IBMS智能楼宇综合管理系统设计方案.docx
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IBMS智能楼宇综合管理系统设计方案
IBMS集成综合管理系统
设
计
方
案
2017-07
一、总述
智能楼宇管理系统（IBMS）是通过统一的软件平台对建筑物内的设备进行自动控制和管理并对用户提供信息和通信服务，住户可以对建筑物的所有空调、给水排水、供配电设备、防火、保安设备等进行综合监控和协调。
使建筑物的用户获得了经济舒适、高效安全的环境，使大厦功能产生质的飞跃。
IBMS包换建筑物自动化（BuildingAutomationSystem，BAS）、远程通信（TelecommunicationSystem，TCS）和办公自动化（OfficeAutomationSystem，OAS）系统，每个系统有多个子系统组成，IBMS通过与各个子系统通讯，取得各种信息，协调子系统的运行，并提供管理人员以综合的监控和管理平台，借助该平台，管理人员可以方便地了解建筑物内的各种信息，可以方便地控制各种设备运行。
其功能和特点分列如下：
（1）能对各种信息进行通信并具有信息处理功能；
（2）能对建筑物内机械电气设备等进行综合自动控制。
能实现各种设备运行状态监视；
（3）能协调各个子系统的工作，实现子系统间的联动功能；
（4）能实现办公自动化；
（5）建筑物具有充分的适应性和可扩展性。
有易于改变的空间及舒适的环境。
具有良好的节能和环境保护功能；
（6）所有的功能，应可随技术进步和社会需要而发展。
在我国1986年起就有一些单位在北京、上海、深圳等地兴建智能建筑。
但从调查的资料看,只有不到20%的项目具有集成管理系统，其中具有综合管理自动化系统模式的很少，有ＢＡ管理自动化系统模式的稍多些，更多的是各自独立的分散的子系统，没有完全体现和达到智能建筑的优势和目的。
目前使用的IBMS多借用国外的BA系统，进行适当扩展，使之能够容纳其他子系统。
由于受到基本软件平台的限制，许多功能无法实现，结果只能勉强集成有限的几个子系统。
IBMS不同于传统的设备监控，它还牵涉到管理理念等问题，所以，要实现真正符合国情的IBMS，必须采用自主版权的软件平台，才能摆脱特殊软件平台的制约，实现各种各样复杂的要求。
二、设计目标
智能楼宇管理系统（IBMS）的目的是集成楼宇中各种子系统，把它们统一在单一的操作平台上进行管理。
系统的设计目的旨在让楼宇中各种弱电系统（ELV）的操作更为简易，更有效率。
它提供了一个中央管理系统以及数据库，同时它可以协调各子系统间的相互连锁动作及相互合作关系，VISTAIBMS集成以下子系统：
∙楼宇自动控制系统（BAS）
∙一卡通系统（ACS）
∙闭路电视监控系统（CCTV）
∙保安报警监测系统（SAC）
∙火灾报警监控系统（AFA）
∙电梯控制系统
∙通讯管理系统（CAS）
∙办公自动化系统（OAS）
IBMS通过各种软件接口集成以上各子系统，通过高速网络和开放的、标准的软件接口进行各系统间的无缝集成，以达到信息共享及系统的联动，并自动完成数据采集、存储、分析、报表生成和报表打印工作。
2.1设计原则
IBMS是一个复杂的软件系统，它不仅可对各弱电子系统进行分散式控制，集中统一管理和监控，而集成后的系统应是一个开放系统，使不同得子系统和产品间接口和协议达到“互操作性”，同时还能适应发展变化的需要，从软件工程的角度来说，IBMS的设计必须实现以下目标：
2.1.1开放性
集成后的系统应是一个开放系统，系统集成的过程主要是解决不同系统和产品间接口和协议的“标准化”，以使它们之间达到“互操作性”。
它应当提供标准数据接口、网络接口、系统和应用软件接口。
系统开放性特征是：
∙可扩展性、灵活性好；
∙兼容性和应用软件可移植性强；
∙可维护性好、生命周期长。
2.2.2标准化和结构化
