上海震旦大厦 BMS 系统集成的 LonWorks 技术特色.pdf

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1、上海震旦大厦上海震旦大厦 BMS 系统集成的系统集成的 LonWorks 技术特色技术特色 阿科普机电工程有限公司阿科普机电工程有限公司 陈兆平陈兆平 摘要：上海震旦大厦的 BMS 系统集成中，采用基于 LonWorks 技术平台开发的 INVENSYSI/A 系列产品，从而实现了多子系统、多控制点的无缝集成和完美结合，体现了 LonWorks技术在智能建筑中的开放性及互操作性的优势及对于大系统的集成的适应能力。关键词：上海震旦大厦 BMS 系统集成 LonWorks 技术特色 1、震旦大厦系统概况 1、震旦大厦系统概况 上海震旦大厦，本文简称“震旦大厦”。位于上海浦东区滨江大道，楼高 37

2、层，建筑面积 10.5 万平方米。它以浦东速度建设与发展，建成 5A 级智能建筑大厦，于 2003 年 6 月交付使用。震旦大厦的建筑智能化系统由英维思集团公司（INVENSYS 公司）作弱电总承包，该系统共有 12，000 多个控制点，如下 23 个自动控制子系统。冷热源；制冷空调；照明；电梯；变配电；给排水；闭路监控；防盗报警；安全巡更；通道监控；火灾报警；灭火联动；电视会议；有线电视；公共广播；数字电话；移动电讯；计算机网络；会议中心；多媒体查询；停车场管理；物业管理；综合布线。2、震旦大厦、震旦大厦 IBMS 系统概述系统概述 为震旦大厦设计的智能化集成管理系统（以下简称“IBMS”）

3、，是以 INVENSYS 公司最先进的开放式、标准化的 I/A-BMS 系统为核心，以综合震旦大厦内的 OA、CA 等各个子系统的信息，对它们进行统一的监测和管理，实现必要的联动控制，真正实现整个大厦信息和资源的共享，从而达到最佳的管理水平，为更上层的网络系统集成提供便利，为震旦大厦 的使用者提供全面、高质量、安全、舒适和快捷的综合服务。2.1 系统集成的目的 2.1.1 对各机电子系统进行统一的监视，控制和管理 大厦智能化系统集成管理可将分散的、相互独立的弱电子系统，用相同的软件界面进行集中监视。这种监控功能是方便的，可以以生动的图形方式和最熟悉的界面展示希望得到的各种信息。2.1.2 实现

4、跨子系统的联动，提高大厦的功能水平。系统实现集成以后，原本各自独立的子系统在集成的角度来看，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。2.1.3 开放的数据结构，共享信息资源 集成管理系统的建立提供了一个开放的平台，采集、转译各子系统的数据，建立统一的开放的数据库，使信息系统自由的选择所需的数据，充分发挥其强大的功能，为使用者和管理者提供最佳的服务。2.1.4 提高工作效率，降低运行成本 集成系统的建立充分发挥了各弱电子系统的功能，并且用软件功能代替部分硬件设备，不仅节约了，更增加了集成的信息量和系统功能。既方

5、便了管理，也可以减少管理人员的人数，提高了管理效率，同时降低了对管理者素质的要求，降低了人员培训的费用，达到以下效果：节约人员 2030%节省维护费 1030%提高工作效率 2030%节约培训费用 2030%2.2 IBMS 系统构成原则 2.2.1 可靠性：系统具备在规定的条件下和规定的时间内完成本技术功能的能力，具备系统长期和稳定工作的能力。2.2.2 实用性：系统具备完成工程中所要求功能的能力和水准，系统符合本工程实际需要的国内外有关规范的要求，并且实现容易，操作方便。2.2.3 先进性：系统满足可靠性和实用性前提下采用了最先进的系统，特别是符合计算机和网络通信技术最新发展潮流，同时也是

