[Documento sobre tecnología de automatización de edificios] Tecnología de automatización inteligente de edificios
Investigación sobre tecnología de redes de control de automatización de edificios
Resumen En una sociedad moderna donde hay cada vez más edificios de gran altura y edificios de gran tamaño, ¿cómo lograr una gestión y control centralizados de Los equipos de gran escala dispersos en el edificio son un factor importante que afecta el buen funcionamiento del edificio. Este requisito de control descentralizado también determina el nacimiento de un nuevo sistema de control automático, que requiere el seguimiento, control y medición de los equipos de construcción descentralizados. Este artículo compara las ventajas y desventajas de varios sistemas en el desarrollo de sistemas de control de automatización de edificios, explica la importancia de Ethernet para la construcción de sistemas de control de automatización de edificios y analiza la composición y el establecimiento de redes de control de automatización de edificios sobre la base de los siguientes aspectos relevantes. Normas, principios y bases. Finalmente, basado en la tecnología Ethernet, se integra el sistema de control del bus de campo y se establece un servidor OPC para lograr una transmisión eficiente de datos de las interfaces de comunicación y el diseño de un sistema de control automatizado.
Construcción de palabras clave; control automático; red; Ethernet (igual que las proantocianidinas oligoméricas)
Con el rápido desarrollo de la economía de nuestro país y el continuo progreso de la ciencia y la tecnología, en los últimos tiempos. Durante años, la tecnología de control de automatización de edificios de nuestro país ha mejorado enormemente. El llamado sistema de control de automatización de edificios es un mecanismo de sistema para una gestión y control altamente automatizados basado en la ciencia y la tecnología. A través de dicha plataforma de control de red, se puede lograr la gestión con un solo clic de varios equipos del edificio. La tecnología aquí incluye tecnología de redes informáticas, control de automatización y tecnología de comunicación de redes. Los equipos que se pueden gestionar de manera unificada incluyen sistemas de aire acondicionado, sistemas de temperatura, ascensores, sistemas de protección contra incendios, equipos de iluminación, etc. Los sistemas de control de automatización de edificios pueden reducir en gran medida las dificultades de gestión y los costos laborales, y son eficientes, respetuosos con el medio ambiente y ahorran energía. Se puede decir que el desarrollo de sistemas de redes de control automático determina hasta cierto punto la dirección futura del desarrollo de los edificios inteligentes.
1 Desarrollo del sistema de control de automatización de edificios
1.1 Historia del desarrollo del sistema de automatización de edificios
El sistema de control de automatización de edificios ha captado la tendencia de desarrollo de la tecnología de la información científica. ha experimentado cuatro etapas de desarrollo en los últimos treinta o cuarenta años. La primera etapa es el sistema de monitoreo central CCMS, que comenzó en la década de 1970. Su principio es instalar estaciones de recopilación de información en todo el edificio y luego conectar el autobús a la estación central para formar un sistema de monitoreo central CCMS. La columna vertebral de este sistema es la computadora central. Al recibir y procesar información de las estaciones de recopilación de información, toma decisiones apropiadas y emite comandos para ajustar los parámetros de los equipos del edificio. La segunda etapa es el sistema de control distribuido DCS en la década de 1980. De hecho, los recopiladores de información de la década de 1980 evolucionaron hasta convertirse en los productos tecnológicos de la década de 1980: los controladores digitales. Al configurar una computadora del sistema de control distribuido para cada controlador digital, cada controlador digital independiente puede mostrar y procesar la información recopilada. La subestación solo necesita configurar una computadora central en él para procesar la información de forma completamente independiente. La tercera etapa es el sistema distribuido abierto en la década de 1990. Mediante la aplicación en el bus de campo, se organiza un sistema de red de control BAS de tres capas para formar la estructura de entrada y salida de la estación central, la subestación DDC y la capa de red de campo. que todo el sistema es más abierto y flexible en la configuración y gestión del sistema. La cuarta etapa es el sistema de integración de redes después de entrar en el siglo XXI. Hay una estación maestra central en el sistema de red, que optimiza la combinación de protección contra incendios, seguridad, iluminación, temperatura y otros subsistemas. Y luego la gestión integrada es más conveniente y rápida.
En el transcurso de cuarenta años de desarrollo, el mayor cambio en el sistema de automatización de edificios es que el sistema de control de bus de campo (FCS) reemplazó al sistema de control distribuido (DCS). Aunque DCS tiene un buen rendimiento de simulación, operación y gestión, el alto costo, la escasa confiabilidad y la escasa apertura del sistema son obstáculos que restringen su desarrollo. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, han surgido sistemas de control de bus de campo que están impresos con la tecnología moderna típica y tienen mayor controlabilidad y cientificidad. Su mayor ventaja es que simplifica el método de cableado del sistema, mejora la operatividad y el mantenimiento, optimiza el rendimiento en tiempo real y reduce los costos.
