BAS结构与数据交换研究

吴恩周

(济川药业集团有限公司, 江苏 泰兴 225441)



BAS结构与数据交换研究

吴恩周

(济川药业集团有限公司, 江苏 泰兴 225441)

介绍了楼宇自动化系统(BAS)结构模型,采用Express-G图形语言描述了BAS实体操作序列的结构,分析了BAS中数据交换的内容和过程。提出要合理地分清和规划BAS的模型结构,并进行数据交换,以便更高效、便捷地使用数据,为降低能耗提供数据支撑。

楼宇自动化系统; 数据结构; 数据交换; 数据模型

吴恩周(1988—),男,硕士研究生,研究方向为建筑电气智能化。

0 引 言

楼宇自动化系统(Building Automation System,BAS)是一种将建筑物内的自动化设备集中监视和控制,并能在现场和远程进行管理的系统,如照明系统、供热通风与空气调节(Heating,Ventilating and Air Conditioning,HVAC)系统、给排水系统、消防系统、安防系统等[1-3]。JGJ/T 16—2008《民用建筑电气设计规范》中将BAS分为设备自动化系统(设备运行管理和监控系统)和消防、安防自动化系统两种。由于建筑在实际施工中,消防属于特种设备,因此对于消防系统的BAS部分更多只是监视部分,不具有控制功能。智能建筑因BAS的完善和设备产品的发展,向人们提供更加安全、高效、便捷等功能的建筑环境,因此在绿色智能建筑中对BAS的需求越来越多,对系统的要求也越来越高。

1 BAS的IFC模型

BAS在建筑的设计、施工及运维阶段都将是数据量非常大的集成系统。在设计阶段,既包含产品信息,也包括BAS中上、下级设备之间相关的拓扑结构数据;在运维阶段,既包括设备采集到的数据,也包括对供配电系统、照明系统、消防系统的监控数据,数据种类比较繁杂。因此,合理地分清和规划BAS模型结构,提供统一、共享的数据极为重要。

1.1 Express语言概述

IFC标准使用Express语言,采用面向对象的描述方法,其将IFC模型描述为类、与类相关联的属性以及类与其他约束之间的关系。Express语言是机械、制造、航空航天、工艺等产品制造领域的国际标准STEP使用的产品数据表达规范化语言,因此Express是一种信息化的建模语言[4-6]。STEP层次结构如图1所示。

图1 STEP层次结构

1.2 Express-G图型语言概述

Express-G是相对于Express语言的一种图形表达形式,在表示方法的限制内是用一个实体层或模式层精确地表示所有定义、关系及限制,用各种预定义的图形符号来代表模型中各系统、元器件之间的拓扑关系。Express-G图形符号如图2所示。

图2 Express-G图形符号

2 BAS数据模型的描述

IFC信息模型体系结构为模型模块的开发提供模块化结构,由资源层、核心层、协同层、领域层组成,一个类型可以引用同层或低层次的类型,但不能引用高层次的类型。

2.1 BAS结构模型

BAS信息模型中包含各分系统的终端设备型号、控制元件位置,同时也包括对操作序列的描述,明确了系统内部的工作方式和设备之间的拓扑结构关系。尽管操作序列并不是描述连续的过程,但对BAS的控制策略有完整的规划[7-9]。系统集成商依据该模型,创建控制系统的数据库,其中包括BAS通信方式、网络传输需求、传感器设备参数以及I/O配置参数,还需开发出基于操作序列的描述方式的控制程序。

BAS中最重要的组成就是对HVAC系统的监控,该部分投资比重大,能源消耗大。在建筑运维过程中,能源的消耗占建筑总能源消耗的40%,甚至更高。因此,对HVAC系统监控的智能化程度不仅是实现控制效果的重要方式,也是取得直接经济效益的关键。BAS中的监控子系统种类较多,本文选取最具代表性且能耗最大的HVAC系统作为描述对象。HVAC系统拓扑模型如图3所示。

