毕业论文智能化楼宇监控系统的技术与应用

第1章绪论
1.1课题研究的背景和意义
随着科学技术的进步，3C+A1技术即计算机及其网络技术(Computer)、现代通信技术(Communication)、现代控制技术(Control)以及现代建筑艺术(Architecture)等得到了广泛应用，在推动人类社会进步的同时，也改变着人们工作、学习和生活的方式，从而促使人们要求社会的信息化、工作与生活的自动化、居住环境的舒适化与安全化，使智能楼宇以及与之配套的楼宇智能化系统得到飞速发展。

智能的特征是将各种与信息相关的楼宇设备通过建筑内的综合布线系统连接起来，并保持这些设备与建筑的协调，从而舒适的信息化空间得以构成，人们在信启、社会中的快节奏和开放性需要得以满足。

随着人们对智能楼宇功能需求的不断提高，各种来自不同生产厂家、不同类型、先进的自动化设备和网络通信技术及监控系统被广泛的应用于智能楼宇之中，使得智能楼宇中的各个子系统正朝着大规模、多控制对象和分散的方向发展，各个子系统之间及楼宇之间对信息的传递速率和共享程度越来越高。

然而，在智能楼宇的具体施工过程中，由于不同的技术人员、不同的承包商及不同的合同计划，使得智能楼宇中的各个子系统被单独、分阶段安装，而月系统的安装没有规范的说明或设计，仅仅是在“无知”的用户和厂商之间达成某种认可。

这样，一方面造成设备之间互不兼容，不能互联互融，信息交互困难;另一方面各个子系统之间彼此独立，不能很好的实现资源共享，系统资源重复投入，安装时间长，费用高，不能互操作，传输速率低，实时性差。

为了解决电气设备各异构监控子系统之间以及硬件设备之间的互连和互操作性问题，就要求构成智能楼宇的电气设备的各个异构子系统具有开放式结构，所采用的协议和接口都要标准化和规范化。

也就是说，软件硬件的连接方式、交换信息的内容和格式、都必须标准化和规范化，从而将各自分离的设备、功能和信息处理等集成到相互关联的、统一和协调的系统之中，达到资源的充分共享，并实现集中和便利的管理，可以方便地把构成智能楼宇中的电气设备各个子系统从各个分离的设备、功能和信息等有机的集中于一个统一的、相互关联的和协调的环境之中，运行于同一个操作平台之下，实现l+1>2的效果，使资源达到充分的共享，高效率的完成规定的任务。

并且系统运行机制与结构、系统服务与管理等方面，都将产生质的提高与飞跃。

1.2国内外研究状况
随着工农业生产的发展，社会的进步，导致了对能源需求的大幅度增长，电力作为二次能源的主力对于国民经济的可持续发展就显得格外重要。

为了保证电力能源消费安全与可靠，电气监控系统应用控制技术、信息处理技术和通信技术，利用计算机软件和硬件系统或智能装置代替人工进行各种作业，实现对楼宇内主要电气设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护。

监控系统的发展经历了如下几个阶段：
1．早期的远动技术。

早期的远动技术可以追溯到20世纪的40年代至70年代，是在自动电话交换机和电子技术基础上逐步发展起来的。

最早用于电力工业的远动设备便是采用电话继电器、步进器和电子管为主要元件组成的。

随着半导体技术的发展，60年代开始出现晶体管无触点式远动设备，70年代出现集成电路远动设备。

2．中期的远动(监控)技术。

上世纪80年代到90年代前几年，由于微处理芯片(CPU)和各种作为外围电路的大规模集成电路的出现与应用，远动设备从早期方式进入了中期发展阶段。

同时它又与个人计算机相结合，出现了数据采集与监控系统，即SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)，广义的SCADA系统不仅包括远动设备，也包括调度自动化中完整的主站系统。

