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基于LonWorks的智能建筑弱电系统集成控制平台设计


摘要:基于智能建筑的基本理念,整合了自动控制、IT及网络通信等技术,应用现场总线技术和标准通信接口,以智能化办公和住宅小区弱电项目为实际应用对象,对智能楼宇设备集成控制平台的各独立子系统进行控制,开发了基于LonWorks的分布式控制系统,分析了建筑智能化集成控制方案,设计了基于现场总线和标准接口的智能建筑弱电系统集成控制平台,将建筑内各个子系统互连,统一了整个智能建筑内机电、安防设备的监控和运行管理,实现了资源共享和信息综合,为用户降低了系统安装费用,提高了系统性能,节约了运行费用[1]。

关键词:LonWorks;智能建筑;弱电系统;控制平台;设计

DOI编码:10.14016/j.cnki.l001-9227.2015.05.077

中图分类号:TP29

文献标识码:A

文章编号:1001-9227(2015)05-0077-03

作者:刘娇月,史亚贝

引言

智能建筑是有机融合了多种高新技术(如现代通信、多媒体、智能安防、环境监控等)的建筑艺术,其宗旨是设计和建造集安全、舒适、高效、节能、便捷于一体的现代化建筑。随着计算机网络技术、信息技术和控制技术的高度发展,人们对建筑的智能化、自适应性提出了更高的要求。作为一个建筑业大国,发展绿色、节能的智能化建筑是我国改变传统建筑的高消耗、高污染模式,实现可持续发展的一项重要举措[2]。

为满足人们对智能建筑的新需求,在其内部配置了多用途的智能楼宇设备和多功能的子系统,如供配电系统、给排水系统、中央空调与通风系统、防盗报警系统等⑴,为达到对这些自控设备的集成,并实现它们之间自由通信,物主和管理者迫切需要开放的、互动的控制技术,建筑物内部则要求实现管控一体化、网络化以及全分布、全开放的控制体系结构[4]。

LonWorks现场总线技术作为一种先进的网络控制技术,广泛应用于工业控制、楼宇自控、空调暖通、交通运输等行业。本文通过构建基于LonWorks现场总线技术的智能建筑弱电系统集成控制平台,将各个子系统互连,统一进行机电、安防设备的监测、控制和运行管理,实现资源共享和信息整合,把来自多家厂商的暖通空调、照明、消防、安保、门禁、给排水和电梯以及信息、网络等设备集成在这个控制平台中,为用户降低整体安装费用、提高系统性能、节约运行费用[5-6]。

1智能建筑弱电系统集成平台总体设计

目前智能楼宇内弱电系统中各子系统的产品设备普遍存在控制系统不相同、组件不统一、厂家不匹配等问题,在信息管控与互联上存在信息孤岛状况。为了达到系统集成,实现资源共享,就必须要从系统工程的观点,对工程中这些来源与控制方式不统一的子系统分别进行技术和工程两方面的协调,以保证其相互匹配和互相联通。弱电系统功能与组成如图1所示。

图1智能小区中弱电系统功能与组成

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本设计通过LonWorks技术将智能楼宇的各个子系统都连接到总线上,互联成一个整体,实现控制分散化和管理集中化。系统采用的自由拓扑网络结构使得布线、联网、施工更容易。针对不同控制系统要求的不同功能,不用对整体网络结构进行修改,而是通过对现场的LonWorks智能节点编写出相对应的程序,再将其与控制网络进行连接,因此该设计中的智能建筑系统可扩展性强,应用更加灵活方便。用户用上位机可以达到对整个智能建筑弱电系统的监控和管理,可以迅捷地在网络上传输控制命令和服务信息,同时可以通过Internet网络实现远程操作和控制,真正实现信息服务和控制功能[6]。

如图2所示为整个智能建筑弱电系统集成控制平台架构示意图。主要由管理中心、信息中心、客户端、数据库、网络服务端、各现场弱电子系统等组成。

图2智能建筑弱电系统集成控制平台架构示意图

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2系统控制方案实现

为实现本系统的网络控制,通过网络集成工具分别进行了系统设计、网络配置、应用配置和现场安装。

应用LonWorks现场总线,将各个子系统如:冷水系统、新风机组、空调机组、给排水系统、变配电系统、电梯系统、照明系统和换热系统等均设置成子网结构,采用路由器(i.Lon600)对每个子网进行相互隔离。通过综合布线使所有的路由器和安装有LNS软件的PC机都以TCP/IP协议连接到系统网络。

