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基于处理突发事件的智能建筑系统集成

[日期:2008-05-14]     来源:数字中国   [字体: ]

是指一切与智能建筑的结构、系统、服务和运营有关的,影响建筑物安全、节能、高效率和高舒适性等目标实现的活动和过程。这是一个广义的、抽象的概念。它将大到地震、火灾、9.11事件、SARS传播,小到设备故障、信号超限报警、非法入侵等活动统统纳入突发事件的范畴。本文只考察与建筑智能化系统有关的突发事件。主要包括建筑智能化系统在运行过程中出现的过程故障、自适应和优化过程中非例行操作、非法入侵以及火灾。过程故障定义为那些将导致智能化系统不能提供必要服务的非期望的场景或事件。确保安全是智能建筑的首要目标,因此非法入侵和火灾是典型的突发事件。

为对付突发事件而采用的智能建筑新的集成技术,是将信息集成建立在建筑物内部网Intranet的集成上通过Web服务器和浏览器在整个网络上的信息交换、综合与共享,实现统一的人机界面和跨平台的数据库访问。智能建筑的各子系统(如空调控制系统、安保系统)的工作主机使用各自专有的数据库,其相互的联动同样采用关系数据库技术编写的模块依据ODBC接口标准协议,用SQL数据库技术进行数据互访。它们可以保证在突发事件发生时,各子系统联动过程的可靠性和调用的透明性,并且便于今后的维护。本文讨论数据库系统通过各种数据访问,将各个子系统的数据集成到中央数据服务器,实现子系统的数据集成,并转换成统一的格式存储在系统集成数据库中。在数据库的基础上,形成CBR的知识库,形成决策支持系统。当突发事件发生时,决策支持系统提供决策,供决策人员使用,并对最需要采取的动作,及时发出控制指令。

 

1 数据集成的分析

目前大多数智能建筑各子系统分别来自不同的厂家,而各厂家的数据库开放程度和库的结构都不同。在进行具体的数据集成前必须对各个子系统的具体情况进行分析,其中的内容包括有子系统监测内容、监控参数的特点、数据要求的实时性、采样频率的高低、数据量的大小、子系统的数据库类型、数据结构、存储内容等。各个子系统的实时性要求和数据库的结构是数据采集要考虑的重点。

1.1各个子系统的数据分析

整个建筑的设备监控系统的监控范围为空调与通风系统、变配电系统、照明系统、给排水系统、热源和热交换系统、冷冻和冷却水系统、电梯和自动扶梯等。现着重对BA中联动关系紧密的重要子系统进行分析。

1)空调与通风系统

    对空调系统主要的监测涉及的数据主要为温湿度、新风量的自动控制、预定时间表的自动启、停、节能优化控制等控制功能。系统的测控点主要包括温度、湿度、压差、压力;被控设备涉及风机、风阀、加湿器、电动阀门。空调系统是智能建筑系统中用电量比较大。因此,根据不同季节、不同时段调节空调系统运行的状态对空调系统实施有效的监控,从而提供一个高效舒适的环境和建筑节能来讲都有着非常重要的意义,而且在突发事件发生时,空调系统的联动也有着很重要的作用。因不同的监控系统所采用的监测手段,通信协议不一,所带数据库的不同。因此,空调系统采集监控数据的方法也要根据具体情况来定。Honeywell Excel 5000为例,上位软件平台EBIENTERPRISE  BUILDING  INTEGRATOR)是一套集成软件,用来读取DDC的数据。EBI是非常开放的软件,使用的是微软的SQL数据库,它提供ODBC数据访问接口,也支持如OPCBACNET等协议。因此数据的采集方法是通过读取EBI的数据,使用一个支持OPC CLIMT的软件直接读取EBI数据,可以编写OPC客户端程序,按照OPC的数据存取规范来访问其存储于SERVER上存储的数据。

2.)变配电系统

对变配电系统的电气参数和电气设备工作状态进行监测。监控涉及的参数及变量包括电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、用电量等参数的测量和记录,高低压配电柜的运行状态、电力变压器的温度、应急发电机组的工作状态、蓄电池组的工作状态。其监控系统也可采用Honeywell Excel 5000 系统。