6、成熟的系统。2.2.4 开放性：系统遵循开放性原则，提供符合国际标准的软件，硬件、通信、网络，操作系统和数据库管理系统等诸方面的接口与工具，使系统具备良好的灵活性、兼容性，扩展性和可移植性。2.3 IBMS 和 BMS 的关系 IBMS 是对 BMS、CA 及 OA 的有关子系统进行集成管理。其中 BMS 是由 BA、FA 以及 SA 组成的一个管理系统，是对大楼的所有设备进行实时管理的系统，该系统不仅能实时监视所有设备的工作，而且能实现对各设备间的联动控制。IBMS 是大楼各弱电子系统的最高监控与管理层，通过通讯网关或其它通讯接口（如：软件用户接口、Lon-SIF 专用通讯接口等）和一体化的

7、公共通讯网络，将 BMS、CA 及 OA的各子系统集成到同一个计算机平台上，建立起整个大楼的集成管理系统 IBMS，在这个统一的界面上采用图文并茂的技术，可以十分方便、简单的实现对大楼内被集成的各设备子系统实施监视、控制和综合管理。同时可通过一体化通讯网络连接多个中央管理工作站，根据操作员的授控权限，可以得到所需的信息及控制有关设备。3、震旦大厦、震旦大厦 BMS 系统集成系统集成 该系统采用的是 INVENSYS 公司基于 LonWorks 技术平台开发的的 I/A 集成管理系统（以下简称”I/A 系统”），是基于客户机/服务器方式的分布式网络系统，并以最低的费用和最大的便利进入一个真正智能

8、化的集成环境；通过一个开放的、统一的标准化控制总线和现场总线为基础的楼宇集成网络进行集成，即使是采用不同的通讯方式，不同的传送数据格式的不同系统，都可以达到降低集成成本、提高集成质量、增加信息量、增加信息传送途径，增强系统集成的可靠性等功效。3.1 震旦大厦 BMS 系统集成的特点 3.1.1 标准的通讯协议 I/A 的 BMS 和 BA 系统是真正采用标准化两级总线（现场总线和控制总线）的系统。现场总线采用 LonWorks 总线，并符合标准化的 LonMark 协议；控制总线采用 Ethernet 网络标准，并留有其他的数据接口。由于采用 I/A 系统，震旦大厦的 BMS 与 BA 不仅采

9、用相同的控制总线和现场总线，而且采用了完全兼容监控软件，两者之间完全可以应实现无缝连接。若其他系统设备暂不采用上述两种标准协议，则可以通过通信接口网关 Lon-SIF 与楼宇设备管理系统的现场总线级设备通讯，在现场总线级别实现异系统的互联互操作，使联动相应速度更快、更便捷，也可以通过网关与设备管理系统进行互通。IBMS 在原有 BMS 系统的基础上，加强了楼宇设备管理系统在网络技术、信息处理、数据库建立和系统兼容性、可靠性方面的功能，将 BMS、CA 及 OA 的各子系统的信息以数据库的形式集成到智能化集成管理系统大容量实时关系型数据库内。3.1.2 组合套装式集成软件 BuildingSui

10、t 2000 BuildingSuite 2000（以下简称“该软件”）完全与 BMS 系统兼容，可运行在 Microsoft Windows NTTM 4.0 和 WIN 95 操作系统下，由以下核心组件组成：?InTouchTM，世界领先的可视化 HMI；?InSQL ServerTM，适用于楼宇的实时关系型数据库；?I/O Servers，用于连接 BuildingSuite 2000 和楼宇数据的。此外，还包括其他一些基本“应用程序”组件。该软件由一套丰富的自动化和信息组件组成，在自动化领域中，具有以下这样异乎寻常的价值：可视化 控制 实时关系型数据库 I/O SERVERS INTE

11、RNET/INTRANET 查看所有这些都集成在一套软件之中，这也就意味着更少用户编程、更少的接口、更少的配置时间以及没有额外的集成费用，也意味着该软件各组件有一个共同的历史数据库，天衣无缝地一起工作，共享应用程序间的信息，拥有同样的外观和感觉，并且支持相同的通讯机制。此外，它具有“抗版本不一致”所有部件同时升级，所以可保证整套系统即插即用，配合默契。而且，使用，它的各种组件，生成强大的 HMI 图形；直接从 PC 机控制运行；收集和分析历史数据；通过 Internet 查看 BuildingSuite 数据、可视对象和各种其它数据资源。该系统还吸纳了其它尖端的数据交换技术。3.2 BMS 系

