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中圖分類號:TU855
近年來,計算機網絡技術、現代自動控制技術和通信技術在現代化建筑的設計建造中得到了廣泛的應用,從而推動了人們生活方式的改變,特別是隨著各種智能系統的廣泛應用,使居民的居住環境向著信息化、自動化、安全化乃至智能化的方向發展。
國內,隨著人們對智能化樓宇系統需求的增加,越來越多的生產商開發了不同種類和功能的自動化設備和網絡通信設備、智能監控系統等,然而在智能樓宇系統的設計和施工時,根據不同功能劃分的系統被分別安裝,一方面造成不同生產商的設備之間互不兼容,在系統信息交互等方面存在諸多困難;另一方面由于不同功能的子系統間彼此獨立,導致系統資源共享實現困難。這種異構的系統方案造成了智能樓宇設備使用的諸多不便,為了解決子系統之間以及硬件設備之間的互連和互操作性問題,就要求構成智能樓宇的電氣設備的各個異構子系統具有開放式結構,所采用的協議和接口都要標準化和規范化,使資源達到充分的共享,高效率的完成規定的任務。
1智能樓宇監控系統的結構分析
智能監控系統技術運用樓宇智能化電氣設備監控系統,為業主和用戶提供良好的工作和居家環境,并使樓宇內的供配電、給排水、空調通風、電梯、照明等系統設備始終處在最佳運行狀態,確保樓宇內各個子系統運行的經濟性、穩定性和智能性。以達到舒適、安全、健康、經濟和節能的目的,因此電氣化智能化的樓宇系統廣泛受到建筑設計、施工方的重視。
智能監控系統的主要功能是對各監控與管理可提供設備運行管理和樓宇經營管理,同時對樓宇進行節能控制。智能監控系統主要包括電氣設備監控系統、供配電控制系統、空調系統、給排水監控系統、電梯系統等多個子系統構成,如圖1所示。
樓宇智能化電氣設備監控系統主要是對樓宇內的電力、照明、空調、給排水等機電設備或系統進行集中監視、控制與管理、以保證這些設備安全可靠地工作。
保證樓宇智能化系統順暢、穩定運行的基本條件是安全可靠的軟硬件系統。例如,供配電子系統在要確保樓宇基本供電的同時,還保證樓宇內電路的穩定性和電流的安全性。因此,必須在系統中同時嵌入各種監控設施,主要對樓宇內各個開關的閉合狀態,電路中電流的大小以及升降壓設備的溫度等進行實時和全面的監控,從而保證樓宇內供配電的穩定安全,真正到達系統的智能化管理。
現代樓宇的節能是智能化樓宇面臨的新課題。大型建筑的能耗主要包括照明、空調、供熱、通風以及其他電器設備的使用等,為了使智能化樓宇的能耗明顯降低,有必要通過使用各種節能設備和綠色能源,對樓宇的能耗進行智能化控制。實踐證明,對各種設備的進行節能控制能夠取得明顯的節能效果。例如,在小區內應該對走廊,停車場等人員流動較小的區域設計回路分組控制電路,并使用聲控和其他感應式傳感器等;在樓宇的空調系統中,設計空調設備的最佳啟動、停止控制電驢,對空調實施有效的節能控制,在減小系統能耗的同時還能降低樓宇電路系統的負荷,提高整個系統的穩定性和壽命;對于智能樓宇的給排水系統,可以設計出不同水箱、容器等的水位和水壓的監測電路,并設計相應的水泵啟動、停止控制系統,對樓宇的給排水進行節能控制。
圖1智能樓宇系統示意圖
CBD等綜合性大樓是智能樓宇系統應用最多的方向。在綜合性樓宇建筑中,一般都設包括辦公室、寫字間、會議室、飯店、公寓等,造成樓宇系統管理和監控的困難,特別是火災等的監控更方面,如果人們的防火意識淡薄或者放松警惕,就會增加火災的發生。
2智能化樓宇電氣設備監控系統的綜合設計
2.1基于CORBA的系統方案的總體設計
智能化樓宇電氣設備監控系統,是指通過包含電氣監控系統和智能化控制系統,對樓宇建筑內的主要電氣設備,供配電線路的等實施自動化的檢測、控制和保護,并通過通信系統等,發展通信等綜合性的自動化功能,提供系統全局信息資源平臺;基于互聯網技術實施內外網絡多種信息的融合應用,實現樓宇內相關業務操作的自動化與智能化,實現全面的更高層次的企業信息集成方案;在此基礎上,對樓宇的電氣設備等進行綜合管理,進而實現管理的智能化、節能化等。
基于上述目的和原則,系統設計規劃將充分利用CORBA技術的優點,并以現代系統設計的面向對象原理和模塊化設計的思想,在ORB軟總線的基礎上,利用CORBA提供的不同的系統服務,并針對電氣監控與電能量管理的公共服務,構建出一個符合業務邏輯和要求的工程對象。基于CORBA的系統設計方案如圖2所示.
圖2樓宇智能化監控系統組成示意圖
2.2數據采集與監視控制系統的設計
數據采集與監視控制系統的功能主要是監督控制,對樓宇的電氣設備運行進行實施和全方位的監視。考慮到數據采集及其監控系統的數據傳輸多采用遠程通信方式,具備有遠程通信和大范圍分布的基本特點。由于遠程通信方式的數據處理量很大,因此需要安設通信信號前處理設備,從而能夠盡量減輕系統中心服務器的載荷。另外,數據采集與監控控制系統的監控范圍龐大,數據系統繁雜,因此不能追求系統的快速響應能力,更多情況下應該同時考慮系統軟件和硬件的多點監控能力和系統的全局穩定性。
一般情況下,SCADA子系統會根據現場設備的需要,對不同的通信線路、通信協議等的訪問進行控制和數據采集,同時,SCADA子系統還會向上級的CORBA總線提供多種接口,通過使其他的協議和服務器,對上級系統進行訪問。因此,SCADA子系統相對與下級子系統來說是禁閉的,但對其上級系統會提供統一的服務。因此,SCADA子系統可以被上級的服務器,通過不同的接口進行訪問、控制和數據交換。
3總結
智能建筑的特征是將各種與信息相關的樓宇設備通過建筑內的綜合布線系統連接起來,并保持這些設備與建筑的協調,從而舒適的信息化空間得以構成,人們在信啟、社會中的快節奏和開放性需要得以滿足。本文主要研究了此類樓宇智能化監控系統在設計、與施工應用中的若干問題,首先總結了樓宇智能化監控系統基本結構和功能,隨后基于CORBA的系統方案對智能化樓宇電氣設備監控系統進行了整體設計,最后指出了樓宇智能化監控系統在施工應用過程中的需要注意的問題。本文的研究對智能化樓宇監控系統的應用具有指導意義。
參考文獻:
[1]李馨蓉.智能樓宇監控系統整體方案設計[J].計算機工程與應用,2002(5).
[2]劉維群,李元臣.基于Rabbit2000 的樓宇監控研究[J].微計算機信息,2007,10(1):175-177.
