【楼宇自动化技术论文】 智能楼宇自动化技术

伴随着我国经济的快速发展和科学技术的不断进步，近些年来我国的楼宇自动化技术得到了长足的提升。下面是我精心推荐的一些楼宇自动化技术论文，希望你能有所感触!

　楼宇自动化技术论文篇一

楼宇自动化控制网络技术研究

摘 要高层建筑、超大面积建筑越来越多的现代社会，如何实现对楼宇内零散分布的大型设备进行集中管理控制是影响楼宇运行是否良性运行的重要因素。这种分散式的控制需求也决定了全新自动化控制系统的诞生，它需要实现分散楼宇设备的监控、控制和测量。本文对比了楼宇自动化控制系统的发展历程中各种系统的优缺点，阐述了以太网对于楼宇自动化控制系统构建的意义，在遵循相关标准、原则和依据的基础上，讨论了楼宇自动化控制网络的组成、既定目标最后以以太网技术为基础，集成现场总线控制系统，创建OPC服务器实现通信接口数据高效传输和自动化控制系统设计。

关键词楼宇;自动化控制;网络;以太网;OPC

伴随着我国经济的快速发展和科学技术的不断进步，近些年来我国的楼宇自动化控制技术得到了长足的提升。所谓楼宇自动化控制系统是一种基于科学技术进行高度自动化管理和控制的系统机制，通过这样一个网络控制平台实现对楼宇内各种设备的一键管理。这里的科学技术包含了计算机网络技术、自动化控制以及网络通信技术等，能够统一管理的设备则包括空调系统、温度系统、电梯、消防系统、照明设备等等。楼宇自动化控制系统可以大大减轻管理难度和人工成本，具有高效率性和环保节能性。可以说自动化控制网络系统的发展在一定程度上决定了智能楼宇未来的发展方向。

1 楼宇自动化控制系统的发展历程

11 楼宇自动化系统的发展历程

楼宇自动化控制系统紧握科学信息技术的发展潮流，在三四十余年时间里一共经历了四个阶段的发展历程。第一阶段是始于1970年代的CCMS中央监控系统。其原理为通过设置信息采集站于建筑物各处，然后将总线与中央站连接起来，创建CCMS中央监控系统。系统的枢纽是中央计算机，通过接收处理信息采集站的信息，做出相应的决策并发出命令，调节楼宇内设备的各项参数。第二阶段是1980年代的DCS集散控制系统。其实年代的信息采集器进化成了80年代的科技产物：数字控制器。通过为每一个数字控制器配置集散式控制系统计算机，每一个独立的数字控制器都可以显示、处理采集到的信息，只需要在其上布设一个起到监视作用的中央电脑，就可以实现分站完全自主处理信息的功能。第三阶段是1990年代的开放式集散系统。通过应用ON现场总线，布设三层结构的BAS控制网络系统，形成中央站、DDC分站、现场网络层的输入输出结构，这就使得整个系统更加具有开放性，对于系统的配置和管理也更加灵活。第四阶段是进入21世纪之后的网络集成系统。网络系统中具有一个中央主控站，将子系统进行优化组合，诸如消防、安全、照明、温度等，然后统一集成管理，更加方便快捷。

在跨越四十年的发展历程中，楼宇自动控制系统最大的变化就是现场总线控制系统(FCS)取代了分布式控制系统(DCS)。虽然DCS拥有较好的模拟、操作和管理性能，但是费用高、可靠性差、系统开放性差是制约其发展的瓶颈。而现场总线控制系统随着科学技术的发展而兴起，其上烙印了典型的现代科技，具有更高更强的可控性和科学性。它最大的优点就是简单了系统布线方法，提高了操作性和维护性，优化了实时性，并且降低了成本。

