OPC技术实现的智能建筑

甄秀玲

摘 要

随着经济全球化及信息化高速发展时代的到来，人们对居住、生活、办公、生产、 能源等众多生活元素提出了更多、更高的要求，同时对小区、办公楼、工厂等场所的智能化程度也提出了更高的要求。有了需求就有了市场，当然科学技术的快速发展及社会生产力的进步为实现建筑智能化提供了可靠的技术保障。

本文提出了一种用OPC技术实现智能建筑信息集成的方法并给出了 OPC服务器和 OPC客户端的具体实现方法，可以更加有效的对大厦内的各类事件进行全局管理，既节 省了人力，节约了能源，提高了大厦的舒适性，也提高了大厦对突发事件的响应能力，一方面根据管理者的事先设定采取一些必要的联动反应，另一方面集成的一体化界面便于主管人员迅速做出决策，以减少某些事故带来的危害和损失。

关键词：智能建筑；智能化系统；系统集成；OPC

中图分类号： TU198 文献标识码： A

1 概述

1.1背景

智能建筑的智能化系统集成技术是智能建筑发展最重要的技术之一，在考虑智能建 筑的智能化系统集成问题时，如何根据目前我国技术现状，决定满足工程的实际功能需求的集成方案和模式是值得我们注意的.建筑物管理系统(Buliding Management System, BMS),是一种以实现楼宇设备自动化系统集成为重点，广泛涉及安全防范系统、火灾报警及联动控制系统和门禁系统的智能化系统工程集成系统。

智能建筑应体现“人”与现代技术的结合，以“人”为核心，以科技为动力，走可持续发展的道路，节约能源，不断创新，利用自然，改造自然，使人们生活的更加舒适、安全与方便。因此智能建筑应当是：通过对建筑物的4个基本要素，即结构、系统、 服务和管理，以及它们之间的内在联系，以最优化的设计，提供一个投资合理又拥有高效率的幽雅舒适、便利快捷、高度安全的环境空间。智能化建筑直接利用信息网络技术、 控制网络技术、智能卡技术、可视化技术、流动办公技术、家庭智能化技术、无线局域 网技术(含Bluetooth技术)、数据卫星通讯技术、双向电视传输技术等等，将工作、居住、休息、交通、通讯、管理、公共服务、文化等各种复杂的要求在时间空间中结合起来。

建筑智能化结构是由三大系统组成：楼宇自动化系统(BAS)、办公自动化系统(0AS) 和通信自动化系统(CAS)。智能化建筑设计不是孤立存在的，它是建筑设计的一个重要组成部分，建筑物是最后是否能到达预期智能化目标是和建设过程的设计、实际测试和运行管理等每个环节都 密切相关的。建筑的智能化主要是指通过建筑的各个功能子系统分布在前端的众多不同功能分工的传感元器件收集信息，分析单元收到采集的信息后进行分析和处理，通过执行单元完成预先编制好的或者是随机调整的特定程序来实现最终目标。

图1.1智能化系统控制原理图

集成方式主要研究以下内容：

1)系统集成的构成模式；

2)OPC集成方式的研究；

3)OPC方式的实现。

1.2相关技术

1.2.1智能建筑系统的集成

系统集成可以划分为三个层次:最底层是分子系统内部的集成;中间层为广义BAS 的集成监管系统(BMS)和集成的0A管理系统；顶层为整个智能建筑系统一体化集成。

通常智能建筑为了满足多种不同功能和管理需要，建立若干个不同结构模式和功能 的计算机系统。如运用于建筑内各种机电设备、安保、消防、停车场等实时要求的监控 与管理系统BAS;由于建筑内各类数值化信息共享和处理的办公自动化系统OAS；以及 实施建筑内通讯方式、网络管理的通讯与网络管理系统CAS,称为3S系统。而每一个S 系统，又由若干个子系统组成。3S系统的集成应能满足如下几个方面的要求：

(1)系统的中央管理层釆用并行处理的分布式计算机系统结构模式；

(2)各S系统应该运行在同一个高速网络环境中；

(3)各S系统应采用统一的监控与管理软件界面；

(4)各S系统监控的硬件和软件采用模块化结构，并且是通用的、可替换的。

智能建筑的功能集成是建立在系统集成基础上，即以3S系统集成及各相应子系统的集成来实现的智能建筑总体功能。智能建筑的功能集成，主要分为两个集成层次，第 一集成层次为中央管理层的功能集成，第二集成层次为各S系统及相应子系统的监控与 服务层的功能集成。下图为智能建筑3S系统功能集成示意图：

智能建筑3S系统功能集成示意图

智能建筑系统集成，其最终目标是将各子系统集成在同一个计算机平台上，在统一 界面环境下进行运行和操作。智能建筑中的各个子系统在计算机模式上有很大的区别。楼宇设备自控系统(BAS)是一个实时多任务多用户系统，而办公自动化系统(OAS)则是一个高速信息共享的分时多任务系统，与它们相关的子系统都可采用不同的计算机平台、 操作系统和窗口界面。为了达到智能建筑系统集成的目标，就要做到系统在软件界面上的集成。

