監測監控在建筑智能化中的設計與應用

王金星

（萬橋信息技術有限公司，蘭州730000）

1 前言

建筑智能化是將信息技術、電子技術、通信技術等高科技手段應用到建筑的設計、施工、運營與管理中來，通過對建筑進行自動化、智能化改造，使其具備智能化診斷、預測、控制、調節、優化、安全等先進功能，提高建筑的管理效益，以滿足室內環境、安全、舒適度、節能等要求，并為使用者提供便捷、舒適、高品質的居住或工作體驗。建筑智能化的實現離不開物聯網技術、大數據分析等現代高科技手段的支持。

監測監控系統指的是一種用于對監測對象進行實時、準確和綜合監測的系統。該系統通過安裝傳感器、監測儀器和數據采集設備等，可以對監測對象的狀態和性能進行全方位、多參數的實時監測，比如溫度、濕度、振動等。同時，該系統還配合數據處理、分析、報警和反饋等功能，實現對監測對象的完全掌控，確保設備、工程或環境等的安全性、可靠性和穩定性。監測監控系統被廣泛應用于建筑、橋梁、環境、交通等領域，可以對各類工程和物體的狀態進行實時監測，并及時預警、提醒處理，應用性非常廣泛[1]。本文主要研究監測監控在建筑智能化中的設計與應用。

2 監測監控在建筑智能化中的設計與應用

2.1 建筑智能化的系統結構框架

建筑智能化可劃分為OAS、BAS 和CAS 三大功能子系統。

樓宇設備自動化系統（BAS，Building Automation System），其功能是自動監控建筑物內機電設備的運行使其達到最佳狀態，同時確保建筑物的安全。

通信自動化系統（CAS，Communication Automation System），其功能是借助電話網絡，計算機網絡、衛星通信來提供語音、數據、文字和圖像等信息服務。

辦公自動化系統（OAS，Office Automation System），其功能是給建筑物內的用戶提供管理信息和網絡，實現辦公電子化和辦公自動化，提高辦公室工作效率。

下文主要研究建筑智能化中樓宇設備自動化系統的設計與應用。

2.2 樓宇設備自動化系統結構

通過樓宇自動化系統可實現智能建筑內各種機電設施的自動控制。BAS 系統是由一個信息通信網絡組成，該網絡能夠將設備的優點和潛能充分發揮出來，可以對機電設備的工作參數和運轉狀態進行監測。此外，BAS 還會根據外部環境、周邊條件、負荷波動等不同情況的變化來選擇各種設備的適合工作狀態，達到優化設備工作狀態、延長設備使用壽命、減少能源使用量等目的，同時，可以進一步降低設備維護頻率，減少維護人員勞動強度和工作時間。最終，這些措施將有助于降低設備的運行成本并為建筑內的人們創造一個更安全、舒適、高效率、節能的室內環境[2]。

3 監測監控在樓宇設備自動化中的設計與應用

3.1 設計對象

擬設計對象為甘肅省某四星級賓館，建筑面積2.5萬平方米，樓高30 層，內部餐飲、健身場所、游泳館、會議室等配套設施齊全。

3.2 設計思路

樓宇設備自動化系統（BAS）旨在方便管理和節約能源，并通過提高管理效率和節能收回投資。因此，在設計BAS 系統時，應以滿足實際需要、減少不必要的投資為主要考慮因素。（1）該賓館的BAS 系統中，將消防控制與閉路電視等中心站設置在一個房間內，以便更好地提高管理效率。同時還設置了接入消防、保安系統的渠道，通過網絡連接BAS 系統主機實現賓館的管理、辦公自動化。為方便施工和后續檢修，采用傳統布線方式為BAS 系統布線。（2）監測系統包括模擬量、開關量監測兩部分，其中模擬量監測包括電力系統、給排水系統、空調系統等，涵蓋環境溫濕度、溫度流量、風量、電壓電流等各種參數的監測。開關量監測包括空調系統、給排水系統、照明系統、熱力系統等各部分的設備開停狀態以及故障報警等[3]。（3）控制系統使用集散系統，空調系統采用溫度自動控制或最佳啟停控制以便節約能源，設備現場以集中控制為主，地點分散的少數設備采用現場控制器即DDC。

3.3 系統組成

賓館BAS 系統主要由主機、備用機，現場控制器（DDC）等監測監控產品組成[4]，具體結構如圖1 和圖2 所示。

圖1 BAS 系統中心站結構圖

圖2 BAS 系統現場設備結構圖

3.3.1BAS 系統中心站

中心站由主機、備用機、干線驅動卡以及系統軟件構成。

（1）主機、備用機

在采集數據時，現場實時數據既可以用二進制顯示，也可以用十進制顯示。通訊狀態可以由該系統進行判斷，并在觸發報警時發出語音報警。此外，該系統還可以通過現場調節控制器（DDC）實現手動或自動的控制，同時可以將所收集的數據傳輸至局域網中。并以動態圖形的形式顯示在各分站。