12 以太网开始进入楼宇自控领域

以太网一直都是局域网构建中的核心技术网络，而随着科技的进一步发展，以太网中的站点完成了单独收发数据信息的进化，这就减少了物理层数据的碰撞、拥塞和缓存，为楼宇自动化系统的开发设计提供了独特的思路。而在IEEE8023af标准颁布之后，基于以太网的工业交换机产品大幅增加，基于现场总线的开放式以太网标准也纷纷涌现。比如ODVA、CI、HSE、Profinet等。以太网和现场总线控制系统的结合，弥补了各方的缺点，使得工业自控系统的设计逐渐成形，而其在工业控制领域的成功应用直接促成了其在楼宇控制系统中的快速发展，从最初的信息层道控制层，以太网被越来越多的应用。

太网的优点很明显，那就是实现了从信息网到控制层的完美过渡，实现了各层统一，对这样系统的开发和管理也就更加便捷，也实现了和智能楼宇中其他系统的快速完美融合。但是同时需要认识到时，以太网技术和现场总线控制系统的集成研究还处于起步阶段，因为科研成本较高，产品较少，就会导致用户选择不多同时推广性也会受到阻碍，还有就是以太网的维护性、实时性还需要时间的考证。

2 楼宇自动化系统的组成与基本功能

21 楼宇自动化系统的组成

楼宇自动化控制系统通常包括空调、消防、供电、电梯、安全管理、给排水等子系统。可以通过以太网技术，建立通讯网络，集成现场总线控制系统，建立控制层、管理层和设备层，实现操作站和网络控制单元之间的连接。采用传送控制协议/协议，建立用户数据协议，构建OPC服务器，既集中完成控制端对所有设备的管理，也可以实现用户对客户端的自由访问，而避免了亲自查看设备的繁冗过程。通过增加网络控制单元可以实现楼宇内每一个子系统的监控、共享和管理，通过相应的多种统计计算功能，可以在一定的情况下可以代替操作站功能，完成手提式应急信息处理和指令控制。

22 楼宇自动化系统的功能

楼宇自动化控制系统的基本功能有以下几点：

(1)实现对众多子系统启动和停止的控制、设备运行状态的监控。

(2)收集设备运行的历史数据，完成设备一生运行的技术性数据分析;

(3)根据外界环境的变化，自动调整设备运行参数;

(4)监视楼宇各系统运行中可能出现的故障及突发事件，并配置一整套处理方案;

(5)实现对水电、煤气等科学管理，节能高效自动;

(6)针对各子系统中的设备，保存一份包含运行档案、历史、维修情况的设备管理报表，以供参阅。

3 楼宇自动化控制网络系统设计方案

31 自动化控制系统设计总则　楼宇自动化系统的最主要功能还是实现对楼宇内各个子系统的监控，采集运行数据，对比分析运算，保证在任何情况下设备都能正常运行，并且实现快捷简单的远程监控。最显著的优点就是大大减少了事故发生的概率，也就相应地延长了设备的使用寿命。通过这样集约化的控制和管理，实现对各子系统统一而有序的管理，使其健康运行，充分发挥各个系统的功能，为智能楼宇的建设打下坚实基础。这里以最具有代表性的高层、现代化智能大楼作为设计对象，就自动化控制网络系统的创设关键技术作简要阐述。

如同前文所述，楼宇自动化控制系统必须要首先保证子系统的高效运行，实现子系统有序运转和灵活自动运转，从而减轻人员管理，节约劳动力资源和资金成本。这里设计的系统主要是基于一般业主的要求和极高的性价比，采用最优化的方案设计出一套可以同时实现集中管理和分散管理的自控系统。比如著名的BACTalk楼宇管理系统，它是一种基于BMS的自控系统，可以将消防系统、保安系统、照明系统、电梯等集中在一个平台上进行控制，并且具有先进的现场控制器以及和其他系统设备的开放性接口。根据现代高层大楼的特点，设计一下需要主要监控的子系统：电梯系统、中央空调系统、照明共点系统、给排水系统等。