图3 HVAC系统拓扑模型

2.2 BAS的Express-G描述

BAS系统实体操作序列如图4所示。

图4 BAS实体操作序列

实体操作序列中包含了独立、完整的设备部件的操作方式,如AHU、终端单元等,操作序列被包含在独立的控制器中。由于控制器和终端设备之间会存在一一对应的关系,因而在该情况下操作序列和操作子序列之间也存在相应的对应关系,但在BAS中更多的是控制器管理多个终端设备。为了准确地反映BAS中设备与控制器之间的相互关系,操作序列不能直接连接到BAS硬件设备上,而是将操作序列变成相应的属性特性而继承在控制器中。

3 数据交换

3.1 数据交换内容

BAS中对数据有需求的人员包括设计师、施工人员、监理工程师等,设计师对BAS的数据需求主要是产品型号、参数等;施工人员对BAS的数据需求内容主要是产品数量、安装位置及安装方式等;监理工程师对BAS的数据需求内容主要是产品规格、安装位置、设备数量、厂家信息以及质量检测报告等。另外,其他人员也会对BAS的数据有需求,但是可以通过以上人员间接获取。信息交换过程如图5所示。

图5 信息交换过程

从图5可以看出,在设计阶段,数据交换在设计协同中,机电工程师设计的位置数据来源于结构设计师、建筑设计师,产品的型号及性能等数据来源于产品供应商;在施工阶段,数据交换与共享是在信息输出部分,施工人员将施工中的数据信息实时地反馈给BAS调试工程师;在运行和维护阶段,数据交换与共享需求主要由BAS自动生成,将操作行为记录提供给工程顾问、物业主管和业主,建筑管理数据和资料等由物业人员反馈给业主。

3.2 数据交换描述

BAS中常用的通信协议有BACnet协议、LonMark协议、oBIX协议、OPC协议、ZigBee、LonWorks协议等。其中LonWorks协议中对BAS中控制器的功能配置文件对应IFC描述如下:风机盘管控制器、屋顶单元控制器、温控热泵控制器、机组通风控制器、空间舒适控制命令模块、VAV控制器、水泵控制器、锅炉控制器、空间舒适控制器功能配置、排气控制器等,可以使用IfcController表示;冷水机组可以使用IfcChiller表示;温度控制器可以使用IfcUnitaryControlElement表示;风门执行器、阀门定位器可以使用IfcActuator表示。

现场的温度传感器、CO2传感器等采集的数据通过总线方式传输至控制器,与系统预设值进行对比处理后,在作用至相应的风机、机组等现场设备。

控制器前端的传感器实时地采集现场环境的数据,这些数据在后期分析后有明显的特点,按照不同的季节和工作时间安排,产生的数据是有规律可以参考的,尤其是对电能耗产生的数据具有明显的差异。如果按照时间条件进行分类,可以将数据的特征分为热季工作日、热季周末、冷季工作日、冷季周末。在数据交换过程中,用IFC标准描述的时间可以表示为

TYPEIfcDayInWeekNumber = INTEGER;

WHERE

ValidRange:{1<=SELF<=7}

END_TYPE;

该处仅对对象的一周时间进行描述,其余的时间可以依次表示。

4 结 语

本文主要针对数据交换标准IFC进行了分析,同时利用Express-G图形语言对BAS实体操作序列的结构进行了详细描述,用Express语言对BAS中数据交换的内容和过程进行了研究。BAS数据交换的最终目的是为了更高效、便捷地使用数据,为绿色建筑的分析、能耗的降低提供数据支撑。

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Research of BAS Structure and Data Exchange

WU Enzhou

(Jumpcan Pharmaceutical Group Co..Ltd., Taixing 225441, China)

This paper introduced the structure model of building automation system(BAS),and described the structure of BAS entities operating sequence by using Express-G graphic language.The contents and process of data exchange in BAS were analyzed.It is pointed out that the BAS model structure should be distinguished and planned and the data exchange should be carried out,which can efficiently and conveniently use the data in order to provide the data support for reducing the energy consumption.

building automation system(BAS); data structure; data exchange; data model

TU 201.5

B

1674-8417(2016)09-0051-04

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.09.012

2016-02-26