3)电梯和自动扶梯

电梯系统的监测主要是电梯运行在各楼层的运行状态,电梯的负荷,以及故障状态的监视。其数据为随机存储的后缀为.dat格式的文件。

4)数字摄像多媒体监控系统

报警信息同时可以进行远程传输、支持手机短消息报警、电话通知报警和传呼通知报警。所有的报警信息均被详细记录,在日志模块中可以查询和处理,为现场情景记录准确的信息,支持报警主机报警。硬盘录像主机可以接报警主机来接收报警信号和控制快球解码器设备,节省设备成本。其系统日志文件可以多种形式存储,默认情况下存储在ACCESS 97数据库中,格式后缀为.mdb。录像的存储媒体文件为.rm.mpg格式,存储在监控主机的硬盘上。

5)消防系统

因此,火灾涉及的系统信息也比较多,它包括火灾概况、燃烧情况、气候气象。消防情况包括火灾自动报警信息、建筑的消防给水、自动灭火系统、消防队扑救情况等。而且消防火灾系统对数据的实时性、准确性、高效性要求都非常高,因此,消防系统的信息采集是设计的重点。其监控数据按照时间详细记录在监控主机的Access 数据库中,数据采样频率达到毫秒级。因此记录消防火灾系统的数据量是非常大的。除此之外,建筑消防的给水、系统的自动灭火、消防队的扑救情况,其数据一般记录在文本日志文件中。

以上给出了建筑设备监控的几个主要子系统的监控内容的,对相应的系统做了具体分析,除此之外还有安防、给排水、门禁、巡更等其他子系统。由于篇幅所限,在此不一一做具体分析。

1.2 突发事件的数据处理技术

突发事件发生时的数据采集、存取工作、形成历史数据库,为事故追忆和分析提供数据支持。在该系统中我们利用触发器的方法,存储过程实现子系统与中央数据库数据的同步更新。采用数据变化驱动的方式,触发方式在相应的监测数据表编写触发器。当感知数据源发生变化时,触发器被激活,实时插入,更新数据。

在对系统监控数据实时性、准确性要求比较高的场合,可以按照正常系统运行状况采集。以消防系统为例,正常情况下系统完成要求情况下的数据采集;但在火灾突发事件发生时需要对火灾事件发生的整个过程做详细的记录,数据采样信号的频率要求较高,达到毫秒级,中央集成数据库的数据,要求与现场子系统的数据同步更新,并形成历史记录。基于上述要求,将火灾系统的数据库作为提供数据的远程数据服务器,利用MS SQL Server 2000 Transact-SQL 语言编程,在火灾子系统和中央数据库建立同步数据服务,并建立触发器和存储过程,实时监视数据源的变化。完成数据的采集和录入。

火灾突发事件发生时,同时记录相关联动系统的联动信息。如防火电梯系统、数字摄像监控系统、应急照明系统等的相关数据。

1.3 利用PowerBuilder集成异构数据源

使用PowerBuilder作为第三方的数据库前端开发平台,通过数据接口软件与不同数据库相连,采用面向对象的开发方法及可视化的开发界面,开发出独立的应用程序。运用自编的驱动程序,它可以通过ODBC连接几乎所有的数据库,也可以通过专有的数据库接口驱动程序,直接连接一般的大型数据库。

1.4 其他子系统的数据集成方法

其他子系统的数据库文件大多为ACCESSFoxPro等格式的桌面数据库文件,有的甚至是wordExcel,记事本等文本文件格式。实时性要求不高,因此采取如下方法来集成这些子系统的数据。复制、链接服务器、数据管道、创建DTS数据包对数据进行导入导出、订阅服务器等方法。

 

