基于Niagara框架的智能楼宇系统的实现.docx

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基于Niagara框架的智能楼宇系统的实现

摘要

智能楼宇系统是综合计算机、信息通信等方面的最先进技术[1]，使建筑物内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等协调工作，实现建筑物自动化（BA）、通信自动化（CA）、办公自动化（OA）、安全保卫自动化系统（SAS）和消防自动化系统（FAS），将这5种功能结合起来的建筑，外加结构化综合布线系统（SCS），结构化综合网络系统（SNS），智能楼宇综合信息管理自动化系统（MAS），就是智能楼宇[2]。

使用该系统的楼宇具有良好的信息接收和反应能力，从而提高工作效率；具有更高的安全、舒适和高效便捷性；具有良好的节能效果。

对空调、照明等设备的有效控制，不但提供了舒适的环境，还有显著的节能效果（一般节能达15～20%）[3]。

并且可以节省设备运行维护费用。

一方面系统能正常运行，发挥其作用可降低机电系统的维护成本，另一方面由于系统的高度集成，操作和管理也高度集中，人员安排更合理，从而使人工成本降到最底[4]。

预期项目包括以下功能模块：

登录模块、HR/SOA模块、园区能源管理模块、与门禁系统，电视监控，火灾报警，防盗报警，信息发布，智能灯光等子系统的集成、并使之可以通过IE浏览器来访问，控制并管理。

由于该项目属于集成项目，受限于子系统的进度，智能灯光，门禁等子系统尚未调试完成所以相关模块没有实际的效果。

关键词：

IBMS；物联网；智能楼宇；企业信息化

Abstract

IntelligentBuildingManagementSystemisacomprehensivecomputerandinformationcommunicationandotheraspectsofthemostadvancedtechnologytomakethepower,airconditioning,lighting,disasterprevention,security,transportationequipmentwithinbuildingscoordination,realizeofbuildingautomation（BA）,CommunicationAutomation（CA）,officeautomation（OA）,securityautomationsystem（SAS）andtheFireAutomationSystem（FAS）,thebuildingwhichcombinesthefunctionsofthesefivekindssystems,plusstructuredcablingsystem（SCS）,structureoftheintegratednetworksystem（SNS）,IntelligentBuildingAutomationSystemIntegratedInformationManagement（MAS）,istheintelligentbuildings.

Buildingsusethesystemtoreceivegoodinformationandresponsecapabilitiestoimproveefficiency;hasahighersafety,comfortandconvenienceandefficient;hasagoodenergysavingeffect.controllingofAir-conditioning,lightingandotherequipmentnotonlyprovidesacomfortableenvironment,butalsobesignificanttoenergysavings（typically15~20%ofenergy）.andEquipmentoperationandmaintenancecostscanbesaved.Ontheonehand,thenormaloperationofthesystemcanplayitsroleinmechanicalandelectricalsystemstoreducemaintenancecosts,partlybecauseofhighlyintegratedsystem,operationandmanagementisalsohighlyconcentrated,staffingmorereasonable,sothatlaborcostsdowntothebottom.

Expectedprojectincludesthefollowingfunctionmodule:

loginmodule,HR/SOAmodule,theparkenergymanagementmodule,andaccesscontrolsystem,TVmonitoring,firealarm,burglaralarm,informationdissemination,integrationofintelligentlighting,andothersubsystems,andmakeittoaccess,controlandmanagementthroughIEbrowser.

Astheprojectisanintegratedproject,subjecttotheprogressofthesubsystem,intelligentlighting,accesscontrolandothersubsystemshavenotyetdonesodebugmoduleisnotrelatedtoactualresults.

Keywords:

IBMS；InternetofThings;intelligentbuildings;enterpriseinformation

第1章概述

1.1系统开发的背景

智能楼宇系统是通过信息技术和智能技术的应用，将楼宇的结构、系统、服务、管理四项基本要素以及建筑电气产品之间的内在关系进行集成优化组合，来提供一个投资合理、具安全、舒适、高效、节能、环保的楼宇的系统[5]。

