第一节物业智能化的技术基础
智能物业的支持技术，主要包括计算机技术、自动控制技术和通信网络技术。了解相关技术的基础知识对智能化的物业管理起着至关重要的作用。计算机技术与通信网络技术的充分融合提供了信息基础设施；计算机技术与自动控制技术的结合为人们创造了舒适、节能并且高度安全的工作环境；丰富的信息资源，完善、便捷的信息交换，为人们的工作带来了前所未有的高效率。
一、计算机控制技术
1946年世界上第一台电子计算机在美国诞生，20世纪50年代中期，数字计算机开始应用于过程控制中，此后，随着计算机技术的发展，计算机在控制系统中得到广泛的应用。
计算机控制技术是计算机技术和自动控制技术相结合的应用技术，是构成智能物业设备自动化系统的关键技术。数字计算机强大的计算能力、逻辑判断能力和大容量存储信息的能力使得计算机控制能够解决常规控制技术解决不了的难题，能达到常规技术达不到的优异性能指标。由于其性价比高，便于实现控制与管理相结合，使自动化程度进一步提高，因此，楼宇机电设备采用计算机控制后，才能真正提供一个安全、节能、高效而又便利的环境。
(一)计算机控制系统的控制过程
计算机控制系统的控制可分为硬件控制和软件控制两部分。
1.计算机控制系统的硬件控制
自动控制的目的是控制某些物理量按照指定规律变化，因此需要采用负反馈构成闭环控制系统，根据被控参数测量值与期望值的偏差，采用一定的控制方法使执行机构动作，以消除偏差。测量元件对被控对象的被控参数进行测量，反馈给由模拟调节器组成的控制器，控制器将反馈信号与给定值相比较，如有偏差，控制器将产生控制量驱动执行机构动作，直至被控参数值满足预定要求为止。
由于计算机的输入和输出信号都是数字信号，因此计算机控制系统还需要有模/数(A/D)和数/模(D/A)转换装置。
计算机控制系统的控制过程通常为以下几个步骤。
①测量元件对被控对象的瞬时值进行检测，并通过模/数转换器输送给计算机。
②计算机对所采集到的表征被控参数的状态量进行分析，按照内部存储的相关算法或控制规律决定控制过程，计算出控制量。
③计算机输出的控制量通过数/模转换器传送给执行机构，使之执行相应的操作，对被控设备加以控制。
上述过程不断重复，使整个系统能够按照一定的动态品质指标工作，并且对被控参数和设备本身出现的异常情况进行及时监督，同时迅速作出处理。
2.计算机控制系统的软件控制
用于计算机控制的软件必须具有实时性，操作控制的实时性表现在以下几个方面。
(1)实时数据采集
被控对象当前输出的信息(如温度、压力、流量、2提速度等)随时间变化，如果不及时采集便会丢失，所以在输出信息转化为电信号后，由计算机随时对电信号进行采样，并及时将转换结果存入存储器。
(2)实时决策运算
采样数据是反映被控过程状态的信息，计算机对它进行比较、分析、判断后，得出被控参数是否偏离设定值、是否达到或超过阈限值，即时按预定的控制策略和控制规律进行运算，并作出控制决策。
(3)实时控制
计算机及时地将决策结果形成的控制量输出，作用于执行机构，校正被控参数。
(4)实时报警
如果被控参数超过设定阈限值或系统设备出现异常情况时，计算机应及时的发出声光报警信号，并自动或人工进行必要的处理。
(二)计算机控制系统的组成
根据控制对象、控制任务、控制要求、使用设备的不同，计算机控制系统的组成可以有多种形式，但是从原理上来说，可以分为硬件和软件两大组成部分。
1.硬件部分
硬件部分主要包括主机、外围设备、操作控制台、过程输入/输出设备和通信设备等。
(1)主机
主机是由中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)和内部存储器组成。主机是计算机控制系统的核心，它根据过程输入设备送来的反映生产过程的实时信息，按照存储器中预先存入的控制算法和控制流程，自动进行信息的处理与运算，及时选定相应的控制策略，并且通过过程输出设备向生产过程发送控制命令。
主机的软件功能包括以下几个方面。
①系统操作管理：包括操作密码、操作级别、软件操作及设备控制权限。
