基于APOGEE系統(tǒng)的BMS集成實(shí)現(xiàn)

李衛(wèi)東

圣暉工程技術(shù)（深圳）有限公司，廣東深圳 518049

0 引言

隨著智能建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，其包含的子系統(tǒng)及設(shè)備也不斷增多，為了讓用戶能夠快速方便地了解各種建筑設(shè)備的運(yùn)行故障狀態(tài)和對(duì)設(shè)備的控制，BMS系統(tǒng)隨之產(chǎn)生。根據(jù)《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的定義，建筑設(shè)備管理系統(tǒng)（Building Management System，簡(jiǎn)稱BMS）是對(duì)建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和公共安全系統(tǒng)等實(shí)施綜合管理的系統(tǒng)。BMS系統(tǒng)通過將將建筑物內(nèi)的樓宇設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、閉路監(jiān)控及防盜報(bào)警系統(tǒng)、智能一卡通系統(tǒng)、智能停車場(chǎng)系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)等各個(gè)子系統(tǒng)集成在一個(gè)平臺(tái)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享，將各個(gè)具有完整功能的獨(dú)立子系統(tǒng)整合成一個(gè)有機(jī)體，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，提高系統(tǒng)維護(hù)和管理的自動(dòng)化水平。本文以某項(xiàng)目的BMS集成實(shí)施為例，講述以西門子APOGEE樓宇控制系統(tǒng)為平臺(tái)采用OPC技術(shù)進(jìn)行集成的實(shí)施方法、步驟。

1 西門子APOGEE樓宇控制系統(tǒng)

APOGEE系統(tǒng)是西門子公司推出的一套完整的樓宇控制系統(tǒng)，系統(tǒng)上層由Insight監(jiān)控軟件、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和多種DDC控制器組成，下層由各種傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。Insight監(jiān)控軟件是以動(dòng)態(tài)圖形為界面，向用戶提供樓宇管理和監(jiān)控的集成管理軟件。Insight軟件基于windows2003/xp/2000操作平臺(tái)，采用client/server架構(gòu)。Insight監(jiān)控軟件是一個(gè)具備第三方系統(tǒng)集成功能的監(jiān)控平臺(tái)，Iinsigh監(jiān)控平臺(tái)支持BACnet、OPC、LonWorks、MODBUS、EIB等協(xié)議。本項(xiàng)目中采用OPC接口方式實(shí)現(xiàn)與各子系統(tǒng)的集成功能。OPC協(xié)議是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了應(yīng)用Microsoft操作系統(tǒng)在基于PC的客戶機(jī)之間交換自動(dòng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的方法。

2 BMS集成的實(shí)現(xiàn)

2.1 BMS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目是一個(gè)大型公共建筑，由多棟建筑組成，各棟建筑分布范圍較廣，整個(gè)項(xiàng)目的智能化系統(tǒng)分布在各個(gè)建筑內(nèi)，各建筑內(nèi)的智能化系統(tǒng)由統(tǒng)一的控制中心來(lái)管理。本項(xiàng)目的BMS集成系統(tǒng)采用西門子APOGEE樓宇控制系統(tǒng)為平臺(tái)，由APOGEE系統(tǒng)的Insight軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視和管理?？紤]到智能化各子系統(tǒng)安裝位置分散、分布距離廣，因此本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)了以光纖為主干的三層路由交換局域網(wǎng)，稱之為樓宇控制專網(wǎng)，樓宇控制專網(wǎng)由一臺(tái)三層核心交換機(jī)及分布在各樓層的接入層交換機(jī)組成。樓宇控制專網(wǎng)既用于實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)自身設(shè)備遠(yuǎn)距離物理連接，也可使各子系統(tǒng)通過局域網(wǎng)與BMS集成服務(wù)器實(shí)現(xiàn)物理連接。BMS集成系統(tǒng)的平臺(tái)監(jiān)控軟件為Insight軟件高級(jí)版，系統(tǒng)集成接口模塊是OPC SEVER(5000PT)。本工程設(shè)置了一間智能樓宇監(jiān)控中心，配置一臺(tái)BMS服務(wù)器，運(yùn)行Insight軟件服務(wù)端，BMS集成服務(wù)器接入樓宇控制局域網(wǎng)。根據(jù)本項(xiàng)目的需求，BMS系統(tǒng)需要接入的對(duì)象有：樓宇自控系統(tǒng)、數(shù)字視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)；智能照明系統(tǒng)；入侵報(bào)警系統(tǒng)；出入口控制系統(tǒng)；電梯系統(tǒng)；冷凍站群控系統(tǒng)；變配電監(jiān)控系統(tǒng)；消防報(bào)警系統(tǒng)。