在现代IT技术高速发展的时代，IT的技术已经越来越多的渗透到以前建筑管理中传统的非信息领域，比如楼宇自动化、CCTV等。

这种渗透表面上看是一种技术上的渗透，但其实是为企业提供了一种更为强大、高效、对企业更有价值的新的管理手段。

就如同当年IT部门从管理PC机，逐渐发展到管理电话、数据、网络，再到为企业提供核心的业务支撑系统，进行企业的信息化建设。

现在信息化建设能够将楼宇自动化（BA）、火灾报警系统（FA）、综合安防系统（SA）、闭路电视（CCTV）、停车场系统（CPS）、一卡通系统（1CS）、机房环境系统等非信息化系统，通过IBMS的衔接整合，纳入到整个企业的信息化之中，取代了传统的在弱电系统之上建设一套BMS（BuildingManagementSystem），来完成子系统的初步集成方式[6-8]。

而企业将基于IT系统的管理方式和手段覆盖到建筑管理的全部领域。

从而形成一套一体化的管理和执行体系，消除了信息孤岛，同时也延伸了企业原有各项IT应用的执行功能，以及创造了新的应用服务于企业业务流[9]。

这套智能楼宇系统是为苏宁电器徐庄总部开发的，分A、B两个地块，地块A（总部及培训学院用地）用地面积：

35930㎡（约54亩），分为总部大楼（18层）、电器辅楼（6层）、共享服务楼（6层）、产业大楼（6层）、培训大楼（6层）和蛋形报告厅。

地块B（酒店及员工宿舍用地）用地面积：

16792㎡（约25亩），分为酒店（7层）和培训公寓（8层）。

苏宁总部需要建立IBMS系统将弱电各子系统集成到同一平台进行集中管理，并与苏宁内部HR/SOA等业务流程集成，作为苏宁总部信息中心的一个重要支撑

1.2术语及缩略语

系统用到的术语及缩略语如表1-1所示。

表1-1术语及缩略语

序号　　　　名称　　　缩写　　　备注说明　　　

1智能楼宇管理系统IBMS

2建筑设备监控系统BAS楼宇自控

3建筑消防监控系统FAS

4安全防范系统SAS

5能源管理EAS

6设施管理FMS

7停车场系统CPS

8闭路电视监控系统CCTV

1.3IBMS系统概述

系统集成的全部内容是集成徐庄园区控制域中的各子系统和信息域，将不同的信息资源和业务事件互相衔接起来，消除“信息孤岛”，成为在异构子系统之间跨越各个应用系统边界的数据共享平台，从而改善徐庄园区的应用业务，运营管理，提高综合服务效率[9]。

一般的智能建筑的系统集成从概念上讲，有广义系统集成和狭义的集成两种。

狭义的系统集成则仅限于部分子系统的集成，也就是BMS的系统集成。

广义的系统集成强调的是以建筑物为基础，结合水暖电以及运营和服务等多方位的全面集成，即包括界面集成、数据集成和业务流程集成的一体化集成[10]。

从集成的层次又划分为三种：

第一层次为子系统纵向集成，目的在于各子系统具体功能的实现。

如对于BA子系统而言，制冷站、换热站、变配电系统等智能化设备需要与整体BA协同工作，以保证BA的正常工作；第二层次为横向集成，主要体现各子系统的联动和优化组合，在确立各子系统重要性的基础上，实现几个关键子系统的协调优化运行，报警联动控制等增值功能；第三层次为一体化集成，即在横向集成的基础上，建立一个实现界面集成、数据集成和业务流程集成的高层监控管理系统[11-14]。

从徐庄园区的性质、用途出发，决定综合系统集成的目标不仅仅是在某几个层次上进行的集成，还需要在一体化集成的基础上，将不同的信息资源和业务事件互相紧密地衔接起来，实现在异构子系统之间跨越各个应用系统边界的数据共享平台。

因此，我们在选择集成平台时选用了基于信息技术的开放IBMS平台，我们认为徐庄园区IBMS管理系统所提供的信息将为企业的运营与决策有着必要的、重要的作用。

1.4开发工具简介

针对苏宁总部园区的特点和功能要求，我们为项目选用使用Niagrara技术的集成平台。

本智能化系统集成平台具有先进的控制技术和通讯技术，由于采用了开放性的通讯控制技术，系统不但为自身的升级扩充打下了良好的基础，而且同整个建筑物其他系统的集成提供了便利的条件。

