基于OPC的建筑智能化系统的集成结构模式研究

薛青辉

(陕西建工集团总公司，陕西西安710003)

建筑智能化系统集成就是将建筑中分散的设备、信息点通过计算机网络成为一个互联互通、统一协调的系统，为人们创造一个高效、方便、安全、舒适、节能、环保的建筑环境。建筑智能化系统集成经历了采用传统的集散控制系统到现场总线控制系统的发展阶段。

1 智能建筑系统集成的主要模式

1.1 基于子系统平等方式的集成

这种系统集成方式就是各个子系统之间有着平等的地位，而且相互独立。一个子系统停机不会对其他的系统造成影响。通过开放的工业标准接口可以使子系统中的实时数据转换成统一格式，并在系统集成数据库中存储。基于子系统平等方式的系统集成模式易于管理、维护以及发展，能统一的监控和管理集成中的各个子系统，它采用的软、硬件接口符合国际标准，可以通过系统核心调度程序来统一监控各个子系统，从而实现各个智能化系统中的信息互换功能。该系统对不同设备制造商子系统的集成都比较适用，可以节约系统集成的成本。

1.2 以BAS为中心的系统集成

这种模式可以实现BAS与安全防范系统、火灾自动报警系统之间的集成，增加信息通信、控制管理模块可监视和联动SAS、FAS、CAS，各系统围绕BAS，通过BAS的中央监控计算机实现联动功能。这样方法的优势在于它可以利用BAS中的网关转换功能实现各子系统之间的连通，它的弊端是如果BAS系统出现故障，其他的子系统也会失去监控。这种集成模式在我国得到了普遍的运用。

在实际工程中，以BAS为中心的系统架构比较复杂，BAS以外的各子系统向上互联时所采用的方式主要决定了网络拓扑结构是否固定，另外还要看BAS系统对外开放的程度，比如能否直接支持DDE、BACnet、OPC等开放性接口，能否直接支持厂家的通信协议。基于种种考虑，这种以BAS为中心的集成模式不好用固定的拓扑结构来描述。系统的网络拓扑结构要结合实际情况来确定。

2 OPC为建筑智能化系统集成提供互联性和互操作性

智能建筑中引入了OPC规范之后，过程控制中对硬件和软件的匹配要求宽松了很多，硬件供应商开发的驱动程序只要符合OPC的规范，就能支持所有标准的OPC客户。系统的升级和修改十分的方便，系统中增加了一个设备，设备中包含了OPC的服务器，任何软件都可以和它互换数据，一插上就能立即使用，使设备的互操作性和互联性得到了很大的提高。

另外，在智能建筑中，要想使各个子系统能互联和互操作，可以通过OPC中的“Software bus”来实现。在这个基础上通过开发应用程序来扩展系统的功能。这样可以降低设备投资的成本。

OPC是Microsoft DNA－M的重要组成部分，DNA－M体系结构是在各种不同的Microsoft产品和技术的基础上建立起来的，它的设计目的是方便自动应用的集成。其中有个技术是BizTalk，这个技术的Microsoft环境可以用于数据交换，能够交换基于XML结构的应用间的数据，也能实现目前工业标准和将来工业标准间的数据交换。

OPC XML简化了控制层到管理层系统的集成，可以通过Internet技术实现文件格式、数据之间的共享和交换，使得信息系统和控制系统的集成度更高，从而实现从低层的监控以及控制系统向较高级别的纵向信息系统集成，可以以更好的方式将实时数据信息嵌入到办公自动化信息处理的应用程序当中，得到更多能满足需要的信息。另外，OPC XML提供了可以运用Internet发布OPC数据信息以及自动化过程中为控制系统集成提供广泛连接的能力，提供了一种能够使Microsoft操作系统平台发布OPC数据信息的数据信息转换机制。因此，OPC使控制系统软件的设计和集成变得更加方便，也给建筑智能化信息集成技术开辟了新的道路。

3 基于OPC XML的建筑智能化系统集成模型

建筑智能化中，可以通过OPC XML技术将OPC XML Web服务的技术优引入其中，笔者提出了在OPC XML基础上建立起来的模型，可以满足基于Internet的一体化智能建筑系统的集成需求。设计这个模型主要是为了让集成智能建筑中分散的子系统底层的智能设备能将各种功能集成到统一的界面上，使智能建筑中的各个子系统集成管理能够共同工作，满足建筑内管理、服务、信息沟通以及办公等各种需求。

3.1 系统模型结构

系统模型是由四层结构组成:子系统操作站层、现场控制层、OPC XML DA客户端应用层以及OPC XML Web服务层。其中，OPC XML DA客户端应用层以及OPC XML Web服务是用来实现基于OPC XML Web服务的集成，它们是模型的核心处理层。

子系统操作站层是由消防自动化子系统、楼宇自控子系统以及安防自动化子系统等构成的。子系统操作站内安装有能够封装操作指令、告警信息以及操作指令的OPC COM服务器。操作站通过具有标准OPC服务器接口和OPC客户接口的现场设备来交互数据;如果有定义好的标准接口和标准信息格式，还能实现与上层OPC XML Web服务之间的通信，将来自OPC XML Web服务层的控制信息进行处理，通过调用子系统操作站的数据库和应用程序来进行控制。子系统操作站层保护现有投资，使控制逻辑简化。

