楼宇自控系统的架构设计

6、数据结构
• 数据结构的设计一般包括监控软件内嵌的数据库处理程序和外配 的数据库处理程序两部分。通常在HMI监控软件内都会内嵌一个 数据库程序模块．从HMI软件本身的功能定位和性能考虑．这个 内嵌的数据库程序主要用于实时数据库的操作、管理和归档．而 对于归档后的历史数据库管理、查询和分析处理能力都较弱，这 也是目前HMI软件的报表功能不理想的主要原因。因此，若需要 对』3档的历史数据库进行综合分析，提升归档历史数据库的附 加值．必须在HMI软件外再选配适当规模的数据库处理软件。两 个层面的数据库处理软件可遵循如下处理 • 原则进行选择，即：根据系统应用数据库的大小．对一般中小型 的数据库采用Sybase、Access等数据库，对中大型的数据库则选 用MS SQL Server等．而对大型数据库则宜采用Oracle等高性能 的数据库处理软件。
表5上位机系统通过网卡直 接管理DDC控制系统
• • • • • 架构1及其变形 s1-1．增增加FCN2 s1-2. 用PC连接网关，实现系统集成 s1-3.用DDC连接网关实现系统集成 s1-4.将集成网关直接连到控制层网．实 现集成
s1-2. 用PC连接网关，实现系统集成
s1-3.用DDC连接网关实现系统集成
应用实例： （1）加拿大的可信系统 （2）加拿大的Delta系统 (3)艾顿BACtalk系统 （4）卓林系统 应用场合：系统规模较大，或作后续扩展，同时对系 统的开放性要求很高。
• • • • • •
架构5及其变形 S5-1．增加FCN2 S5-2.在管理层连接网关，实现系统集成 S5-3.在控制层连接网关实现系统集成 S5-4. 集成网关与路由器均连接在管理层 S5-5. 在控制层连接集成网关，在管理层链接 路由器
• 第四步：数据结构设计。主要评估系统 实时数据库的规模、对实时数据库的归 档要求和实时数据库的综合利用情况， 结合厂家HMI软件对数据库软件内嵌的情 况进行设计。如优先选用内嵌SQL Se rve r数据库模块并外配SQL Server数据 库软件的架构。
• 第五步：硬件结构设计。主要评估系统监控 信息点的分布情况、监控信息的处理精度要求、 联动控制时监控信息之间关联度大小、投资成 本概算等情况．结合厂家产品的技术指标与性 价比．综合前面对网络结构、集成结构与拓扑 结构的设计进行硬件结构设计。如优先考虑采 用集中t／o、分布式I／O并存的分布式控制结 构，将关联度大的监控信息尽可能由一台控制 器进行集中管理，降低联动控制的故障率，优 化网络中的数据流。
9、小结
• 上面讨论了楼宇自控系统架构设计需考 虑的几个主要问题。由于具体的架构设 计非常灵活，故最后就架构设计作一个 小结，提供一个在架构设计中进行系统 思考的方法。具体描述如下：
• 第一步：网络结构设计。主要评估目前 各厂家产品的技术指标、各厂家产品对 协议的支持情况，系统的规模、预计投 入的资金等内容．进行网络结构设计。 如优先选择目前通用性好、扩展性好、 产品选型范围较广的BACnet协议架构， 在管理层采用以太网，在控制层采用MS ／TP网的双层网络结构。
• 第二步：集成结构设计。主要评估系统集成 对象在系统集成中要实现的功能、交互的信息 量大小、支持的协议类型等内容，结合厂家产 品的性价比情况，进行集成结构设计。如优先 选用开放性好、协议支持类型多、联动控制效 果好、对集成信息交互能力较强，通过专用网 关在管理层网络进行集成的控制层集成方案。
• 第三步：拓扑结构设计。主要评估系统 对以前系统的兼容性，以后的扩展性， 综合考虑网络结构和集成方案等内容， 对拓扑结构进行设计。如优先考虑上面 拓扑结构中的架构S5—2／$5-4。
• 第六步：软件结构设计。主要评估系统监控信 息的综合利用情况(如对信息的控制要求，分 析处理要求、信息发布要求等)、操作业务的 变更要求，参与监控系统操作的人员素质、系 统以后的升级改造与扩容等情况，进行设计。 如优先选用对实时监控处理能力较强的c／s架 构充当楼宇自控系统的监控管理，当对信息发 布要求较高时，再增设WEB月E务器进行转换的 c／s．B／S架构并存的方案。