1.2 Ethernet comienza a entrar en el campo de la automatización de edificios.
Ethernet siempre ha sido la red tecnológica central en la construcción de redes de área local.
Con el mayor desarrollo de la ciencia y la tecnología, los sitios en Ethernet han completado la evolución del envío y recepción de información de datos de forma independiente, reduciendo la colisión, la congestión y el almacenamiento en caché de datos de la capa física, proporcionando ideas únicas para el desarrollo y diseño de sistemas de automatización de edificios. Después de la promulgación del estándar IEEE802.3af, la cantidad de productos de conmutadores industriales basados en Ethernet ha aumentado considerablemente y también han surgido sin cesar estándares Ethernet abiertos basados en bus de campo. Como ODVA, CI, HSE, Profinet, etc. La combinación de sistemas de control Ethernet y bus de campo compensa las deficiencias de todas las partes, permitiendo que el diseño de sistemas de control automático industrial vaya tomando forma gradualmente. Su exitosa aplicación en el campo del control industrial promueve directamente su rápido desarrollo en los sistemas de control de edificios. Desde la capa de información inicial hasta la capa de control, Ethernet se ha utilizado cada vez más.
Las ventajas de Ethernet son obvias, es decir, realiza la transición perfecta de la red de información a la capa de control, realiza la unificación de todas las capas, hace que el desarrollo y la gestión de dicho sistema sean más convenientes. y también realiza una integración rápida y perfecta con otros sistemas en edificios inteligentes. Pero al mismo tiempo, debemos darnos cuenta de que la investigación sobre la integración de la tecnología Ethernet y los sistemas de control de bus de campo aún está en su infancia. Debido a que el costo de la investigación es alto y los productos son pocos, los usuarios tendrán pocas opciones y obstaculizarán su popularización. La capacidad de mantenimiento y el rendimiento en tiempo real de Ethernet también son limitados. Llevará tiempo verificarlo.
2 Composición y funciones básicas del sistema de automatización de edificios
2.1 Composición del sistema de automatización de edificios
El sistema de control de automatización de edificios generalmente incluye aire acondicionado, protección contra incendios, suministro de energía , ascensor, gestión de seguridad, suministro y drenaje de agua y otros subsistemas. A través de la tecnología Ethernet, se puede establecer una red de comunicación, se puede integrar el sistema de control de bus de campo, se pueden establecer la capa de control, la capa de gestión y la capa de equipo para realizar la conexión entre la estación operativa y la unidad de control de red. Adopte un protocolo/protocolo de control de transmisión, establezca un protocolo de datos de usuario y construya un servidor OPC, que no solo completa de manera centralizada la administración de todos los dispositivos por parte del terminal de control, sino que también permite a los usuarios tener libre acceso al cliente, evitando el engorroso proceso de control personal. viendo el dispositivo. Al agregar una unidad de control de red, se puede monitorear, compartir y administrar varios subsistemas en el edificio a través de varias funciones de cálculo estadístico correspondientes, la función de la estación operativa se puede reemplazar bajo ciertas circunstancias para completar el procesamiento y comando de información de emergencia portátil. control.
2.2 Funciones del sistema domótico de edificios
Las funciones básicas del sistema de control domótico de edificios son las siguientes:
(1) Realiza el control start-stop y equipos de múltiples subsistemas Monitoreo del estado de operación.
(2) Recopilar datos históricos del funcionamiento del equipo y completar el análisis de datos técnicos de la vida útil completa del equipo.
(3) Ajustar automáticamente los parámetros operativos del equipo de acuerdo con los cambios en el entorno externo
(4) Monitorear posibles fallas y emergencias que puedan ocurrir durante el funcionamiento de diversos sistemas en el edificio, y configurar un conjunto completo de planes de tratamiento
(5; ) Gestión científica del agua, electricidad, gas, etc. , ahorro de energía, alta eficiencia y automatización;
(6) Para los equipos de cada subsistema, mantenga un informe de gestión del equipo, que incluya archivos operativos, registros históricos y estado de mantenimiento, como referencia.
3 Plan de diseño del sistema de red de control de automatización de edificios
3.1 Principios generales del diseño del sistema de control de automatización La función principal del sistema de automatización de edificios es monitorear cada subsistema en el edificio, recopilar datos operativos y comparar Analizar el estado de operación para asegurar el funcionamiento normal del equipo bajo cualquier circunstancia y lograr un monitoreo remoto rápido y sencillo. La ventaja más obvia es que reduce en gran medida la probabilidad de accidentes y, en consecuencia, prolonga la vida útil del equipo. A través de dicho control y gestión centralizados, se puede lograr una gestión unificada y ordenada de cada subsistema, de modo que pueda operar de manera saludable, utilizar plenamente las funciones de cada sistema y sentar una base sólida para la construcción de edificios inteligentes. Tomando como objeto de diseño el edificio inteligente moderno de gran altura más representativo, se explican brevemente las tecnologías clave para crear un sistema de red de control automatizado.