[關鍵詞]物聯網技術 小型采集設備 樓宇綜合管理 應用
中圖分類號:TP311 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2014)45-0252-0447
引言
隨著科學技術的不斷發展,物聯網技術也得到了快速的提高,物聯網技術是繼互聯網、計算機之后,信息產業的第三次革命,是引領未來經濟增長的一個重要因素,盡管物聯網技術現在還不夠成熟,但它的發展勢如破竹。物聯網技術能夠實現實時采集任何需要監控、連接、互動的樓宇智能化實體和過程,能夠采集其聲、光、電、熱、化學、力學、位置等各種所需要的信息;并通過各類可能接入的網絡,進行物與物、物與人的連接,以實現對物品和過程的智能化感知、管理、控制和識別;在樓宇智能化系統中具有廣泛使用的前景。
一、基本概念
1、 物聯網技術
物聯網的最初是叫做傳感網,1999年開始出現了物聯網這個概念,2005年得到普及,2009年開始了大發展。物聯網就是人與物、物與物直接相互連接傳遞信息與控制的網絡,其本質還是一種互聯網。這有兩層含義:第一,物聯網技術的基礎和核心內容仍然是互聯網技術,是在互聯網基礎上的延伸和擴展的一種網絡技術;第二,其用戶端擴展和延伸到了任何物品與物品之間,進行信息交換和通訊。物聯網被譽為 相繼計算機、互聯網與移動通信網絡之后的有一次信息產業的浪 潮,互聯網只是將計算機連接起來網絡化,而物聯網則是能夠將世界上的一切事物都連接起來形成無奇不有的龐大網絡。物聯網(The Internet of things )的準確定義是:通過射頻識別(rfid) 、紅外感應器、全球定位 系統、激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協議,把任何物品與 互聯網相連接,進行信息交換和通信,以實現智能化識別、定位、 跟蹤、監控和管理的一種網絡概念。比如超市收銀臺所用的結賬系統、各種監控系統、還有各大銀行所 提供的刷卡服務和 atm 自動取款服務以及現在被廣泛應用的 gps(global positioning system)全球定位系統等等。
物聯網技術是一種對傳統思維的突破。過去物理設施和網絡設施是分開的,機場、公路、房屋建筑物等等實體的世間萬物是一路,而數據、寬帶等等虛擬的“互聯網”是一路。在“物聯網”時代,就是將“現實的世間萬物” 和 “虛擬的互聯網”整合在一起,成為一個統一的網絡。全球全世界的運轉將會以此為基礎,無論是經濟管理、生產運行、社會管理,乃至個人生活都將運用到物聯網技術。
與其它國家相比,我國的技術研發水平處于世界前列,有著重大的影響力和發展優勢。經過了近十幾年的努力發展,已經初步形成了現在物聯網的體系。物聯網在中國迅速崛起主要由于我國在物聯網方面的幾大優勢。第一,我國早在1999年就啟動了物聯網核心傳感物聯網技術網技術研究,研發水平處于世界前列;第二,在世界傳感網領域,我國是標準主導國之一,專利擁有量高;第三,我國是目前能夠實現物聯網完整產業鏈的國家之一;第四,我國無線通信網絡和寬帶覆蓋率高,為物聯網的發展提供了堅實的基礎設施支持;第五,我國已經成為世界第二大經濟體,有較為雄厚的經濟實力支持物聯網發展。
物聯網在中國高校的研究,當前的聚焦點在南京郵電大學。作為“感知中國”的中心,無錫市2009年9月與北京郵電大學就傳感網技術研究和產業發展簽署合作協議,標志中國“物聯網”進入實際建設階段。協議聲明,無錫市將與北京郵電大學合作建設研究院,內容主要圍繞傳感網,涉及光通信、無線通信、計算機控制、多媒體、網絡、軟件、電子、自動化等技術領域,此外,相關的應用技術研究、科研成果轉化和產業化推廣工作也同時納入議程。
為積極參與“感知中國”中心及物聯網建設的科技創新和成果轉化工作,保持、擴大學校在物聯網研究領域的優勢,2009年9月10日,全國高校首家物聯網研究院在南京郵電大學正式成立。在實驗室,一些“物聯網”產品已經初見雛形。此外,南郵還有系列舉措推進物聯網建設的研究:設立物聯網專項科研項目,鼓勵教師積極參與物聯網建設的研究;啟動“智慧南郵”平臺建設,在校園內建設物聯網示范區等。
2、基于物聯網技術的小型采集設備
小型采集設備是采集數據的一種小型設備。數據采集是指從傳感器和其它待測設備等模擬和數字被測單元中自動采非電量或者電量信號,送到上位機中進行分析,處理。小型采集設備是結合基于計算機或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產品來實現靈活的、用戶自定義的數據采集系統。
基于物聯網技術的小型采集設備是一套集智能傳感終端、智能控制終端、信息傳遞終端、用戶存儲管理、智能組網技術、智能服務發現技術、數據融合算法等模塊與一體的復雜設備。
3、樓宇綜合管理系統
近年來國內高層建筑不斷興建,它的特點是高度高、層數多、體量大。面積可達幾萬平方米到幾十萬平方米。這些建筑都是一個個龐然大物,高高的聳立在地面上,這是它的外觀,而隨之帶來的內部的建筑設備也是大量的。為了提高設備利用率,合理地使用能源,加強對建筑設備狀態的監視等,樓宇綜合管理系統也就應運而生。
樓宇綜合管理系統是智能建筑的重要組成部分之一。樓宇綜合管理系統是對建筑物(群)內設備與建筑環境的全面監控與管理,為建筑的使用者營造一個舒適、安全、經濟、高效、便捷的工作生活環境,并通過優化設備運行與管理,降低運營費用。樓宇綜合管理系統涉及建筑的電力、照明、空調、通風、給排水、防災、安全防范、車庫管理等設備與系統,是智能建筑中涉及面最廣、設計任務和工程施工量最大的系統,它的設計水平和工程建設質量對智能建筑功能的實現有直接的影響。
智能樓宇綜合管理系統是以實現各專業子系統之間的信息資源的共享與管理、各子系統的互操作和快速響應與聯動控制,以達到自動化監視與控制的目的。它追求的目標是:信息資源的共享與管理、提高工作效率和提供舒適的工作環境、采用“分散控制、集中管理”的模式,盡可能地減少管理人員和節約能源、能適應環境的變化和工作性質的多樣化及復雜性和應付突發事件的發生。
根據智能建筑的特點和業主對樓宇智能化系統工程的實際功能需求,必須在智能建筑硬件設備的基礎上建立一個具有高度開放性、兼容性、便利性于一體的樓宇綜合管理系統。進而才能提高系統管理和維護的自動化水平和協調運行能力,真正實現功能集成、網絡集成和軟件界面集成的設計目標,為智能建筑提供了高效、快捷的超值服務和管理。
二、物聯網的應用