这意味着远动将向提高传输速度、提高编译码的检纠错能力、应用智能控制技术对所采集的数据进行预处理和正确性校验等方向发展。

这样远动一词也逐渐为监控所取代。

3．当前的厂站自动化技术。

上世纪到本世纪初，由于半导体芯片技术、通信技术及计算机技术的飞速发展，远动技术也从早期、中期发展到当前的厂站自动化技术阶段。

20世纪90年代引入我国的电力需求侧管理(DSM)，这一先进的思维方法和管理技术是从提高终端电能利用效率出发来提高能源效率的。

DSM在20世纪70年代起源于能源消耗居世界首位的美国。

90年代以来已扩展到美洲、欧洲、亚洲等30多个国家和地区，其目的是使能源需求方合理用能，提高能效，节约能源，从而减少对能源的需求量，也有利于保护生态环境和节约能源开发投资。

总结说来，其优越性在于：
1．对政府，可以更合理有效的利用能源资源，同时控制环境质量；
2．对用户，可以降低单位节电成本，减少电费支出，更加合理的用电并促进实现成本效益；
3．对电力系统，可以避免新增电力成本和峰荷容量成本，减少对电力设备的投资。

分布式开发技术任何一个对象都可以通过一定的接口调用另一个对象提供的服务的技术。

分布式系统提供了整个系统的绝对灵活性和互操作性。

具体说来这种结构的优势有：
1．缩短了开发时间。

由于编程人员可以先将先行开发的部件装配到新的程序中，从而加速了新程序的开发进程。

2．开发更具灵活性。

只需简单调整全部应用的一些组件，即可为企业等不同领域的应用提供特定的解决方案。

3．降低软件维护费用。

各组件的功能是相对独立的，在维护和升级一个组件时，不必变动整个应用，降低了费用，维护方便。

文章的后续章节安排如下:
第二章从智能楼宇的定义、组成、功能、类型，及智能监控系统技术论述方面，，第三章对智能楼宇监控系统的结构分析，
第四章通过智能化楼宇电气设备监控系统的综合设计
第2章智能楼宇概述
2.1 智能楼宇的认知
自世界上出现第一幢智能楼宇至今，国智能楼宇系统示意图
1）楼宇自动化系统BAS
楼宇自动化系统(BudingAutomationsystem)，实质上是一套采用现代传感技术、计算机、通讯和自动控制技术，对楼宇中的机电设备进行自动化监控管理的中央监控系统。

主要包括:电力监控系统、照明监控系统、环境(空调与冷热源、给排水)监控系统、交通运输(电梯、停车场、车辆管理)监控系统等。

2）办公自动化系统OAS
办公自动化系统(Office Automation System)，就是利用计算机技术、通信技术、系统科学、行为科学等先进技术，不断使人们的部分办公业务借助于办公设备，并由这些办公设备与办公人员构成服务于某种办公目标的人机信息系统。

主要包括:信息管理系统MIS(Management Inofmration Sysetm)、电子商务EC(ElectronieCommeree)、决策支持系统DSS(Decision Support System)与数据信息处理系统等。

3）通信自动化系统CAS
通信自动化系统(Communication Automation syste:n)，是智能楼宇的“中枢神经”系统，它同时与外部通信网相联，具备对来自智能楼宇内外的各种信息的收集、处理、存储显示、检索和提供决策支持的能力，以满足智能楼宇办公自动化、楼宇内外通信的需要，提供最有效的服务。

主要包括:电话/传真系统、有线电视系统、卫星通信系统、电视会议系统、光缆传输系统等。

4）综合布线系统PDS
为了可以把楼宇自动化系统、办公自动化系统、通信自动化系统综合管理起来，需要有一种新的布线系统，即开放型综合布线系统(Prermises Disrtibutinoysestm)。

在信息意义上兼容语音信号、数据信号、控制信号、数字图像信号，甚至是模拟图像信号，可连接电话、程控交换机、电传、影像、计算机等设备。

综合布线是一种开发系统，所谓“开放”有三层含义，即能支持多家厂商的不同产品;能提供面向用户的设计方式;安装布线系统时并不要求对系统连接的有源设备本身有深刻的了解。