Niagara架构是一个基于JAVA的自动化平台，提供了一种可以集成各种系统和设备的软件架构。

可以让用户不用过多考虑被集成系统或设备的厂家协议，利用标准的浏览器可以让用户在互联网上很容易的管理自己的智能系统。

这样的技术平台保证了用户不需要额外的投资，就可以轻松联网，共享信息，有效的节省了业主的投资，这在业界是首屈一指的[15]。

这样的软件集成技术可以真正为用户建立一个实时的管理平台，提高企业的资产管理水平和效率，为建设现代化的智能建筑提供强有力的保证。

Niagara系统平台在企业管理的位置如图1-1所示。

图1-1Niagara系统平台在企业管理的位置

Niagara框架可集成的子系统如图1-2所示。

图1-2Niagara框架可集成的子系统

第2章系统总体设计

2.1系统分析

本节针对智能楼宇系统的设计任务进行论述，对整个系统进行可行性的分析，以及需求分析等。

2.1.1项目当前的信息化框架及短期目标

目前苏宁的企业信息化应用构架已经包含了十几个系统，各系统间依赖于企业服务总线完成系统间的信息交换和业务流转。

构架结构图如图2-1所示。

图2-1项目当前的构架结构图

IBMS的建设也将纳入到这个构架之下。

与各个相关应用系统之间通过企业服务总线完成相关的数据交换。

IBMS在构架中的位置如图2-2所示。

图2-2IBMS在构架中的位置

IBMS通过ESB，与HR、统一流程平台、水平门户、SAPR3等应用，一同完成企业管理的各项业务流。

这样的构架，不是简单的让IBMS建立一个信息交换的接口，而是要求IBMS在系统自身的构架设计上要有相应的结构，能够支持未来管理运营中，需要加载的各项业务[16]。

