基于EBI的智能建筑系统集成软件接口技术的研究及应用

1、引言

　　在智能建筑中，建筑智能化系统包含着若干个系统，而每个系统又由多个子系统和各种设备构成。以楼宇自控系统为例，从广义上讲它包括空调系统、给排水系统、供配电系统、照明与动力系统、消防系统、安全防范等子系统以及多种型号的传感器、执行器、现场控制器、UPS等机电设备。智能化集成系统就是将智能建筑内不同功能的子系统在物理上、逻辑上、功能上连接在一起，以实现信息综合、资源共享。而实现系统集成的关键在于解决各子系统之间的互联和互操作性问题，这是一个多厂商、多协议和面临各种应用的体系结构，也是每一个智能建筑所面临的问题。解决这一问题最有效的方法就是利用软件接口技术，即在集成系统服务器与子系统管理主机之间使用一个软件接口，以此来完成集成系统与子系统的连接和信息交换。所谓的软件接口是指：一个能使智能化系统（称为主系统）与另外一个智能化系统或机电设备（称为分系统）之间建立起通讯连接的软件，并完成主系统与分系统之间的数据交换，从而实现主系统对分系统运行状态的监控和运行参数的设置。软件接口存在的前提是主系统和分系统均可提供对外通讯接口，且二者的通讯接口互不兼容，不能直接建立连接。因此，软件接口技术的研究已成为智能建筑系统集成中必不可少的一项关键技术。

　　下面就通过作者近期完成的天津某智能建筑工程，详细说明智能建筑系统集成中软件接口技术的研究及其在实际工程中的应用，其目的是为现在和今后的智能建筑系统集成工程提供全方位的、切实可行的方法，真正提高建筑管理系统的集成化、智能化水平。

2、基于EBI的BMS控制系统介绍

　　EBI(Enterprise Building Integratioon)即企业楼宇集成系统，是Honeywell公司推出的企业管理与楼宇自控的全面解决方案。在实际的智能大厦工程中，基于EBI的BMS(Building Management System）系统得到了广泛的应用。BMS系统是一个典型的网络控制系统（Networked Control System，NCS），系统自底向上分为三级：现场级、自动化监控级、管理级。也可将现场级、自动化监控级合起来称为控制级。现场级主要是通过各类传感器完成各类信号的现场采集，以及用现场执行机构完成现场控制功能。采用RS485、LonWorks、Honeywell C-BUS等多种控制总线技术，来完成各子系统的监测和控制功能。自动化监控级包括各子系统各自配备的控制器及独立的上位监控系统，完成各自独立的控制功能。控制器将现场级采集的信号与上位监控的设定值进行比较、计算，并向现场级的执行机构发出指令，来完成所要求的控制功能。管理级主干网采用100M以太网络、客户机/服务器（C/S）或浏览器/服务器(B/S)结构模式，实现子系统之间的联络、对话，对各子系统的重点信号统一实施监控。

　　在一个集成化的BMS系统中，往往是集散控制系统与现场总线控制系统体系结构并存的局面，系统要真正做到集成需克服诸多难点：如分析清楚系统的体系结构、深入理解现场总线的通信协议、开发相应的软件接口等。

3、软件接口技术

3.1 模块并行集成模式的软件接口技术

　　它的核心思想是：将BMS的网络系统划分为管理网与监控网两层，各子系统运行在下层监控网，系统集成数据库运行在管理网，各子系统与管理网的集成按是否需要另外开发应用程序划分成两大类：一类是通过工业标准协议实现集成，只要通信双方都共同遵守某种标准协议，即可通过标准化配置将实时数据转换成合法格式后直接与数据库交换信息，不需再开发额外驱动程序；另一类是通信双方不能共同提供某种标准协议的标准接口时，需利用系统提供的应用程序编程接口函数即API/Net API函数来开发软件接口，以实现数据库的访问。这种思想的示意图如图1。

　　图1中，将各子系统及其与集成平台通信的接口纵向地看作一个模块，整个系统中包含若干个这样的模块，这些模块处在平等的地位，并行地运行，集成平台统一协调各个子系统之间的工作。通过这种全面的定义与概括就实现了对所有实际集成问题的解决方案，而且依据并行工程的概念与理论，将整个系统模块化，使系统在结构上更加清晰，从而更加直观地反映了实际系统的情况。

