BAS結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)交換研究

吳恩周

(濟(jì)川藥業(yè)集團(tuán)有限公司, 江蘇 泰興 225441)

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BAS結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)交換研究

吳恩周

(濟(jì)川藥業(yè)集團(tuán)有限公司, 江蘇 泰興 225441)

介紹了樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)結(jié)構(gòu)模型,采用Express-G圖形語(yǔ)言描述了BAS實(shí)體操作序列的結(jié)構(gòu),分析了BAS中數(shù)據(jù)交換的內(nèi)容和過(guò)程。提出要合理地分清和規(guī)劃BAS的模型結(jié)構(gòu),并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,以便更高效、便捷地使用數(shù)據(jù),為降低能耗提供數(shù)據(jù)支撐。

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng); 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu); 數(shù)據(jù)交換; 數(shù)據(jù)模型

吳恩周(1988—),男,碩士研究生,研究方向?yàn)榻ㄖ姎庵悄芑?/p>

0 引 言

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(Building Automation System,BAS)是一種將建筑物內(nèi)的自動(dòng)化設(shè)備集中監(jiān)視和控制,并能在現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程進(jìn)行管理的系統(tǒng),如照明系統(tǒng)、供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)(Heating,Ventilating and Air Conditioning,HVAC)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等[1-3]。JGJ/T 16—2008《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中將BAS分為設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)(設(shè)備運(yùn)行管理和監(jiān)控系統(tǒng))和消防、安防自動(dòng)化系統(tǒng)兩種。由于建筑在實(shí)際施工中,消防屬于特種設(shè)備,因此對(duì)于消防系統(tǒng)的BAS部分更多只是監(jiān)視部分,不具有控制功能。智能建筑因BAS的完善和設(shè)備產(chǎn)品的發(fā)展,向人們提供更加安全、高效、便捷等功能的建筑環(huán)境,因此在綠色智能建筑中對(duì)BAS的需求越來(lái)越多,對(duì)系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。

1 BAS的IFC模型

BAS在建筑的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維階段都將是數(shù)據(jù)量非常大的集成系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)階段,既包含產(chǎn)品信息,也包括BAS中上、下級(jí)設(shè)備之間相關(guān)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù);在運(yùn)維階段,既包括設(shè)備采集到的數(shù)據(jù),也包括對(duì)供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),數(shù)據(jù)種類(lèi)比較繁雜。因此,合理地分清和規(guī)劃BAS模型結(jié)構(gòu),提供統(tǒng)一、共享的數(shù)據(jù)極為重要。

1.1 Express語(yǔ)言概述

IFC標(biāo)準(zhǔn)使用Express語(yǔ)言,采用面向?qū)ο蟮拿枋龇椒?其將IFC模型描述為類(lèi)、與類(lèi)相關(guān)聯(lián)的屬性以及類(lèi)與其他約束之間的關(guān)系。Express語(yǔ)言是機(jī)械、制造、航空航天、工藝等產(chǎn)品制造領(lǐng)域的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)STEP使用的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)規(guī)范化語(yǔ)言,因此Express是一種信息化的建模語(yǔ)言[4-6]。STEP層次結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 STEP層次結(jié)構(gòu)

1.2 Express-G圖型語(yǔ)言概述

Express-G是相對(duì)于Express語(yǔ)言的一種圖形表達(dá)形式,在表示方法的限制內(nèi)是用一個(gè)實(shí)體層或模式層精確地表示所有定義、關(guān)系及限制,用各種預(yù)定義的圖形符號(hào)來(lái)代表模型中各系統(tǒng)、元器件之間的拓?fù)潢P(guān)系。Express-G圖形符號(hào)如圖2所示。

圖2 Express-G圖形符號(hào)

2 BAS數(shù)據(jù)模型的描述

IFC信息模型體系結(jié)構(gòu)為模型模塊的開(kāi)發(fā)提供模塊化結(jié)構(gòu),由資源層、核心層、協(xié)同層、領(lǐng)域?qū)咏M成,一個(gè)類(lèi)型可以引用同層或低層次的類(lèi)型,但不能引用高層次的類(lèi)型。