7.3、上位机系统通过管理层 网络和网络控制器间接管理 DDC控制系统
• 主要特征：采用管理层和控制层两层架 构，管理层连接网络控制器，上位机管 理系统同时连接多台网络控制器。 • 优点：可着重设计高性价比的网络控制 器，提高系统的整体性能。架构设计简 洁，扩展性好、性价比高。 • 缺点：投入费用相对较高。
5、系统集成结构
• 随着建筑智能化程度的提高．人们对建筑设备的控制管理不再停留在简单 地在控制室集中进行远程开\停机操作和单机环境参数的优化控制．而是上升 到系统全局的优化控制。影响建筑设备联动控制的因素也不再局限于楼宇自 控系统内部，如检测到火灾报警时．空调设备需立即停机、通风设备立即进 入防排烟工况运行、启动消防广播组织人员疏散、启动疏散指示系统、电梯 迫降底层等；再如当检测到防盗报警时．将迅速启动门禁系统对相关的门禁 点和停车场出入口进行门禁管制、打开报警现场的照明系统、调用CCTV监控 系统对报警现场与过程进行录像、启动广播系统通知有关人员迅速进入现场 处理事故等。 • 上面这些看似简单的联动工作，其实已经涉及到了智能建筑中楼宇自控系统、 防盗报警系统、火灾报警系统、视频监控系统、门禁系统、广播系统、照明 系统、停车场管理系统、电子公告与信息发布等多个弱电子系统的工作配合 问题。由于各子系统各自独立发展，系统之间的互连与互操作必须进行专门 的集成设计。根据集成设计实现的途径．集成方式大致分为控制层集成和管 理层集成。各种集成方式的特点与应用场合简单描述如表4。
9、拓扑结构
• 当网络的规模较大或网络异构时．可配置路由器对网络 规模进行扩展；当第三方系统接入时可配置集成网关解 决系统之间的互连与互操作问题。因此，在网络结构与 拓扑连接上有多种选择。根据楼宇自控系统中DDC控制 器、网络控制器、路由器、集成网关、上位机监控系统 等各部件互连与互操作的解决方案，一般常用的拓扑结 构有以下五类： • 根据路由器与集成网关的接入层次．每种拓扑结构又有 多种具体的连接变形。
8．3软件系统升级
• 软件系统升级指软件功能升级或软件版本 升级。基于c／s架构的系统， • 软件系统升级时应考虑客户端和服务器同时升 级，并且还会涉及到所有硬件配置的调整问题， 通常会有较大的麻烦。而基于B／S架构的系统， 软件升级时只要对服务器部分进行升级就可以 了，对系统功能提升的适应性较好。
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应用实例： 江森的ADS、M3、M5系统 奥莱斯的WebCTRL系统 霍尼韦尔Excel5000系统 应用场合：系统规模较大，或作后续扩 展，对外网络的连接有较高的要求。 • 架构3及其变形
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S3-1．增加FCN2 S3-2.在管理层连接网关，实现系统集成 S3-3.在控制层连接网关实现系统集成 S1-4.在控制层连接集成网关，在管理层 连接路由器 • S1-5. 集成网关和路由器均链接到管理 层
• 表6上位机系统通过网络适配器直接管理 DDC控制系统 • 架构2及其变形． • 与架构1的区别是：用网络控制器或适配 器取代网卡。
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S2-1：增加FCN2 s2-2 用PC连接网关实现集成 s2-3：用DDC连接网关．实现集成 s2-4，集成网关直接连控制网集成 s2-5：用网络控制器作集成 S2-1：增加FCN2
7．1、上位机系统通过网卡直接管理DDC控制系 统(表5)
• 主要特征描述：系统仅有控制网．上位机管理系统通过 网卡与控制层相连。 • 优点：简单、经济、适用，系统调试方便快捷。 • 缺点：扩展性不好。 • 应用实例： • (])霍尼韦尔ExceI5000系统中采用XPCS00接C-Bus总线。 • (2)采用SLTA-10接LON总线。 • 应用场合：中、小型项目应用 (500点监控规模以下)， 系统无后续扩展要求。对系统处理速度与可靠性要求不 高。