现场控制层。现场控制层能够采集、转换、传输和控制各现场监控设备的监控信息，底层的现成设备是由现场控制器来控制，是由紧急呼叫器、智能配电设备、智能空调设备以及火灾探测设备等构成。一般情况下对现场设备的数据信息的实时性要求都非常高，通常采用内存来缓存数据，数据可以进行双向流动。

OPC COM服务器(包含OPC NA和OPC DX服务器)为了能实现与现场控制器中设备数据之间的数据转化，专门提供了统一的OPC COM标准接口，消除了和底层之间的差异。一个OPC COM服务器能对一个或多个智能设备进行管理。

OPC XML DA客户端应用层。OPC XML Web服务的客户端应用系统可以将子系统比如说远程监视、分析决策以及远程控制等集成到统一的界面当中，可以对模型系统中已分布的和平台无关的服务进行访问。客户端应用系统和OPC XML Web之间是多对多的关系，一个客户端应用系统能引用一个或多个OPC XML Web，一个OPC XML Web服务可以被一个或多个客户端应用系统引用。

OPC XML Web服务层。为了达到控制和管理的目的，OPC XML Web服务把子系统操作站中OPCCOM服务器中的设备数据转化成能够在Internet上进行访问的数据，使平台差异得以屏蔽。利用OPC客户端接口，OPC XML Web服务可实现与子系统操作站或现场控制层之间的数据交互。符合OPC规范的现场控制层的OPCCOM服务器无需经过子系统，可直接通过OPC XML Web服务来实现设备数据之间的交互。因此，凡是符合OPC规范的子系统或是现场设备都能简单的到此模型中集成。

基于OPC XML Web服务的异构平台的建筑智能化系统在Internet范围内的集成因为该模型中的四层结构而有了新的实现途径。

3.2 模型的技术特点和优势

3.2.1 技术特点

该模型和过去的OPC COM、BACnet、FCS等集成技术相比，其特点有:

(1)智能建筑高层信息集成。模型属于纯软件的集成方式，是为了解决建筑智能化系统集成中高层管理信息的集成问题，无需重视底层细节。开始的投资依然很有价值，原有的基于OPC COM、BACnet的系统还是很好的在底层工作，实现已有的功能。

(2)基于OPC XML Web服务的集成。利用OPC XML Web服务可以实现OPC XML数据访问和智能建筑现场设备的OPC COM之间的交互，还可以与子系统操作站内含有的COM服务器进行交互。所以OPC XML Web服务是模型的核心。

(3)松散耦合。对于使用OPC XML Web服务的用户很容易看出智能建筑设备的操作逻辑和控制逻辑的变化，OPC XML Web服务的API能够很好地应对这种变化。用户现在将注意力集中到了如何有效增值。

(4)跨平台集成。用OPC XML Web服务将OPC COM服务器数据交换服务进一步暴露后，可被其他的程序设计、操作平台调用，支持多网络平台、多操作系统，也支持国际化的多语言标准。方法调用协议运用的是SOAP，封装数据用的是XML。系统开放性得到了提高。

(5)基于Web的应用。可以设计能将信息集成到统一的友好的Web操作界面中的基于Web的客户端。

(6)封装性和可重用性。封装的服务可以被多个客户端应用系统引用，集成用户只能看到OPC XML Web服务的接口，客户端引用的方法和使用本地组件的方式是一种的。

3.2.2 技术优势

(1)开放性与兼容性。该模型系统可以接收不同的OPC XML Web服务，用户可以轻松地利用OPC XML Web服务来获取实时现场数据。客户端应用集成平台不需要像OPC COM那样使用软件操作系统，而是可以使用微软操作系统以外的平台。

(2)先进性。系统建立了一个可拓展的平台，该平台是采用符合国际技术发展潮流的技术建立的，可以实现与各种先进技术之间的衔接。

(3)互联性。为了提高系统的互操作性和整体管理以及运行效率，最终客户可以将分散的各个子系统比如说远程控制、远程监视以及分析决策等集成到统一的友好Web界面，通过建立智能建筑综合管理平台来提高运行效率。

(4)低成本。客户端应用系统可以像使用本地组件那样去引用模型封装的服务，多个客户端应用系统可以同时使用这个服务，使集成环境更加的简洁、定制应用系统更加的方便，从而有效地缩短了系统集成的时间，降低了系统集成的成本。

(5)灵活性和可扩充性。由于OPC XML Web服务能够松散耦合，所以模型不仅可以保护用户已有的投资，还能满足用户不断增长的业务需求。

综上所述，此应用模型具有松散耦合、封装性、跨平台以及可重用性等技术特点，是在Web技术、Web服务的高层信息集成的基础上建立起来的。该模型可以使集成环境更加的简洁，可以提高建筑智能化应用系统的可操作性，能有效节约集成费用。在管理决策层交换和共享信息，来适应基于Internet一体化的集成需求。这样系统就会更加的开放，更方便拓展。

［1］廖国富，杨戈方，杨柳.基于OPC XML的建筑智能化的系统集成模型研究［J］.黄冈师范学院学报，2007(6)

［2］冯景辉.基于OPC技术的建筑智能化系统的设计与实现［D］.华南理工大学，2011

［3］廖国福.基于OPC XML的建筑智能化的系统集成技术研究［D］.重庆大学，2005