集成网络的总体结构必须是结构化和标准化的，既可使不同厂商的设备产品综合在一个系统中，并相互得到高度的信息共享，又可使系统能在日后得以方便的扩充，即满足通用性和可替换性。
2.2.3模块化
系统要严格按照模块化结构方式开发，以满足通用性和可替换性。
采用模块化设计，分布实施的战略。
2.2.4互连性
这种互连性体现在传输媒体和结构化综合布线系统；各种网络设备的配置；各种网络互连设备的配置；以及各类机电设备、话音/视频设备和各类控制设备等的配置。
子网之间互连采用TCP/IP等标准化协议。
2.2.5可管理性
集成系统是一个网络，随着网络规模扩大，网络管理十分重要。
要对这样的一个网络进行管理，要求：
∙同时支持网络监视和控制两方面能力，能监视控制到网络主要设备；
∙尽可能大的管理范围和尽可能小的系统开销；
∙网络管理标准化。
2.2.6先进性
系统要采用与技术发展潮流相吻合的产品，建立一个可扩展的平台，保护前期工程和后继先进技术的衔接，使系统具有先进性。
2.2.7经济性
经济成本是系统集成必须考虑的因素之一，要求系统设计者从系统目标和用户需求出发，在功能完善的基础上达到造价相对合理经济的优化设计。
2.2.8高效率
系统效率高低，体现在系统性能中，主要包括以下几个方面：
∙系统实时响应与控制能力；
∙通信的传输速率和带宽；
∙服务器响应数据库请求的能力；
∙网络的吞吐能力。
2.2.9可靠性
要采用各种措施建造一个高可用性系统。
主要措施有冗余，可用性群集，共享数据群集等。
简言之，IBMS系统设计应引入最先进的技术，采用分层和模块化结构，以增加系统的可靠性、兼容性和可扩展性，同时应考虑系统效率，减小CPU和网络负荷，加快响应速度，提高服务能力。
为管理者提供高效、便利、安全的工作环境。
2.2系统功能
2.2.1集成各种子系统
楼宇的各种子系统：
楼宇自控系统（BAS）、火灾报警系统（FAS）、综合保安管理系统（SMS）、广播系统（PAS）、停车场管理系统（CPS）、综合智慧卡系统（SCS）、办公自动化系统（OAS）以及通讯与网络系统（CNS），集成成为一个“有机”的统一系统，其接口界面标准化、规范化，完成各子系统的信息交换和通讯协议转换，实现五个方面的功能集成：
所有子系统信息的集成和综合管理，对所有子系统的集中监视和控制，全局事件的管理，流程自动化管理。
最终实现集中监视控制与综合管理的功能。
2.2.2远程监控
无论是位于企业局域网LAN的站点计算机，还是位于广域网WAN通过拨号上网的各站点计算机，只要运行InternetExplore浏览器，输入Web服务器网址，再输入被授权的用户名和密码，进行登录和授权认证，即可浏览各种动态页面。
在企业局域网LAN上建立视频服务器，接收闭路电视监视系统的视频信号，并借助LAN或WAN网络，为监控站点计算机发送多媒体信息。
视频画面与其他实时信息完全融合。
2.2.3WEB信息发布
由Web服务器发布各种动态Web网页和各种实时信息，VISTAIBM显示界面可以用模拟图、表格、图表等方式表现，使用图像压缩、动态效果和ActiveX控件、COM/DCOM组件模块、OPC标准协议，VBScript脚本等互联网技术进行开发。
用户通过浏览器可以监控设备运行、察看动态视频、查询大楼内部的物业资料等。
2.2.4ODBC数据库连接
数据服务器安装Windows2000/XP操作系统，运行SQLServer，存放系统配置，记录各种事件，并提供统计报表。
数据的查询、报表、备份、安全、维护等功能均由数据库系统提供友好支持。
与办公自动化系统实现信息共享，为物业管理和其他MIS提供资源。
2.2.5电话语音查询
提供先进的电话界面，授权用户通过音频电话查询IBMS内部物业信息，并实现开关设备、开启关闭空调和照明等多种功能。
2.2.6集成视频监控
可以通过CCTV视频窗口，直接监视大楼的动态图像。