12、统集成的方式 I/A 系统是一种标准化控制总线及现场总线结构的开放式集散系统。可根据不同弱电子系统的特点用不同方式与第三方控制系统集成：3.2.1 数据交换的方式 Invensys 公司的 I/A 集成管理系统采用 100M 以太网和 TCP/IP 通讯协议，通过 OBDC方式进行数据双向动态交换，或通过 SQL 指令数据的调用，共享 InSQL Server 实时关系型数据库，从而实现 IBMS 与其他系统之间的信息共享。3.2.2 与 Lon 产品的互联方式 I/A 系列现场控制器全部采用 LonMark 通讯规范，由于其网络协议 Lontalk 完全开放，对任何用户平等，任何标有 Lon

13、Mark 标记不同厂商的产品均可和 BA 系统设备在现场总线一级实现互联互操作。其中包括不同厂商提供的的空调产品、消防产品和安保产品。3.2.3 与 RS232/485 产品连接方式 如其他子系统的设备不符合以上标准，则只要系统具备 RS232 或 RS485 串行通讯口，并提供串口通讯指令集，则可通过可编程控制串口通讯网关，也可与现与现场总线间的信息互换，进而实现与其他系统的通信和联动。3.2.4 与网络层连接方式 Invensys 公司的 I/A 系列网桥采用 IEEE802.3 通讯标准（10M 以太网），并符合 TCP/IP通讯协议，同时备有 BACnet 软件通讯接口，可采用多种方式

14、与第三方系统互联。其中：通过 DDE、OLE、OPC 等 Windows 操作系统下典型的数据交换方式，实现子系统应用程序与BMS 软件用户接口间的数据交换。利用 WonderWare 公司现有的 200 多种驱动程序或利用TOOL QIT 软件工具包开发针对特定用户的驱动程序（I/O Server），来实现与其他子系统的互联。总之，I/A 集成管理系统开放式的通讯协议，使 BMS 系统与其他弱电系统的联网更实际可行，使整个大厦的智能化系统更具现代化和高效化。33 BMS 系统集成的功能 该系统建立在 ATM 网组成的高速主干网基础上，BMS、OA、CA 均与高速主干网相连，系统服务器和中央管

15、理工作站运行在同一网络平台上，系统由先进的网络交换机和分布在各处的集线器 HUB 组成，可支持 100Mb 以上的高速传输，主干网采用光纤通讯，网络交换机选用模块化结构的产品，利于将来升级及扩展（见下图）。主干采用当前国际上最流行的 TCP/IP 协议，为使本网络具有较好的兼容性和扩展性，所以集成管理系统下的各子系统均采用 Ethernet 网络结构。同时为使其他异种网络也能与主干网相连，本系统可通过网络接口等网关技术和其他网络连接。该系统采用 Client/Server（客户机服务器）结构，很好地改善了网络性能和系统的功能，提高了系统的工作效率。网络操作系统采用 WindowsNT，同时为确

16、保网络系统运行的可靠性，本系统中设网络管理工作站，对集成管理系统中的所有网络设备进行管理和维护，使整个网络平稳运行。同时本系统采用双服务器、双交换机热备份及多工作站方式，进一步提高了系统的可靠性。中央集成管理工作站具有对集成管理系统中所有监控点进行监视的功能。3.3.1 集中监控的信息 BA 系统中空调、给排水、变配电、照明、电梯等设备的运行状态及故障报警，以及运行和检测参数的变化值（这些参数是温度、湿度、流量、压力、电流、电压等）。SA 系统中所有防盗报警探头的状态（正常/报警），线路的监视状态（开路/短路）、闭路电视的报警信号、读卡机控制状态、各通道门的状态（开启/关闭），非法侵入报警等。

