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徐铁 西安半坡遗址可能是我国发现的最早的人类居所。几千年来人类就在类似这样的结构中栖息着、繁衍着。这些结构在人类漫长的发展进程中一直扮演几乎相同的角色，即遮阳避热、．防风御寒。到了近代，诞生了一批诸如中国的故宫、天坛，法国的卢浮宫等著名的建筑物或建筑群。它们除了具有以上功能外，更具有艺术性、观赏性。直到今天，每当我们信步在这些建筑之中，都会赞叹营造这些不朽之作的工匠们的技艺精妙绝伦。这些建筑已成为人类共同的精神遗产。如今，建筑物的实用性、艺术性依然重要，同时随着人类进步，人们也更看重生活和工作空间的功能性和服务性，人们希望这些空间和他们自己一样聪明、智慧、富于灵气，因此诞生了智慧型建筑物，即智能建筑。 智能建筑(Intelligent Building)的概念源于70年代末的美国。信息产业的发展是智能建筑产业发展的原动力，计算机技术奠定了智能建筑的基础。智能建筑的兴起和发展主要是适应社会信息化与经济国际化的需要。 1984中，美国康涅狄格外[的哈特福特市把一座旧楼进行重新改造，这次改造主要是针对大楼的空调系统、照明系统、电梯、消防与防盗报警系统的设备重新改造，统一使用计算机进行监控。改造的同时，大楼建立了先进的话音通讯、文字处理、电子邮件、情报资料检索等系统，为用户提供先进的信息服务。这座新型的“旧楼”被人们称为世界第一座智能建筑，引起世人的广泛关注。随后，智能建筑在欧美日等世界各国蓬勃发展，先后出现了一批智能程度不同的智能建筑。我国北京于1988年建成的新华社新办公楼可能是我国的第一座智能型建筑物。当人们用今天的眼光去审视这座建筑的智能程度，我们会认为它是那样的幼稚，但它确实开创了我国智能建筑的先河。近年来，一座座智能建筑在神州大地拔地而起，成为我国建筑业的一个热点。目前智能建筑已成为一个国家、一个地区、一个城市现代化程度的重要标志，也成为21世纪乃至下一个世纪世界经济的重要增长点。 关于智能建由的概念，目前在国际和国内均无统一的定义，其原因在于智能建筑是传统建筑业与信息产业结合的产物，近年来信息产业又以超乎寻常的速度迅猛发展，而智能建筑中的许多技术都是和计算机与通讯技术有关。 美国智能建筑学会(AIBI)对于智能建筑的定义是这样描述的：所谓“智能建筑”，是通过建筑的四个基本要求，即结构、系统、服务和管理进行最优化的组合，为用户提供一个高经济性、高效率、高舒适性的建筑物。 在日本有关建筑杂志有这样的记载：“智能建筑“就是高功能大楼，是有效地利用现代信息与通信设备，采用楼宇自动化技术高度综合管理的大楼。 在新加坡，其政府的 PWD部门在它的《智能大厦手册》中强调智能大厦具有三个重要的条件：( l)先进的自动化系统，调节大厦内的各种设施，郎包括温、湿度、灯光、保安、消防等，从而为用户提供舒适的环境；(2)良好的通讯设施，使数据能在层与层之间或大厦内进行流通；(3)提供足够的对外通讯设施。 在我国通常人们把具有“5A”或“7A”功能的大厦称为“智能建筑”。所谓“5A”即： BAS为建筑设备自动化系统； OSA为办公自动化系统； CAS为通讯自动化系统； FAS为防火自动化系统；SAS为安全防范自动化系统。有的学者认为FAS和SAS应属BAS范畴，为避免出现“6A”，“7A”或更多，故推荐“智能建筑”的定义为“3A”建筑。 笔者认为“智能建筑”的定义应包括三个方面的含义： 第一、“智能建筑”是一个相对的概念。 任何一个建筑物的智能化与智能程度都是相对而言的。它是某建筑物的智能程度与它同一时期与之类似的其他建筑物的智能程度比较而言的。拿前面提到的新华社办公楼为例。由于业务的需要，当时它设计安装先进的通讯系统与其分布在全世界的新华社分社联系并与外国主要通讯社通讯，设计安装了多文种处理系统，将数百台计算机和图文终端联在一个网上，尤其值得一提的是它采用了刚刚在贝尔实验室诞生不久的综合布线系统（PDS），将上面的网络系统联在一起，并且系统骨干采用了选进的多模光纤。