基于APOGEE系統的BMS集成實現

李衛東

圣暉工程技術（深圳）有限公司，廣東深圳 518049

0 引言

隨著智能建筑技術的不斷發展，其包含的子系統及設備也不斷增多，為了讓用戶能夠快速方便地了解各種建筑設備的運行故障狀態和對設備的控制，BMS系統隨之產生。根據《智能建筑設計標準》中的定義，建筑設備管理系統（Building Management System，簡稱BMS）是對建筑設備監控系統和公共安全系統等實施綜合管理的系統。BMS系統通過將將建筑物內的樓宇設備監控系統、火災報警系統、閉路監控及防盜報警系統、智能一卡通系統、智能停車場系統、智能照明系統等各個子系統集成在一個平臺上，進行數據交換和共享，將各個具有完整功能的獨立子系統整合成一個有機體，降低系統的運行費用，提高系統維護和管理的自動化水平。本文以某項目的BMS集成實施為例，講述以西門子APOGEE樓宇控制系統為平臺采用OPC技術進行集成的實施方法、步驟。

1 西門子APOGEE樓宇控制系統

APOGEE系統是西門子公司推出的一套完整的樓宇控制系統，系統上層由Insight監控軟件、系統網絡和多種DDC控制器組成，下層由各種傳感器和執行機構組成。Insight監控軟件是以動態圖形為界面，向用戶提供樓宇管理和監控的集成管理軟件。Insight軟件基于windows2003/xp/2000操作平臺，采用client/server架構。Insight監控軟件是一個具備第三方系統集成功能的監控平臺，Iinsigh監控平臺支持BACnet、OPC、LonWorks、MODBUS、EIB等協議。本項目中采用OPC接口方式實現與各子系統的集成功能。OPC協議是一個工業標準，這個標準定義了應用Microsoft操作系統在基于PC的客戶機之間交換自動化實時數據的方法。

2 BMS集成的實現

2.1 BMS的網絡結構設計

本項目是一個大型公共建筑，由多棟建筑組成，各棟建筑分布范圍較廣，整個項目的智能化系統分布在各個建筑內，各建筑內的智能化系統由統一的控制中心來管理。本項目的BMS集成系統采用西門子APOGEE樓宇控制系統為平臺，由APOGEE系統的Insight軟件平臺實現集中監視和管理。考慮到智能化各子系統安裝位置分散、分布距離廣，因此本項目中設計了以光纖為主干的三層路由交換局域網，稱之為樓宇控制專網，樓宇控制專網由一臺三層核心交換機及分布在各樓層的接入層交換機組成。樓宇控制專網既用于實現各子系統自身設備遠距離物理連接，也可使各子系統通過局域網與BMS集成服務器實現物理連接。BMS集成系統的平臺監控軟件為Insight軟件高級版，系統集成接口模塊是OPC SEVER(5000PT)。本工程設置了一間智能樓宇監控中心，配置一臺BMS服務器，運行Insight軟件服務端，BMS集成服務器接入樓宇控制局域網。根據本項目的需求，BMS系統需要接入的對象有：樓宇自控系統、數字視頻安防監控系統；智能照明系統；入侵報警系統；出入口控制系統；電梯系統；冷凍站群控系統；變配電監控系統；消防報警系統。

2.2 子系統的集成方式

2.2.1 數字視頻安防系統的集成

本項目視頻安防系統是數字式視頻監控系統，視頻及控制采用了接入數字編解碼器后在以太網傳輸的方式，數字編解碼器接入樓宇控制專網內。此系統的生產商提供第三方開發的SDK開發包，本項目利用此SDK開發包開發了一個接口網關，該網關運行在BMS服務器上，通過樓宇控制專網來完成與視頻編解碼器的數據交換。由于BMS系統的Insight平臺提供的是OPC服務器接口功能，而OPC方式是采用客戶機/服務器模式來進行數據交換的，因此該網關作為OPC客戶端來訪問Insigh，同時也做為BMS平臺的視頻圖像的顯示及控制功能模塊。

2.2.2 配電監控系統的集成

配電監控系統采用的是IEC104數據傳輸規約，此規約是基于TCP/IP協議的網絡傳輸協議。本項目中配電監控系統有多臺通訊管理機，配電通訊管理機通過自已的局域網進行互連。要實現BMS服務器與配電監控系統的數據交換，需要配電監控系統局域網接入BMS樓宇控制專網，因此將配電監控系統的交換機與樓宇控制專網進行了級聯。在網絡互通的情況下，為了實現對配電數據采集，開發一個軟件網關，運行在BMS服務器上。此網關按IEC104數據傳輸規約來取得配電數據，并作為OPC客戶端與Insight平臺上的OPC服務器交換數據。