2、0PC技术在智能建筑系统集成中的应用

2.1 0PC技术

IBMS系统对建筑智能化系统起调度和控制作用，IBMS通过各个智能化系统的中央系统执行工作， 知晓受控设备的状态，控制任何需要控制的设备，如何方便、灵活地接入各种差异极大的子系统，是IBMS系统软件设计和实现的一个重要问题。于是产生了 OPC (OLE for Process Control)技术。当集成各系统的所有自动化部件均以公认的0PC标准技术制造，符合公认的0PC标准结构，不同厂家的产品可以互相 替代，实现互相操作。在智能建筑里，通信技术是系统应用的基础。0PC技术的提出为全面解决各种不同厂家的各种型号的设备和系统实现集成提供了完整的方案。

0PC重点解决应用软件与过程控制设备之间的数据读取和写入的标准化及数据传输等功能。它沿袭Client/Server的模式，将数据采集端视为OPC Server,其他的访问端视为 OPC Client。OPC提供信息管理域应用软件与实时控制域进行数据传输的方法，提供应用软件访问过程控制设备数据的方法，解决应用软件与过程控制设备之间通信的标准问题。在统一的0PC环境下，各应用程序可以直接读取现场设备的 数据，不需要一个一个地编制专用的接口程序，各现场设备也可以直接与不同应用之间互联。下图为采用OPC的软硬件结构图：

采用OPC的软硬件结构图

集成管理平台(OPC Client)与各个子系统（OPC Servers)之间必须有0PC 接口。0PC规范提供了两套标准接口：定制标准接口(Custom Interface)和OLE自动化 标准接口（Automation Interface)。OPC Servers必须实现定制接口，以C++语言开发， 适用于C++客户应用程序。OLE自动化标准接口是可选接口，它提供的是一个自动配置

典型的OPC体系结构

通过OPC接口，客户端应用程序可以从服务器读取数据，发送控制命令等。客户端 应用程序访问0PC服务器通过调用数据存取服务器所提供的方法、属性和事件实现。在 实现过程中，首先要必须获取0PC服务器中的OPC Server对象，OPC Server是客户应 用程序访问0PC服务器的唯一入口和实例化点[15]。其次，用OPC Group类的ADDGroup 方法创建Group类对象。继而，创建Item对象。获取Item对象后，就可以进行各种读 写操作了。在整个过程中，客户应用程序不需要立即进行0PC数据访问服务器的内部设 计，只需按照0PC服务器所需要的格式调用方法、属性和事件来实现。

2.20PC在智能建筑系统集成中的应用模型

将0PC技术应用到智能建筑的系统集成中，应用模型框图如下所示：

在上述模型中，集成平台负责收集这个系统的数据，处理与各个子系统间的通信，提供集中的决策和控制。这些功能由集成平台的各个对象完成，其概念模型主要分为三层：

1)数据通信层：由BAS客户端接口、CAS客户端接口和0AS客户端接口等组成, 使用标准的0PC接口与各子系统的对象交互，完成釆集各子系统状态、日志、开关信号等；

2)分析控制层：分为数据库管理对象、日志管理对象、系统管理对象、系统状态管理对象等，对数据通信层得到的数据进行分析、整理和过滤，生成报表、日志和控 制信号；

3)辅助决策层：由联动管理对象、用户接口对象和辅助决策对象组成，可以在数据分析的基础上提供辅助决策能力。

子系统对象是集成模型的重要一环，功能主要封装该子系统的状态和告警信息，使用定义好的标准信息格式和标准接口与集成平台进行通信；接受来自平台的控制信息，通过对该子系统的文件、数据库和应用程序的系统调用完成控制，同时避免现场设备直接接入集成平台而增加系统负担。

OPC技术的出现使智能建筑系统集成中各个子系统之间实现了开放的、无缝隙的连 接，是智能建筑各子系统间通信的发展模式，在未来一定会有长足的发展。同时，OPC 技术不仅提供了解决方案，还提出了许多指导性的理念，为智能建筑各子系统通信的发展指明了方向。相信随着互联网的进一步完善、发展，OPC技术一定会在智能建筑系统集成领域得到更为广泛的应用。智能化系统建设目标及在行业中的共性和个性需求分析综合现代化通信、计算机、自动控制和图像显示技术，提供舒适、方便、安全、快捷的工作环境和现代化的综合管理功能，具备“国内一流”的智能化设施，众多现代建筑智能化目标。要求最终实现楼宇控制与管理、办公自动化及通信系统的集成设计，因此要求各系 统具有开放性结构、协议、接口标准化、规范化，以便实现各系统之间信息共享。提供 安全、舒适、快递的服务，并建立先进与科学的综合管理机制以节省能耗和降低人工成 本。该系统集成设计要求实现按综合管理自动化系统即该系统应面向智能建筑中所有设 备和资源、各种公用服务设施，通信与网络系统和办公自动化系统进行综合集成管理， 这些子系统均以综合管理自动化系统为核心以系统平台为基础进行系统集成，对各系统 的运行进行监视和控制，提供查询服务。系统分成两层管理，其上层为中心管理计算机 系统，它是集成中心或总控中心，下层为各子系统的管理和监控计算机系统。