所以开放性的布线系统消除了非兼容布线可能带来的麻烦，如网络性能低于标准，改动布线花费昂贵，不能支持新技术发展等。

5）智能建筑综合管理系统IBMS
智能楼宇综合管理系统，是一个具有高生产能力、低运营成本和高安全性的智能化的综合管理系统。

它能够利用所收集到的楼宇相关资料.分析整理成具有高附加值的信息:运用先进的技术和方法，使楼宇设备的作业流程更有效、运行成本更低、竞争力更强。

同时，它能将建筑内各个实时子系统高度集成，做到保安、防火、设备监控三位一体，楼宇自动化系统BAS、办公自动化系统OAS和通信自动化系统CAS集成在一个图形操作界面上对整个楼宇进行全面监视、控制和管理，提高楼宇全局事件和物业管理的效率和综合服务的功能。

2.1.2 智能化楼宇的基本要求
智能化楼宇的基本要求是，有完整的控制、管理、维护和通信设施，便于进行环境控制、安全管理、监视报警，并有利于提高工作效率，激发人们的创造性。

简言之，楼宇智能化的基本要求是：办公设备自动化、智能化，通信系统高性能化，建筑柔性化，建筑管理服务自动化。

楼宇智能化提供的环境应该是一种优越的生活环境和高效率的工作环境：舒适性。

使人们在智能化楼宇中生活和工作（包括公共区域），无论是心理上还是生理上均感到舒适，为此，空调、照明、噪音、绿化、自然光及其他环境条件应达到较佳或最佳状态。

高效性。

提高办公业务、通信、决策方面的工作效率，节省人力、时间、空间、资源、能耗、费用，以及建筑物所属设备系统使用管理的效率。

方便性。

除了集中管理，易于维护外，还应具有高效的信息服务功能。

适应性。

对办公组织机构、办公方法和程序的变更以及设备更新的适应性强，当网络功能发生变化和更新时，不妨碍原有系统的使用。

安全性。

除了要保证生命、财产、建筑物安全外，还要考虑信息的安全性，防止信息网中发生信息泄露和被干扰，特别是防止信息数据被破坏、被篡改，防止黑客入侵。

可靠性。

选用的设备硬件和软件技术成熟，运行良好，易于维护，当出现故障时能及时修复。

2.1.3 智能化楼宇的优越性
和普通建筑相比，智能化楼宇的优越性体系那体现在以下几个方面：
具有良好的信息接收和反应能力，提高工作效率。

提高建筑物的安全、舒适和高效便捷性。

具有良好的节能效果。

对空调、照明等设备的有效控制，不但提供了舒适的环境，还有显著的节能效果（一般节能达15～20%）。

节省设备运行维护费用。

一方面系统能正常运行，发挥其作用可降低机电系统的维护成本，另一方面由于系统的高度集成，操作和管理也高度集中，人员安排更合理，从而使人工成本降到最底。

满足用户对不同环境功能的需求。

高薪技术的运用能大大提高工作效率。

2.2智能楼宇的类型及功能
2.2.1 智能楼宇的类型
虽然智能楼宇的使用功能各异，但是归纳起来主要有以下几种类型:
1）专用办公楼
这类建筑包括:政府机关办公楼;跨国大公司、企业;金融欧(银行、证
券、期货、保险等);商业楼;利教办公楼(研究院所、学校、医院等)
2)出租办公楼
主要由房地产商投资兴建，然后出租、出售。

楼内的共用设施一次建成，出租、出售的房间由使用者根据各自的需要进行二次装修。

3)综合性建筑
这是集办公、金融、商业、娱乐、生活于一体的多功能的建筑(群)。

4)住宅
以生活起居为目的的多层、高层、超高层建筑楼宇。

2.2.2 智能楼宇的功能
从楼宇智能化的功能角度看，楼宇智能化提供的功能应包括：
具有信息处理功能，而且信息范围不只局限于建筑物智能楼宇的三大服务功能
2.3智能监控系统技术
2.3.1 计算机网络技术
通过计算机网络技术能够实现数据通信功能,资源共享，信息服务等功能
1）通信功能
它是指计算机与计算机或其它终端设备之间的数据传输，是计算机网络系统的基本功能之一。