物聯網與其說是網絡, 不如說是應用。對物聯網的定義、內涵及特征的梳理讓我們認識到, 物聯網是一整套立體的、豐富的、適應性很強的概念體系。在推進物聯網發展的時候, 需要依據不同時期不同的出發點, 規劃一條既符合科技創新規律, 又適應我國工業、信息通信業當前發展水平和一個時期的發展潛力, 并有利于在激烈的國際競爭中快速建立起競爭優勢的發展道路, 以更好地滿足經濟社會發展對物聯網的總體需求。
1 物聯網在智能城市中的應用
國內的一些地方已經開始對物聯網進行了應用性開發, 運用物聯網技術, 上海移動已為多個行業客戶度身打造了集數據采集、傳輸、處理和業務管理于一體的整套無線綜合應用解決方案。最新數據顯示,上海移動目前已將超過10 萬個芯片裝載在出租車、公交車上, 形式多樣的物聯網應用在各行各業大顯神通, 確保城市的有序運作。在上海世博會期間,車務通 全面運用于上海公共交通系統, 以最先進的技術保障世博園區周邊大流量交通的順暢;面向物流企業運輸管理的“e物流”,將為用戶提供實時準確的貨況信息、車輛跟蹤定位、運輸路徑選擇、物流網絡設計與優化等服務,大大提升物流企業綜合競爭能力。
2 物聯網在能源管理與公共事業中的應用
預計到2020 年, 中國將成為世界上最大的能源消費國。由于電網系統效率低下, 發電和輸電過程中浪費非常嚴重。現在, 我們可以利用高科技對事物有更透徹的感知和度量, 不管是安裝在室內的計量器還是發電廠里的渦輪。所有這些感知和度量支持我們更好的收集信息和數據, 透過先進的分析工具產生智能洞察, 再以此實時地做出更好的決策。儀表管理技術的進步使個人和企業可以選擇使用能源的方式和時間, 這就為使用風能和太陽能等利于環保的能源奠定了基礎。對于電力提供商而言, 智慧的電力意味著更高的電力的可靠性和電力質量, 更短的停電恢復時間, 進而實現更高生產率和對電力潛在障礙的防護, 從而更精確地預測需替換的資產設備及支出。智能電表與停電智能管理已經應用。
3 物聯網在交通管理中的應用
交通規劃者已開始努力促成多個系統的集成, 并在各種交通類型、多個城市甚至國家或地區之間整合費用和服務。智慧的交通系統可以縮短人們的空間距離,(提高生產效率、降低旅程時間和加速突發事件交通工具的響應速度) ,也可保護環境(如改善空氣質量、降低噪音污染、延長資產生命周期、保護古跡、景點、住宅) 。
4 物聯網在物流業中的應用
物流供應鏈, 中國物流成本所占GDP百分比一直都高于發達國家, 這反映出供應鏈運營效率低下的體制性問題。僅以2006 年為例, 中國物流成本占整個GDP的18%,而日本為11%,美國為8%,歐盟僅為7%。在這18%中,運輸成本總計超過55%,而存儲成本達30%。法規、基礎設施和運營等三大瓶頸是中國供應鏈低效的深層原因, 這不僅削弱了中國企業的競爭力, 也會妨礙內部貨物流以及國內需求的擴大。智慧的供應鏈將促使物理網絡和數字網絡融合, 將先進的傳感器、軟件及相關知識整合到系統中。智慧的供應鏈的價值在于我們可以從各種數據中抽取有價值的信息。包括基于地理空間或位置的信息、關于產品屬性的信息、產品流程、條件、供應鏈關鍵業績指標等, 以及數據流的速度。智慧的供應鏈可以滿足21世紀的需求, 它可以提高效率(如動態供求均衡、預測事件檢測和解決、旨在降低庫存的庫存水平和產品位置高度可視性) 、降低風險( 例如降低污染和召回事件的發生頻率及其影響、減少產品責任保金、減少偽劣消費產品),也能減少供應鏈的環境保護壓力(如降低能源和資源消耗、減少污染物排放) 。
5 物聯網在通信行業的應用
通信行業,在“2009年中國國際信息通信展覽會”上,中國移動展出了手機支付,這就是典型的物聯網概念應用。手機支付實際上主要是手機SIM 卡的更換,由普通SIM 卡更換為RFID-SIM卡,而不需要對手機進行更換。
用戶在消費時,只需要將手機從接收器上輕輕一掃,就可以方便進行各種購物,以及獲得詳細的費用清單。中國電信一直在推介自己的全球眼技術, 其實就是遠程監控的物聯網應用。比如上海海關都采用中國電信的遠程監控系統, 通過畫面可以對貨物進行通關檢查, 也減少人力。中國聯通日前在上海推出了公交卡手機,通過刷手機可以實現公交車票支付,這些都是典型的應用。
在“物聯網”普及以后,用于動物、植物和機器、物品的傳感器與電子標簽及配套的接口裝置的數量將大大超過手機的數量。物聯網的推廣將會成為推進經濟發展的又一個驅動器,為產業開拓了又一個潛力無窮的發展機會。
按照目前對物聯網的需求,在近年內就需要按億計的傳感器和電子標簽, 這將大大推進信息技術元件的生產,同時增加大量的就業機會。
其它如醫療、城市建設、精細農業等也已展開應用。
要建立一個有效的物聯網,有兩個重要因素。一是規模性,只有具備了規模, 才能使物品的智能發揮作用。一個城市有100萬輛汽車,如果我們只在1萬輛汽車上裝上智能系統,就不可能形成一個智能交通系統;二是流動性,物品通常都不是靜止的,而是處于運動的狀態,必須保持物品在運動狀態,甚至高速運動狀態下都能隨時實現對話。
物聯網在各個領域的應用現狀和未來的發展狀況表明, 各個行業對于物聯網的需求程度不一, 側重點更是千差萬別。基于目前物聯網技術的發展狀況, 可以預見, 物聯網正在快速地走進人們的生活, 它的實際應用將分以下三個步驟實現: 實現物體的自我感知功能; 物與物之間相互聯系, 交換信息; 系統通過分析物聯節點的信息, 做出最優化的調整策略, 控制整個系統超優化方向做出改變。
目前物聯網的發展正處起步階段, 仍然面臨技術完備性不足、產品成熟度低、成本偏高等諸多制約因素, 但目前良好的外部環境, 將有利于這些問題的解決。相信在不久的將來我們一定會看到一個充滿生機與活力的物聯網。
三、基于物聯網技術的小型采集設備在樓宇綜合管理系統中的應用能夠解決的問題
基于物聯網技術的小型采集設備在樓宇綜合管理系統中的應用能夠解決的問題,是針對樓宇內的各個業務系統的監控對象、運行參數等實現無線數據采集的智能樓宇數據采集。主要有:
一、布線成本高:樓宇內的布線是相當多的,不僅多而且布線也相當復雜,成本就更高了。據統計,一個工程的百分之六十左右的費用將會應用于線路的鋪設上,這對工程建設來講是一筆相當大的費用,線路的鋪設主要包括光線、雙絞線、同軸電纜等;此外對于樓宇綜合布線中存在的重復布線不但增加不必要的成本,也會降低安全可靠系數。
二、靈活性差:布線是在工程施工初期進行的,然而,一旦布線完成之后很難再次修改或添加。例如當初只考慮控制信號傳輸,可能只需要雙絞線就可以了,但是隨著信息數據的不斷增多,雙絞線的傳輸能力已經不能夠滿足大量數據的傳輸,這就需要對樓宇內的線路進行更新,重新布置光纜。