图1 模块并行集成模式示意图

3.2 基于OPC的组件化集成模式的软件接口技术

　　基于OPC的集成模式的思路完全不同于上述模式，这种模式主要运用OPC技术来实现，其核心思想为：BMS中央监控站作为OPC 客户端，在它和各下层子系统之间开发一个OPC 服务器，保证这个OPC服务器与OPC客户端使用的是同一套OPC标准类型，可直接互通。OPC 服务器做成一个标准组件，包含可扩展的若干接口，以实现对不同设备驱动组件的调用。设备驱动组件依据不同的设备接口类型及协议封装，实现OPC服务器组件规定的若干接口或某些关键接口成员函数，与OPC服务器组件形成DCOM架构，共同运行在中央监控平台和各子系统之间，作为通信的中介，将具有DCOM架构的这些组件的集合统称为“接口层”。对中央监控平台来讲，接口层屏蔽了监控层中各种协议的不统一性及各种网络的异构性，从宏观上实现了OPC即插即用的思想。接口层中的各组件可运行在不同的计算机上，具有位置透明性；设备接口组件的数量可根据具体工程的需求任意增减、自由拆装。其结构示意图如图2所示。

图2基于OPC的集成模式示意图

4、软件接口技术在系统集成工程中的应用

　　天津某智能建筑，建筑面积61000平方米，其BMS系统集成工程是2008年奥运会试点工程之一。在系统集成设计过程中，、电梯监控子系统、UPS监控子系统、锅炉监控子系统、发电机监控子系统等系统的集成采用的是同一种方式，即以干接点采集现场状态进而将信号纳入楼宇自控子系统统一监控，楼宇自控子系统再以标准系统的“身份”直接通过标准网关联入中央监控平台。这是比较传统的做法，其集成实现的方法单一且比较容易。安全防范子系统、消防子系统因它们均属非标准系统，而且协议严重不统一，不能与EBI直接集成，需开发相应的软件接口，实现系统集成。为此，作者为安全防范系统开发了软件接口GatewayES，并以“模块并行集成模式”将安全防范系统集成进整个BMS中。消防子系统的集成方法更具代表性。本工程中消防系统采用西门子的CS11，CS11网络的传输协议遵循ISO1745标准，而EBI不支持该协议，如果要将该系统与EBI连接起来，需要再开发一个软件接口，运行在MK7022和EBI之间。一种方法是利用人工智能Agent理论的思想开发一个运行在EBI和MK7022之间的Agent，该Agent就作为消防子系统的软件接口使用，以“模块并行集成模式” 将消防子系统集成进整个BMS中，以此来实现：

　　（1）ISO1745协议的转化，使火灾探测系统内发生的火警信息可传送到BMS，进入EBI数据库；

　　（2）CS11现场控制器中配置数据的读入，使BMS接收到的事件信息与它在控制器中的位置建立明确的对应关系。值得注意的是火灾探测系统和BMS之间是一种单向传输通讯，即火灾探测系统向BMS发送有关事件的信息，但在BMS上禁止对火灾探测系统进行操作，如启动某个设备，关闭某个探测器等，这些操作在DMS7000上实现，即EBI对火灾探测子系统只监不控。另一种方法是开发一个消防子系统驱动COM组件，用OPC Server组件调用该组件来实现“基于OPC的组件化集成模式”下的系统集成。无论哪种模式实现的软件接口，其功能和目的都是一样的。

　　消防子系统软件接口的开发与实现方法如下：

4.1 API-Agent法

　　多Agent系统的研究目标是各Agent之间智能行为的协调，包括规划、知识、技术和动作的协调。本文以消防软件接口Agent的开发为例，给出了开发一种软件接口Agent的过程和方法。

　　软件Agent经常用多线程或者是类UNIX过程来实现，区别软件Agent和普通程序的关键就是看它们和所处环境进行交互的能力。所以，在设计消防接口软件Agent时充分考虑了它所处的运行环境、系统位置及交互职责等因素。文中系统要求消防接口软件Agent最终实现如下结果：将西门子消防系统（对于数据处理的实时性要求较高）纳入Honeywell的智能大厦监控平台。西门子消防系统通过一个通信接口单元MK7022与消防接口软件Agent进行信息交互，而Agent又与监控平台的实时数据库进行信息交换。另<