1 引言 在智能大廈中，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的目標(biāo)是為人們創(chuàng)造安全、方便、舒適的室內(nèi)環(huán)境，使人們以良好的精神狀態(tài)進(jìn)行工作、學(xué)習(xí)和生活。同時(shí)智能大廈的業(yè)主，通過(guò)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了空調(diào)系統(tǒng)、供電照明系統(tǒng)、給水排水系統(tǒng)、消防和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)，背景音樂(lè)系統(tǒng)等等的綜合自動(dòng)控制，使整個(gè)樓宇在高效、節(jié)能、最優(yōu)工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，在各個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部及各個(gè)系統(tǒng)之間通常采用由計(jì)算機(jī)集中管理，分散控制的方式。計(jì)算機(jī)集散控制，即以分布在現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備處的多臺(tái)計(jì)算機(jī)控制裝置（基本控制器），完成被控設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)制、保護(hù)和控制任務(wù)，克服了計(jì)算機(jī)集中控制帶來(lái)的危險(xiǎn)高度集中和常規(guī)儀表控制功能單一的局限性。以安裝于集中控制室并具有很強(qiáng)的數(shù)字通信、crt顯示和豐富控制管理軟件的中央管理計(jì)算機(jī)完成集中操作、顯示、報(bào)警、數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化控制功能，避免了常規(guī)儀表控制人機(jī)聯(lián)系困難、無(wú)法統(tǒng)一管理的缺點(diǎn)。然而由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)及歷史的原因，各個(gè)子系統(tǒng)形成為一個(gè)個(gè)的“自動(dòng)化孤島”，解決的方案之一就是對(duì)其進(jìn)行改造，在保護(hù)原系統(tǒng)軟硬件資源的前提下，將其改造提升成分布式控制系統(tǒng)（亦稱(chēng)集散控制系統(tǒng)），本文對(duì)有關(guān)問(wèn)題作些討論。 2 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu) 樓宇集散控制系統(tǒng)按照功能分層的方法，可分為現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)，分站監(jiān)控和中央管理級(jí)，如圖1所示，它通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將每級(jí)之間，級(jí)與級(jí)之間連接起來(lái)，形成一個(gè)完整的集散式控制系統(tǒng)。下面對(duì)各級(jí)的功能及特點(diǎn)作簡(jiǎn)要討論。 2.1 現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí) 現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)由現(xiàn)場(chǎng)直接數(shù)字控制器（ddc）以及現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)（現(xiàn)場(chǎng)總線）組成。ddc是以功能相對(duì)簡(jiǎn)單的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為核心，并將各種低壓控制電器、傳感器、執(zhí)行器等組合而成的強(qiáng)弱電一體化的控制裝置，用于直接控制各被控設(shè)備，并且能夠與中央控制計(jì)算機(jī)通訊。現(xiàn)場(chǎng)總線是各ddc之間及其與上級(jí)計(jì)算機(jī)之間的通信網(wǎng)絡(luò)，一般使用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)串行通信制式，例如常規(guī)的rs-485或canbus等現(xiàn)場(chǎng)總線接口，用價(jià)格低廉的屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)可組成星型、樹(shù)型、總線型結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)的特性主要表現(xiàn)在:多信息系統(tǒng)，雙向的多變量通信，可靠性和精度高，系統(tǒng)自診斷功能、維護(hù)、檢修方便，互操作性，成本低、安裝費(fèi)用低。 現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)的主要功能主要表現(xiàn)在:采集過(guò)程數(shù)據(jù)、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出操縱命令，進(jìn)行直接的數(shù)字控制，完成與分站的數(shù)據(jù)通信，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷。 2.2 分站監(jiān)控級(jí) 分站監(jiān)控級(jí)是現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的上位監(jiān)控管理級(jí)，由i/o卡件組成，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)，把過(guò)程信息傳到上下級(jí)，它的特點(diǎn)如下:高可靠性，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，控制更靈活，通信速度高、信息量大。 