三、標準不統一,由于現在生產智能樓宇設備的廠家越來越多,生產出的產品質量也參次不齊,最終會導致不同廠家的產品無法共用,然而,在具體施工時有的廠家提供的產品很好用,而有的廠家提供的產品又很難滿足用戶的需求,這將增加施工難度。
四、施工周期長,智能樓宇的布線周期長,布線時間需要一直跟蹤樓宇的建設,從施工初期到施工結束;這將會浪費巨大的人力物力,由于長時間的跟蹤布線,容易使得布線出現疏漏和布線錯誤,這會對工程施工帶來影響。
基于物聯網技術的小型采集設備的出現就是要解決以上四個大問題,通過對樓宇內的各個業務系統的監控對象、運行參數等實現無線數據采集,來對樓宇進行綜合管理。因此,基于物聯網技術的小型采集設備將會得到廣發的應用,它也是樓宇綜合管理系統的發展方向。以本項目的技術為基礎,依托移動的無線網絡,可以將應用范圍擴展到多種與人類活動與環境密切相關的領域中,如環境監測、森林防火,施工安全等領域;在獲得可觀的經濟效益的同時,也會帶來巨大的社會效益,所以,基于物聯網技術的小型采集設備在不久的將來會得到普及。
四、樓宇綜合管理系統的發展現狀
隨著上世紀九十年代,智能樓宇的理念進入我國,并逐漸影響著我國的建筑行業,使得樓宇逐漸趨于智能化,到本世紀初,隨著中國各地高樓大廈的涌現,智能樓宇已經得到了人們的普遍認可和廣泛使用;這就要求作為智能建筑管理的核心--樓宇綜合管理系統,必須快速的發展。
傳統的基于現場總線的樓宇綜合管理系統存在著成本高、維護難、擴展難等不足。網線通信技術能夠較好地解決上述問題,具有成本低廉、方便靈活、寬帶高等特點。因此,基于物聯網技術的小型設備將會得到廣泛的應用,它也是樓宇綜合管理系統的發展方向。
目前,樓宇綜合管理系統的應用主要集中在建筑公共資源上,主要包括供配電、照明、空調、冷熱源、給排水、電梯自控、安防與消防、綜合保安、車庫管理、自動抄表等子系統。然而,隨著無線網絡技術應用的不斷深入,安全、便捷、舒適、節能的工作生活環境的內涵不斷豐富,隨著物聯網技術的小型采集設備研究的進一步深入,研究范圍也將進一步擴展,將擴展到環境保護和家庭生活空間。
現階段,我國樓宇綜合管理系統還存在著很多問題,如子系統眾多設備魚龍混雜、接口和通信標準缺失、模擬系統任占主流、缺乏專業的管理系統開發商等。
1、管理子系統眾多設備魚龍混雜:
通常的樓宇自動化包含的子系統包括很多,如綜合布線系統、電力供應與管理系統、照明控制與管理系統、空調系統的檢測與控制系統、給排水系統的檢測與控制系統、停車場管理系統、消防與安防管理系統和物業管理系統等等。對這些系統進行集成、信息采集,并對每個管理系統進行深入的了解,掌握各管理子系統的工作流程。在這些子系統中,每種設備的類型都有可能出自不同的廠家,其產品成熟度,功能接口都無法統一,往往在對接協議的獲取過程中嚴重影響工程商和客戶的協議對接的準確性,這將會導致對接的不完整性。
2、接口與通信標準缺失:
智能樓宇的管理系統標準有很多,且每個子系統都有不少標準,但一般都是功能描述和驗收類的標準,缺少接口類和子系統間的通訊標準。目前,還沒有官方規定的接口標準;因為沒有接口標準,就無法達到統一管理各個子系統的要求,這就嚴重影響智能建筑的總體運行。接口與通信標準的缺少,嚴重影響著樓宇的綜合管理。
3、缺乏專業的管理系統開發商:
樓宇管理涉及的管理子系統比較多,這就對管理系統提出了更高的要求,綜合管理系統需要高度抽象的框架、較強的接入能力和多樣化的展示能力。目前,我國的樓宇綜合管理系統的提供商主要有兩大類:國外的專業管理系統廠家和國內的管理系統廠家,由此可見,我國要加強對小型采集設備的開發,加強對樓宇綜合管理。
隨著樓宇綜合管理系統的發展與物聯網技術的普及,傳統的3A說法將慢慢退去,系統將趨于統一,OAS、CAS、BAS之間的界限將更加的模糊,到最后將不再有這些區分,系統集成將更加簡便,樓宇綜合管理系統的成本也將進一步下降。
基于物聯網技術的小型采集設備不但要體現方便易用這個特性,更要體現各子系統接口的標準統一。不同的廠商按照統一的接口標準可以自由開發具體功能,例如一個用戶組建了A廠商的樓宇綜合管理系統,但該用戶一年后看上了B廠商的樓宇綜合管理系統,然而,這個用戶只需要購買他所看重的那個樓控產品,打開電源,則該產品就能通過采集設備接入到現有的物聯網中,正常執行其功能。
五、基于物聯網技術的小型采集設備在樓宇綜合管理系統中的應用詳細技術內容
基于物聯網技術的小型采集設備是一套集智能傳感終端、智能控制終端、信息傳遞終端、用戶存儲管理、智能組網技術、智能服務發現技術、數據融合算法等模塊與一體的復雜設備。該設備不但具備基于物聯網技術的智能樓宇采集系統的先進性,更體現著智能樓宇系統的標準化程度,所以,該設備將成為智能樓宇采集系統中的核心。
本項目將圍繞著物聯網在樓宇系統的特性,并主要針對數據采集、傳輸、加密三個方面:一是數據采集,實現多種樓宇數據到數據采集設備之間的鏈接和傳輸;二是數據傳輸,通過數據采集設備和樓宇管理中心數據服務器發送采集數據;三是數據在傳輸過程中的安全性。
1、數據采集技術
計算機處理的是數字量,而外部的信息大部分是連續變化的物理量,我們就必須把這些物理量轉化成數據量傳輸到計算機中,因為計算機只能識別二進制的數字量。然而,數據采集技術主要就是對這些物理量進行采集并處理成數字量;例如溫度、壓力、速度,要將這些信息送入到計算機中進行處理,就必須先把這些連續的物理量,進行轉化,轉化成數據量,導入到計算機中。計算機是數據采集的核心,完成對整個采集過程的控制、對采集的數據進行處理。
在樓宇通訊中,數據采集技術就顯得尤為重要。;樓宇自控通訊協議符合國家相關行業的通訊標準協議,符合國家通訊標準協議是;樓宇自控通訊的先決條件,這樣樓宇的信息才能正常通訊。然而,根據樓宇自控系統接口特點,采集設備與前端設備之間采用標準的Modbus、OPC或BacentIP協議,傳輸方式以zigbee或rfid技術為主,根據現場實際情況兩種傳輸方式可以組合使用。
2、數據傳輸技術
數據的傳輸技術,樓宇內網絡硬件資源豐富,幾乎覆蓋到每一棟建筑,可以利用以太網或wifit等方式傳輸數據,可以降低數據傳輸成本,提高數據傳輸的穩定性,因此,數據傳輸以太網為主。部分前端設備受環境限制,選用無線網絡將采集數據上傳到監管平臺數據服務器。
無論采集哪種無線組網方式能減少布線、施工的工作量。具有以下幾個優點:
