隨著現代控制技術(control)、計算機技術(computer)、通信技術(communication)和圖形顯示技術(CRT)即4C技術的迅速發(fā)展,越來越多的科學技術應用在建筑上,樓宇自動化系統在這種情況下應運而生。在樓宇自動化系統中,現場設備的各種參數需要統一管理、監(jiān)視和控制,通過對數據接口層的設計,實現這些數據在現場控制網同中央監(jiān)控系統之間的雙向傳遞,為監(jiān)控系統提供數據的傳輸通道,實現現場控制網與中央監(jiān)控系統之間數據的無縫連接。

1、樓宇自動化系統概述

樓宇自動化系統(buildingautomaticsystem,BAS)或稱建筑設備自動化系統,其主要功能是對建筑物內的空調制冷系統、給排水系統、變配電系統、照明系統、供熱系統以及安全防范系統等實現全面計算機監(jiān)控管理。通過對各個子系統進行監(jiān)測、控制、信息記錄,實現分散節(jié)能控制和集中科學管理,為用戶提供良好的工作環(huán)境,為管理者提供方便的管理手段。

樓宇自動化系統一般采用3層的網絡結構形式。第一層是管理網絡層,由計算機和中央監(jiān)控系統軟件和相應的通訊設備組成;第二層是控制網絡層為通用控制器;第三層是現場網絡層,包括傳感器、微控制器、變頻器和執(zhí)行器,由于實際網絡結構的構建,樓宇自動化系統網絡邏輯上的3層結構,可以連接成為兩層結構,即網絡僅由管理網絡層和現場網絡層構成,其控制層已包括在現場層中。

2、數據接口層的設計

2.1設計思路

設計的數據接口層采用TCP/IP作為其通信協議。數據接口層的設計包括兩個方面,一方面是中央監(jiān)控系統實時地接收智能網關發(fā)送的現場數據信息；另一方面是將中央監(jiān)控系統發(fā)送的控制命令傳遞到智能網關。數據傳遞的過程描述如下：當現場數據發(fā)生變化時,現場控制網通過數據接口層向中央監(jiān)控系統發(fā)送連接請求,中央監(jiān)控系統接到這個請求后,向現場控制網發(fā)送應答信息,此時現場控制網將實時數據通過數據接口層發(fā)送到中央監(jiān)控系統，寫入數據庫。當中央監(jiān)控系統向現場設備發(fā)送控制命令時,先將控制命令寫入數據庫中,然后再將此控制命令通過網絡應用程序發(fā)送到現場控制網中,控制現場設備。數據傳輸流程如圖2所示。

2.2WindowsSockets技術

WindowsSockets是Windows環(huán)境下進行TCP/IP程序設計的網絡應用程序編程接口。它的目標是提供一種獨立的協議,以支持開放的網絡性能,通過它可以方便地訪問TCP和UDP網絡服務。

WindowsSockets網絡應用程序包括兩個部分,一部分是服務器端應用程序,主要接收客戶端的連接請求、接收客戶端的信息、處理客戶端的計算請求、向客戶端發(fā)送計算結果和應答信息等;另一部分是客戶端應用程序,主要用于申請連接服務器、向服務器發(fā)送計算請求、處理服務器發(fā)回的計算結果和其他信息等。

2.3客戶機/服務器模式

客戶機/服務器可以被理解為是1個物理上分布的邏輯整體,它是由客戶機、服務器和連接支持部分組成。其中客戶機是1個面向最終用戶的接口設備或應用程序,可向其他設備或應用程序提出請求,然后再向用戶顯示所得信息；服務器是1項服務的提供者,它包含并管理數據庫和通信設備，為客戶請求過程提供服務;連接支持是用來連接客戶機與服務器的部分，如網絡連接、網絡協議、應用接口等。在樓宇自動化系統數據接口層的設計過程中，將中央監(jiān)控系統作為服務器運行,而現場控制網中負責同中央監(jiān)控系統進行數據交換的智能網關作為客戶端運行。因此數據接口層的設計實際上包括兩個方面，一是服務器端的程序設計；二是客戶端的程序設計。

3、系統實現

3.1開發(fā)及運行環(huán)境

以Microsoft公司的VisualStudio2005作為主要的開發(fā)工具,系統開發(fā)語言選用C#,它綜合了VB簡單的可視化操作和C++的高運行效率,具有強大的操作能力、優(yōu)雅的語法風格、創(chuàng)新的語言特性和便捷的面向組件編程。數據庫管理軟件采用MicrosoftSQLServer2005,該數據庫系統在安全性、準確性和運行速度方面有絕對的優(yōu)勢,并且處理數據量大,效率高。