Como se mencionó anteriormente, el sistema de control de automatización de edificios debe primero garantizar el funcionamiento eficiente de los subsistemas y lograr un funcionamiento automático ordenado y flexible de los subsistemas, reduciendo así la gestión de personal y ahorrando recursos humanos y costos de capital. El sistema diseñado aquí se basa principalmente en los requisitos de los propietarios comunes y el rendimiento de alto costo, utilizando la solución óptima para diseñar un sistema de control automático que pueda lograr tanto una gestión centralizada como una gestión descentralizada. Por ejemplo, el famoso sistema de gestión de edificios BACTalk es un sistema de control automático basado en BMS. Puede controlar sistemas de protección contra incendios, sistemas de seguridad, sistemas de iluminación, ascensores, etc. Tiene controladores avanzados en el sitio e interfaces abiertas. otros equipos del sistema.
De acuerdo con las características de los edificios modernos de gran altura, se diseñan los principales subsistemas de monitoreo: sistema de ascensores, sistema de aire acondicionado central, sistema de iluminación, sistema de suministro y drenaje de agua, etc.
3.2 Principios de diseño y bases del sistema de red de control de automatización de edificios
Al diseñar un sistema de automatización de edificios, se deben seguir los siguientes principios. La primera es la confiabilidad. La fiabilidad es el primer criterio para comprobar si un sistema de control automático está cualificado. Se da prioridad al sistema de control descentralizado y las tareas de control automático se asignan a múltiples procesadores en el sitio para evitar que la falla de un solo procesador afecte el buen funcionamiento de todo el sistema. Otra manifestación de confiabilidad es la precisión de la recopilación y el registro de datos del sistema. No debe haber falsos positivos ni omisiones, por lo que los requisitos de hardware y software del sistema son extremadamente estrictos. En segundo lugar, es flexible y escalable. Los sistemas de automatización de edificios, al igual que otros sistemas de red, evolucionarán y se actualizarán con el desarrollo de la ciencia y la tecnología. Después de establecer el sistema inicial, se debe considerar que con el desarrollo de la tecnología de la información científica, el sistema original debe optimizarse y actualizarse, lo que plantea nuevos requisitos para la escalabilidad del sistema. Por supuesto, la flexibilidad también es importante. La razón principal es que el aumento o disminución de los controladores en el sitio no puede afectar el rendimiento de todo el sistema. La composición y la aplicación funcional del sistema deben ser flexibles para que el sistema pueda cambiarse. el entorno externo cambia. El tercero es la practicidad. El sistema diseñado siempre se aplica. Requiere que los diseñadores extraigan conocimientos comunes que sean fáciles de aplicar a partir de tecnología de información científica avanzada. El sistema puede satisfacer diferentes necesidades según la multifuncionalidad del edificio. La comodidad es otro signo de practicidad. Si el modelo de gestión es razonable y simple es un indicador importante de si un sistema está maduro. Un buen sistema de control de edificios puede realizar la síntesis perfecta del contenido de datos de varios subsistemas del edificio y presentarlos de manera uniforme en el nivel central, reduciendo la dificultad de gestión. Finalmente está la economía. Requerimos que el diseño del sistema utilice la tecnología más precisa y de vanguardia, teniendo en cuenta al mismo tiempo las necesidades reales. El uso de procesadores in situ debe poder cumplir con el funcionamiento a largo plazo del sistema, por lo que se requiere una planificación razonable y no invertir a ciegas.
El diseño de los sistemas de control de automatización de edificios debe basarse en los planos y estándares eléctricos correspondientes para cumplir con los estándares nacionales y otros estándares internacionales. Por ejemplo, normas de diseño de edificios para sistemas de protección contra incendios, normas de diseño de iluminación, normas de diseño de ascensores, normas de diseño de instalación de aire acondicionado y ventilación, normas de diseño de sistemas de suministro de energía para edificios industriales y civiles, etc. , para cada subsistema que deba diseñarse, se deben proporcionar orientaciones de diseño del sistema de acuerdo con las especificaciones nacionales correspondientes.
3.3 Diseño de funciones del sistema
La solución del sistema diseñada se basa en la tecnología Ethernet y realiza la integración de varios buses. Consta de tres capas: capa de red, capa de control y capa de dispositivo. Entre ellos, la tecnología de red en la capa de equipo se basa en el bus CAN y Lonworks, y utiliza tecnología Ethernet para realizar la comunicación entre la capa de gestión y la capa de control.