17、FA 系统中的系统设备的自检状态、运行状态、故障报警、火灾报警探头的工作状态（正常/报警）、相关设备联动状态（如消防水泵、电梯、风机、广播设备等）。停车库（停车场）管理系统的设备运行状态、故障报警、车流量统计列表以及收费统计显示。3.3.2 集中控制的设备 BA 系统中空调风机、水泵、照明控制箱等设备的开/关控制及启/停控制，阀门执行器、调节器节阀、变频调节器速装置运行参数的设定和修改。安保系统中报警探头的布防和撤防、读卡机控制方式的修改、通道门的手动控制等。3.3.3 办公自动化系统可以通过 IBMS 内的大容量实时关系型数据库共享 BMS 楼宇设备系统中的各种信息；BMS 也可共享 OA

18、中的各子系统的信息。3.3.4 中央集成管理工作台站具有汉化图形软件接口界面，人机界面友好，具有制表打印的动画功能，且有在线编程和修改程序的能力 3.3.5 本系统的历史数据存储时间无限制，具体视服务器硬盘容量而定，且能实时记录各种运行状态信息、故障信息、各种统计数据以及报警画面中断调出功能。3.3.6 该集成管理系统中的主要设备应具有容错功能、网络管理功能、自诊断和网络故障报警功能。3.3.7 该集成管理系统可通过楼宇设备管理系统实现跨子系统的联动，实现全局事件的管理，以增强系统对大楼突发事件的高速响应能力。3.4 BMS 系统集成的内容 震旦大厦 BMS 主要对以下系统进行联网集成，包括数

19、据采集和状态控制。3.4.1 对 BA 的无缝集成 由于 BMS 与 BA 采用了相同的控制总线和现场总线，而且采用了完全兼容监控软件，所以两者之间完全可以应实现无缝连接。BA 系统内所有信息，包括以下数据的采集和状态控制都可以反映到 BMS 系统中：冷热源系统、空调与通风系统、照明控制系统、变配电系统、给排水系统、电梯系统及与其他子系统互联获得的信息等。3.4.2 对 FA 的监视与管理 FA 系统是一个独立性很强的系统，具有独立的控制、显示和报警功能。我们的 BMS与 BAS 的工作站上都能观察到火灾自动报警系统的报警信息等，还包括对以下系统的数据采集和状态控制：火灾自动报警系统、消防联动

20、控制系统和背景音响及紧急广播系统设备的自检状态、运行状态、故障报警、火灾报警探头的工作状态(正常/报警)、报警探头位置、报警时间记录显示、相关设备联动状态至少应包括：水泵、电梯、风机、广播设备。该系统在控制总线上，通过 I/O Server 的协议转换与火灾自动报警系统进行联网，收集火灾自动报警系统内的管理信息。同时通过 Lon-SIF 通信接口将火灾自动报警系统直接连到LonWorks 总线上，实现与其他系统的现场互联，进一步提高现场联动的实时性。3.4.3 对 SA 的监视与控制 该系统包括对闭路电视监视系统、防盗报警、通道管理控制和巡更系统的数据采集和状态控制。同时还包括车库管理系统，只

21、要车库管理系统承包商提供相应的协议，就可以方便地在管理平台上进行监控，包括车库使用情况，停车数量，收费情况，空位情况等基本信息以及设备运行状态、故障报警、车流量统计列表，以及收费统计显示等，并将其结果通报上海震旦国际大楼物业管理有关部门。BMS 能在控制总线上通过 I/O Server 的协议转换与安保系统进行互联，并且在主机上能同时观察到安保系统的 CCTV 闭路电视监控系统、门禁系统和紧急报警系统内所有信息。同时通过 Lon-SIF 通信接口将安保系统直接连到 LonWorks 总线上，实现与其他系统的现场互联，进一步提高现场联动的实时性。3.4.4 与其他系统的联系 BMS 主机具有大容