CCTV视频窗口与系统完全融合在一起，大大方便了管理，加强了透明度。
系统还给OA预留接口，便于对OA系统的集成。
2.3设计标准
为了保证系统的完整性以及符合上述要求，本系统采用了大量的信息管理标准、通信协议、软件集成模块等等，现列举如下：
1、软件
·Windows2000/XP/VISTA——本系统内所有的服务器及操作站均采用微软公司的操作系统，由于采用了微软的Windows介面，网络的管理以及所选用的应用软件均为开放式的。
·ODBC（公开数据连接）兼容的数据库——各子系统，数据库，应用软件均采用标准的数据库交换以及连接格式。
·DDE（动态数据交换协议）——本系统支持微软公司的动态数据交换协议，允许各应用程序之间简单数据存伫，同时网上动态数据允许数据通过网络进行交换。
·应用编程接囗API（ApplicationProgrammingInterface）——API是一些软件模块，由各系统供应公司编制，这些软件模块用于和其他子系统来进行数据交换。
通过API，各系统并不需要很清楚了解其它系统数据库的格式及详细的指令格式。
因为各系统是与API内一组已公开的函数调用沟通，而各系统只需要按照这些公开的函数调用格式编写软件，就可以不理会那些各系统内的复杂指令，API会代为翻译。
·OLE——微软的对象链接嵌入OLE（最先进的数据交换技术）已成为软件行业及微软最常普遍的标准方法。
·COM/DCOM共用控件模型／分散式共用控件模型，微软的控件定义标准——控件由标准化的数据及内部定义组成，这一特点使它在应用程序通过编程进行数据交换非常容易。
·CORBA（CommonObjectRequestBrokerArchitecture），是一种语言中性的软件构件模型，提供基于文本的接口描述语言，可以跨越不同的网络，不同的机器和不同的操作系统，实现分布对象之间的互操作。
·ActiveX——本服务器内部技术ActiveX控件，方便执行控制或将程序代码嵌入另一个ActiveX控件/文档。
ActiveX控件的特性使得它在应用程序中完成在程序或调用其它程序中执行特定任务显得非常容易。
微软的Word，Access及Visio等强大的桌面软件都得益于ActiveX技术。
·B／S结构——所有的应用,包括操作介面，数据趋势，报警管理，联动控制都基于网络上的浏览器／服务器设置以保证数据的完整性，实时性及网络应用。
·OPC用于过程控制——微软最新定义的标准OLE/COM用于同许多数据源通信。
对于本项目，它主要用于方便不同系统之间的数据传输，例如BAS与IBMS，或SAS与IBMS的数据传输。
它定义了如何与IBMS连接的标准。
该标准描述了OPCCOM控件，它们之间的介面由OPC服务器来完成。
OPC数据访问允许数据访问服务器。
它保留服务器的信息并且作为OPC控件组的包装。
OPC同时定义了当OPC客户发生特殊事件及报警情况时，OPC客户将被服务器注意的技术。
另外，OPC同时定义了历史记录的存取，允许数据记录及趋势检索及信息总汇。
2、网络
·EthernetIEEE802.3（10/100Base-T）——目前世界上最先进及普及的网络解决方案，本网络标准为广泛采纳的工业标准，已经过多次成功验证。
支持多种传输介质，包括UTP/STP，同轴电缆，光纤及无线。
网络的传输速率为10MB或100MB（自适应）及支持1Gbit（千兆以太网）。
大量新推出的网络产品将网络费用降低，并保证网络系统适应不同安装下的不同形势。
·TCP/IP——传输控制协议/INTERNET协议，以太网上的该协议标准用于允许数据传输，遂道及路由。
它提供在INTERNET/INTRANET上最基本的数据信息传输标准。
·BACnet——一种通信协议由ASHRAE（美国标准空调工程协会）制定，用于楼宇自控及网络控制。
它允许不同的楼宇自控及控制系统进行信息交换、发布命令及系统功能。