一、成本低:物聯網技術,一般是在“物”里嵌入智能芯片,采用嵌入式處理器和存儲器,就單個節點而言,硬件成本相對而言是比較低的。采用開放的簡化Zigbee協議棧,工作在2.4GHz免執照的ISN頻段。
二、組網能力強:數據的傳輸技術必須支持樹狀、星狀、網狀等多種組網方式,網絡的布設和展開無需依賴任何預設的網絡設施,節點通過分層協議和分布式算法協調各自的行為,節點開機后就可以快速、自動地組成一個獨立的網絡。
三、對等網絡多冗余、可靠性高:在數據傳輸中,所有節點地位平等,是一個對等式網絡。節點可以隨時加入或高開網路,任何節點的故障不會影響整個網絡的運行,具有很強的抗毀性。
四、多條路由:在數據傳輸過程中,節點通信能力有限,覆蓋范圍只有幾十米到上百米,節點只能與它的鄰居直接通信,如果希望與其射頻覆蓋范圍之外的節點進行通信,則需要通過中間節點進行連接。
3、數據安全性
后端管理系統采用一體化采集技術,為了保證數據在采集、傳輸過程中的安全性和可靠性,主要會采取以下幾個策略:
一、采集設備在連接至客戶端,需要經過身份驗證過程才可以進行采集設備注冊,網絡傳輸數據包經過高度加密,這樣可以保證傳輸過程中數據不會被第三方所竊取,保證數據在傳輸過程中的安全性。
二、數據中心客戶端以及監管平臺都具有報警的功能,這樣可以對采集設備狀態、采集點數據質量碼進行報警。維護人員可針對報警類型進行有效的分段判斷,從而快速定位故障環節,且可進行遠程故障排查功能。
三、采集設備內置大容量CF卡及存儲數據庫,采集設備與數據中心連接斷開后,可以保存至少一個月內的所有采集數據,從而實現數據中心端的數據完整性。當采集設備與數據中心進行重新連接時,將會主動對斷線期間的數據進行歷史恢復,同時,支持對指定時間段歷史數據人工恢復功能。
物聯網技術的引入,將使樓宇智能化系統發生根本性變化,主要表現有如下幾個方面:
一、由物聯網這個名字就不難得出,物聯網技術使得管控對象的“物”本身更加智能化,“物”的內部被植入智能芯片,使其功能發生巨大的變化,使其具備著前所未有的感知功能。這些“物”有普通的傳感器智能接收信息,它會對信息進行簡單的交換,而帶有智能芯片的傳感器可以對信息進行一定的運算處理功能,接收信息,并進行一些簡單的動作,這在機器人身上得到了很好的體現。
二、任何作為“物”的對象都可以作為管控的目標,大多數都以“RFD”作為基本技術支撐,任何物、動植物、人在理論上都可以根據自身的需要,通過植入智能芯片就可以作為物聯網的組成部分之一。
三、充分發揮物聯網開放性的技術特點,傳統的樓宇智能化系統是自成一體的獨立式封閉式的系統,而采用物聯網技術是開放式的,具有無限擴展性和聯通性的特點,將物聯網技術引用到智能樓宇中,這樣在世界上具備互聯網接入條件的任何一個地點,都可以與自己的物聯網進行連接,實現信息交換和控制等功能。
四、使得工程建設更加簡易,物聯網采用互聯網技術與物相連,而互聯網技術已經很成熟,應用最為廣泛的網絡技術,其底層連接方式靈活多樣,然而,各家廠商的不同產品只要遵循共同的標準即可實現互聯互通;最高層的應用也層出不窮,開發人員具備較為成熟的技術,能夠開發出使終端用戶享受便利的應用軟件。
六、主要技術創新點分析
物聯網技術的小型采集設備在樓宇綜合管理系統中的應用還不夠健全,這就需要相關人員對物聯網技術的小型采集設備進行技術創新,提高物聯網技術的小型采集設備在樓宇綜合管理系統中的應用率。
一、作為管控對象的采集設備本身更加智能化。采集設備內都被植入智能芯片,當植入智能芯片將會使其功能發生巨大改變,會具備前所未有的感知功能。如普通的傳感器能夠接受信息,并對信息進行簡單的變換,而帶智能芯片的傳感器,能夠對信息進行復雜的計算處理,并自行進行一些處理動作。
二、將服務發現機制運用于智能樓宇系統中,從而使得智能樓宇系統具備了“即插即用功能實現”的接口,在一定程度上統一了智能樓宇設備接入接口,這樣方便了后續功能的擴展。
三、工程建設更加簡易,充分發揮物聯網開放的基本特點,傳統的樓宇智能化系統是自成一體的獨立封閉的系統,然而,物聯網是開放性的,具有無限擴展性和連通性。采用物聯網這一技術,可以在世界上具備互聯網接入條件的任何地點,與自己的物聯網進行相連,及時實現信息交互功能。
七、基于物聯網技術的小型采集設備在樓宇綜合管理系統中的應用能帶來的效益
根據對物聯網技術的小型采集設備在樓宇綜合管理系統中的應用的實例調查發現,物聯網技術的小型采集設備已在山西移動樓宇監控系統中進行了應用,該設備的主要作用是將實時采集到的樓宇各業務數據傳到監控平臺上,實施對數據的透明監控,管理人員隨時可以監測到自己所需要的數據,同時可以了解所有設備的使用情況及各類報警信息的處理情況,這樣講不在需要對數據進行繁瑣的統計。
(一)、經濟效益:在未來幾年,物聯網技術將得到廣泛的應用,物聯網規模將在整個產業突破一萬億人民幣,而智能樓宇領域至少占據百分之二十。山西移動公司今年6月份之前已經投入300萬元人民幣,用于本項目的開發以及市場開拓;并計劃在未來3年時間收回全部投資并取得較好的經濟效益。
(二)物聯網技術的小型采集設備在樓宇綜合管理系統中應用的社會效益越來越明顯,本項目涉及到的學科比較多,能夠帶動多種行業的發展,尤其是計算機、自動化、工程管理等專業,這樣必然會增加我國的就業率,以緩解就業問題,保證社會的和諧穩定;本項目還可以擴展到多個行業,可以提高我國現代化的建設,能夠減少事故的發生率,保證人身安全。
(三)從能源角度來看,本項目所用原料與設備均符合國家環境要求,廢棄物的處理按國家統一標準執行。本著建立持續、高效、循環采用新工藝、新技術,盡量減少進入開發及今后應用過程中的物質與能量流量,從而減少廢棄物的產生和排放。對于成本的核算,引入電算化和內部網等電子網絡工具。
(四)從環境角度來看,本項目在開發和管理中始終積極貫徹“保護環境、協調發展、遵守紀律、循環經濟、污染預防、人類健康、綠色家園”的環境方針,積極進行環境保護。本項目的后期應用可能擴展到環境監測、森林防火、施工安全等多種與人類環境密切相關的領域中,一方面可以向人類反映出環境的改變,另一方面也可以為人類提供優化環境的依據,物聯網技術將在環境方面得到廣泛的應用。
結束語
隨著時代的發展,物聯網技術將會得到廣泛的應用,雖然目前物聯網技術還不夠十分成熟,仍處于摸索的階段,但隨著計算機技術和互聯網技術的迅速發展,在智能樓宇系統中采用物聯網技術將是未來樓宇建設的發展趨勢;物聯網技術的小型采集設備在樓宇綜合管理系統中的應用將得到廣泛的使用和完善。基于物聯網技術的智能樓宇系統,其樓宇的安全性和功能性得到很大的提升。物聯網技術在國家的大力推動下發展迅速,而且在各行各業得到了應用。智能樓宇在近些年來得以較快發展。物聯網技術與智能樓宇的結合,必定將加快智能樓宇的發展,同時也推動物聯網技術本身的進步。