通过计算机网络来传送电子邮件，发布新闻信息等，方便了用户之间的信启、交换，而且不受地理因素和时间的限制。

2）资源共享
通过计算机网络，可以将位于计算机网络中某个部位的资源提供出来，供
整个网络的相关用户使用。

计算机网络的三大资源:硬件资源、软件资源、数据资源均可被共享，并由网络系统对共享资源实施有效管理，不仅提高了网络范围计算机控制原理图
部的给定值相比较，计算出偏差值，然后对偏差进行算术与逻辑运算，将运算结果作为控制量输出，控制量再经过D/A转换器转换为模拟量，输出到执行机构调节被控参数，从而达到控制的目的。

上述过程连续不断地重复执行，以使整个系统运行在给定的性能指标下。

同时，也可以对被控参数和设备本身出现的异常情况进行监督，并迅速做出处理。

命名服务
命名服务[16,17]提供从名字到对象引用的映射，这好像Internet的域名服务系统将给定的域名转换为IP地址一样，命名服务采用类似文件系统中目录结构的方法来管理文件。

在CORBA命名服务中，命名对象以分层命名图的方式进行组织，称为命名树，如下图所示：
2.3.2.2命名树结构示意图
如上图所示，命名树的节点都是对象，其中图中的空心节点表示的是命名环境对象，简称为命名环境；图中实心节点表示应用程序的对象简称为应用对象。

建立命名树的目的是要根据对象的名字通过遍历的方式找到目的对象的对象引用。

在CORBA的命名服务中，构成名字的基本元素是有名组件(namedcomponent)。

有名组件本身是一个结构，该结构由两个字符串域组成：id和kind。

一般来说，id域给出用户的字符串标识，kind域给出一些描述信息，如名字所用的编码、版本等。

命名环境相当于一个目录，用来存放指向其它目录(即其它的命名环境)和文件(应用对象)的名字。

这种名字到对象引用关系就称为名字绑定。

在一个
命名环境中，给一个对象(可能是另一个命名环境)取一个名字的操作称为绑定(bind)，反之，从一个名字得到一个与之绑定的对象的操作称为解析(resolve)。

给定一个起始命名环境，在命名树中从起始节点到目标节点的遍历中，这些绑定序列就构成了唯一识别目标对象的路径名。

2.3.2.3 名字库
一般的命名服务中，使用者是直接对有名组件和名字的值进行操作的，为了更好的体现封装的特性，应该把服务的使用者与名字的具体表示分割出来，因此，系统建立工程名字库，实现对系统中多个工程对象的统一管理，这样命名服务的使用者就可以通过接口调用来管理和操纵名字的组成，避免了直接操纵有名组件的id域和kind域。

名字库的结构如图2.3.2.5所示。

本系统通过命名服务来提供对所有工程对象的管理，提供整个网络中工程对象的注册/注销功能，工程在启动时主动对生成的工程对象进行注册，当工程退出时主动对工程对象的注销；其它客户端只需知道对象名称就可以通过命名服务来得到其对象引用，从而完成所需功能。

例如，SCADA的工程对象首先得向命名服务注册，然后如果某个客户端想要得到SCADA工程对象引用，只需将此工程的名称作为参数来调用命名服务的接口，就可以获取此工程对象的引用。

事件服务设计
CORBA事件服务[18,19]是为了解决CORBA对象之间的通信问题而定义的，CORBA的事件服务提供了一种松散的、异步的通信机制，它的目标是建立一个通用的分布式事件模型。