②图形显示：其操作界面以图形显示为主，数字表格为辅，可显示采样输入点或调控输出点及智慧卡读卡机控制输出点的动态图形符号和动态数据。
③控制调节：可通过图形符号对设备开关阀门大小进行手动控制和调节。
④报警：对所有监控点和硬件设备的故障、错误进行报警并且记录。
⑤自动报表生成：可以人为或通过时间、范围、类别设定自动产生所需报表。例如，所有点状态、报警点摘要、水电用量报表、巡更记录报表、设备档案报表、能源消耗报表、报警历史记录等。
⑥技术图表和统计：能对所有的监控点进行图表技术分析。图表的表示方式可以是曲线图、棒状图。对长时间统计的数据可采用表格形式。
⑦系统资料设定更改：包括平面图的修改，监控点类别、地址、定义的修改、增加。
⑧快速咨询：可实现按图或资料的简易名称或关键字快速调用。
⑨设备管理：为所有监控的设备建立设备档案，并可以正常修改。例如，设备名称、型号、主要指标、产地、生产厂家、安装地址及开始运行时间、所有需计量的参数累计计量值、维护、维修及更换记录等。
⑩用户程序：能提供用户自己编程、维护诊断系统的软件。
(2)操作控制台
操作控制台是人与计算机控制系统联系的必要设备，在控制操作台上随时显示记录系统的当前运行状态和被控对象参数。当系统某个部分出现意外或故障时，操作台上产生报警信息，使操作人员能够及时地了解生产过程的状态，进行必要的干预，修改有关参数或紧急处理某些事件。操作人员在操作台上可修改程序和工艺参数，也可以按照需要改变系统的运行状态。当主机不能正常工作时，各控制操作台能正常进行监控、联络、统计工作，并能实现现场控制操作台之间的点到点通信，共享信息。控制操作台按现场就近设置的原则，分设于设备机房或楼层弱电井内，用于监控和管理该层或相邻层的机电设备。
操作控制台一般包括以下设备。
①输出设备：包括显示器、打印机、记录仪等。显示器用来显示操作人员所要了解的内容、监视系统工作进程及画面显示等；打印记录设备用来打印、记录各种参数、数据和曲线。
②输入装置：包括键盘、功能控制按钮和作用开关等。功能控制按钮和作用开关完成对控制系统的启停控制，对工作方式、控制算法和控制方式的选择；键盘即操作键盘，包括数字键和功能键。数字键用来输入数据和参数，功能键使计算机进入功能键所代表的功能服务程序，如打印、显示等。
③外存储器：包括硬盘、磁盘、磁带等，用来存放系统数据和程序。
④指示装置：包括状态指示灯、报警指示灯和声报警器，用来指示计算机系统的故障或报警。
操作台上的各个设备都需要通过各自的接口与计算机相连，达到操作台设备与控制系统的相互联系。
(3)过程输入/输出设备
计算机与生产过程之间的信息传递是通过过程输入/输出设备进行的，它在两者之间起到纽带和桥梁作用。过程输入设备包括模拟量输入通道(AI通道)和数字量输入通道(DI通道)。模拟量输入通道由多路采样开关、放大器、模/数转换器和接口电路组成，它将模拟量信号(如温度、压力、流量等)转换成数字信号，再输入给计算机；数字量输入通道包括光耦合器和接口电路等设备，它直接输入开关量和数字量信号(如设备的启/停状态、故障状态等)。过程输出设备包括模拟量输出通道(AO通道)和开关量输出通道(DO通道)，模拟量输出通道由接口电路、数/模转换器、放大器等组成，它将计算机计算出的控制量数字信号转换成模拟信号后，再输出给执行机构(如电动机、电动阀门、电动风门等)。开关量输出通道包括接口电路、光耦合器等设备，它直接输出开关量信号或数字量信号，用来控制设备的启/停和故障报警等。过程输入/输出设备还必须包括自动化仪表才能够和生产过程(或被控对象)发生联系，这些仪表包括信号测量变送单元(传感器、变送器)和信号驱动单元(执行机构等)。
(4)通信设备
用于实现不同地理位置、不同功能计算机或设备之间的信息交换。
2.软件部分
计算机内部需要配置相应的软件，从而达到对各个设备的管理。计算机软件有系统软件和应用软件。