參考文獻
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關鍵詞:鏈接冗余以太網現場總線現場控制
1、集散控制的系統結構
集散控制邏輯體系是一種層次分支結構,從垂直結構上可分為系統管理層、操作管理層和現場控制層,首層向下可以橫向分解為若干個子集。從功能分散角度看,縱向分散象征著不同層的設備具有不同功能,如現場監測和實時過程控制的綜合管理;橫向分散象征著同層設備具有近似的功能。按照這種形式設計或生產的集散系統軟件、硬件產品,夯實了即集中又分散的控制原則。圖一是對集散控制總體系統結構的描述。
圖一、集散控制系統整體結構
1.1、系統管理層.系統管理層是集散控制系統的核心部分,主要由服務器系統、管理控制機和系統數據庫等設備構成,系統管理中心可以對整體控制系統的運行進行監測、協調和綜合管理。它位于整個系統的最頂端,具有超強的數據處理能力,實現對智能建筑群進行一體化控制,包括存儲或獲取系統內的全部信息數據和預期的控制參數,實現定期的趨勢分析,并且進行系統優化控制,監測整個系統的運行,生成系統的輸出報告,并且使用通用數據庫標準;向系統提供智能控制設備的信息數據和原始資料。操作系統具有多用戶、多任務和實時控制的綜合管理能力。
1.2、操作管理層.操作管理層是由各分系統構成,通過各自的系統控制機連接主干網絡,并且傳輸上、下層間的控制數據信息,構成了相互通訊的重要途徑。操作管理機是現場數字控制器(DDC)的上位機;又是分支系統離散化區域的協調者,實現局域信息系統的實時共享,各分系統完成現場數字控制器與管理層控制機之間的信息傳遞、數據存取,實現各分支系統現場終端設備的遠程監測及控制。
1.3、現場控制層.現場控制層由集散控制中多個子系統構成,主要設備包括現場控制器、現場控制總線(BACnet)、數字轉換執行器、智能信號傳感器。它們是現場被控設備裝置的接口,連接被控設備上的傳感、執行機構,由現場控制器通過現場控制總線網絡實現與上位機進行數據信息的交換。現場控制器采用現代直接數字控制技術,控制器內部包含智能中央處理器(CPU);存儲芯片組(RAM、ROM)和各種輸入輸出接口等,通過輸入接口與現場控制總線相互鏈接。末端裝置中異種數字轉換執行器和智能信號傳感器,被稱為現場終端設備。信號傳感元件如溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、液位檢測器等,將現場檢測到的不同類別的信號通過數字轉換后傳送至現場控制器,控制器將根據預期參數或上位系統實時指令智能處理后,輸出控制信號傳輸到執行元件如調節器、繼電器、步進設備等,并且同時對現場設備進行執行控制。
2、兩層網絡結構的智能樓宇控制系統
智能樓宇自動化控制是由各種智能設備構成的監控系統,然后再將各子系統進行集成為一個綜合性實時監測的控制系統,核心技術是采用現代控制理論的集散控制網絡模式。智能樓宇控制系統是集散控制、網絡通訊發展的產物,在智能建筑控制中得到了廣泛的應用,樓宇自動化系統構架通常采用集散控制二層網絡結構,它應用于現代智能樓宇現場的監測、控制。高速以太網與底層現場控制總線滿足不同設備數據通訊的要求,二層網絡之間通過網絡通訊控制器進行相互鏈接,并且實現不同數據通信協議的轉換。兩層網絡的構架結
圖二、兩層網絡智能樓宇系統結構
構得到國內、外現場總線智能設備生產廠家的支持,是智能樓宇控制系統的主導網絡結構形式,如圖二所示。
2.1、高速以太主干網.管理服務器、系統工作站與現場采集、執行設備之間需要進行大量的通訊、控制信息的交互,通信帶寬的要求會很高,系統管理層的實時性和抗干擾能力要求不如現場網絡那么嚴格,因此上層網絡結構采用局域網比較成熟的高速以太網絡技術。
2.2、實時性和抗干擾性.通過現場控制器對監測信號的采集、智能分析過程,向執行設備發送控制指令,從而實現對監控現場進行實時控制。現場控制總線的結構形式具有較強的屏蔽和高抗干擾能力,雖然在通訊時通信速率低于高速以太網絡,但是完全能夠滿足與現場控制底層設備之間的數據通信標準。
2.3、網絡層間的橋梁.兩層網絡之間通信經過網絡通信控制器實現協議數據的相互轉換、路由選擇等功能。同時對現場數據的通訊安全起到保護作用,通信控制器的功能也可由網橋、路由網關設備或微型智能控制機實現,它們是在連接兩個網絡層間中起到的是橋梁作用。
2.4、離散的分布結構.在同層中不同現場控制總線之間的設備數據通訊不需要通過系統工作站,整個系統除了人機監控界面以外的其它功能;通過區域網絡控制器以及各現場智能控制設備實現。因此;管理服務器、系統工作站的閉、合不會影響系統的正常運行,并且完全實現了智能功能的分散控制,使得各個分、子系統集成為全分布式控制系統。
現場總線控制技術是智能樓宇系統領域中的局域網,應用于監測現場的事態發展,通過現場控制器與智能監測設備之間實現串、并行或多節點的數據通訊,是開放式、數字化多節點通信的底層控制網絡。現場總線技術與現場網絡數據通信協議(BACnet)為實現開放式樓宇自動化控制系統夯實了基礎,開放式通信是實現數據信息共享的主要方式之一,現場總線技術給網絡自動化控制帶來重大的變化,這與局域網絡技術將眾多分散的計算機連接在一起,使得計算機的功能和作用發生根本性的變化一樣。現場總線技術使得智能設備自動控制系統具有較強數據通訊的能力,不同類型的智能設備可以方便地鏈接在現場總線網絡系統之中,使智能樓宇控制躍入系統數據庫信息網絡管理的行列。現場控制總線僅是對智能樓宇系統的現場控制網絡層進行了定義,而智能樓宇自動化控制系統網絡構架的標準化結構并不限于現場設備控制網絡,更重要地是追求網絡通訊進程的標準化,使不同類型的智能設備之間實現標準化數據通信;同時也使系統工作站直接與控制系統實現數據通訊,從而實現智能樓宇控制系統達到開放式的標準化。BACnet作為智能樓宇自動控制網絡的數據通信協議,它所提供的是一種通訊機制,通過這種通訊機制,使智能設備的功能達到數字化處理,并且實現各設備間的信息交互。因此,網絡數據通信協議應用于計算機、通用直接數字控制器特定的智能設備中,其應用效果完全相同。當現場數據信息傳送到監控的處理機后,即如何實現與應用程序之間的通信傳遞,使現場信息與應用程序的鏈接,將現場的實時信息反映在系統工作站的應用平臺上,依然存在鏈接標準和規范問題。在工業微型自動控制被智能樓宇系統廣泛應用的今天,讓自動控制系統的人機界面;能夠充分運用于計算機系統豐富的軟件資源,實現實時系統監測↔鏈接嵌入↔數據控制反饋的雙向信息流的傳遞通道。