在CORBA的事件服务中，事件的发送者和接收者都是对象，发送事件的对象扮演供应者的角色，接收事件的对象扮演消费者的角色。

事件的传送是借助一个称为事件通道的对象来进行的。

事件通道作为多个供应者对象与多个消费者对象之间的异步通信中介，负责将事件从供应者对象传送
给消费者对象。

因此，事件的传递经历了两个阶段，从供应者到事件通道的阶段以及从事件通道到消费者的阶段。

事件通道在这两个阶段起到了两种截然不同的作用，在前一个阶段，它是事件的消费者，在后一个阶段，它是事件的供应者。

加入事件通道后，供应者和消费者的关系变得松散，彼此看不到对方，而只同事件通道打交道。

对一个事件通道，可以有任意多个供应者和消费者与之联系，这样，由任意一个供应者发出的消息将会通过事件通道最终送达每一个消费者。

事件传递的模式有两种：推模式(push)和拉模式(pull)，这两类模式是依据由哪一方主动发起而划分的。

如果一个事件由供应者主动发出，消费者被动接收，就称为推模式；如果一个事件由消费者主动索取，而由供应者被动提供，就称为拉模式。

在事件传递的两个阶段中，可以使用不同的消息传递模式，例如，从供应者到事件通道采用推模式，从事件通道到消费者采用拉模式。

事件服务中有3个最重要的接口：供应者、消费者和事件通道，但是，这还不能完成供应者和消费者之间的通信。

事件通道对于供应者来说担当了消费者的角色，而对消费者来说担当了供应者的角色，在事件服务中这两种角色由其它的接口来完成，即供应者代理和消费者代理。

事件服务有很多重要的应用，一个最重要的应用就是用于实时数据发布。

实时数据发布就是现场SCADA将实时数据(模拟量、状态量、报警信息等)传递给相关数据需求方(监控站、服务器等)的方法策略。

假设有n个监控站和m数据源(SCADA)，每个需求方要向数据源发送m个请求，每个数据源要将每项数据发送n次，那么远程调用的次数为m×n。

当m和n的值较小时还能满足系统对实时性的要求，当m和n的值较大时，频繁的接口调用，再加上大量的传输数据，会严重影响到系统的实时性甚至是系统的稳定运行。

如图2.3.2.6所示，利用
事件服务的push-push模式，数据源以组播的方式向需求方发送数据，这样就能极大地提高效率。

2.3.2.6基于事件服务的实时数据发布
第3章智能楼宇监控系统的结构分析
3.1 楼宇智能化电气设备监控系统
运用楼宇智能化电气设备监控系统，为业主和用户提供良好的工作和生活环境，并使系统中的各个设备始终处在最佳运行状态，从而保证系统运行的经济性和管理的现代化和智能化。

以达到舒适、安全、健康、经济和节能的目的，因此，楼宇智能化电气设备监控系统是智能楼宇系统工程中不可缺少的基本组成部分，广泛受到重视。

3.1.1楼宇智能化电气设备监控系统的功能表现
1)设各监控与管理
可提供设备运行管理和楼宇经营管理，包括楼宇内的各种空间服务设施的预
约，使用分配、调度及费用管理。

能够对楼宇内的各种电气设备实现运行状态监控，报表编制，启停控制，维护保养及事故诊断分析等。

2)节能控制
包括空调、供配电、照明、给排水等系统的控制管理。

节能控制是在不降低舒适性的前提下达到节能、降低运行费用的目的。

3.1.2楼宇智能化电气设备监控系统的组成
1)建筑设各监控系统
楼宇智能化电气设备监控系统系统主要是对楼宇内的电力、照明、空调、给排水等机电设务或系统进行集中监视、控制与管理、以保证这些设备安全可靠地工作。

1.1)供配电设备监控子系统
安全、可靠是智能楼宇正常运行的先决条件，供配电监控子系统的主要功能是确保楼宇安全可靠的供电。

因而就要对各级开关设备的状态、主要回路的电流、电压及变压器的温度进仃监测，实现全面的能量管理。

1.2)照明系统监控子系统
照明系统与节能有关，在大型建筑中照明耗电仅次于供热、通风与空调系统(HV AC)。

利用自动化手段对照明设备进行有效的控制可以取得明显的节能效果，这主要是对门厅、走廊、庭园和停车场等处照明的定时控制，对照明回路分组控制，以及对一些重要场所实现智能化控制。

在照明监控子系统中，可以通过计算机软件设定启停时间表，按照预定的使用时间进行开环控制，也可以采用超声波、红外线等方式探测照明区域的人员活动及照度变化信息构成反馈控制方式。