32 楼宇自动化控制网络系统设计的原则和依据

在设计一个楼宇自动系统时，必须遵循以下的原则。首先是可靠性。可靠性是检验一个自控系统是否合格的第一标准，优先采用分布式的控制系统，将自动控制的任务交给很多现场处理器完成，这样可以避免因为单独的处理器出现故障而影响整个系统健康运行的情况。可靠性的另一个表现就是系统数据采集和记录的准确性，不能误报，也不能有故障而不报，所以对于系统硬件和软件的要求极为严格。其次是灵活扩展性。楼宇自动系统和其他的网络系统一样，都会伴随着科学技术的发展而进行进化和升级。我们在建立了初始系统之后，应该考虑到伴随着科学信息技术的发展，原始系统势必要进行优化和升级，所以这对系统的可扩展性提出了一个新的要求。当然灵活性也很重要，主要表现在现场控制器的增减不能影响整个系统的性能，系统的组成和功能应用都必须具备灵活性，便于随着外界环境的改变而改变系统。第三是实用性。设计的系统总归是要应用的，这要求设计人员从高深的科学信息技术中提取出便于应用的普通知识，系统可以根据楼宇的多功能性实现不同需求的给予和完成。是否方便快捷是实用性是否合格的另一个标志。管理方式是否合理简约是检验一个系统是否成熟的重要标志，一个好的楼宇控制系统可以实现楼宇各子系统资料内容的完美综合，并且统一呈现在中央层，减小了管理难度。最后是经济性。我们要求系统的设计采取最为精准和尖端的技术，但是也要考虑到实际需求高度。采用现场处理器应该可以满足相当长时间之内的系统运转，所以要合理规划，切不可盲目投资。

楼宇自动化控制系统的设计首先要以相应的电气图纸和标准规范作为基础，然后需要满足国家及其他国际标准。比如建设设计防火系统、照明设计标准、电梯设计标准、空调安装及采风设计标准、工民建供电系统设计标准等等，对于需要设计的每一个子系统都应该按照国家相应的规范指导系统设计。

33 系统功能设计

设计的系统方案以以太网技术为基础，以此来实现各总线的集成。包含网络层、控制层和设备层三层结构。其中设备层网络技术依托CAN总线和Lonworks等，用以太网技术来实现管理层和控制层之间的通信。

依据前文所述，现场总线控制系统(FCS)更加开放、集散，同时便于维护、成本低，所以更加适合楼宇自动化控制系统的设计，辅以以太网技术，实现楼宇自动化控制。详细设计图见图1。

图1 以太网构成的楼宇自动化控制系统简图

331 自控系统的网络结构

设计的系统主要包括管理层、控制层和设备层。现场控制器之间的点对点通信构成的智能监控区域层就是控制层，CAN总线、Lonworks总线上都布设有监控节点;管理层则包括中央主控机和分系统的计算机系统，以太网技术构建管理层，管理层中的操作站可以控制中央计算机，对各子系统进行集成统一指令管理，并对系统中所有的数据进行分析和处理;设备层就是楼宇内的各机电设备，在控制层的管理下按照预设程序运转。

332 自控系统集成技术

OPC技术可以标准化控制层和管理层之间的设备数据信息交换，并且加快数据传输速度和可靠性，同时降低成本。在楼宇自动系统中选择OPC，需要根据不同的子系统以及需要实现的功能来开发相应的OPC服务器，完成设备层的独立数据采集。

一个完整的OPC服务器包括标准接口和用于通讯的接口两部分。利用ASPNET2005对两个接口进行开发，也就实现了OPC服务器的开发。标准接口的开发因为数据库而变得简单，用于通讯的接口开发需要特定的通信协议和数据采集模式来编写特定的动态链接库。以此来构建的OPC服务器结构如图2。