3、三層網絡結構的智能樓宇控制系統
集散控制在智能樓宇自動控制系統中通用性強;分、子系統整合靈活;網絡功能完善;能夠實現實時響應通訊指令信息,在集中顯示和管理操作中更加便捷,特別適應在現代智能建筑群自動化的拓展。三層網絡結構的智能樓宇控制系統是在高速以太網與現場控制總線之間增加了一層控制網絡,這層網絡的通信速率、屏蔽或抗干擾性都介于高速以太網和現場控制總線之間,系統控制通過這層網絡與大型通用現場控制器(DDC)實現互聯,如圖三所示。系統結構的主要特征體現在局域網絡的鏈接方面,向上層能通過網絡控制器路與高速以太網進行連接;構成綜合網絡管理體系,向下通過中間層以太網支持現場控制總線,使過程控制底層的現場控制器、智能傳感器、數字轉換執行等設備實現可靠的實時數據通信,從而實現更大范圍的集散分布式智能建筑控制系統。
3.1、遞階控制體系.集散控制系統是由相互關聯的各子系統所構成,智能設備各自的特征及功能構成集散控制系統的總體特征。集散控制系統需要處理復雜的實時控制過程,各系統之間既有橫向的多級結構又有縱向的多層結構,采用的控制策略不但需要各系統的決策,還需要上級系統的協調優化,各系統之間在總體上形成塔式結構。某一級的決策分系統可以對下一級施加作用,同時又要接受上一級的系統干預,這就構成集散控制結構的遞階控制體系。
3.2、分散控制體系.分散控制結構是相對于集中控制系統可靠性與安全性提出地;是一個半封閉狀態的環型結構,從整體上看;是垂直型與水平型構架的綜合體。垂直型是自上而下相互關聯的基礎結構,方位向左右層次進行擴展。系統的數據通信發生在上下層位間,其主導權由上位層控制,對下位層的設備動作有監測和調控能力。綜合體是把水平型和垂直型相
圖三、三層網絡智能樓宇系統結構
互結合起來,在各系統進行獨立管理的同時;形成上下級間的制約管理關系,各子系統間的數據通信具有平等性;并且具有較強的獨立性,水平形成對等的分散系統自我管理機制。上位層的系統故障不會影響下位層系統間設備數據交換和各自設備的功能,智能建筑大型樓宇系統網絡控制大多采用復合型的分散控制結構。
3.3、互為冗余體系.為了提高智能樓宇系統的可靠性,集散網絡控制系統對關鍵層設備,即整體系統有重要影響的核心設備采用冗余運行結構。在常規運行時,智能設備各自承擔分解后的功能投入運轉,當其中一臺設備損壞時,相關智能設備放棄部分輔助功能,自動補充、并且替代故障設備的運行功能,這就是在智能樓宇系統中互為冗余的主導思路。應當指出;互為冗余的運行方式;是在智能設備發生故障時,以損失局部設備的輔助功能為代價,在智能樓宇控制系統中,這種以較小的輔助功能為代價;換取局部或整體系統的穩定性的實施策略,是經濟可行地。另外;集散控制智能樓宇系統對所有的設備都采用冗余結構是不經濟的,我們應對冗余設備的投資和系統故障造成的損失來進行權衡,綜合考慮適當的冗余系統結構方式。
4、智能樓宇系統網絡結構的發展趨勢
通過對智能樓宇企業、行業的調研,將本課程定位在電氣自動化專業的職業技能課,課程突出技術實用性,著重培養應用技能、專業素養;對智能樓宇職業崗位進行分析,確定本門課程的培養目標;通過典型工作任務的歸納總結以實訓設備為基礎,設定本課程的學習情境,以職業能力培養為目標,進行學習內容的設計。
2課程培養目標的設定
2.1樓宇智能化工程技術專業人才需求分析
樓宇智能化行業是一個集計算機技術、通信技術、自動控制技術等技術于一體的行業,涉及的知識領域十分寬泛,它要求我們培養出來的人才必須是復合型的技能人才,樓宇智能化行業的過程涉及的環節很多,崗位很多,需要打交道的人、機構、事、儀器、設備也很多,它的專業性、技術性、綜合性、還有靈活性都很強,概括起來,一個合格的樓宇智能化人才必須具備廣博的知識,良好的專業技能,較強的溝通協調能力,良好的職業操守。它要求人才的專業素質和綜合素質都必須要高。資料顯示,我國建筑智能化技能型專業人才極其匱乏,尤其缺乏各個層次的智能建筑設計施工建設、運行管理的專業化人才,目前全國此方面的人才缺口達40萬,特別是樓宇智能化系統設備運行維護人才、樓宇智能化工程設計、管理、安裝與調試人才等各層次人才嚴重不足。在樓宇智能化高速發展的今天,這個缺口有可能會進一步擴大。因此,培養出合格的、優秀的樓宇智能化工程技術人員是高職教育刻不容緩的任務。
2.2樓宇智能化工程技術職業崗位分析
通過對智能建筑市場人才需求分析以及往屆畢業生的跟蹤調查可知畢業生的就業范圍與主要就業崗位。畢業生的就業范圍主要有以下幾個范圍:一是智能化系統集成公司,各類建筑施工企業房地產公司、物業管理企業、企事業單位的基建部門、政府機關后勤管理部門。主要從事樓宇智能化系統招投標;規劃設計;現場施工、安裝、調試;后期檢測、維護等技術與管理工作。二是各類設計、施工單位的制圖、讀圖和設計研發的輔助工作。三是從事微電子、電工及自動化等專業相關產品研發和輔助設計工作。畢業生的主要工作崗位有:助理自動化系統(智能建筑)工程師(ASEA)、電氣工長、技術員、概預算員、售后服務工程師、項目經理助理、物業管理員、助理物業管理師等。經過幾年的工作實踐之后,大部分畢業生將成為企業、公司的中堅力量,承擔起弱電項目經理、造價工程師、自動化系統(智能建筑)工程師、建造師、物業管理師等技術或管理崗位責任。
2.3課程培養目標
課程培養目標概括為:具有樓宇自動化技術領域的基本理論知識和基本技能,具有相關樓宇設備監控系統的設計、安裝、調試、維護維修能力,適應相關智能樓宇技術應用、管理第一線需要的高等應用型專業技術人才。包括知識目標、能力目標和素質目標。
3課程設計
3.1課程設計———整體設計
樓宇智能化技術著重講解構建智能樓宇的各種技術知識,通過本課程學習,要求學生掌握樓宇智能化技術的內在關系和設計原理,了解樓宇智能化工程的行業規范和標準,具備應用理論知識分析解決實際問題的能力和工程意識。課程整體設計包括七個項目:智能建筑概論、樓宇自動化控制技術基礎、計算機網絡系統、綜合布線系統、建筑設備自動化系統、安全防范系統和消防報警系統。每個項目包含若干個任務。通過七個項目的學習來實現本門課程的知識目標與能力目標。
3.2課程設計———學習情境設計
