智能化楼宇监控系统的技术与应用

智能化楼宇监控系统的技术与应用摘要当今信息时代人们给予了智能大厦愈来愈多的关注,它是传统建筑技术和先进的信息技术(计算机技术、自动化技术、网络与通信技术等交叉技术)相结合的产物。它涉及行为科学、信息科学、环境科学、社会工程学、人类工程学等跨学科理论，大量高新技术竞相在此应用，多功能可视电话、多媒体技术、电子邮件、卫星通信、计算机网络、智能保安与环境控制等正逐步变为现实；信息高速公路、能量无管线传输等最尖端的科技也会首先在这片沃土上扎根成长。本文介绍计算机对楼宇进行实时监控的系统，讲述了智能监控系统的技术和综合布线系统，并给出应用实例程序。本设计论文从计算机控制系统与接口设计的基本方面出发，着重讲叙了电气设备监控、综合布线和CORBA系统方案的总设计。关键字：智能监控；安全系统；实时数据；变量管理目录1绪论..................................................21.1课题研究的背景和意义........................................21.2国内外进展状况..............................................22智能监控系统技术...........................................................................................................42.1计算机网络技术..............................................42.2计算机控制技术..............................................43智能楼宇监控系统的结构分析.............................93.1楼宇智能化电气设备监控系统..................................93.1.1楼宇智能化电气设备监控系统的功能表现..........................................93.1.2楼宇智能化电气设备监控系统的组成.............................93.2通信自动化电气设备监控系统.................................123.3综合布线系统...............................................133.3.1综合布线系统的特点.................................................................133.3.2综合布线系统产品的组成............................................................143.3.3综合布线系统的构成.................................................................154智能化楼宇电气设备监控系统的综合设计..................174.1基于CORBA的系统方案的总体设计............................174.2数据采集与监视控制系统（SCADA).............................194.2.1SCADA的总体设计规划............................................................204.2.2SCADA拓扑结构设计...............................................................204.2.3软件功能模块设计....................................................................214.3电能量管理子系统的设计.....................................254.3.1总体设计规划..........................................................................254.3.2负荷监测及节电管理.................................................................25总结..................................................28致谢..................................................29参考文献......................................................................................................错误!未定义书签。1绪论1.1课题研究的背景和意义随着科学技术的进步,计算机及其网络技术、现代通信技术、现代控制技术以及现代建筑艺术等得到了广泛应用，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监控系统的技术与应用得到飞速发展。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，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国内外进展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，SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)，即广义的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。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，以利于保护生态环境和节约能源开发投资。2智能监控系统技术2.1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内系统资源的利用率，而且可以使整个系统处理的费用明显下降。3）信息服务借助于计算机网络，用户可以到社区网上或Intemet上获取各种信息:反之，也能够向nItcmet或社区网上发布各种相关信息，如电子商务信息、各种管理公告信息等。同时，借助于计算机网络用户可以方便地召开网络会议、实现自动抄表、自动交费等业务，以次来体现智能建筑的便利和高效的特点。2.2计算机控制技术计算机控制技术是计算机技术与自动控制技术相结合的应用技术，是构成智能楼宇电气设备监控系统的关键技术。上个世纪70年代以来，随着电子技术的快速发展，计算机性价比不断提高，从而促进了计算机在控制系统中的应用。这种应用的直接结果是极大地改善了过程控制的硬件性能，加强了过程控制的手段，同时也促进了自动控制理论的发展，使计算机控制技术更加完善和深化，从单一过程、单一对象的局部控制发展到整个过程、整个系统的大规模复杂控制，并逐步向智能化、网络化方向发展。（1）计算机控制系统基本概念在计算机控制系统，计算机输入输出的信号都是数字量，而被控对象的输入输出信号往往都是连续变化的模拟量。因此，计算机的信号输入和输出都要设有模拟量和数字量之间的信号形式转换的模/数(Analgo/Distia)l和数/模(Dgitial/Anaolg)转换器。典型的计算机控制系统如图2.2.1所示:给定值计算机系统输出图2.2.1计算机控制原理图在计算机控制系统中，监测装置(传感器)将系统输出量转换成电信号，再经过A/D转换器转换为数字量，计算机收到输出反馈量后，将它与计算机内部的给定值相比较，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本身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：abcaaabbacaaaacaacab2.2.2命名树结构示意图数字控制器D/A执行器被控对象A/D监测装置如上图所示，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。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