2.1 BAS結(jié)構(gòu)模型

BAS信息模型中包含各分系統(tǒng)的終端設(shè)備型號(hào)、控制元件位置,同時(shí)也包括對(duì)操作序列的描述,明確了系統(tǒng)內(nèi)部的工作方式和設(shè)備之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系。盡管操作序列并不是描述連續(xù)的過(guò)程,但對(duì)BAS的控制策略有完整的規(guī)劃[7-9]。系統(tǒng)集成商依據(jù)該模型,創(chuàng)建控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù),其中包括BAS通信方式、網(wǎng)絡(luò)傳輸需求、傳感器設(shè)備參數(shù)以及I/O配置參數(shù),還需開(kāi)發(fā)出基于操作序列的描述方式的控制程序。

BAS中最重要的組成就是對(duì)HVAC系統(tǒng)的監(jiān)控,該部分投資比重大,能源消耗大。在建筑運(yùn)維過(guò)程中,能源的消耗占建筑總能源消耗的40%,甚至更高。因此,對(duì)HVAC系統(tǒng)監(jiān)控的智能化程度不僅是實(shí)現(xiàn)控制效果的重要方式,也是取得直接經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。BAS中的監(jiān)控子系統(tǒng)種類(lèi)較多,本文選取最具代表性且能耗最大的HVAC系統(tǒng)作為描述對(duì)象。HVAC系統(tǒng)拓?fù)淠Ｐ腿鐖D3所示。

圖3 HVAC系統(tǒng)拓?fù)淠Ｐ?/p>

2.2 BAS的Express-G描述

BAS系統(tǒng)實(shí)體操作序列如圖4所示。

圖4 BAS實(shí)體操作序列

實(shí)體操作序列中包含了獨(dú)立、完整的設(shè)備部件的操作方式,如AHU、終端單元等,操作序列被包含在獨(dú)立的控制器中。由于控制器和終端設(shè)備之間會(huì)存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,因而在該情況下操作序列和操作子序列之間也存在相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,但在BAS中更多的是控制器管理多個(gè)終端設(shè)備。為了準(zhǔn)確地反映BAS中設(shè)備與控制器之間的相互關(guān)系,操作序列不能直接連接到BAS硬件設(shè)備上,而是將操作序列變成相應(yīng)的屬性特性而繼承在控制器中。

3 數(shù)據(jù)交換

3.1 數(shù)據(jù)交換內(nèi)容

BAS中對(duì)數(shù)據(jù)有需求的人員包括設(shè)計(jì)師、施工人員、監(jiān)理工程師等,設(shè)計(jì)師對(duì)BAS的數(shù)據(jù)需求主要是產(chǎn)品型號(hào)、參數(shù)等;施工人員對(duì)BAS的數(shù)據(jù)需求內(nèi)容主要是產(chǎn)品數(shù)量、安裝位置及安裝方式等;監(jiān)理工程師對(duì)BAS的數(shù)據(jù)需求內(nèi)容主要是產(chǎn)品規(guī)格、安裝位置、設(shè)備數(shù)量、廠家信息以及質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告等。另外,其他人員也會(huì)對(duì)BAS的數(shù)據(jù)有需求,但是可以通過(guò)以上人員間接獲取。信息交換過(guò)程如圖5所示。

圖5 信息交換過(guò)程

從圖5可以看出,在設(shè)計(jì)階段,數(shù)據(jù)交換在設(shè)計(jì)協(xié)同中,機(jī)電工程師設(shè)計(jì)的位置數(shù)據(jù)來(lái)源于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師、建筑設(shè)計(jì)師,產(chǎn)品的型號(hào)及性能等數(shù)據(jù)來(lái)源于產(chǎn)品供應(yīng)商;在施工階段,數(shù)據(jù)交換與共享是在信息輸出部分,施工人員將施工中的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)地反饋給BAS調(diào)試工程師;在運(yùn)行和維護(hù)階段,數(shù)據(jù)交換與共享需求主要由BAS自動(dòng)生成,將操作行為記錄提供給工程顧問(wèn)、物業(yè)主管和業(yè)主,建筑管理數(shù)據(jù)和資料等由物業(yè)人員反饋給業(yè)主。