为了实现数据的采集处理和控制功能,对每个子网或子系统的控制监测点建立现场智能节点,用于接收和处理传感器的采集信号、控制执行器操作等。智能节点以Neurmi芯片为核心,可用LonTalk协议与监控PC和其它节点进行点对点现场通信。

基于LonWorks技术的分布式控制系统结构如图3所示。

图3基于LonWorks现场总线技术的分布式控制系统结构示意阁

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为实现系统的现场级功能,首先确定了系统的完整控制策略,并将其分解到多个彼此独立的模块和子任务上;再确定每个现场智能节点所需完成的子任务及各节点间的数据共享关系,对节点编写应用程序,下载到每个节点后进行调试运行。当各智能节点调试成功,完成了现场控制功能后,上位机针对大量现场管理信息(如设备自身的诊断信息、过程状态信息等),通过运行DDE、OPC服务器接口和人机界面软件HMI对系统进行实时运行控制和历史信息监控[1]。

本系统的软件编程可在EasyLonOPCServer和VisualBasic6.0的开发环境下实施。现场监控程序既可由VisualBasic6.0开发,也可直接采用具有OPC接口功能的通用组态监控程序。既可在EasyLonOPCServer和LonWorks网络变量间交换信息,也可由ADO数据接口同数据库交换信息。上位机通过PCLTA-20适配卡与Lon智能节点通信,装载该适配卡的PC机一方面充当监控主机,另一方面也是Lon网络和数据库的服务器。

监控主机的监控功能通过与EasyLonOPCServer的通讯来实现。EasyLonOPCServer根据实际情况编写OPC客户程序,读取并显示智能节点采集的实时数据、运行工况及历史图表,及时实现数据的分析及处理(判别、分析及贮存等),同时向被控设备发送数据信息,来控制各节点的工作状态[5]。

在OnLon编程环境下,控制算法的编写可利用可视化功能块来完成。每个功能块均带有I/O和组态参数接口的封装体,控制算法的数据流向用功能块间的连接来表示。

由现场智能节点便可实现系统控制器的控制功能。当与组态控制平台中各功能块对应的控制算法编译成功后,通过VisualLon下载到现场智能节点。节点会自动调用相应的算法函数,进行运算控制输出。

3系统平台测试

针对某智能化小区进行了基于Lomvorks的弱电集成系统平台的设计及现场实际应用,实现了对其变配电、给排水、空调、照明和电梯等子系统的信号采集处理、实时检测控制以及历史记录、报表和报警事故分析等多项功能。经过对其监控系统界面、运行状态显示、通信网络延时、带宽和误码率以及系统功能进行的整体装调、测试和运行,系统可以达到对该小区内部各类事件进行全局联动管理。通过软件编程可以实现联动控制,并且可以根据业主的需求进行自定义设定。

如表1所示,为系统在网络性能为500~1000m的通信距离及线路总衰减90dB左右环境下的测试结果。

表1系统网络性能测试

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由表可见,系统实时数据传输时间和控制命令传送时间均小于1秒,联动命令传送时间也不超过1.5秒。在5秒的时间内系统即可完成数据库中存储记录的刷新及动态数据的更新。

4结论

该设计充分体现了LonWorks在智能化楼宇控制网络中的优点,可以提供灵活便捷的全分布式、对等的开放性网络结构。智能节点控制箱在被控对象附近安置的设计可减少布线工作量和人力,达到低成本高效率,便于调试及维护。全网中个别设备的故障不会影响其他设备的正常工作,故障点有效降低。现场测试结果表明系统可靠性及可扩展性较高,能把小区维护人员减少至50%,维护费用减低到70%,工作效率提高至130%,能源消耗降至70%[1-6]。

参考文献

【1】王少林,王越,申斌.基于SOA的建筑设备物联网体系架构研究[J].机技术与,2014,1:196-199.

【2】吴婷.电气技术在当代智能建筑中的实践应用[J].科技资讯,2013,19:52.

【3】毛菊英.电气自动化技术在现代建筑中的应用探讨[J].科技创新导报,2012,3:57.

【4】彭德林.物联网技术的研究与探讨[J].科技创新导报,2011,19:4.

【5】马铜军,许德杰.关于智能建筑及智能建筑电气技术的初探[J].建材发展导向,2014,6:97-98.

【6】裴燕玲,张钊.建筑设备监控系统的设计[J].智能建筑与城市信息,2012.2:63-68.

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