安装BACnet设备可从硬件系统级即可进行集成，也可在以后的高级软件应用层进行连接。
·LONwork——LONwork/LONmark由Echelon和LONmark通用连接标准协会定义，用于局域网络。
它是符合SNVT及SCPT的标准的通讯协议，本项目将会主要使用FFT-10接收发送，为78K波特传输速率。
其它的LONwork产品使用不同的接收器可通过路由器连接。
支持标准功能简档包括空间舒适功能简档。
·MPEG4/H.264——最新的视频数据压缩标准，允许从CCTV系统出来的视频信号被压缩（编码）并通过多种介质网络传输。
传输后视频将被解压（解码），并被显视所需工作站上。
以上所提及的技术及标准将会被不同部份的IBMS（楼宇建管系统）合理采纳，以确保完成系统操作数据、存取、系统集成及所定义的系统功能。
三、系统结构
3.1网络结构
VISTAIBMS通过10M/100MEthernet连接智能楼宇的各子系统或直接通过现场总线连接各种现场设备，综合集成系统通过TCP/IP、BACnet、OPC、LONwork等通讯协议与楼宇自控系统、安防系统、消防系统、办公自动化系统或现场设备之间相互通讯，实现所有子系统的集成。
系统的设计，完全基于企业内部网Intranet之上，通过Web服务器和浏览器技术来实现楼宇管理系统的实时信息交互、综合和共享，实现统一的人机交互界面和跨平台的数据库访问。
因此可以真正做到局域和远程信息的实时监控，数据资源的综合共享，以及全局事件快速处理和一体化的科学管理。
VISTAIBMS通过图象压缩卡，记录、显示并发布视频内容，便于管理人员通过浏览器观看实时视频内容。
IBMS通过RS485总线控制视频切换，用户通过IBMS可以观看任意一路视频。
视频压缩采用MPEG4压缩标准，压缩率高，传输352*288每秒25帧实时视频仅须300K网络带宽，所以在普通局域网内，视频传输可获得十分理想的效果。
VISTAIBMS通过该网络交换各种实时信息，进行数据刷新。
VISTAIBMS通过该网络记录各种报警事件，其数据库是专门的数据库服务器，所以数据库访问，是通过网络进行的。
VISTAIBMS还通过该网络提供远程的Web服务，提供每个用户以实时信息和报警内容，提供每个用户以显示界面，同时接收用户的控制命令
该网络还提供用户突发的数据库访问（OA系统或事件查询）。
3.2报警方案
一旦发现异常事件，VISTAIBMS即自动执行预定的控制策略，同时启动报警，报警可以有几种方式，如报警窗口、实时打印、语音提示、电话语音、Email、短信息等。
如图所示。
使用时，可以选择其中一种或多种报警；当有多个报警同时发生时，系统通过事件等级，排队报警事件，并逐一报警，其中的电话号码、手机号码由用户设置。
3.3软件结构
VISTAIBMS是一个系统组态平台，该平台由VisualC++开发，平台同时支持VBScript作为二次开发工具，扩展系统应用、控制各种控件的行为，所以该IBMS提供三个层次的开发：
第一层，采用VisualC++作系统低层开发，扩展能力很强，并获得很大的灵活性和执行效率，但对软件人员的要求很高，开发的组件一定要保证其可靠性；第二层，采用VBScript语言开发，开发比较方便有效，对软件人员的要求不高，不会影响系统的稳定性；第三层，采用系统工具进行组态，通常由现场工程师，即可完成。
这种分层机制确报了系统的稳定性，提高了可维护性、可扩充性，也保证了工程的可预测性，是完全符合软件工程的要求的。
VISTAIBMS总体上由IBMS服务器和基于浏览器的远程端组成，IBMS服务器一方面完成子系统集成，另一方面作为Web服务器，提供远程数据请求。
3.3.1B/S构架
VISTAIBMS的服务器端和远程端具有完全一致的用户界面，两者之间的数据流动如图所示。