22、量硬盘和专用 InSQL Servers 数据库管理服务器，完全可以满足震旦大厦资料信息量非常大的要求。通过在 BMS 主机上对各子系统分别建立各自的数据库,实现对各子系统使用数据的汇集和状态数据的监视;在此基础上，BMS 系统可根据设备、时间、楼层、功能等属性进行信息集成，并可实现业主按不同条件进行组合查询、统计、打印等功能。4、BMS 系统集成的基本条件系统集成的基本条件 为了使 BMS 与其他子系统工程得以合理开展，最终实现基于 BMS 以上的 IBMS 系统集成，该系统特别注意保证如下的基本条件：4.1 支持多种协议的技术平台：在 BMS 系统集成的 BA、SA、FA 中，它们可能具备

23、不同的通讯协议。如果要把它们都无缝集成到同一网络系统，那么 BMS 就必须是一个支持包括上述在内的各种协议的平台，必须具备多种接口，确保对上述产品的全面支持。在 I/A 实现 BMS 功能的最重要设备是 UNC600 系列通用网络控制器。它是高度集成的嵌入式处理器平台，具备硬盘备份功能。适用于 LONWORKS 网络或英维思 NETWORK 8000和 DMS 控制器，集中了控制、检测和网络管理功能，还可以通过以太网系统进行直接通讯，实现 LonWorks 与其他系统和英维思系统间的数据共享。其程序库中包括一整套 JAVA 语言编写的控制、应用、数据记录及用户界面对象。它还可以提供互联网用户界

24、面，用户可通过任何标准浏览器，比如 Netscape,IE 等登录系统图形界面。正因为采用 UNC600，使具有 RS232 协议的 FA 系统能被联网到 BMS 中，可以实现与BA，SA 的联动。4.2 具有互操作性的开发系统 在 BMS 系统集成的 BA 和 SA 中，包括安防、制冷空调、照明、电梯、变压电等 10 多个字系统的数十家不同厂家的产品。这使这些产品都能很轻松的在一起工作，它们都符合LonTalk 通讯协议，都具有互操作性是至关重要的。这个 BMS 系统十分强调在国际 Lonwork 组织中选择不同的产品，这些使 OEM 开发出基于 LonWorks 技术的互操作性产品构成了真

25、正的开放式系统。用户也以这样的开发的 BMS系统中得益，以大大降低能耗，增进居住舒适性和设备效率，全面降低购置费用。4.3 高效可靠的网络结构 震旦大厦的智能化控制系统全部采用最新的 I/A 系统，采用控制总线及现场总线两级网结构的集散控制系统。其使用的系统均为公开的标准通讯协议，使不同系统间的集成更方便。控制总线连接系统文件服务器，监控工作站等计算机系统，用于工作现场监视和现场数据汇总处理保存。现场总线连接数字式直接控制器（DDC）、现场智能传感器、执行器，用于现场设备的控制，调节。而控制总线与现场总线之间，利用网桥互联，实现现场数据的上送及人工操作指令的下传。网桥可按数据分类布置，也可冗余

26、布置。控制总线的通讯速率可高达 10Mbps，现场总线的通讯速率可高达 78.8Kbps。4.4 方便灵活的系统结构 整个震旦大厦的 BA 系统的总体管理与运营居于监控站的计算机上，计算机来担负系统的总体协调和管理；分散在建筑各个部分的 DDC 控制器直接与现场各种设备相连，前置安装并对所连接的设备实施监测与控制，真正实现 DCS（集散型控制）。同时，I/A 系统可用手提便携式计算机对控制器实现在线就地就近编程，可在网络的任意一节点上观察和操作网络中任意一个控制器，为系统的调试、检修和运行维护提供极大方便。此外，位于 LonWorks上的通讯接口可以方便地与大厦中各种机电设备和系统的联网通讯，

27、进行数据交换。4.5 先进经济的控制设备 在震旦大厦中，我们选用网桥实现现场总线与控制总线的互联。控制总线接口有 10Base T 和 10Base 2 两种，通讯速率 10Mbps，现场总线采用 LonWorks 的 FTT10 自由拓扑通讯接口，采用变压器隔离技术，保证两网络间的电气隔离和信息互通，并带有专用转换软件，使 LonTalk 协议与 BACnet 协议之间实现数据双向转换。4.6 模块化编程工程软件 震旦大厦建筑自控系统所选用的 I/A 系统的 Work Place Tech 系统编程软件。它工作在Win95 或 Win NT 操作环境下，其提供的 32 位绘图软件使系统控制流