2 突发事件的CBR解决方法

突发事件发生时,跨系统联动十分必要。但是联动规则的生成相当困难。由突发事件的特点可以看出,突发事件的解决,即各系统如何协调动作是典型的半结构化决策问题。现场操作人员在异常发生如火灾报警时,往往会对相关系统采取动作。这种动作决策一部分是基于规则性知识的,一部分是基于经验的。对一个控制对象或子系统内部而言,规则性知识的权重可能大一些。但就全局而言,这种规则很难获得。因此,只能凭借存储在专家大脑的相似问题的解决经验来决定如何协调整个集成系统。人类是具有鲁棒性的问题求解者,他们常常以有限的、不确定的知识解决困难问题,并且随着经验的增长,处理问题的能力在不断地增强。这是应用于现实世界问题领域的人工智能系统所需要的性质。复用以前经验的方法是人类专家的一种基本而重要的解决问题方法。基于经验的CBR推理技术同人类推理者十分相似,所以CBR方法对于建立辅助解决突发事件的决策系统很有意义。这是使用CBR方法解决突发事件的根本原因。

21 IBMS-CDSS方法

用于解决建筑中的突发事件的所有系统的集合,是一个开放的复杂的大系统,开放性体现在智能化系统与它所运行的环境和人员之间有着丰富的能量、信息和物质交流,而系统的复杂性体现在智能化系统内在结构、功能、运行方式等方面。这就决定了突发事件具有高度的不确定性。对于不确定因素,按照其来源,可以分为三类:

1)固有的不确定性,主要包括各种设备和设施的动力学、热力学常数以及建筑物自身的传热等系数。它常常影响运行过程的控制水平和控制性能指标;

2)运行过程中的不确定性,主要包括各种过程量如流速、温度、压力等的变化。它往往影响生产调度系统的性能。

3)离散型的不确定性,主要指设备的故障,机器、仪表的失效,人工误操作等。这些不确定因素暗示着突发事件随时可以发生。

因此,智能建筑的运行管理需要一个基于知识的联动操作支持系统以实现实时准确的联动控制,并减轻操作员的工作负担。通过早期的问题识别,操作员能采取正确的行动来减少能耗和避免重大事件的发生。

决策支持系统和信息管理系统已广泛应用于智能建筑的各个智能化子系统。决策支持系统的主要功能是在本地最优层次中处理正常的扰动和维持重要的过程参数。信息管理系统用来存储和操作历史过程数据和管理信息,并以更易理解的形式呈现给操作员和管理人员,以便进行生产管理、调度和操作。然而,决策支持系统和信息管理系统几乎不能处理异常和非常规操作。在这些诸如过程故障的突发事件场合中,人操作员必须根据他的经验提出一个解决方案,但在面临复杂的过程和大量数据时,他们有巨大的工作压力,甚至发生“认知错误”。对这个问题的解决方案是设计智能决策支持系统IBMS-CDSS(Integrated Building Management SystemCase-based Decision Support System)。该系统通过基于知识的决策,制定并且提供指导,从而减少操作员的认知负担。

IBMS-CDSS是一个实时的智能软件系统。它基于IBMS而不是取代IBMS,它利用IBMS集成的所有智能化子系统的运行信息,在解决突发事件时为操作员提供决策支持。IBMS-CDSS以两种不同的方式辅助操作员解决突发事件:

1)在正常情况下生成和直接执行最佳的运行环境或在异常情况下控制设备的纠正性动作;

2)为操作员制定可行的联动操作建议,但最后的决策和采取的措施仍由操作员决定。因此,IBMS-CDSS的主要功能可概括为:

IBMSCDSS具有如下特点:

1)以CBR为核心:整个系统紧紧围绕CBR的各个步骤,如案例表示和组织、案例检索、案例修正、结果评价等实现决策支持。

2)丰富的案例修正知识:通过决策支持系统典型的四库结构来存储智能建筑大系统中各种各样的知识如(模型、规则等),从而使系统总能得出问题解决的满意方案。在修正案例时,根据用户提出的决策目标确定利用合适的修正知识。

3 具有从数据库自动提取案例的能力。

在中央管理计算机上可以得到所有子系统的运行状况;并将所有关系到整个系统的正常运行的子系统的监控信号采集到中央数据服务器;得到统一的管理和监控;并以定期的输出运行报告为大厦的经济运行提供可靠、完整的依据,形成历史数据库;并形成决策支持系统和信息管理系统。



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