2.1.2未来预期的广域多级建筑管理体系

苏宁徐庄总部的IBMS是未来对苏宁之下所有楼宇的进行完整、统一管理的一个序曲。

IBMS不仅要纳入整体的信息化构架，更要在项目规划中追求一种可以满足未来由单点（徐庄园区）到多点、总部到分支机构这样一个统一体系楼宇管理的设计路线。

广域多级建筑管理体系的路线如图2-3所示。

图2-3广域多级建筑管理体系的路线

2.2各功能模块需求

2.2.1企业管理业务需求

目前企业管理与IBMS相关的需求如表2-1所示。

表2-1企业管理需求表

需求项

需求点

隐含的需求点

按部门分配出入权限

A、为新增加的部门添加出入权限

B、变更某个部门的出入权限

C、取消一个部门及其权限配置

D、查询某个部门的权限配置

E、查选部门权限配置变更记录

A、远程获取门禁系统的所有门信息

B、远程为门禁系统添加新的GateGroup

C、远程变更GateGroup包含的门

D、远程删除GateGroup

E、远程为门禁系统添加新的AccessGroup

F、远程修改AccessGroup

G、远程删除AccessGroup

H、远程为门禁系统添加一个新的CardNo

J、远程通知门禁执行ACU信息下发

为员工配置特殊权限

A、为新员工添加特殊出入权限

B、为老员工添加出入权限

C、变更员工的特殊权限

D、

A、远程为某个员工增加某个门的权限

B、远程变更某个员工的门权限

C、查询某个员工的权限

D、变更后通知门禁系统更新ACU

根据员工就职状态变化自动变更出入权限

A、根据SOA发来的消息，修改员工的出入权限

B、记录全部变更

A、变更员工的AccessGroup

B、变更后通知门禁系统更新ACU

C、操作未成功的话，要将原因返回给谁？

访客权限

A、根据SOA发来的消息，设置访客的权限

B、记录访客的出入时间和路径

C、通知停车场系统对访客的来访车辆按照权限时间准许出入

D、对于违禁事件进行记录和报告提交

A、访客超时后，需要进行何种处理？

B、当日访客没有离开记录进行何种处理

C、访客的历史资料如何保存？

2.2.2基础楼宇管理相关

目前基础的楼宇业务管理需求如表2-2所示。

表2-2楼宇业务管理需求表

需求项

需求点

监视空调、风机的运行状况

A、以电子地图的形式显示所有监管范围之内的空调、风机硬件设备的点位信息。

B、显示空调、风机的送、回风温、湿度、风机运行状态、压差开关状态，送风阀、回风阀、新风阀、排风阀开度，冷、热水阀开度、开关状态

监视水泵设备运行状况

A、以电子地图的形式显示所有监管范围之内的水泵设备点位信息

B、查看水泵变频启停状态、定速运行状态；供水压力；变频器运行、频率、故障状态；定速泵故障状态；

监视冷热源设备运行状况

A、以电子地图的形式显示所有监管范围之内的冷热源设备点位信息

B、查看冷热源设备的运行状态、读取冷热源设备的温度、压力等参数

C、当冷热源设备不运行时，发出报警信息，告知管理员，及时进行维修、保养

监视水电表的使用额度

A、以电子地图的形式显示所有管理范围之内的水、电表点位信息。

B、查看水电表的当前显示显数

C、对每月读取到的水、电额度进行报表分析，合理控制能源使用

根据消防报警进行应急反应

A、以电子地图的形式显示所有管理范围之内的消防设备点位信息

B、与CCTV系统联动，当发生消防事件时，自动调出消防报警点所对应的摄像头显示实时图像，以事件形式记录，以便于后期对消防事件的处理分析

监视安全防范状况

A、以电子地图的形式显示所有监管范围之内的巡更点位信息；

B、读取巡更系统制定的巡更方案

C、当巡更系统的硬件设备发生故障时。

可以以报警的形式向IBMS系统发出报警信息，通知相关管理人员进行处理

D、若实际巡更时间和排班时间不符合，以报警的形式记录该信息，以便后期的管理

E、巡更时，如果是夜间打开巡更点位置的灯

F、以电子地图的形式显示所有监管范围之内的摄像头点位信息。

可以调看摄像头的实时监控画面。

G、对每个摄像机的动作进行设置，如控制云台的水平俯仰和聚焦。

H、接收CCTV系统的视频分析事件信息，调出相关摄像机的画面

监视安全报警

A、以电子地图的形式显示所有监管范围之内的报警点位信息

B、与CCTV系统联动，当报警发生时，实时显示报警点的监控画面

C、IBMS系统可以远程控制某区域的布防、撤防

D、夜间当某一区域发生报警后，该区域照明自动打开。

E、当某一区域发生报警后，联动门禁系统关闭相关区域的门禁。

2.2.3业务分析及报表相关

目前高级管理的业务需求如表2-3所示。

表2-3高级管理业务管理需求表

需求项

需求点

报警的汇总

A、报警总统计报表

B、报警分级别统计报表

C、报警分系统统计报表

设备运行状态

A、设备运行记录表

B、设备参数记录表、曲线图

第3章系统详细设计

3.1总体功能介绍

为了实现各专业子系统之间的信息资源的共享与管理，各子系统的互操作性和快速响应与联动和控制，达到自动化监视与控制的目的，必须建立一个通用的集成平台[17]。

通过此平台对各子系统进行统一监视、控制和实现必要的联动，实现整个建筑群信息和资源的共享；从而提高工作效率和提供舒适的工作环境，达到最佳的管理水平，为使用者提供全面、优质、安全、舒适和快捷的综合服务。

要求集成系统以系统集成、功能集成、网络集成和软件应用集成等多种集成技术为基础。

集成要求如下：

●要求集成系统接口开发兼容性强，界面标准化、规范化，对于各种标准接口（OPC、BACnet、ODBC、LonWorks、RS485/422/232等）和非标准化接口，都能够实现各应用系统信息（运行数据和命令）的转换和实时传递；

●要求集成系统采用B/S架构，即浏览器和服务器结构；

●要求集成系统具有前、后台分离技术。

集成系统的前台系统使用者只能接触到对系统的监控，而系统的配置过程完全放在后台，即一般的使用者不可以接触到系统配置界面，不可以因为员工的误操作造成系统的崩溃，必须保证系统的稳定性；

●系统需采用模块化的配置方式。

系统要选择性强，为系统扩容提供保证，采用搭积木的简洁方式既可实现对系统的搭建；

●智能化集成系统要支持安全授权、身份认证、分级管理；[18-19]