分站監(jiān)控級(jí)是樓宇集散系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它的性能好壞，極大地影響到信息的實(shí)時(shí)性、控制質(zhì)量的好壞及管理決策的正確性，它的主要功能是:采集數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理，數(shù)據(jù)監(jiān)視和存儲(chǔ)，實(shí)施連續(xù)、批量或順序控制的運(yùn)算和輸出控制作用，數(shù)據(jù)和設(shè)備自診斷，數(shù)據(jù)通信。 2.3 中央管理級(jí) 以中央控制室操作站為中心，輔以打印機(jī)、報(bào)警裝置等外部設(shè)備組成，它是人-機(jī)的界面，主要特性如下:采用屏幕提示、聲音、圖像、圖片、曲線等多媒體技術(shù)，顯示樓宇被控過(guò)程和輸出數(shù)據(jù)信息;數(shù)據(jù)儲(chǔ)存量大，顯示信息量大;操作方便、簡(jiǎn)捷;具有報(bào)警和故障診斷的處理能力;優(yōu)化控制;協(xié)調(diào)各分站的控制;打印、制表;數(shù)據(jù)通信。它的主要功能:數(shù)據(jù)紀(jì)錄、顯示、儲(chǔ)存、打印;協(xié)調(diào)的優(yōu)化、協(xié)調(diào)和維護(hù);報(bào)警、事件的處理和診斷;數(shù)據(jù)通信;優(yōu)化控制和整個(gè)樓宇自控系統(tǒng)的管理調(diào)度。 3 樓宇集散系統(tǒng)的基本組成 雖然樓宇集散系統(tǒng)種類(lèi)繁多，但從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析，樓宇集散系統(tǒng)由三大部分組成。它們是分散過(guò)程控制裝置部分，集中操作和管理部分以及通信系統(tǒng)部分-高速數(shù)據(jù)通道。 分散過(guò)程控制裝置，相當(dāng)于現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)和分站監(jiān)控級(jí)，由多回路控制器、單回路控制器、多功能控制器、可編程邏輯控制器以及數(shù)據(jù)采集與處理裝置組成。 集中操作站和管理部分，由中央操作站、中央管理計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備如打印機(jī)、繪圖儀等組成，實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口。 每級(jí)之間以及每級(jí)內(nèi)計(jì)算機(jī)與微機(jī)處理器則由通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 三部分之間的關(guān)系如圖2所示。 3.1 分散過(guò)程控制裝置部分 分散過(guò)程控制裝置是集散系統(tǒng)與被控過(guò)程之間的接口，它具有以下特征:需適應(yīng)惡劣的環(huán)境;分散控制，把地域分散的過(guò)程裝置用分散的控制實(shí)現(xiàn)，把監(jiān)視和控制分離，把危險(xiǎn)分散，使得系統(tǒng)的可靠性提高;實(shí)時(shí)性，從硬件來(lái)看，具有較快的時(shí)鐘頻率，足夠的字長(zhǎng)，從軟件看，采用實(shí)時(shí)和多任務(wù)作業(yè);獨(dú)立性，相對(duì)于整個(gè)樓宇自控系統(tǒng)，分散過(guò)程控制裝置具有較強(qiáng)的獨(dú)立性，在與上一級(jí)通信或上一級(jí)設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，它仍然能正常運(yùn)行。 3.2 集中操作和管理部分 集中操作和管理部分的主要功能是集中各分散過(guò)程裝置送來(lái)的信息，通過(guò)監(jiān)視和操作，把操作命令下送到各分散控制裝置。收集的信息用于分析、研究、打印、儲(chǔ)存，并作為管理、計(jì)劃和調(diào)度的依據(jù)。它的主要特征如下:信息量大，易操作，容錯(cuò)性好。 通常集散系統(tǒng)的三個(gè)基本組成部分，雖然不同廠家的產(chǎn)品各有特點(diǎn)，但是在結(jié)構(gòu)上仍然有明顯的共性，最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)為:分散的過(guò)程控制站+局域網(wǎng)+信息綜合管理系統(tǒng)。 采用局域網(wǎng)技術(shù)，使系統(tǒng)的通信能力提高，聯(lián)網(wǎng)能力增強(qiáng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線，系統(tǒng)可與現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表和控制器通信和操作。在結(jié)構(gòu)上是一種開(kāi)放的系統(tǒng)，具有互操作性的系統(tǒng)，是當(dāng)前智能建筑中樓宇自控系統(tǒng)的主流結(jié)構(gòu)。 3.3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 在集散系統(tǒng)中，通信網(wǎng)絡(luò)大多為局域網(wǎng)，它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有總線型、星形、環(huán)形等，另外，為了適應(yīng)系統(tǒng)的擴(kuò)展要求，同類(lèi)型或不同類(lèi)型的通信網(wǎng)絡(luò)可以組成各種形式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 4 智能分布式樓宇自動(dòng)化系統(tǒng) 如前所述，集散型樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)在功能及可靠性方面都比集中型樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)優(yōu)越，在智能建筑的設(shè)備自動(dòng)化中應(yīng)用廣泛，但也有一些不足，其中較突出的問(wèn)題是開(kāi)放性，互聯(lián)性方面受到某些限制，使樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)組態(tài)不夠靈活。 