2.2 子系統(tǒng)的集成方式

2.2.1 數(shù)字視頻安防系統(tǒng)的集成

本項(xiàng)目視頻安防系統(tǒng)是數(shù)字式視頻監(jiān)控系統(tǒng)，視頻及控制采用了接入數(shù)字編解碼器后在以太網(wǎng)傳輸?shù)姆绞剑瑪?shù)字編解碼器接入樓宇控制專網(wǎng)內(nèi)。此系統(tǒng)的生產(chǎn)商提供第三方開發(fā)的SDK開發(fā)包，本項(xiàng)目利用此SDK開發(fā)包開發(fā)了一個(gè)接口網(wǎng)關(guān)，該網(wǎng)關(guān)運(yùn)行在BMS服務(wù)器上，通過樓宇控制專網(wǎng)來(lái)完成與視頻編解碼器的數(shù)據(jù)交換。由于BMS系統(tǒng)的Insight平臺(tái)提供的是OPC服務(wù)器接口功能，而OPC方式是采用客戶機(jī)/服務(wù)器模式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的，因此該網(wǎng)關(guān)作為OPC客戶端來(lái)訪問Insigh，同時(shí)也做為BMS平臺(tái)的視頻圖像的顯示及控制功能模塊。

2.2.2 配電監(jiān)控系統(tǒng)的集成

配電監(jiān)控系統(tǒng)采用的是IEC104數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約，此規(guī)約是基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。本項(xiàng)目中配電監(jiān)控系統(tǒng)有多臺(tái)通訊管理機(jī)，配電通訊管理機(jī)通過自已的局域網(wǎng)進(jìn)行互連。要實(shí)現(xiàn)BMS服務(wù)器與配電監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，需要配電監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)接入BMS樓宇控制專網(wǎng)，因此將配電監(jiān)控系統(tǒng)的交換機(jī)與樓宇控制專網(wǎng)進(jìn)行了級(jí)聯(lián)。在網(wǎng)絡(luò)互通的情況下，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)配電數(shù)據(jù)采集，開發(fā)一個(gè)軟件網(wǎng)關(guān)，運(yùn)行在BMS服務(wù)器上。此網(wǎng)關(guān)按IEC104數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約來(lái)取得配電數(shù)據(jù)，并作為OPC客戶端與Insight平臺(tái)上的OPC服務(wù)器交換數(shù)據(jù)。

2.2.3 智能照明系統(tǒng)集成

智能照明系統(tǒng)有獨(dú)立的上位監(jiān)控主機(jī)，并提供了OPC服務(wù)器接口，將智能照明主機(jī)連入樓宇控制專網(wǎng)，通過路由配置實(shí)現(xiàn)智能照明主機(jī)與BMS服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接。由于BMS集成系統(tǒng)也是OPC服務(wù)器，因此在BMS服務(wù)器上開發(fā)了一個(gè)OPC客戶端，由客戶端來(lái)完成Insight平臺(tái)上的OPC服務(wù)器與智能照明OPC服務(wù)器間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

2.2.4 冷凍站群控系統(tǒng)集成

冷凍站系統(tǒng)的設(shè)備由獨(dú)立的群控系統(tǒng)進(jìn)行控制，該群控系統(tǒng)已預(yù)留了第三方集成接口，此接口稱為datalink 連接單元，有一個(gè)25針的連接串口，工作方式是第三方設(shè)備通過Datalink的串口發(fā)送要讀取的變量的指令。Datalink收到該指令后，通過群控系統(tǒng)的CCN網(wǎng)絡(luò)從相應(yīng)的控制器中抓取第三方系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)，并通過Datalink的RS232串口返回給第三方系統(tǒng)。本項(xiàng)目中BMS服務(wù)器作為第三方，以ASCII方式從串口讀取數(shù)據(jù)。在此也開發(fā)了一個(gè)軟件網(wǎng)關(guān)，用于在對(duì)datalink串口數(shù)據(jù)讀寫的同時(shí)作為OPC客戶端與Insight平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

除上述子系統(tǒng)外，其它幾個(gè)子系統(tǒng)也均采用類似方式與BMS系統(tǒng)進(jìn)行集成。由于本項(xiàng)目BMS供貨合同中訂購(gòu)的接口模塊是OPC服務(wù)端，并非OPC客戶端?；贠PC方式是采用客戶機(jī)/服務(wù)器模式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換的，因此需要在BMS平臺(tái)上開發(fā)一個(gè)各子系統(tǒng)的軟件網(wǎng)關(guān)，既用來(lái)實(shí)現(xiàn)與硬件設(shè)備的通訊，也實(shí)現(xiàn)OPC服務(wù)器間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)功能。

2.3 BMS集成系統(tǒng)的組態(tài)

作為BMS集成實(shí)施的第一步，解決了各子系統(tǒng)與Insight平臺(tái)的數(shù)據(jù)通訊后，接下為需要進(jìn)行設(shè)備組態(tài)、畫面組態(tài)、控制程序編寫等工作。APOGEE系統(tǒng)的BMS集成組態(tài)工作是通過Insight軟件平臺(tái)來(lái)完成的，包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建立、監(jiān)控點(diǎn)的定義、監(jiān)控界面的生成、控制策略的生成等步驟。