图2 OPC服务器总体结构简图

通过该结构调用API函数，记录、注销服务器数据信息，并且按照特定的接口模块，读写交换数据，随即封装读写的信息来满足客户端的需求。该设计的关键是函数的调用来建立动态链接库，通过ASPNET2005的DLL调用来构建API函数原型。常用的通信协议一般为TCP/IP协议，通过通信接口来读写封装的信息可以实现计算机端和客户端的数据共同访问，操作者在进行数据管理控制的时候不需要到每一个硬件设备中进行采集，只需要查看子系统相应的OPC服务器就可以实现数据的自主收集。有了这些数据也就有了自控各子系统的基础资料，通过一定的分析和处理，就可以实现子系统运行数据和运行状态的统一呈现，极大方便了后续的自动化控制管理。这就是一个完整的楼宇自动控制过程。

4 结论

智能建筑正在成为未来建筑的发展方向，实现楼宇设备系统的集中有序管理是实现社会节能理念和劳动力节约的关键环节。科学信息技术的发展为设计一个可靠实时成本低的楼宇自动控制系统提供了可能。利用现场总线控制系统、以太网技术可以实现系统设计，本着可靠灵活使用的目标，以以太网技术为基础，集成CAN和Lonworks总线技术，利用OPC技术创设服务器，可以快速且准确的实现诸如消防、照明、电梯、空调、温度、供电等系统的信息数据集成，同时也可以集散控制楼宇中的子系统，实时监控设备运行状态，及时调整故障，减少人员管理成本，保证楼宇健康安全高效运行。在建筑面积越来越大、高度越来越高的现代社会，自动化控制网络系统必定可以大大完善楼宇内部功能，提供安全舒适的生活工作环境。

参考文献

[1]羊梅LonWorks技术在楼宇自动化系统中的应用研究[D]西南交通大学，2008

[2]林黄龙楼宇自动控制系统(BAS)中空调系统的监控软件设计与实现[D]华东交通大学，2009

[3]吉顺平网络控制系统的控制器与通信协议的研究与设计[D]南京航空航天大学，2009

[4]张翰禹Lonworks在楼宇控制系统中的应用[J]电子制作，2014，04：48

[5]李丹现场总线控制网络的比较解析与发展[J]装备制造技术，2014，04：240-242

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[7]Terry SDavies，HNouri and Fred WBrittonTowards TheControl of Contact Bounce[J]IEEE TransOnComponent，Packaging and Manufacturing Technology-part A，1996，19(3)

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1、首先要知道什么叫OPC，OPC是一个运行于基于PC操作系统的软件，所以做OPC是不现实的，建议使用SIMATIC NET（net pc6x)或者其他第三方OPC软件。

2、现在版本的组态王针对西门子300系列的驱动已经可以使用了，如果不是使用CP5611等等专门的通讯卡，建议使用组态王本身的驱动来采集数据。

3、如果使用CP5611或者以太网等等来和西门子PLC通讯，建议用NET PC来做OPC，以太网方式的话还可以采用Kepware等OPC均可。1、首先要知道什么叫OPC，OPC是一个运行于基于PC操作系统的软件，所以做OPC是不现实的，建议使用SIMATIC NET（net pc6x)或者其他第三方OPC软件。

2、现在版本的组态王针对西门子300系列的驱动已经可以使用了，如果不是使用CP5611等等专门的通讯卡，建议使用组态王本身的驱动来采集数据。

3、如果使用CP5611或者以太网等等来和西门子PLC通讯，建议用NET PC来做OPC，以太网方式的话还可以采用Kepware等OPC均可。

通过OPC自定义接口来实现客户端数据的读取步骤如下。

1：使用OPC DA进行Client的读写操作时，我们使用Custom接口，出此之外还有Automation接口。以下是Custome接口开发时涉及到的三个关键对象：OpcServer、OpcGroup、OpcItem。

2：在客户端开发时，要使用OpcServer对象来实现客户端与Opc服务器之间的连接。一个OpcServer对象下有多个OpcGroup，一个OpcGroup下有多个OpcItem，在自定义接口下的Client开发，是以Group为单位的操作，数据读写都是通过OpcGroup进行的。  

