 綜合監控系統構成

另外，維護工作站可以對綜合監控系統集成的主要監控設備進行管理，調度工作站可以控制和監視各受控對象。

4.3 集成系統

綜合監控系統(ISCS)集成了樓宇自控系統(BAS)及變配電監控系統(PSCADA)。其中，樓宇自控不僅包括常規意義上的樓宇設備控制，而且還包括機房環境監控和能源管理系統。綜合監控系統在安防中心通過冗余以太網，對BAS、PSCADA系統進行集成，采取全面監控，實現管理層的全部功能，BAS和PSCADA系統只負責實現控制層和現場層的功能。

4.4 互聯系統

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

綜合監控系統(ISCS)通過連在冗余以太網上的實時數據服務器，與通過FEP也連在冗余以太網上的各子系統相連接，以獲得各子系統設備運行和報警狀況的信息，監測各設備的運行情況及狀態位置。

4.5 網絡結構

綜合監控局域網采用兩路獨立千兆以太環網實現冗余，并將各集成系統或互聯系統以及監控中心的綜合監控設備都冗余連接到交換機上進行數據通信，從而形成一個完整的監控系統。

通信網絡負責綜合監控系統的信息交換、數據傳送，其網絡的可靠性至關重要，因此采用冗余雙網結構;交換設備采用高可靠性的產品，主要部件冗余配置;骨干鏈路物理路徑采用冗余保護;各信息化集成系統用VLAN進行劃分，滿足系統邏輯上獨立的需求。

5 結語

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從傳統意義上講是建筑智能系統的一部分，與工業自動化控制有著很大區別，但由于地鐵指揮中心自身功能的特殊性，增加了機房環境監控、不間斷電源和應急電源系統監控等普通智能建筑不涉及的弱電系統，從而使系統監控點數大大超過了同等規模的其他建筑。出于對地鐵運營安全的考慮，地鐵指揮中心的弱電系統不僅要為用戶提供一個高效、舒適、便利的人性化建筑環境，而且更要為地鐵運營、生產的安全提供保障，這對樓宇弱電系統乃至系統集成提出了更高要求。

城市軌道交通綜合監控系統(ISCS)是一個先進、靈活的分布式控制系統。它采用系統化方法，將各分散的弱電子系統連接為一個有機的整體，實現各專業系統之間的信息互通、資源共享，提高各系統的協調配合能力，高效地實現系統間的聯動。該系統在軌道交通中得以廣泛使用，并經歷了時間的考驗。現在，將ISCS綜合監控系統引入到地鐵指揮中心的樓宇系統集成中，不僅有效地擴大了集成系統的規模，更從技術層面上提供了切實高效的技術手段，增強了集成系統的安全性、可靠性及快速響應能力，更好地為地鐵指揮中心提供了統一的信息集成平臺，從而加強了應對各種突發事件的應變能力，增強了對災害事故的抵御能力，提高了設備運營管理水平，同時也有利于提升資源管理水平，提高經濟效益，為實現地鐵指揮中心一體化管理打好基礎。

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