顺便提一句，新华社办公楼是我国第一个应用PDS的工程，用我们现在的眼光看这个建筑物只有OAS和CAS，但在那个年代不能不说它确是一个智能程度较高的智能建筑。 我们知道，智能建筑是随时着信息产业的发展而诞生并迅速发展起来的，几年前我们还是在科幻影片中见到的场景，现在已实实在在安装在现代建筑中。如门禁系统中的瞳孔识别系统，光怪陆离的灯光控制，多媒体图像的传输等。建筑物的电气设计的发展也从电气化阶段经过自动化阶段发展到当今的智能化阶段。就智建筑而言，十年前的新化社办公楼其智能程度是根本不能与今日的智能大厦同日而语的。随着人工智能、模糊控制理论、超高速的传输技术引入到未来建筑中，我们很难估计数十年后的智能建筑是什么样子。 第三、“智能建筑”的实质是智能建筑中的诸多设备的网络化问题。 尽管如今智能建筑中的各子系统都有很好的智能系统。甚至有的系统也已经网络化，如果不解决所有子系统的网络化问题，那么该大厦还不能算作真正的智能建筑(尽管它已有了“3A”或“5A”)。至少说该建筑物还不能称作很“聪明”的建筑。 问题一：一个开放式办公室中的某员工需要加班，因此，只需要打开他附近的变风量空调的阀门，而其它阀门可关到最小，以达到最大限度的节能。达到这个目的，员工可通过自己的计算机 如下图示。 问题二：某经理在外地出差，他打算看他办公室的状态。完成这个过程，他需把他的笔记本电脑通过 Internet网进入到远方他所在单位的通讯系统，然后通过中央控制主机进入到监控主机(CCTV系统主机)驱动他办公室的摄像机，将办公室的状态图像记录并数字化，通过与上面相反过程传到他的笔记本电脑中。如下图所示。 以上两个问题的实现过程， 如果不把 OA主机与 BA主机或PABX与 CCTV主机通过楼宇控制中心联在一个网络之下是根本不能实现的。因此类似的问题，一定要把建筑物中的各智能设备联起来，而整个大厦的智能设备通过一个非常“健康”的“神经网络系统”，即结构化综合布线系统．联结到一个“大脑”上去，这样的建筑才是一个真正“聪明”的建筑。 综上所述，笔者认为美国智能建筑协会关于智能建筑的定义是十分概括和抽象的，它能在任何时候反映此时的智能建筑的特点。 如果从技术类型分类，智能建筑包括四类技术。 第一类：计算机与网络技术 从硬件方面看，主要包括：中央计算机主机、网络服务器及交换设备、分站及各种周边设备；从软件方面看， 包括管理信息系统、决策系统、业务管理系统、物业管理系统、综合信息数据库等。近年来 IC卡(智能卡)技术也越来越多的应用到智能建筑物中，根据 IC卡的特点，也应归纳到此类技术中。 第二类，远程接入与通讯技术 包括：远程数字接人系统、微波通信系统、载波通信系统、程控交换系统、虚报交换系统以及无线寻呼系统等。 第三类：控制技术 包括：空调控制系统、冷冻站监控系统、给排水监控系统、变配电监控系统、热力站监控系统、照明控制系统、电梯运行监控系统、安全防范系统、火灾报警与消防联动系统、停车场管理系统、背景音乐与紧急广播系统、门禁管理系统等。 第四类：图像传输技术 包括：共用卫星电视视频传输系统(CATV)、保安监视系统 (CCTV)、多媒体会议电视系统等。 智能建筑作为一个高新技术应用的集合体，能在短短的十年 中取得如此迅速的大规模发展，是有其深刻的社会背景和技术背景的。所以它目前已能够渗透到几乎所有类型的建筑中，只是由于建筑的功能不同，而使其智能程度有高有低罢了。 目前，在我国智能建筑中应用的各种智能产品绝大多数是国外进口的，由于各国各地区的标准不尽相同，因此使我国智能建筑体系有下列特点： ( l)由于智能建筑的各子系统是由不同生产厂家独立开发，因此各子系统是相互独立的，并且每个系统都有自己专用的现场控制器及中央处理机，各主机无法替代，系统重组将十分困难。 (2)各子系统之间相对封闭，使执行元件无法共用，造成资源浪费。 (3)由于各子系统均为不同厂家生产，用户界面不统一，系统互联工作十分困难。 (4)由于以上问题给集成商实现智能建筑网络化带来很大困难，也给业主日后运行系统及维护管理带来极大困难。 鉴于上述原因，市场急需开发全新的智能楼宇集成系统。 美国 Echelon公司于1992年推出了 Lonworks技术，它标志着控制系统网络化的新纪元。它彻底打破了旧的封闭的控制模式，只需把控制系统中大量的一次元件，如传感器、执行元件、断路器等，通过基于 Lon Talk协议采用自由拓扑结构方式把控制单元联结成开放的测控网络，这个网络符合国际标准化组织(ISO)制定的开放系统互联(OSI)模式。 Lonworks技术具有以下特点： ( l)开放性。网络协议是开放的，现有近200家如 Microsoft、Sisco、 Motorola、 Honeywell等世界著名公司，加入 Lonworks协会。 (2)互操作性。 lonworks系统可以与其它系统兼容，对系统改造、维护都是非常有利的。 (3)控制节点间可采用多种媒体(如双绞线、动力电线、微波、红外、光纤等)连接，并进行通讯。在同一个测控系统可同时采用多种介质组成一个网络，这样可给安装带来许多方便并可使工程成本和施工周期大大降低。 (4)可靠性。因系统采用自由节点连接方式，因此其故障点只影响与之相联的设备而不致影响其子系统和整个系统。 (5)应用编程采用高级语言，符合国际标准，开发周期短，商品化。 Lonworks网络是采用神经元芯片技术，在 OSI七层协议上实现的控制网络。神经元芯片和 Lon Talk网络协议是 Lonworks的核心技术。神经元芯片(Neuron Chip)使用 CMOS CLSI技术，使实现低成本的控制网络成为可能。所有得到和处理信息、作出决定、生成输出和传播控制信息、标准协议、使用不同的通信介质所需要的功能都包括在每个神经元芯片中。神经元芯片是高度集成的，使用它所需要的外部器件是最少的。在这种芯片中有3个8位的 CPU。第一个 CPU为介质访问控制处理器，它处理LonTalk协议的第一和第二层。第二个 CPU为网络处理器，它实现 LonTalk协议的第三层到第六层，进行网络变量的处理、寻址、事物处理、证实、后台诊断、软件计时器、网络管理、函数路径选择等。第三个处理器是应用处理器，它执行由用户编写的代码及用户的代码所调用的操作系统服务。 Neuron芯片的编程语言为Neuron C。它是从 ANSI C中派生出来的，并对 ANSI C进行了删减和增补。 Lon Talk网络协议 lonTalk协议遵循由国际标准化组织(ISO)定义的开放系统互连(OSI)模型。以 ISO的术语来说， LonTalk协议提供了0SI参考模型所定义的全部七层服务。它具备以下特点： ( l) LonTalk协议支持包括双绞线、电力线、无线、红外线、同轴电缆和光纤等多种传输介质。
(3) LonTalk协议使用面向应用协议的数据。用这种方法，应用数据项，如温度、压力、状态、文本字符串和其它数据项在节点之间，以标准的和其它预定义好的单位进行交换。所有命令被封装在接收节点的应用程序中而不是通过网络被发送，用这种方法，相同的工程值可以被发送到多个节点，每个节点对该数据有不同的应用程序。 (4) LonTalk协议的表示层中的数据被称作网络变量。网络变量可以是任何单个数据项也可以是数据结构。每个网络变量有一个由应用程序说明的数据类型。网络变量的概念大大简化了复杂的分布式应用的编程，网络变量提供了非常方便灵活的观察系统中由节点操作的分布式数据。 Lonworks具有先进性的技术特点 Lonworks支持完全分布式的网络系统。由于 Lonworks的基本构造——节点具备了通信联网能力，并且 LonTalk支持自由拖扑结构，网络的构建只需将各节点以任意形式连接。节点同时具备控制和数据处理能力，所以各节点的地位是完全对等的关系，在网络上传输的信息是共享的， 对信息的访问权限由节点的通信协议软件配合网络管理软件实现。 