該系統除了標準配置的主機和備用機外，還有兩塊功能卡插在其擴展槽上。其中一塊是多用戶卡，用于采集數據和傳遞控制命令，通過主機向干線發出信號即咨詢信號，然后接收由干線返回主機的信號即應答信號。另一塊是網卡，該網卡把整個樓宇設備自動化系統（ABS）連成一個局域網，各計算機可以通過網絡連接到網上[5]。按照需求，還可以通過網絡連接其他系統。一旦主機發生故障，熱備份系統會自動切換到備用主機，將其接入系統。

（2）干線驅動卡

為適用于信號的遠距離傳輸，所以需要干線驅動卡把中心站主機和備用機輸出的信號轉化為基帶信號。

（3）系統軟件

開發該系統所使用的編程語言有C++、FoxPro 和匯編等，組成該系統軟件的是無數個模塊且都具有獨立功能。其中，系統的前臺和后臺任務相互獨立，分別負責顯示和編輯、數據采集和處理、報警和控制等多個環節。在WINDOWS 平臺進行該系統操作。

3.3.2BAS 系統現場設備

（1）現場控制器（DDC）及軟件

現場控制器（DDC）可以作為主機的子系統或分站，對主機的命令和信息進行接收并執行，同時還能獨立自成系統進行就地控制，并進行自主信息的接發。此外，DDC 軟件不僅具有與主機通訊的能力，還可以獨立進行信息處理和運算。DDC 的軟件不僅可以與主機進行通訊，也可以進行獨立的信息處理和運算。

（2）信號轉接器

基于其在信息交換方面是中心站與現場設備之間的紐帶，信號轉接器接收和處理各種模擬量、開關量和脈沖量，將它們轉化為具有相同位數和排列順序的數字，然后輸出。由此，各個傳感器可以直接連接到系統的干線上，這兩個特點凸顯了這種BMS 系統的獨特之處：首先，系統結構簡單，所有傳感器都可以近距離連接干線電纜，就像燈泡一樣的簡單連接方式；其次，該系統能夠適配各種國內外標準的傳感器，具有較高的開放性。

（3）傳輸電纜

這個基礎傳輸電纜有三個層次的屏蔽和一層外部的塑料保護套，其中包括四根芯線，其中兩根芯線是信號線，另外兩根芯線則作為電源線。

3.4 系統特點

3.4.1 網絡結構

NOVELL 網絡結構被應用于該系統，使得系統能夠便捷地連接辦公自動化（OA）和通信自動化（CA）實現局域網的搭建。

3.4.2 系統的可靠性高

系統的主機和信號轉接器之間采用干線22 位碼進行串行通信，其中超過一半的位碼用于進行校驗，因此傳輸通道的誤碼率極低（小于10-6）。再者，通信軟件還采用了兩次求和校驗，并且電纜采用了三層屏蔽的特殊設計。此外，主機還會監測每個測控點的通信成功率，展示給操作人員時可以柱狀百分比的形式，從而確保了系統的可靠性。

3.4.3 系統傳輸速率高

這個系統的數據傳輸速率是4800bps，具有較快的巡檢速度和優秀的實時性能，同時可以調整掃描頻率。

3.4.4 離散控制系統

離散控制系統由主機監控和現場控制器（DDC）來完成操作，主機既能提供監控功能，又能直接操控，而現場控制器（DDC）可以獨自傳輸和處理信息。即使主機或系統總線運行異常，現場控制器仍可繼續工作。

3.4.5 系統軟件豐富

該系統的軟件豐富性主要體現在以下幾個方面：所有軟件都已經翻譯成中文，并且通過鼠標或鍵盤按照中文菜單提示操作，非常容易上手；該主機實時以二進制和十進制報表的形式展示傳感器數據，并且可以方便的查看歷史數據文件，或者展示傳感器狀態隨時間展示的曲線。此外，監控點傳感器的通訊狀態還可以以柱狀圖或者百分比的形式展示，并且支持隨時打印報警信息。圖形的編輯采用窗口技術，可以存儲超過一百張圖形；數據存儲時間長，記錄周期短。

4 結論

本文設計的樓宇設備自動化系統在甘肅該賓館實時運行以來，得到用戶一致好評，有功能齊全、性能穩定、經濟高效、配置合理、環保節能等評價。不過隨著建筑智能化的發展，人們逐漸意識到智能化的便利和優勢，本文只通過監測監控系統設計建筑智能化中的樓宇設備自動化子系統，得到初步認可，但是其他子系統的設計和應用仍需進一步研究。