集成模式可以使信息和任务共享，控制相对分散独立，硬件配置灵活。

3.2企业管理功能

3.2.1出入权限与停车权限管理

IBMS集成平台根据业务流程情况接收处理HR/SOA系统数据，并根据功能需求进行相应功能的处理，发送给门禁、停车场系统。

具体流程如图3-1所示。

图3-1出入权限与停车权限管理流程

1.入职：

IBMS每天定时接收HR发送的人员数据库信息，同步IBMS数据库。

根据字段说明，对新增人员权限进行赋权，并同步更新到门禁系统。

需要在IBMS上实现权限规则的修改、增减。

具体流程如图3-2所示。

图3-2入职流程

2.离职：

离职SOA流程完成后，实时传给IBMS系统进行对离职人员的权限进行删除，并同步到IBMS数据库以及门禁、停车场系统。

HR定时发送人员数据库，进行数据对比后进行IBMS数据更新，已HR数据库为准。

具体流程如图3-3所示。

图3-3离职流程

3.换卡：

换卡SOA流程完成后，实时传给IBMS系统进行换卡人员的权限维护，对新增卡片进行赋权，并删除旧卡权限，所有数据同步到IBMS数据库以及门禁系统。

HR定时发送人员数据库，进行数据对比后进行IBMS数据更新，已HR数据库为准。

具体流程如图3-4所示。

图3-4换卡流程

4.调动：

人员调动SOA流程完成后，实时传给IBMS系统进行人员的权限维护，对于情况1（分公司--->总部）按新增卡片进行赋权；对于情况2（总部--->分公司）将人员职权进行删除，所有数据同步到IBMS数据库以及门禁系统。

HR定时发送人员数据库，进行数据对比后进行IBMS数据更新，以HR数据库为准。

具体流程如图3-5所示。

图3-5调动流程

5.出差：

人员出差SOA流程中停车流程将车牌信息、车牌时限发给IBMS系统，并由停车场接口发送到停车场系统。

对于流程中员工卡进行维护，对于情况1（总部--->分公司）IBMS不用进行特殊处理只需同步HR数据；对于情况2（分公司--->总部）将人员职权进行赋值，所有数据同步到IBMS数据库以及门禁系统。

具体流程如图3-6所示。

图3-6出差流程

6.访客：

访客SOA流程中停车流程将车牌信息、车牌时限发给IBMS系统，并由停车场接口发送到停车场系统。

对于流程中访客卡根据权限分类进行赋值，访客结束流程后，由回收桶进行回收，门禁系统反馈卡信息给IBMS，门禁自动注销权限，IBMS系统进行人员最终进出时间，并记录存档。

具体流程如图3-7所示。

图3-7访客权限申请流程

3.3园区管理基础功能

园区管理基础功能多为传统弱点集成的升级。

3.3.1园区管理基础功能说明

系统必须具有对各应用系统集成的能力。

在各子系统提供标准通信协议的前提下，集成系统要实现对子系统的集成。

保证数据的采集及时、准确。

集成系统需要兼容多种通信协议，实现最大的设备无关性[20]。

1.集成系统必须配备“联动控制台”，用户可根据自身需求，随时设定跨子系统之间的联动。

“联动控制台”为使用者进行联动设置的平台，为使用者提供了便利的操作方式。

其要求如下：

1）配置简单、方便，能通过简单步骤建立联动关系；

2）集成系统可根据使用不同状态，设置联动预案运行、停止时间；

3）集成系统可满足设置不同的联动预案，即使是非常规的；

4）联动控制台要具备联动级别设定，同样等级下要有优先执行级别；

2.集成管理系统建立独立的数据库，进行除视频数据外所有系统数据的存储，具有完整、独立的数据存储。

3.智能化集成系统和各应用系统应具有安全措施，必须加强登录控制和操作员身份认证。

为防止非授权人员非法入侵，须设定操作人员的姓名、级别和口令。

通过权限级别可以控制各类操作人员的操作权限和区域。

4.智能化集成系统必须是一个可靠性和容错性较高的系统，能够不间断正常运行和有足够的延时来处理磁头的故障，以确保在发生意外故障和突发事件时，系统都应该保持正常运行。

[21]

3.3.2园区管理基础功能列表

1.监视门禁系统

在IBMS上实现对门禁系统的基础管理，功能如表3-1所示：

表3-1监视门禁系统

监视门禁的状态 

接收门禁的运营信息，显示门禁的运行情况和其他系统联动的结果

1.以电子地图的形式显示所有监管范围之内的门禁设备位置信息

2.实时显示门锁的开/关状态信息

3.当有非法的侵入时，产生报警信息，并以事件形式记录。

4.IBMS系统能够进行人员权限管理

5.与CCTV系统联动，当有非法的侵入时，若是晚间灯光关闭时，联动对应区域的照明设备开启，同时联动C