2.2.3 智能照明系統集成

智能照明系統有獨立的上位監控主機，并提供了OPC服務器接口，將智能照明主機連入樓宇控制專網，通過路由配置實現智能照明主機與BMS服務器的網絡連接。由于BMS集成系統也是OPC服務器，因此在BMS服務器上開發了一個OPC客戶端，由客戶端來完成Insight平臺上的OPC服務器與智能照明OPC服務器間數據轉發。

2.2.4 冷凍站群控系統集成

冷凍站系統的設備由獨立的群控系統進行控制，該群控系統已預留了第三方集成接口，此接口稱為datalink 連接單元，有一個25針的連接串口，工作方式是第三方設備通過Datalink的串口發送要讀取的變量的指令。Datalink收到該指令后，通過群控系統的CCN網絡從相應的控制器中抓取第三方系統所需要的數據，并通過Datalink的RS232串口返回給第三方系統。本項目中BMS服務器作為第三方，以ASCII方式從串口讀取數據。在此也開發了一個軟件網關，用于在對datalink串口數據讀寫的同時作為OPC客戶端與Insight平臺進行數據交換。

除上述子系統外，其它幾個子系統也均采用類似方式與BMS系統進行集成。由于本項目BMS供貨合同中訂購的接口模塊是OPC服務端，并非OPC客戶端。基于OPC方式是采用客戶機/服務器模式來進行數據的交換的，因此需要在BMS平臺上開發一個各子系統的軟件網關，既用來實現與硬件設備的通訊，也實現OPC服務器間數據的轉發功能。

2.3 BMS集成系統的組態

作為BMS集成實施的第一步，解決了各子系統與Insight平臺的數據通訊后，接下為需要進行設備組態、畫面組態、控制程序編寫等工作。APOGEE系統的BMS集成組態工作是通過Insight軟件平臺來完成的，包括系統結構建立、監控點的定義、監控界面的生成、控制策略的生成等步驟。

2.3.1 系統結構的構建

此部分主要進行系統網絡和設備的設置，包括系統網絡的構建、服務器、工作站的定義、各種控制器的定義。系統結構的構建通過Insight軟件的系統輪廓（System Profile）工具來進行的。在完成網絡結構和設備的設置之后，最終要以圖形的方式來表現樓宇控制系統。在本項目中分別定義了工作站， BLN網絡、FLN網絡、DDC控制器、及串口的配置。

2.3.2 各子系統監控點的定義

Insight平臺上的監控點可分點物理點、虛擬點，本項目中通過DDC控制器的物理連接的點為物理點，而通過OPC接口獲取的點為虛擬點，相當于一個變量，用于存儲從子系統獲取的數據，物理點與虛擬點以相同的方式進行定義。在本項目中從各子系統取得的數據在定義時按子系統的點表來進行命名。所有的點均通過Insight軟件中的點編輯器進行定義并存于數據庫內。

2.3.3 監控界面的組態

Insight軟件的監控界面由Designer軟件來生成，Designer軟件是一個圖型制作軟件，自帶各種常用的圖庫，支持各種圖型、圖片格式。通過Designer制作出BMS系統主界面及各子系統的監控界面，監控畫面包括BMS主監控畫面、各子系統主監控畫面、各子系統的分畫面，這些畫面作為集中監控界面的背景圖。將由Designer制作的背景圖通過Insight平臺的Graphics工具導入，通過在Graphics中插入各子系統的背景圖，生成各系統的監控畫面。要在監控畫面上實現動態數據的顯示、動畫、畫面切換等功能，則需要添加相應控件。在Insight中提供了多種控件，如點信息塊、棒形圖、圖形鏈接、動畫等控件。將控件添加到背景圖上需要動態顯示及控制的位置，并關聯上已定義的信息點。畫面即可根據信息點的變化顯示情況進行動態顯示。

2.3.4 控制策略的生成

BMS集成的主要功能之一是系統的控制功能。系統的控制功能是由控制策略來執行，Insight的控制策略是通這PPCL語言編程來實現的。PPCL是一種類似BASIC結構的高級語言，PPCL的編程是在Insight的程序編輯器下進行。由于各子系統的數據在Insight平臺上進行了統一的定義，各子系統的點在BMS平臺上可以看作是同一個系統的點，可在PPCL語句中進行引用并實現對點的操作控制功能。夸子系統的聯動功能也就是通過對各子系統的點進行編程來實現的。

3 結論

本項目所集成的子系統采用多種協議和接口方式，要轉換成標準協議，實施起來較為復雜，不僅要開發協議轉換軟件網關，還需要進行大量的硬件及軟件接口測試，這也是集成過程花費較多時間去完成的工作。因此在工程整體設計階段，在進行系統和設備選型時需要盡量考慮集成平臺的開放性和各子系統接口的標準化，這樣更利于系統集成功能的實現。

[1]中華人民共和國建設部.智能建筑設計標準.GB/T50314-2006.

[2]APOGEE頂峰系統技術手冊(2006).北京：西門子公司，2006，5.

[3]劉彬，程大章.向過程控制的一種新技術——OPC數據訪問標準.計算機工程，2000，10.