3：我们可以不写OPC Client程序来测试，如何通过OPCServer与PLC之间的交互。首先当我们安装完毕SimaticNet之后，需要对Station Configuration Editor进行配置。

4：当我们组态完毕时，如何判断组态是否正确，在SimaticNet的目录上有个叫Opc Scout(Opc Scout V10)的软件，列出来了本机所有的Server，我们能使用名为OPCSimaticNET的Server。

你好，于远程访问OPC服务器，需要在客户和服务器计算机上都进行DCOM设置，以前我们采用的方式是： 客户、服务器都建立一个名字、密码相同的具有管理员权限的帐号，并分别以次登录，在服务器端将OPC服务器的启动方式设为交互式用户。这种方法虽然方便，但安全性较差，不利于在实际应用中推广。这里提供一些较合理的解决方案。（假定都是在工作组里）

　　（1） 序言

　　在使用了OPC技术，并有网络数据访问的应用系统中，不可避免地要进行OPC DCOM权限配置。

　　DCOM配置与windows操作系统的安全体系结合在一起，而各版本的操作系统（9x、NT、2000、XP等）的安全体现又或多或少地有所区别；同时，OPC服务器运行的方式也不尽相同（进程内、进程外、系统服务、有无界面……）；而且，不同的应用系统对安全的要求也不同。总之，要想根据具体情况尽量合理地完成OPC DCOM配置并不是一件很轻松的事。

　　本文档根据各种不同的情况，讲述如何进行OPC DCOM配置。

　　（2） 准备

　　要进行DCOM安全配置，操作者通常必须拥有客户和服务器计算机的管理员权限。

　　注意一般情况下，DCOM通信是基于TCP/UDP的，所使用的端口不固定，很可能被一些防火墙软件屏蔽。如果本文下述配置不成功的话，请尝试关闭客户和服务器计算机上的防火墙，或者以带网络连接的安全模式启动系统（这时防火墙软件一般不被自动运行）。

　　（3） 最简单的情况

　　如果用户对网络安全基本上没有要求，或者处于客户、服务器程序开发阶段，

　　（4） 服务器计算机始终有用户登录的情况（NT/2000）

　　这也是实际应用中比较常见的情况，但对于以NT服务方式运行的OPC服务器不适合。设置方法如下：

　　Ø 在服务器计算机上建立一个用户，如OPCUser，可以是管理员，也可以是一般用户，服务器计算机在运行OPC服务器时必须以这个用户登录。

　　Ø 在服务器计算机上建立一个用户组，如OPCClients。

　　（单一客户情况下可以不建立，建这个组的目的是管理方便）

　　Ø 在各个OPC客户计算机中，分别建立OPCUser用户，口令也要与服务器上的一致，可以设为普通用户以保证安全。

　　 Ø 客户计算机运行时不必以OPCUser登录，比如使用ClientA登录，就要在服务器上建立相同的用户ClientA及相同的密码。并在服务器计算机上将ClientA加入到OPCClients组中。ClientA在客户和服务器计算机上都可以是普通用户。

　　Ø 服务器端DCOM配置

　　运行dcomcnfg，进行如下设置：

　　默认属性：

　　启用DCOM；

　　默认身份验证级别：连接

　　默认模拟级别：标识

　　默认安全机制：

　　 默认访问权限：

　　至少要保证OPCClients组允许访问，也可放宽至Everyone；

　　 默认启动权限：至少保证允许INTERACTIVE用户调用；

　　 默认配置权限：一般情况下不需修改。

　　 默认协议：保证面向连接的TCP/IP在最上，其它可以删除。

　　具体的服务器配置：

　　 常规：身份验证级别为默认值；

　　 位置：在这台计算机上运行；

　　 安全性：使用默认的访问和启动权限，配置权限不要修改；

　　 身份标识：交互式用户。

　　 终结点：不修改。

　　