IBMS服务器的实时数据直接来源于下属子系统或智能设备，两者之间通过多种协议接口进行会话，各种接口可动态链入，便于扩展，在这一层上，核心决策层通过各种协议接口取得各子系统的实时数据，并传送控制指令给各子系统，使之执行相应动作。
核心决策层是系统的核心，详见“核心决策层”一节。
“用户操作界面”显示监控现场实时画面，其数据来自于核心决策层，同时用户的操作，也通过接口传递给核心决策层，后者将操作命令转交给适当的执行者。
实时数据处理线程同时维护与远程端的连接，定时发送实时数据和报警内容给连接着的管理站或浏览站。
远程端的实时数据来自于IBMS服务器，两者之间通过TCP_IP进行数据可靠传输。
远程端“用户操作界面”与IBMS服务器完全一致，显示数据来自于“实时数据处理”，用户操作通过接口传递给“实时数据处理”，后者又将操作命令转交给IBMS服务器。
3.3.2三层结构
IBMS服务器提供两种服务：
实时数据服务及Web服务；实时数据服务应答显示界面的实时数据请求，同时提供远程端以实时数据；远程端避免直接的数据库访问，所有数据请求均通过DCOM有IBMS服务器端完成，这种“三层结构”，一方面增加了系统的灵活性，另一方面确保系统的安全性。
从内部组成上看，IBMS服务器由以下几大模块组成：
✧设备通讯模块：
通过现场总线与其所控制设备之间通讯。
✧网络通讯模块：
通过TCP/IP与子系统数据通讯。
✧报警模块：
分别完成各种报警任务，电话语音、实时打印、短信等
✧中心数据库：
储存所有的系统配置、报警事件、日志、OA系统等。
✧Web服务：
提供基于浏览器的远程端的实时数据访问。
✧视频系统：
交互式地发送压缩视频流到远程端，使了解各种现场真实状况。
✧实时调度：
处理各种实时数据，调度通讯、报警、执行子系统间的联动。
✧用户界面：
显示实时数据、接收用户命令、提供维护界面。
还包括事件浏览、报表、视频播放等功能。
所有模块有机地组织成三个层次：
由低到高分别为通讯接口层、核心决策层、用户界面层。
各层分别应用不同的软件技术解决不同的问题。
其中，核心决策层是枢纽，它调度其他线程（采集、报警、记录、传输等）的运行，给显示界面提供实时数据，处理用户的控制命令，响应远程用户的连接请求。
系统的模块结构如图所示。
3.3.3核心决策层
核心决策层调度各种通讯过程，通讯都需要等待，为提高系统的总体效率，系统的每个接口、组件都是采用独立线程，整个系统是个相互协调、相互配合的整体。
核心决策层是整个系统的关键部分，主要攻作如下：
1．完成对由底层输入的各子系统的信息按内在的逻辑关系进行加工处理，将处理后的结果送到相应数据库，给用户界面层提供显示，调度各种处理过程，给远程连接提供WEB服务、视频服务。
同时接收用户界面层授权操作人员的信息请求或控制，通知通讯接口层完成相应动作。
2．完成各子系统的联动，某一事件的发生不仅要引起该事件所属子系统的反应，而且会引起与之有关联的其他子系统采取相应动作，这种联动关系由核心决策层处理。
3．人工智能专家决策处理，通过对收集到的历史信息和数据形成一定规律的知识或者是系统预定义的某子系统内专家知识进行推理和演绎，可以预知系统内可能发生的事件，通知相应子系统采取措施，做到防患于未然。
4．对上层或远程提供数据库访问服务和实时数据、视频服务。
核心决策层外部提供清晰的接口：
实时接口，根据数据库的配置，加载相应的子系统接口，实现与下属子系统或现场设备的通讯；远程服务接口，侦听远程端的连接请求，并以一定周期发送实时数据给连接的站点；报警接口，管理报警组件，包括实时打印、电话语音、短信息等，一旦有报警发生，即根据其报警配置和事件级别，启动相应的报警过程；用户界面接口，使显示界面可以访问实时数据。
通过实时接口，核心决策层可以调用各种通讯协议模块：
OPC、DDE、BACnet、ODBC、COM/DCOM、视频等，各协议模块以动态连接库形式（DLL），由“实时数据处理”过程自动加载。