3.2數據傳輸

具體數據傳輸的操作過程如下：

1)在客戶端和服務器端,把Winsock的Protocol(協議)屬性都設置為TCP,說明使用的是TCP協議。服務器端調用TcpListener類,客戶端調用TcpClient類。在C#中,這兩個類都封裝在System.Net命名空間中；

2)對于客戶端應用程序,必須知道服務器計算機的名稱或IP地址,還要知道服務器計算機的監(jiān)聽端口號,在.NET框架中IPEndPoint類包含應用程序連接到主機上的服務所需的主機和端口信息,通過組合服務的主機IP地址和端口號,IPEndPoint形成到服務的連接點。創(chuàng)建Socket,將該Socket綁定到特定終端節(jié)點,并通過Connect方法綁定到該終端節(jié)點所建立的連接；

3)對于服務器端應用程序,相應地要設置1個監(jiān)聽端口,并調用TcpListener的Start方法監(jiān)聽來自客戶端的請求；

4)建立連接后,任何一方都可以收發(fā)數據。調用Send方法將數據發(fā)送到Socket。當接收數據時,用Receive方法從Socket中接收發(fā)來的信息?？蛻舳税l(fā)送的數據以‘|’分隔,在服務器端通過Split函數將這些數據區(qū)分開來。

在程序的設計中,涉及到Socket編程技術、多線程技術,因此命名空間必須還包括System.Net.Sockets以及System.Threading。

3.3數據顯示

以樓宇自動化系統中的電力系統為例,系統監(jiān)控對象包括:應急柴油發(fā)電機組、高壓進線柜、變壓器、市電聯絡柜、低壓聯絡柜、低壓配電柜。監(jiān)控的內容包括:1)發(fā)電機的運行狀態(tài);2)發(fā)電機電池電壓;3)發(fā)電機的運行溫度及超溫報警;4)高壓配電柜的開關狀態(tài);5)高壓側變壓器柜的開關狀態(tài);6)低壓側變壓器柜的開關狀態(tài);7)變壓器的運行溫度及超溫報警;8)市電聯絡柜的開關狀態(tài);9)低壓聯絡柜的開關狀態(tài);10)低壓配電柜的開關狀態(tài)。主要用到的是Label控件,TextBox控件,以及GroupBox控件。

由于用到多線程技術,所以在實時數據顯示過程中用到跨線程調用窗體控件技術。

3.4數據記錄

利用SQLServer2005制作數據庫BAS,并制作兩張數據表,分別是應急發(fā)電系統表a_dynamo,變配電系統表a_transformer。對數據庫的操作還涉及到存儲過程技術。在BAS數據庫的storedprocedures中新建兩個存儲過程,分別為應急發(fā)電存儲過程YJInsertData以及變配電存儲過程BPInsetData,用來向相應的數據表中插入相應的數據。應急發(fā)電系統的存儲過程YJInsertData代碼如下所示:

CreatePROCEDUREYJInsertData

(@dynstatefloat,@dynvoltagefloat,@dyntemperaturefloat,@gtimedatetime)

ASinsertintoa_dynamo

(dynstate,dynvoltage,dyntemperature,gtime)values

(@dynstate,@dynvoltage,@dyntemperatu,@gtime)

利用C#連接SQLServer數據庫,用到的命名空間:

System.Data,System.Data.SqlClient。系統時間gtime用到System.DateTime.Now命名空間。

數據庫的具體操作過程如下:

1)利用Connection對象連接數據庫,通過Open方法使用ConnectionString屬性中的信息聯系數據源并建立1個打開的連接。ConnectionString屬性,是1個字符串,用于提供登錄數據庫和指向特定數據庫所需的信息;

2)利用Command對象構建SQL命令。將CommandType屬性設置為StoredProcedure,即將CommandText屬性設置為存儲過程的名稱,如YJInsertData。然后利用Command的Parameters.Add方法向該存儲過程插入相應的數據。最后利用ExecuteNonQuery方法,執(zhí)行數據庫命令并返回受影響的行數,改變數據庫的相應數據表中的內容;

3)利用Connection對象的Close方法關閉數據庫連接。

3.5系統驗證

在VisualStudio2005平臺上完成代碼編寫,運行后,模仿客戶端實時發(fā)送一組樓宇自動化系統中的電力系統數據‘1|220|30|1|0|1|0|1|0|35’。

本文首先對樓宇自動化系統的概念以及網絡結構進行簡單概述,然后對數據接口層的設計做了詳盡的介紹。最后使用WindowsSockets技術完成中央監(jiān)控系統與現場控制網之間的數據傳遞和數據顯示,并利用SQLServer2005對數據進行保存。從以上分析及其實現來看,WindowsSockets是一種應用廣泛,運行效果良好的接口技術,C#是一種簡單、現代、高性能及適用性強的語言,利用它們來完成系統的數據接口層設計基本滿足運行要求。

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