En resumen, el sistema de control por bus de campo (FCS) es más abierto, distribuido, fácil de mantener y de bajo coste, por lo que es más adecuado para el diseño de sistemas de control de automatización de edificios, complementados con tecnología Ethernet. para realizar el control de automatización de edificios. El dibujo de diseño detallado se muestra en la Figura 1.
Figura 1 Diagrama del sistema de control de automatización de edificios Ethernet
3.3.1 Estructura de red del sistema de control automático
El sistema diseñado incluye principalmente una capa de gestión, una capa de control y una capa de equipo. . La capa del área de monitoreo inteligente compuesta por comunicación punto a punto entre controladores en el sitio es la capa de control, y los nodos de monitoreo están dispuestos en el bus CAN y el bus Lonworks. La capa de gestión incluye la computadora principal central y los sistemas informáticos del subsistema. La tecnología Ethernet se utiliza para construir la capa de gestión. La estación de operación en la capa de gestión puede controlar la computadora central, realizar una gestión de comandos integrada y unificada de cada subsistema y analizar y procesar todos los datos del sistema. La capa de equipamiento es el equipo electromecánico del edificio, que funciona según programas preestablecidos bajo la gestión de la capa de control.
3.3.2 Tecnología de integración del sistema de control automático
La tecnología OPC puede estandarizar el intercambio de información de datos del equipo entre la capa de control y la capa de gestión, acelerar la velocidad y confiabilidad de la transmisión de datos. y al mismo tiempo reducir costos. Al seleccionar OPC en un sistema de automatización de edificios, es necesario desarrollar servidores OPC correspondientes basados en diferentes subsistemas y funciones para completar la recopilación de datos independientes en la capa de equipo.
Un servidor OPC completo incluye dos partes: interfaz estándar e interfaz de comunicación. Utilice ASP. NET2005 desarrolló dos interfaces y desarrolló un servidor OPC. El desarrollo de interfaces estándar se vuelve simple gracias a la base de datos. El desarrollo de interfaces orientadas a la comunicación requiere protocolos de comunicación y métodos de recopilación de datos específicos para escribir bibliotecas de enlaces dinámicos específicas.
La estructura del servidor OPC construida de esta manera se muestra en la Figura 2.
Figura 2 Diagrama de estructura general del servidor OPC
A través de esta estructura, se llama a la función API, se registra y cancela la información de los datos del servidor, y los datos se leen y escriben de acuerdo con las necesidades específicas. módulo de interfaz, y luego la información leída y escrita se empaqueta para satisfacer las necesidades del cliente. La clave de este diseño es establecer una biblioteca de enlaces dinámicos llamando a funciones y establecer un prototipo de función API llamando a la DLL de ASP.NET2005. El protocolo de comunicación comúnmente utilizado es generalmente el protocolo TCP/IP. La lectura y escritura de información encapsulada a través de la interfaz de comunicación permite el acceso simultáneo a los datos de la computadora y del cliente. Al realizar la gestión y el control de datos, el operador no necesita recopilar datos de cada dispositivo de hardware, solo necesita verificar el servidor OPC correspondiente al subsistema para lograr una recopilación de datos independiente. Con estos datos se pueden obtener los datos básicos para el control automático de cada subsistema. Mediante ciertos análisis y procesamiento, se puede lograr la presentación unificada de los datos operativos del subsistema y el estado operativo, lo que facilita enormemente la gestión del control automático posterior. Este es un proceso completo de control de automatización de edificios.
4 Conclusión
Los edificios inteligentes se están convirtiendo en la dirección de desarrollo de los edificios del futuro. La gestión centralizada y ordenada de los sistemas de equipamiento del edificio es un vínculo clave para hacer realidad el concepto de ahorro social de energía y mano de obra. ahorro. El desarrollo de la tecnología de la información científica permite diseñar sistemas de control automático de edificios fiables y en tiempo real a bajo coste. El diseño del sistema se puede realizar utilizando sistemas de control de bus de campo y tecnología Ethernet. Con el objetivo de un uso confiable y flexible, integra tecnología de bus CAN y Lonworks basada en tecnología Ethernet, y utiliza tecnología OPC para crear servidores, que pueden realizar de manera rápida y precisa la integración de información y datos de protección contra incendios, iluminación, ascensores, aire acondicionado, temperatura, suministro de energía y otros sistemas. Al mismo tiempo, también puede asignar y controlar los subsistemas del edificio, monitorear el estado operativo del equipo en tiempo real, ajustar fallas de manera oportuna, reducir los costos de gestión de personal y proteger el edificio. En una sociedad moderna con áreas de construcción cada vez más grandes y alturas más altas, los sistemas de red de control automatizados mejorarán en gran medida las funciones internas de los edificios y proporcionarán un entorno de vida y trabajo seguro y cómodo.
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