28、程图的绘制更简单，美观。它为控制器提供的编程模式简单、快捷、可靠，内存储常用的 8 个应用程序，用户可根据实际情况重新创建新的程序，也可对现存的程序进行简单的属性修改，然后下载至控制器，即可完成整个编程过程。尤为重要的是：所有的 Work Place Tech 组件都已集成在一起，各组件有一个共同的历史数据库，天衣无缝地一起工作，共享应用程序间的信息，拥有同样的外观和感觉，并且支持相同的通讯机制。可保证整套系统即插即用，配合默契。4.7 友好、简洁的用户界面 针对震旦大厦的高科技性能的要求，该系统选用 Windows NT 操作系统下工作的 GRAINT，使用 SQL 数据库。该软件的画面色彩

29、丰富，具有实时监测，动态显示，控制调整的功能。还可用不同图形方式显示监测点(如各个房间的温度)的趋势图等。系统的自动报警记录以醒目弹出方式显示，并配用蜂鸣声提示。该软件还提供功能和故障报警 ALARM 提示功能，便于操作人员正确及时处理突发事件，用正确方法维护设备（见图 2）。图 2 震旦大厦 BMS 系统用户界面 5、BMS 系统的系统的 LonWorks 技术特色技术特色 5.1 卓越的先进性，推动智能建筑的技术创新 BMS 系统采用 Echelon 公司创建的 LonWorks 技术，已成功的应用于数千家设备和系统生产厂商的产品，特别为当今世界的智能建筑的发展做出卓越的贡献。2003 年

30、 5 月，全世界建筑行业提倡和鼓励革新的“建筑革新论坛”（CIF）授予 LonWorks设备联网平台和神经元芯片以“2003NOVA 奖”。该奖享有建筑业“诺贝尔”的美誉，这也是建筑电子技术的第一个 NOVA 奖，说明 LonWorks 技术的先进性得到国际建筑业的公认与确定。采用 LonWorks 技术平台及其开发的 INVENSYS-Y/A 系统，使震旦大楼 BMS 系统获得成功，再一次说明了 LonWorks 技术的先进性。5.2 良好的开发性，确保众多子系统的无缝集成 LonWorks 技术已经成为国际开发的跨行业标准，它包括控制网络、轻轨交通，铁路运输、电力、HVAC、楼宇、加油站、

31、半导体生产等行业。在智能建筑的 BMS 系统集成中，消防、安防、楼控功能相差很大的子系统，能无缝集成与联网在一起，说明了 INVENSYS-I/A产品的完美，更说明了 LonWorks 技术平台良好的开放性带来的结果。5.3 优秀的互操作性，实现多种产品的完美结合与兼容 该 BMS 系统下，有 10 多个子系统种的数十家不同的产品，它们有的是本身就具有神经元芯片，有的是通过装有神经元芯片的控制器融入到大系统种轻松的共同工作。这是由于LonWorks 技术的互操作性打下的合作的基础，特别是门禁控制，暖道空调，安防，电梯，照明，闭路监控等字系统中，实现了不同厂家的多种产品之间的完美结合与兼容。5.4 互联网与 Internet 相连，使 BMS 功能产生飞跃。该 BMS 系统专门采用 UNC600 系列的 通用网络控制器，它的重要的功能是将现场控制与互联网相连，与 IP 网相连，与信息技术实现无缝结合。在这个结构中，LonWorks 技术嵌入了现场设备中，使设备与设备之间对等的，平坦的通讯结构。同时这些控制网络又通过各种互联网的链接设备，将控制网的信息通过互联网介入数据中心或企业数据。这样可以向最终用户提供各种增值服务，使 BMS 功能产生质和量的飞跃。