这种分布式的网络体系改变了以往楼宇控制系统按功能划分，各子系统之间垂直分割，不能共享信息，设备重复投资的状况。各功能子系统不再对应物理子系统，而是由一些网络节点构成的虚拟网络组成。在虚拟网中，节点可以被多个虚拟子网共享，从而有效利用了设备资源，系统的变更维护也更加方便。 Lonworks可以支持多种介质。 LonTalk协议支持以不同通信介质(Media)分段的网络。 LonTalk协议支持的介质包括双绞线、电力线、无线、红外线、同轴电缆和光纤。其他的许多网络只能选用某种专用的介质。而 Lonworks网络可以同时使用上述的各种介质。为网络系统互连提供了最大的灵活性，同时，对信息传输系统有最好的适应性，使系统的扩展也更加方便。 支持 Internet以往的楼宇控制系统往往采用封闭结构体系，与其他信息系统的沟通能力极差，十分不利于大楼综合信息管理系统的建设。采用 Lonworks技术后，在 Lonworks控制网络上的传感器和执行器层的数据可经过 Lonworks上的网关进入数据网络。通过开放性的 API后，设备上的过程数据和状态信息则可由综合信息管理系统统一管理，甚至可经过 Internet与远程的控制节点共享。如大厦的管理人员可在世界上任何地方通过 Internet洞察楼内的所有信息，甚至下达到每个传感器和执行器的工作状态。通过 Lonwork：网络与 Java平台的结合，管理人员可以监视控制系统，从传感器到高层的分布控制系统，大厦的维护人员可对网络中的任一装置点进行修改。现场工程师可经 Internet将新的软件下载进节点。如果用户需要技术支持，维护人员可在远地直接对现场上的节点装置进行诊断或维护工作。 Lonworks应用系统开发周期短。 Lonworks技术的一个很重要的特点是提供了一套强有力的开发工具平台 LonBuilder与NodeBuilderTM。它不单提供网络开发的基本工具，如 Editer、 Debugger等，并且提供了网络协议分析工具。这个工具可以分析与测控网络通信上的节点间的通信包、网络变量等的通讯状况，包括通信量的分析、数据包的误码率、内容监测等。这套开发平台工具在美国曾多次获奖，是 Lonworks技术在应用中，能很快从设计到完成的一个基本因素。 同时， Lonworks技术对网络管理作了很准确的定义。包括安装、监控、错误检测及网络维护等。不仅在开发工具平台内 Lon-works技术有全部的工具，同时为现场提供了完整的工具。它可以用在任何操作系统平台上，如 DOS、 Windows、 UNIX、直到 Windows95、 Windows NT及 OS/2等操作系统上，大大减少了开发人员的工作量。 Lonworks网络技术在世界上许多行业中已成为标准，在楼宇自动化行业， Lonworks技术已经成为既成事实的标准。它包括在 ANSI批准的 BACnet楼宇自动化标准中，并且在世界范围内用于楼宇自动化系统的开发。它的系统和性能可大可小，提供了许多结构化和功能化的灵活性。用独立的平台， Lonworks技术为许多领域提供了扩展控制标准的机会。 总之， Lonworks是一种开放互连的网络系统，在灵活性、开放性、可扩充性等方面都有很好的现，十分适于作为智能大厦的楼宇信息管理平台。在不远的将来，应用Lonworks技术的智能型建筑物将在我们身边产生。 |
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终端通过计算机服务器进入楼宇控制中心，进而进入空调控制主机(即 BA主机)中请打开就近阀门的过程。
(2) LonTalk协议包括一个可选的网络接口协议，该协议可以用来支持在任何主处理器上运行 LonTalk应用。主处理器可以是任何微控制器、微处理器或计算机。主处理器管理 LonTalk协议的第六层和第七层并使用 Lonworks网络接口来管理第一到第五层。 LonTalk网络接口协议定义网络接口和主处理器之间交换的数据包的格式。
