数字化楼宇中的自动监控系统设计与实现

论文摘要

楼宇控制系统从DCS向FCS发展已经有十几年的历程了。由于现场总线来自不同产品和生产厂家,采用的通信协议完全不同,要实现这些总线的兼容和互操作是十分困难,多标准等于无标准,市场迫切需要统一标准的现场总线控制系统。最容易被接受的就是采用已经通用的国际标准Ethernet、TCP/IP等协议,并使之在控制中成熟应用,这样易于被广大国家用户、集成商、OEM及制造商接受和欢迎,这也是基于以太网的楼宇自动监控系统的意义所在。本文以办公大楼的楼宇监控为研究对象,重点研究了利用PLC进行现场控制、以前置机为终端、以大楼为单元进行集中控制、基于互联网进行远程监控的方法。本文从系统集成的角度出发,采取分布式与集中式相结合进行设计。首先对数字化楼宇自动监控系统基于计算机网络的工作原理进行了分析；发现了传统BAS存在网络负荷高、数据传输延时、远程监控质量难以保证的问题；并给出了利用以太网网络交换技术进行远程控制的解决方法；对数字化楼宇自动监控系统的总体架构做了整体方案设计,相比传统的楼宇监控系统、本文方案中增加了多网口前置机和基于TCP/IP的远程联网监控系统。整个BAS的构成分为两个部分：硬件控制系统和上位机软件系统。硬件控制系统主要研究对象为中央空调现场控制系统,以PLC为核心进行现场控制,对PLC和传感器进行硬件选型及配置,进行了软件控制流程设计,硬件选型包括选定PLC的类型和集成通用性、模拟量采集模块、通信模块等；参与了部分梯形图编程设计,本文设计了PLC主控制模块程序。介绍了中央空调系统设备的顺序启停和双位控制,实现了中央空调系统的自动化和平稳运行上位机软件系统主要介绍了上位机系统的结构原理,对前置机进行了配置,本文对传统前置机进行了创新改进、增加了三网口路由配置；设计了串口通信程序、实现了集成控制多主机、多节点；研究分析了几款新型监控软件,如组态王、JAVA开发语言,并运用到本楼宇监控系统中；设计了上位机集中控制软件以及基于互联网的远程监控软件、改进了传统监控数据传输延时的问题；设计了转发数据库的数据结构。提出了一种基于计算机网络的集成框架、设计思想和系统结构,并给出了关键组件的设计方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和选题意义
• 1.2 基本概念
• 1.3 国内外现状研究
• 1.4 本文的主要研究内容
• 1.5 本文的组织结构
• 第2章 基于以太网的楼宇监控系统结构
• 2.1 总体结构
• 2.2 以太网BAS架构
• 2.2.1 以工业以太网交换为中心的网络拓扑
• 2.2.2 VLAN与区域控制器
• 2.3 以太网工作原理
• 2.4 以太网的封装格式
• 2.5 存在问题
• 2.6 解决方法
• 2.6.1 确定性与实时性
• 2.6.2 以太网自动监控通讯协议兼容性
• 2.7 本章小结
• 第3章 硬件控制系统
• 3.1 PLC介绍
• 3.1.1 基本概念
• 3.1.2 基本结构
• 3.1.3 工作原理
• 3.1.4 内部运作方式
• 3.2 中央空调控制系统硬件设计
• 3.2.1 PLC硬件配置及其输入输出端子
• 3.2.2 数据采集
• 3.2.3 设备通信
• 3.2.4 PLC主控制模块设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 上位机系统
• 4.1 前置机
• 4.1.1 前置机基本概念（FEP）
• 4.1.2 前置机基本功能介绍
• 4.1.3 组态软件的基本概念
• 4.1.4 组态王6.5.2
• 4.2 上位机软件设计
• 4.3 数据变量设计
• 4.4 远程联网监控软件设计
• 4.4.1 概述
• 4.4.2 开发平台的选择
• 4.4.3 B/S系统界面设计
• 4.4.4 短信预警辅助系统
• 4.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文
• 附录B 攻读学位期间参与的项目列表