3.2 數(shù)據(jù)交換描述

BAS中常用的通信協(xié)議有BACnet協(xié)議、LonMark協(xié)議、oBIX協(xié)議、OPC協(xié)議、ZigBee、LonWorks協(xié)議等。其中LonWorks協(xié)議中對(duì)BAS中控制器的功能配置文件對(duì)應(yīng)IFC描述如下:風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制器、屋頂單元控制器、溫控?zé)岜每刂破?、機(jī)組通風(fēng)控制器、空間舒適控制命令模塊、VAV控制器、水泵控制器、鍋爐控制器、空間舒適控制器功能配置、排氣控制器等,可以使用IfcController表示;冷水機(jī)組可以使用IfcChiller表示;溫度控制器可以使用IfcUnitaryControlElement表示;風(fēng)門(mén)執(zhí)行器、閥門(mén)定位器可以使用IfcActuator表示。

現(xiàn)場(chǎng)的溫度傳感器、CO2傳感器等采集的數(shù)據(jù)通過(guò)總線方式傳輸至控制器,與系統(tǒng)預(yù)設(shè)值進(jìn)行對(duì)比處理后,在作用至相應(yīng)的風(fēng)機(jī)、機(jī)組等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

控制器前端的傳感器實(shí)時(shí)地采集現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)在后期分析后有明顯的特點(diǎn),按照不同的季節(jié)和工作時(shí)間安排,產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是有規(guī)律可以參考的,尤其是對(duì)電能耗產(chǎn)生的數(shù)據(jù)具有明顯的差異。如果按照時(shí)間條件進(jìn)行分類(lèi),可以將數(shù)據(jù)的特征分為熱季工作日、熱季周末、冷季工作日、冷季周末。在數(shù)據(jù)交換過(guò)程中,用IFC標(biāo)準(zhǔn)描述的時(shí)間可以表示為

TYPEIfcDayInWeekNumber = INTEGER;

WHERE

ValidRange:{1<=SELF<=7}

END_TYPE;

該處僅對(duì)對(duì)象的一周時(shí)間進(jìn)行描述,其余的時(shí)間可以依次表示。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文主要針對(duì)數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)IFC進(jìn)行了分析,同時(shí)利用Express-G圖形語(yǔ)言對(duì)BAS實(shí)體操作序列的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)描述,用Express語(yǔ)言對(duì)BAS中數(shù)據(jù)交換的內(nèi)容和過(guò)程進(jìn)行了研究。BAS數(shù)據(jù)交換的最終目的是為了更高效、便捷地使用數(shù)據(jù),為綠色建筑的分析、能耗的降低提供數(shù)據(jù)支撐。

[1] 王勇,張建平,胡振中.建筑施工IFC數(shù)據(jù)描述標(biāo)準(zhǔn)的研究[J].土木建筑工程信息技術(shù),2011(4):9-15.

[2] 王功明,關(guān)永,趙春江,等.面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展和研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2006(3):1-5.

[3] SARAIVA J A G,FRANCA M,SOARES S C B,et al.Classifying metrics for assessing object-oriented software maintainability:a family of metrics’catalogs[J].Journal of Systems and Software,2015,103:85-101.

[4] 劉麗.面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)模型、存儲(chǔ)及查詢(xún)優(yōu)化的研究[D].青島:山東科技大學(xué),2004.

[5] 李志剛.面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)初步探討[J].中國(guó)管理信息化,2013,16(9):60-62.

[6] 呂向風(fēng),李蘭友,李芳,等.簡(jiǎn)述面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)象的存取[J].福建電腦,2007(4):29-30.

[7] DOZEMAN L,AMENDOLA A,GROBLE C,et al.Microsoft access:a viable blood and marrow transplant(BMT) database solution[J].Biology of Blood and Marrow Transplantation,2015,21(2):262-263.

[8] 周山.基于MFC和Access數(shù)據(jù)庫(kù)的學(xué)生信息管理系統(tǒng)[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué),2009.

[9] 吳立鋒,關(guān)永,吳敏華,等.非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)Access數(shù)據(jù)庫(kù)教學(xué)方法探討[J].中國(guó)電力教育,2011(28):93-95.

Research of BAS Structure and Data Exchange

WU Enzhou

(Jumpcan Pharmaceutical Group Co..Ltd., Taixing 225441, China)

This paper introduced the structure model of building automation system(BAS),and described the structure of BAS entities operating sequence by using Express-G graphic language.The contents and process of data exchange in BAS were analyzed.It is pointed out that the BAS model structure should be distinguished and planned and the data exchange should be carried out,which can efficiently and conveniently use the data in order to provide the data support for reducing the energy consumption.

building automation system(BAS); data structure; data exchange; data model

TU 201.5

B

1674-8417(2016)09-0051-04

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.09.012

2016-02-26