远程服务接口，采用TCP/IP通讯协议，监听远程计算机的连接请求，一旦建立连接以后，远程服务即把状态量，模拟量，以及报警信息等，源源不断的传输过去，远程端采用浏览器形式，与IBMS服务器的用户界面完全一样，只要权限许可，可以浏览到所有实时信息，并可发布控制指令给IBMS服务器，控制现场设备。
报警组件是定义统一接口的动态连接库（DLL），报警接口根据配置加载各种报警组件，这些组件有实时打印、电话语音、短信息、Mail、标示牌输出等，可以方便地扩充。
核心决策层内部还进行各种处理：
周期性地刷新实时数据库，按一定时间间隔记录模拟量；记录发生的事件；智能判别和自动处理，实现子系统间的联动等。
3.3.4通讯接口层
IBMS服务器的一个重要职能便是从下属子系统或各种现场设备中取得实时数据，并且设置其参数，由于子系统的连接方式、通讯协议各不相同，系统采用统一接口，对于不同的设备采用不同的设备驱动程序，将各子系统不同通讯协议和数据格式转换成统一的协议和格式，同时将核心层处理后的信息转换成相应子系统认可的协议和格式，来解决异种设备的接入问题。
设备驱动程序是动态加载的程序模块，在WindowsNT下有两种形式：
ActiveX或动态联结库（DLL）。
由于这一层是面向高级用户的，在必要的情况下，他们需开发自己特殊的驱动程序，而动态联结库相对来说比较高效且易于理解，因而通常采用动态联结库的形式，该接口是简单而有效的，避免出错的可能性。
每类设备对应自己的设备驱动程序，它们封装了设备通讯协议的复杂性，提供统一接口以访问该设备的开关量、模拟量、字符量以及执行控制操作。
系统动态调用设备驱动程序访问相应设备。
设备驱动程序是一个个独立模块，系统启动时，动态联入，编写新的设备驱动程序即可连接新的协议、访问新的设备，因而系统是开放的。
为提高运行效率，避免相互影响，每个设备驱动程序运行在一个独立线程中，执行子系统或现场设备的数据采集和控制，利用WINDOWSNT的多线程和异步I/O机制，使每个设备驱动程序独立全速工作，从而使吞吐量达到最大，极大地提高了系统的效率。
设备驱动程序采用各种通讯协议，有基于现场总线的：
BITBUS、CANBUS、Lonworks、JBUS、MODBUS；有基于网络通讯的：
OPC、DDE；也可以采用各种软件标准ODBC、COM/DCOM、CORBA等。
其中视频处理也作为独立组件。
针对每一种协议的驱动程序当然有不同的实现，总体结构一致，由通讯守侯线程和和接口组成，协议不同，通讯守侯线程也不一样。
3.3.5用户界面层
用户界面层提供正常的显示框架，提供实时画面、实时数据显示，提供报警窗口显示报警内容，一方面将核心层处理过的信息用明了、形象、直观的方式显示出来，便于用户实时监视和控制整个大楼的所有现场信息；另一方面，通过该层界面，用户可以了解系统工作状态、控制系统运行，进行子系统的功能配置和设定，完成联动的设置和对系统的综合管理。
显示框架包括菜单、工具栏、状态栏，VISTAIBMS允许通过拖放的形式定制菜单、工具栏，通过集成开发环境（IDE）扩展系统功能，由于系统支持完整的VBScript，开发人员可以方便地扩展系统功能
监控界面可以归结为许多基本控件，利用这些控件可以组织成各种各样的显示画面，这个组织过程，称为界面组态。
系统提供不少控件，有文字、直线、圆、方块、多边形等基本控件，有各种特殊的开关及电气设备等，有数字显示，还有棒图、曲线等较为复杂的控件。
各种控件有各自的属性和方法等，从使用者的角度，他只要选择界面元素在作图区拖动，以调整大小和位置，并修改其颜色、闪烁、运动等属性，经过适当的组合即可配置出所需的显示界面。
一个复杂的监控画面，控件之间是相互关联的，为了灵活地定义这种相互关系，需要编程语言支持，考虑到目前的流行程度及语言的易用性
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