在智能建筑中，需要監(jiān)控的設(shè)備不僅種類(lèi)多，而且其特點(diǎn)區(qū)別也很大，只用一種集散型的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)品往往不能滿(mǎn)足對(duì)所有設(shè)備的控制要求，因此經(jīng)常需要選擇不同廠家的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)品作為各個(gè)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)，把它們互相組合起來(lái)，形成一個(gè)建筑設(shè)備自動(dòng)化的系統(tǒng)，這就需要不同集散系統(tǒng)之間的互連。目前不同廠家的集散系統(tǒng)尚不能作到直接互連，即這種系統(tǒng)的開(kāi)放性比較差，因此在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用中受到一定限制。 隨著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展，國(guó)外一些廠家推出了一種新型的自動(dòng)化系統(tǒng)，即智能分布式監(jiān)控系統(tǒng)。 智能分布式系統(tǒng)的核心是利用超大規(guī)模集成電路技術(shù)制成的通信控制微處理器。又稱(chēng)神經(jīng)元（neuron）芯片（在芯片中集成了3個(gè)cpu及相應(yīng)的存儲(chǔ)器，i/o接口等部件），它在通信及控制方面的功能相當(dāng)于一臺(tái)工業(yè)pc機(jī)，用這種芯片作為分布式網(wǎng)絡(luò)的基本控制接點(diǎn)，不但可以實(shí)現(xiàn)通信和控制，還可以充分接進(jìn)分散于現(xiàn)場(chǎng)的被控設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)較理想的分布式控制。 智能分布式樓宇設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)具有以下特點(diǎn): （1） 作為基本控制節(jié)點(diǎn)的神經(jīng)元芯片有強(qiáng)大的通信能力、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議已固化在其內(nèi)部，因此節(jié)點(diǎn)之間的互聯(lián)十分方便，可以組成一條開(kāi)放性的“監(jiān)控總線”，不同設(shè)備的各種傳感器、執(zhí)行器直接“掛”在該總線上，擴(kuò)展方便，具有良好的開(kāi)放性。通過(guò)可編程的智能節(jié)點(diǎn)，或?qū)⑸窠?jīng)芯片嵌入不同廠家的產(chǎn)品中，使這些產(chǎn)品很容易直接接在同一系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)互連性。 （2） 可以利用各種傳輸媒體和普通雙絞線、同軸電纜、光纜、無(wú)線射頻、紅外線、甚至電力線進(jìn)行信號(hào)傳輸，組成控制網(wǎng)。 （3） 編程簡(jiǎn)單，系統(tǒng)布局改變不必對(duì)應(yīng)用程序作重點(diǎn)變動(dòng)，因此開(kāi)發(fā)便利，系統(tǒng)研制周期較短。 （4） 智能分布系統(tǒng)為無(wú)主從分布式控制模式，一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)的故障只影響與之相連的設(shè)備，不會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)或子系統(tǒng)的癱瘓。即便中央控制計(jì)算機(jī)故障或離網(wǎng)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)仍根據(jù)固化在各節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的程序完成對(duì)設(shè)備的監(jiān)控任務(wù)，故系統(tǒng)整體可靠性較高。 5 結(jié)束語(yǔ) 智能建筑中的建筑設(shè)備很多，工作特點(diǎn)及監(jiān)控要求也各不相同，通常根據(jù)設(shè)備類(lèi)別、特點(diǎn)及要求把整個(gè)建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)分為若干個(gè)子系統(tǒng)，規(guī)模小或監(jiān)控點(diǎn)較少的子系統(tǒng)可以用一套中央控制機(jī)或操作站組成集散或分布式控制系統(tǒng)，而對(duì)監(jiān)控點(diǎn)多規(guī)模大子系統(tǒng)可以單獨(dú)設(shè)置智能終端，然后用局域網(wǎng)將各智能終端連接起來(lái)形成樓宇設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)。在軟件實(shí)現(xiàn)上有較大的靈活性，但最好的選擇是選用wonderware公司的factory suite 套件組件系統(tǒng)，因?yàn)樗还墁F(xiàn)有的系統(tǒng)是哪種類(lèi)型的分布式系統(tǒng)或可編程邏輯控制系統(tǒng)都可以通過(guò)i/o服務(wù)器進(jìn)入wonderware軟件數(shù)據(jù)信息平臺(tái)，該平臺(tái)提供了包含建立、測(cè)試、運(yùn)行、驗(yàn)證應(yīng)用程序的強(qiáng)大工具，軟件功能極強(qiáng)，兼容性和可擴(kuò)展性極好，易開(kāi)發(fā)易使用，正在大力推廣，已被工程實(shí)踐證實(shí)是一種明智的選擇。