楼宇自控系统的架构设计
1、概述
• 通常,一个好的架构设计可以方便地融入各种成熟、 先进的技术，产品选型范围广．具有较高的性价比； 可方便系统升级；能适应未来一定时期的发展要求, 扩展性好；系统运行维护的备品备件容易获得．开 放性与兼容性好。因此．系统架构设计是系统设计 的基础与灵魂．系统架构的技术水准决定了能否实 现系统的关键功能，决定了系统设备的选型与协调 配合以及系统投入运行后的维护与扩展升级等方面。 下面针对楼宇自控系统发展的技术现状．从网络、 软件、硬件、数据等方面的结构与集成方案进行分 析，希望提供一种楼宇自控系统架构设计的系统分 析方法。
2、网络结构
• 楼宇自控系统的网络一般包括管理网络和控制 网络。若考虑控制网络的特点．又可将控制网 分为一到二层．组成二层或三层网络结构。 • 三层网络的主流结构与主要性能指标参见表1。 • 第一层：管理网络或集成网络； • 第二／三层：控制网络或现场网络，
楼控系统通信网络的主流结构与性能指标
3、软件结构
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架构4及其变形 S4-1．增加FCN2 S4-2.在管理层连接网关，实现系统集成 S4-3.在控制层连接网关实现系统集成 S4-4. 集成网关与路由器均连接在管理层 S4-5. 在控制层连接集成网关，在管理层链接 路由器
7.5、上位机系统通过管理层网络既可以直 接管理DDC控制系统，又可以同时借助网络 控制器间接管理DDC控制系统
8、其他 8.1、软件点规模升级
• 软件点规模是衡量监控软件对变量标签 管理能力的一个标准。不同厂家的监控 软件在架构设计时，应考虑系统的监控 规模有多大。
8.2、操作系统平台选择
• 操作系统平台是指监控软件必须基于的软件环 境，几乎所有的厂家产品均是基于Windows平 台开发的。无特殊要求时，默认选择Windows 平台。(如对可靠性有特殊要求时)，也可选 Unix或Linux平台。由于支持跨平台的产品不 多．在产品选型时会受到一定的限制。目前支 持跨平台的产品有美国奥莱斯的WebCTRL系统 等。
s1-4.将集成网关直接连到控制层网．实现集成
7．2上位机系统通过网络适配 器直接管理DDC控制系统(表6)
• 主要特征描述：系统仅有控制层网络， 上位机管理系统通过单台网络控制器或 适配器进行点对点连接。 • 优点：简单、经济、适用．调试方 便快捷。 • 缺点：扩展性不好。
• 应用实例： • (1)霍尼韦尔Excel5000系统中采用BNA接 C-Bus总线。 • (2)采用i-Lon600接Lon总线。 • (3)用PCLTA-20接Lon总线。 • 应用场合：中．小型项目应用.
• 3、软件结构 • 目前，楼宇白控系统的软件结构主要有C／S和B ／S两种。 • 4、硬件结构 • 楼宇自控系统的硬件设计一般采用模块化结构．在进 行设计时，应对控制方式、控制站规模、信号采集方 式、信号处理精度和模块的I／O密度等进行规划，使 硬件设备扩展灵活，控制可靠、处理能力和处理精度 等满足应用要求。硬件结构的规划建议如表3。
• 7.5、上位机系统通过管理层网络既可以直接管理DDC 控制系统，又可以同时借助网络控制器间接管理DDC 控制系统 • 主要特征：采用管理层和控制层两层架构；在管理 层DDC控制器、网络控制器同层连接，上位机管理系 统对DDC控制器的控制可直接下达，也可由网络控制 器转发。 • 优点：系统架构完全开放，扩展性好。 • 缺点：管理层管理控制难度加大，且对朱DDC控制器 的要求较高。
7.4、上位机系统通过管理层 网络直接管理DDC控制系统
• 主要特征：采用管理层和控制层两层架构，管理层连 接DDC控制器，上位机管理系统同时连接多台DDC控制 器。 • 优点：DDC直接与上位机管理系统连接，结构简介， 控制管理指令直接下达给DDC，控制过程简化。 • 缺点：对DDC控制要求较高。 • 应用实例：西门子S600系统。 • 应用场合：系统规模较大，或作后续扩展，对外网络 的连接要求不高。