系统软件是计算机操作运行的基本条件之一，它是计算机控制系统信息的指挥者和协调者，并具有数据处理、硬件管理等功能，支持包括程序设计语言、编译程序、诊断程序等软件。目前，大多数计算机控制系统软件采用通用的Windows操作系统。
应用软件是用户根据自己的需要，自行编制的控制程序、控制算法程序及一些服务程序，包括对系统进行直接检测、控制的前沿程序，人机接口程序，对外围设备管理的服务性程序，保证系统可靠运行的自检程序等，它的质量的好坏直接影响控制系统的控制效果。
(三)集散控制系统
随着计算机技术的不断发展，根据计算机参与控制的方式与特点不同，一般来讲计算机控制系统分为集散控制系统和现场总线控制系统。
集散控制系统(Distributed Control System，DCS)，是20世纪70年代后期随着计算机技术、数字通信等技术发展而诞生的一种先进而有效的控制方法。集散控制系统采用集中管理、分散控制的计算机系统，以分布在现场的数字化控制器或计算机装置完成对被控设备的实时控制、监测和保护任务，以具有强大的数据处理、显示、记录及具有丰富软件功能的中央计算机，完成优化管理、集中操作及显示报警等工作。它的优越性在于克服了集中控制带来的危险性，即高度集中和常规仪表控制功能单一的局限性，避免了常规仪表控制分散后人机联系困难与无法统一管理的缺点，并具有高可靠性、高灵活性、高扩展性的特点。
集散型控制系统是由中央管理级、现场控制级、监控级和数据通信网络4部分组成。中央管理级主要由中央管理计算机及相关控制软件组成。现场控制级和监控级部分主要由现场自动数字控制器及相关控制软件组成，对现场设备的运行状态、参数进行监测和控制。现场控制器的输入端连接传感器等现场检测设备，现场控制器的输出端与执行器连接在一起，完成对被控量的调节及设备状态、过程参数的控制。数据通信网络部分连接集散型控制系统的中央管理计算机与现场控制器，完成数据、控制信号及其他信息在两者之间的传递。
1.中央管理级
中央管理级主要由中央管理计算机及相关控制软件组成。中央管理计算机是以中央控制室操作站为中心，辅以打印机、报警装置等外部设备，实现对整个系统的集中操作与监视。
中央管理计算机的主要功能为实现数据记录、存储、显示和输出，优化控制和优化整个计算机控制系统的管理调度，实施故障报警、事件处理和诊断，实现数据通信。
2.现场控制级
现场控制级是由现场直接数字控制器(Direct Digital Controller，DDC)和其他现场设备组成。现场直接数字控制器直接与各种现场装置(如变送器、执行器等现场仪表与装置)相连，对现场控制对象的状态和参数进行监测和控制；现场直接数字控制器与监控级相连，接受来自中央管理计算机的指令和管理信息，与中央管理计算机及其他站点进行数据交换。
现场控制器的功能包括周期性采样现场数据，处理采样数据，控制算法与运算，执行控制输出等。
3.监控级
监控级是由一台或多台计算机通过局域网连接构成，作为现场控制器的上位机。监控级直接与现场控制器通信，监视其工作情况，并将来自现场控制器的系统状态和数据通过通信网络传送给中央管理计算机。而中央管理计算机的操作要求又通过网络传递给监控级，再由监控级实现具体操作，给出现场控制器的操作命令。
监控级的主要功能包括如下几个方面。
①报告功能：如控制器报警功能、操作员操作追踪记录功能等。
②趋势功能：集散型系统的一个突出特点是可以存储历史数据，并可以以曲线的形式进行显示。一般的趋势显示有两种：一种是跟踪趋势显示，又称为实时趋势；另一种趋势显示为长期记录。
③报警管理功能：用户定义所有事件的报警级别、报警延迟时间、屏蔽点的报警等。
④历史记录功能：能记录系统历史运行状况。
⑤进行系统运行操作功能：通过中央监控计算机和工作站，实现对控制对象的直接操作控制、系统控制参数修改、报警确认等系统运行操作控制。
⑥系统维护与管理功能：通过累计设备运行时间、评价系统、设备工作状态等项目，辅助工作人员进行系统与设备的维护管理。
监控级的计算机除了要求完善的软件功能外，还必须有可靠性高的硬件设备，因为它关系到整个系统的运行安全。