2.3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建

此部分主要進(jìn)行系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的設(shè)置，包括系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建、服務(wù)器、工作站的定義、各種控制器的定義。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建通過Insight軟件的系統(tǒng)輪廓（System Profile）工具來(lái)進(jìn)行的。在完成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備的設(shè)置之后，最終要以圖形的方式來(lái)表現(xiàn)樓宇控制系統(tǒng)。在本項(xiàng)目中分別定義了工作站， BLN網(wǎng)絡(luò)、FLN網(wǎng)絡(luò)、DDC控制器、及串口的配置。

2.3.2 各子系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)的定義

Insight平臺(tái)上的監(jiān)控點(diǎn)可分點(diǎn)物理點(diǎn)、虛擬點(diǎn)，本項(xiàng)目中通過DDC控制器的物理連接的點(diǎn)為物理點(diǎn)，而通過OPC接口獲取的點(diǎn)為虛擬點(diǎn)，相當(dāng)于一個(gè)變量，用于存儲(chǔ)從子系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)，物理點(diǎn)與虛擬點(diǎn)以相同的方式進(jìn)行定義。在本項(xiàng)目中從各子系統(tǒng)取得的數(shù)據(jù)在定義時(shí)按子系統(tǒng)的點(diǎn)表來(lái)進(jìn)行命名。所有的點(diǎn)均通過Insight軟件中的點(diǎn)編輯器進(jìn)行定義并存于數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。

2.3.3 監(jiān)控界面的組態(tài)

Insight軟件的監(jiān)控界面由Designer軟件來(lái)生成，Designer軟件是一個(gè)圖型制作軟件，自帶各種常用的圖庫(kù)，支持各種圖型、圖片格式。通過Designer制作出BMS系統(tǒng)主界面及各子系統(tǒng)的監(jiān)控界面，監(jiān)控畫面包括BMS主監(jiān)控畫面、各子系統(tǒng)主監(jiān)控畫面、各子系統(tǒng)的分畫面，這些畫面作為集中監(jiān)控界面的背景圖。將由Designer制作的背景圖通過Insight平臺(tái)的Graphics工具導(dǎo)入，通過在Graphics中插入各子系統(tǒng)的背景圖，生成各系統(tǒng)的監(jiān)控畫面。要在監(jiān)控畫面上實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的顯示、動(dòng)畫、畫面切換等功能，則需要添加相應(yīng)控件。在Insight中提供了多種控件，如點(diǎn)信息塊、棒形圖、圖形鏈接、動(dòng)畫等控件。將控件添加到背景圖上需要?jiǎng)討B(tài)顯示及控制的位置，并關(guān)聯(lián)上已定義的信息點(diǎn)。畫面即可根據(jù)信息點(diǎn)的變化顯示情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。

2.3.4 控制策略的生成

BMS集成的主要功能之一是系統(tǒng)的控制功能。系統(tǒng)的控制功能是由控制策略來(lái)執(zhí)行，Insight的控制策略是通這PPCL語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PPCL是一種類似BASIC結(jié)構(gòu)的高級(jí)語(yǔ)言，PPCL的編程是在Insight的程序編輯器下進(jìn)行。由于各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在Insight平臺(tái)上進(jìn)行了統(tǒng)一的定義，各子系統(tǒng)的點(diǎn)在BMS平臺(tái)上可以看作是同一個(gè)系統(tǒng)的點(diǎn)，可在PPCL語(yǔ)句中進(jìn)行引用并實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)的操作控制功能?？渥酉到y(tǒng)的聯(lián)動(dòng)功能也就是通過對(duì)各子系統(tǒng)的點(diǎn)進(jìn)行編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

3 結(jié)論

本項(xiàng)目所集成的子系統(tǒng)采用多種協(xié)議和接口方式，要轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，實(shí)施起來(lái)較為復(fù)雜，不僅要開發(fā)協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件網(wǎng)關(guān)，還需要進(jìn)行大量的硬件及軟件接口測(cè)試，這也是集成過程花費(fèi)較多時(shí)間去完成的工作。因此在工程整體設(shè)計(jì)階段，在進(jìn)行系統(tǒng)和設(shè)備選型時(shí)需要盡量考慮集成平臺(tái)的開放性和各子系統(tǒng)接口的標(biāo)準(zhǔn)化，這樣更利于系統(tǒng)集成功能的實(shí)現(xiàn)。

[1]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).GB/T50314-2006.

[2]APOGEE頂峰系統(tǒng)技術(shù)手冊(cè)(2006).北京：西門子公司，2006，5.

[3]劉彬，程大章.向過程控制的一種新技術(shù)——OPC數(shù)據(jù)訪問標(biāo)準(zhǔn).計(jì)算機(jī)工程，2000，10.