1.3)暖通空调系统
空调系统在楼宇中的能耗最大，因此这一系统的中心任务就是在保证提供舒适环境的基础上尽可能降低运行能耗。

主要节能控制措施如下:
A）设备最佳启停控制;
B）空调及制冷机的节能优化控制;
C)设备运行周期控制;
D)电力负荷控制:
E)储冷系统最佳控制等。

这些协调是由空调监控子系统的管理计算机通过监控网络索取到楼宇使用要求与使用状况的信息，进行分析决策来实施的。

1.4)给排水监控子系统
给排水监控子系统的主要作用是为了保证供水、排水系统的正常运行，其基本监控内容是对各给水泵、排水泵、污水泵及饮用水泵的运行状态进行监测，对各种水箱及污水池的水位、给水系统压力进行监测，并根据这些监测信息，控制相应的水泵启、停或按某种节能方式运行。

1.5)电梯系统
大型建筑中均配置有电梯、扶梯，需要利用计算机实现群控，以达到优化传送、控制平均设备使用率与节约能源运行管理等目的，并与使得设备监控管理中心能够随时掌握各个电梯、扶梯的工作状况，以确保在火灾、非法入侵等特殊情况下对它们进行直接控制。

智能楼宇的内外环境要求标准高，尤其是内环境，为了满足人们工作、生活在舒适等多方面的需要，大量采用了多种多样的装饰材料。

一旦发生火灾，大量可燃材料的燃烧，将产生大量有害的烟气和毒气，直接危害人们生命安全。

为了适应智能楼宇现代化的需要，高水平的自动化设备和先进的通信网络比比皆是。

如若‘处出理电火花或线路绝缘层老化、短路竹现象’发生电气火灾，而且火灾蔓延速度会相当迅速，以致产生难以估计的后果。

由于智能楼宇尤其是高层或超高层建筑，其建筑容量大，可同时容纳成千上万人在楼内工作。

一旦发生火情，因为建筑通道复杂及楼层太多，以致造成人员疏散难度大，而且疏散时间长;据有关资料统计，在高度60m的智能大厦内，人
员安全疏散的时间需要.05h，在高度16Om的智能大厦内，人员安全疏散的时间增加至2h以上。

智能楼宇多数是多用途的综合性大楼，往往设有办公室、写字间、会议厅、饭店、公寓、娱乐场所等，期间人员复杂，而且难遇管理。

如果人们的防火意识淡薄或者放松警惕，就会增加火灾的发生。

A)自动水灭火系统
水，最为灭火介质，无毒、无污染，而且水火火系统的结构简单、造价低廉、性能稳定、工作可靠、维护使用方便，因此它是智能楼宇中最主要的灭火系统。

自动喷水灭火系统，根据系统构成和灭火过程，可分为室内消火栓灭火系统和室内自动喷淋水系统。

B)自动气体灭火系统
气体自动灭火系统只要用于火灾时不宜用水灭火或有贵重设备场所。

比如配电室、计算机房、可燃气体及易燃液体仓库等。

气体自动灭火设备室通过探测器探测到火灾后，向灭火控制器发信号，控制器收到信号后通过灭火指令来控制气体压力容器上的电磁阀，放出灭火用气体灭火。

同时还具有音响报警功育旨。

C)安全疏散系统
安全疏散系统主要包括事故照明与疏散照明(也叫应急照明)，是为了保证在火灾时人员能安全疏散而设置的。

应急照明的电源除了正常市电供电外一般还有备用电源或自备发电机供电，通常都设置在疏散通道、公共出口处，如疏散电梯、防烟楼梯间及前室、消防电梯及前室等。

D)消防电梯管理系统
消防电梯是智能楼宇中特有的必备设施，其作用有两个:一是当火灾发生
时，正常电梯因断电和不防烟火而停止使用，消防电梯则作为垂直疏散的通道之被启用;二走作为消防队员登高补救的重要运送工具。

消防电梯官理东玩就是要通过设置在消防控制室的电梯控制显示盘，或通过设置在楼宇消防控制室的专用开关来对消防电梯的运行进行管理控制。

安防自动化系统SAS
智能楼宇综合保安自动化系统对建筑智能化弱电系统来讲是一个十分重要的子系统，是确保大厦内人身、财产及信息资源安全的重要手段，是使楼宇有一个安全、方便、舒适与高效的工作生活环境的必要保证。

安放自动化系统SAS设计应该是一体化地实现对大厦内各种保安防范措施和功能的集成监控管理、报警处理和联动控制。