　　OPCEnum程序配置：

　　在dcomcnfg程序的应用程序列表里找到opcenumexe，对其按照上面具体服务器的配置进行设置。

　　Ø 客户计算机的配置：

　　为了保证OPC数据订阅等回调机制能正常运行，需要对客户计算机的DCOM权限进行配置。

　　默认属性、默认协议的配置和服务器端基本一致；

　　默认安全机制只需要修改默认访问权限。保证允许OPCUser访问。也可放宽至Everyone。

　　注意

　　在服务器没有用户登录的情况下，远程将无法启动OPC服务器；

　　对于有用户界面，并需要界面交互的OPC服务器，建议（可能必须）采用这种方式。

　　（5） OPC服务器为后台程序的情况（NT/2000）

　　这种情况下，服务器计算机可以没有用户登录。

　　做为后台程序，OPC服务器有两种运行方式：系统服务（service）方式和普通用户程序。

　　这里只介绍普通程序方式，系统服务方式的配置说明以后添加。

　　OPC服务器做为普通方式运行的后台程序，一般没有用户界面。完全可以按照（1）中有界面的方式进行配置，即设置为交互式用户启动。

　　但是（1）的配置方式限定了服务器计算机必须有用户登录，而且登录用户必须在客户计算机上有DCOM访问权限。所以，无界面的后台OPC服务器可以用另一种更灵活的方式运行。

　　配置方法：（未明确说明的部分与（1）相同）

　　在服务器端按照（1）中所述建立一个OPCUser用户，专门用来运行OPC服务器。然后在OPC服务器属性配置中，将启动方式改为指定用户，注意要输入用户密码。

　　这样，OPC服务器计算机可以用任意用户登录，当客户计算机发出连接请求时，系统负责以OPCUser的身份运行OPC服务器，如果已经运行则使用已有的OPC服务器。

　　注意还有一种启动方式，是“启动”用户。即系统以发连接请求的用户的身份启动OPC服务器，这可能造成服务器计算机上同时运行多个OPC服务器的实例，显然不妥。所以一般情况下不建议设置为“启动”用户，虽然它是缺省选项。

　　（6） Windows XP系统下的配置说明

　　在XP操作系统（SP1，不包括SP2及其以后版本）下，OPC的配置实际上和NT/2000基本一样，这体现在OPC DCOM相关的各项配置在注册表中的位置、名称都是一致的。

　　二者只是配置界面不同

OPC服务器的功能就是与下位机进行数据的交换，其中包含了大量的通讯程序和数据存贮程序。然后提供标准的OPC接口，供其它软件使用。程序标准化以后，其他的软件商只需开发面对服务器的程序即可，不用对不同的硬件设备开发不同的硬件驱动程序。减小了工作量，也方便了使用。

opc既不是硬件也不是软件。OPC是一种通讯规范，OPC基金会组织规定的一套规范，按照这个规范去把程序写出来，包括一个OPC服务器程序和一个OPC客户端程序，只要是按规范写的，不管是谁写的，就能保证OPC服务器能被OPC客户端访问。

opc服务器向下可以读取设备的数据，比如PLC、DCS等等，但这部分OPC规范是不管的，只要厂家用任意接口任意方法把设备数据读到就OK，然后OPC服务器程序把这些读到的数据按规范要求开放在网络上，其他任意OPC客户端程序，可以远程浏览这些数据，并选择读取这些数据中需要的。

扩展资料

OPC的工作原理

OPC以OLE／COM机制作为应用程序的通信标准，而OLE／COM是一种客户端／服务器模式，具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点。

OPC服务器中的代码确定了服务器所存取的设备和数据、数据项的命名规则和服务器存取数据的细节，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问，从而保证软件对客户的透明性，使得用户完全从低层的开发中脱离出来。

客户应用程序仅须使用标准接口和服务器通信，而并不需要知道底层的实现细节。通过OPC服务器，OPC客户既可以直接读写物理VO设备的数据，也可操作SCADA，DCS等系统的端口变量（只要该系统提供OPC服务）。