监测监控在建筑智能化中的设计与应用

王金星

（万桥信息技术有限公司，兰州730000）

1 前言

建筑智能化是将信息技术、电子技术、通信技术等高科技手段应用到建筑的设计、施工、运营与管理中来，通过对建筑进行自动化、智能化改造，使其具备智能化诊断、预测、控制、调节、优化、安全等先进功能，提高建筑的管理效益，以满足室内环境、安全、舒适度、节能等要求，并为使用者提供便捷、舒适、高品质的居住或工作体验。建筑智能化的实现离不开物联网技术、大数据分析等现代高科技手段的支持。

监测监控系统指的是一种用于对监测对象进行实时、准确和综合监测的系统。该系统通过安装传感器、监测仪器和数据采集设备等，可以对监测对象的状态和性能进行全方位、多参数的实时监测，比如温度、湿度、振动等。同时，该系统还配合数据处理、分析、报警和反馈等功能，实现对监测对象的完全掌控，确保设备、工程或环境等的安全性、可靠性和稳定性。监测监控系统被广泛应用于建筑、桥梁、环境、交通等领域，可以对各类工程和物体的状态进行实时监测，并及时预警、提醒处理，应用性非常广泛[1]。本文主要研究监测监控在建筑智能化中的设计与应用。

2 监测监控在建筑智能化中的设计与应用

2.1 建筑智能化的系统结构框架

建筑智能化可划分为OAS、BAS 和CAS 三大功能子系统。

楼宇设备自动化系统（BAS，Building Automation System），其功能是自动监控建筑物内机电设备的运行使其达到最佳状态，同时确保建筑物的安全。

通信自动化系统（CAS，Communication Automation System），其功能是借助电话网络，计算机网络、卫星通信来提供语音、数据、文字和图像等信息服务。

办公自动化系统（OAS，Office Automation System），其功能是给建筑物内的用户提供管理信息和网络，实现办公电子化和办公自动化，提高办公室工作效率。

下文主要研究建筑智能化中楼宇设备自动化系统的设计与应用。

2.2 楼宇设备自动化系统结构

通过楼宇自动化系统可实现智能建筑内各种机电设施的自动控制。BAS 系统是由一个信息通信网络组成，该网络能够将设备的优点和潜能充分发挥出来，可以对机电设备的工作参数和运转状态进行监测。此外，BAS 还会根据外部环境、周边条件、负荷波动等不同情况的变化来选择各种设备的适合工作状态，达到优化设备工作状态、延长设备使用寿命、减少能源使用量等目的，同时，可以进一步降低设备维护频率，减少维护人员劳动强度和工作时间。最终，这些措施将有助于降低设备的运行成本并为建筑内的人们创造一个更安全、舒适、高效率、节能的室内环境[2]。

3 监测监控在楼宇设备自动化中的设计与应用

3.1 设计对象

拟设计对象为甘肃省某四星级宾馆，建筑面积2.5万平方米，楼高30 层，内部餐饮、健身场所、游泳馆、会议室等配套设施齐全。

3.2 设计思路

楼宇设备自动化系统（BAS）旨在方便管理和节约能源，并通过提高管理效率和节能收回投资。因此，在设计BAS 系统时，应以满足实际需要、减少不必要的投资为主要考虑因素。（1）该宾馆的BAS 系统中，将消防控制与闭路电视等中心站设置在一个房间内，以便更好地提高管理效率。同时还设置了接入消防、保安系统的渠道，通过网络连接BAS 系统主机实现宾馆的管理、办公自动化。为方便施工和后续检修，采用传统布线方式为BAS 系统布线。（2）监测系统包括模拟量、开关量监测两部分，其中模拟量监测包括电力系统、给排水系统、空调系统等，涵盖环境温湿度、温度流量、风量、电压电流等各种参数的监测。开关量监测包括空调系统、给排水系统、照明系统、热力系统等各部分的设备开停状态以及故障报警等[3]。（3）控制系统使用集散系统，空调系统采用温度自动控制或最佳启停控制以便节约能源，设备现场以集中控制为主，地点分散的少数设备采用现场控制器即DDC。

3.3 系统组成

宾馆BAS 系统主要由主机、备用机，现场控制器（DDC）等监测监控产品组成[4]，具体结构如图1 和图2 所示。

图1 BAS 系统中心站结构图

图2 BAS 系统现场设备结构图

3.3.1BAS 系统中心站

中心站由主机、备用机、干线驱动卡以及系统软件构成。

（1）主机、备用机

在采集数据时，现场实时数据既可以用二进制显示，也可以用十进制显示。通讯状态可以由该系统进行判断，并在触发报警时发出语音报警。此外，该系统还可以通过现场调节控制器（DDC）实现手动或自动的控制，同时可以将所收集的数据传输至局域网中。并以动态图形的形式显示在各分站。