根據基于工作過程的課程開發思路,針對工作崗位對知識、能力、素質要求,選取供配電及照明系統、變頻恒壓供水系統、消防報警系統、安防監控系統、綜合布線系統五個學習情境作為本課程的訓練項目內容。對每個學習情境應制定其學習目標、教學實施方案、所需設備對象與使用工具、教學重點、考核與評價標準等內容,采用資訊、決策、計劃、實施、檢查、評價六步教學法進行課程教學。每個學習情境中工作過程由若干工作任務構成,如“視頻監控系統設備安裝與調試”工作過程由參觀視頻監控系統應用場所、視頻監控系統設備選型及配置到視頻監控系統檢查和評價共7個工作任務構成,學生完成這7個工作任務,即經歷了一次視頻監控系統設備選型、安裝與調試工作過程。
3.3課程設計———學習情境教學實施
采用資訊、決策、計劃、實施、檢查、評價六步教學法進行課程教學。具體實施以視頻監控設備安裝與調試教學實施過程為例來說明。
①資訊:教師介紹系統組成、功能原理、設備分類與選型依據,各種傳輸方式,系統類型。布置任務,學生分組;教師提出資訊建議,提供獲取資訊的方法和途徑信息。
②決策:聽取學生的決策意見,提出可行性方面質疑,幫助糾正不可行的決策結論。指導學生根據選型依據進行前端設備、傳輸設備和管理控制顯示設備選型。
③計劃:聽取學生的計劃報告,審定實施計劃,關注計劃中的預期成果及未來的自查項目,關注工作進度及重要節點,制定重要節點的進度檢查計劃。
④實施:組織學生領取視頻設備、線材,指導學生在智能樓宇綜合實訓臺上進行設備的安裝、接線與調試操作。對學生聯合調試中出現的問題,組織學生進行討論,并給予指導。同時對學生進行相關職業素質方面的教育。
⑤檢查:對學生安裝的視頻監控系統功能進行檢查與規范驗收。考查學生安裝調試視頻監控系統的能力,做好相應記錄。
⑥評價:學生寫出安裝調試報告;教師按項目技術指標進行評價;對施工記錄表與安裝調試報告進行評價;對學生出勤、學習態度、職業道德、團隊合作進行評價。
關鍵詞:智能樓宇自動化管理強電系統弱電系統
1 智能樓宇概述
1.1 樓宇智能化的概念與組成
樓宇智能化管理系統是一個以住宅建筑為平臺,將建筑設備、通信網絡、現場總線、辦公自動化等部分從系統、結構、服務及其相互聯系等層次上進行全面分析,選取最優化的組合方式,集管理、服務、控制于一身的綜合管理體系,能保證使用者享有高效、便利、舒適、安全、健康、環保的空間環境,并能降低建筑維護的工作量及運行成本。
智能管理系統主要包括:具備內外部信息交換功能的通信網絡系統、具備了實時測控建筑設備運行狀態功能并能根據外部需求進行調整的設備自動化系統,可以感知并防止建筑內外部安全問題發生的安全防范系統,以及將主控電腦與個子系統、各個模塊相連接的綜合布線系統等等。這些具備自動感知功能和自我調節能力的系統,正逐漸改變著人們的生活方式。
1.2 目前我國樓宇智能化的發展趨勢及存在的問題
隨著信息技術、計算機技術、控制技術等科技的飛速發展,智能建筑技術開始朝著集成化和規范化的方向發展,《智能建筑設計標準》(GB/T50314-2000)等國家標準的出臺,使這一技術中采用的各種開放式結構、協議、接口等都更趨于標準化和規范化。發展環境與國家政策的支持,已使我國成為了全球最大的智能建筑市場。或沒有綜合分析體系實際運行中可能發生的突發問題而導致其診斷故障的水平和整體可靠性的降低等,這些都需要設計者深入了解相關設計規范,并根據建筑工程的實際情況加以分析,不斷總結經驗,改進設計方法。
2 樓宇智能化管理系統的電氣設計與實現
電氣自動化是樓宇智能系統設計的關鍵環節,也是系統實現實時感知及過程控制的基礎,一般分為強電設計與弱電設計兩個方面:
2.1 強電系統設計
作為一種動力能源,智能樓宇強電系統一般包括照明、動力、供電、防雷等幾個子系統。下面以照明和供電系統做一簡述。
2.1.1 照明系統
照明系統設計首先應選用具有節能和改善環境功能的光源,并配電子鎮流器或低損耗電感鎮流器。燈具反射板制作合理,并通過線性布置使工作面照度均勻。設計應針對正常照明、備用照明、事故照明和疏散照明等分別作供電電源、指示燈位置、照明強度以及啟、停、轉換程序進行詳細的設計。在照明系統的自控設計中,應實現控制中心對各照明子系統的集中管理,如公用照明的程序遙控、部分點燃和定時停啟等。
2.1.2 供電系統
供電系統是保證智能化管理系統中計算機及網絡正常運行的基礎,因此應設置自備發電機,在市電電路出現故障斷電時,保證管理系統的運行效果。在保證不間斷供電的基礎上,還應保持電壓與頻率的穩定性,一般電壓變化應≤2%,頻率變化應≤0.2Hz,波形畸變率≤5%。自電流表、電壓表、電流互感器及電壓互感器等處,通過變送器讀取模擬量信號或數字信號,并送到變電室數字式控制器,再傳輸至控制中心。選用斷路器數字通信接口接收由中央系統發送的斷路器操作命令,實現遙測、遙信和遙控功能,選用數字通信接口給出由控制裝置探測的有關電氣量、報替和斷路器等情況的信息,最終實現對電流、電壓的遙測、對微處理保護單元故障等的遙信以及對斷路器等的遙控功能。
2.2 弱電系統設計
弱電系統在樓宇智能化設計中主要包括:綜合布線系統、通信網絡系統、安保監控系統以及三表計量系統等部分。
2.2.1 綜合布線系統設計
綜合布線系統可分為工作區子系統、管理子系統、垂直干線子系統、水平干線子系統和建筑群子系統等。其中管理子系統由跳線面板、跳線管理器、跳線、光纜端接面板等組成,負責室內信息通道的統一管理。它將主機房中的各種設備與垂直子系統連接起來,并處理其中的線纜連接關系。整個系統應從總體上進行規劃,使其具有可拓展性,每戶最少有1個語音信息點和1個數據信息點,數據主干采用光纖實現,并在控制中心設立網絡中心機房設置交換機、路由器等網絡設備。
2.2.2 信息網絡系統
樓宇信息網絡系統承擔著建筑內外部信息的交換功能。以有線電視系統為例,現代智能樓宇中的有線電視應與家用終端計算機進行聯網,傳遞各種媒體信息,具備雙向通信、可視電話、圖文傳輸等多種功能,并最終形成集電視、電話、電腦于一身的多媒體系統。
2.2.3 安保監控系統
該系統應具有防火、防盜、監視、監控等功能,主要包括閉路電視監控系統、安全對講系統、防盜報警系統以及家居火災自動報警系統等。以防盜報警系統為例,該系統通過在住戶設置集中控制器、報警控制器、門磁開關、紅外/微波雙鑒器、緊急呼救按鈕、報警揚聲器、報警指示燈等設備,可向的安全保衛部門發出報警信號,使居民免受非法侵入的威脅。
參考文獻
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