该系统除了标准配置的主机和备用机外，还有两块功能卡插在其扩展槽上。其中一块是多用户卡，用于采集数据和传递控制命令，通过主机向干线发出信号即咨询信号，然后接收由干线返回主机的信号即应答信号。另一块是网卡，该网卡把整个楼宇设备自动化系统（ABS）连成一个局域网，各计算机可以通过网络连接到网上[5]。按照需求，还可以通过网络连接其他系统。一旦主机发生故障，热备份系统会自动切换到备用主机，将其接入系统。

（2）干线驱动卡

为适用于信号的远距离传输，所以需要干线驱动卡把中心站主机和备用机输出的信号转化为基带信号。

（3）系统软件

开发该系统所使用的编程语言有C++、FoxPro 和汇编等，组成该系统软件的是无数个模块且都具有独立功能。其中，系统的前台和后台任务相互独立，分别负责显示和编辑、数据采集和处理、报警和控制等多个环节。在WINDOWS 平台进行该系统操作。

3.3.2BAS 系统现场设备

（1）现场控制器（DDC）及软件

现场控制器（DDC）可以作为主机的子系统或分站，对主机的命令和信息进行接收并执行，同时还能独立自成系统进行就地控制，并进行自主信息的接发。此外，DDC 软件不仅具有与主机通讯的能力，还可以独立进行信息处理和运算。DDC 的软件不仅可以与主机进行通讯，也可以进行独立的信息处理和运算。

（2）信号转接器

基于其在信息交换方面是中心站与现场设备之间的纽带，信号转接器接收和处理各种模拟量、开关量和脉冲量，将它们转化为具有相同位数和排列顺序的数字，然后输出。由此，各个传感器可以直接连接到系统的干线上，这两个特点凸显了这种BMS 系统的独特之处：首先，系统结构简单，所有传感器都可以近距离连接干线电缆，就像灯泡一样的简单连接方式；其次，该系统能够适配各种国内外标准的传感器，具有较高的开放性。

（3）传输电缆

这个基础传输电缆有三个层次的屏蔽和一层外部的塑料保护套，其中包括四根芯线，其中两根芯线是信号线，另外两根芯线则作为电源线。

3.4 系统特点

3.4.1 网络结构

NOVELL 网络结构被应用于该系统，使得系统能够便捷地连接办公自动化（OA）和通信自动化（CA）实现局域网的搭建。

3.4.2 系统的可靠性高

系统的主机和信号转接器之间采用干线22 位码进行串行通信，其中超过一半的位码用于进行校验，因此传输通道的误码率极低（小于10-6）。再者，通信软件还采用了两次求和校验，并且电缆采用了三层屏蔽的特殊设计。此外，主机还会监测每个测控点的通信成功率，展示给操作人员时可以柱状百分比的形式，从而确保了系统的可靠性。

3.4.3 系统传输速率高

这个系统的数据传输速率是4800bps，具有较快的巡检速度和优秀的实时性能，同时可以调整扫描频率。

3.4.4 离散控制系统

离散控制系统由主机监控和现场控制器（DDC）来完成操作，主机既能提供监控功能，又能直接操控，而现场控制器（DDC）可以独自传输和处理信息。即使主机或系统总线运行异常，现场控制器仍可继续工作。

3.4.5 系统软件丰富

该系统的软件丰富性主要体现在以下几个方面：所有软件都已经翻译成中文，并且通过鼠标或键盘按照中文菜单提示操作，非常容易上手；该主机实时以二进制和十进制报表的形式展示传感器数据，并且可以方便的查看历史数据文件，或者展示传感器状态随时间展示的曲线。此外，监控点传感器的通讯状态还可以以柱状图或者百分比的形式展示，并且支持随时打印报警信息。图形的编辑采用窗口技术，可以存储超过一百张图形；数据存储时间长，记录周期短。

4 结论

本文设计的楼宇设备自动化系统在甘肃该宾馆实时运行以来，得到用户一致好评，有功能齐全、性能稳定、经济高效、配置合理、环保节能等评价。不过随着建筑智能化的发展，人们逐渐意识到智能化的便利和优势，本文只通过监测监控系统设计建筑智能化中的楼宇设备自动化子系统，得到初步认可，但是其他子系统的设计和应用仍需进一步研究。