用于建筑物自动化系统的结构和行为.pdf

用于建筑物自动化系统的结构和行为。用于使建筑物自动化的装置具有描述建筑部分的对象和描述自动化功能和具有至少一个开环和/或闭环控制程序的功能单元的至少一个对象，描述建筑物部分的对象具有概观列表，其中，能够存储用于相关的建筑物部分的语义信息单元。用于相关建筑物部分的语义信息单元识别在建筑物部分中提供的自动化功能。描述自动化功能的对象具有概观列表，其中能够存储用于相关的自动化功能的语义信息单元。语义信息单元包括与另一对象的关系。该关系被实现使得相应对象之间的双向数据交换成为可能。该装置具有能够在不需要对开环和/或闭环控制程序的程序代码修改情况下替换或分配现场设备的优点，因为数据交换经由描述对象执行。

权利要求书一种用于使建筑物或包括许多建筑物的校园自动化的装置，其特征在于：
至少一个对象（20；80；90），其描述建筑物部分（1；62；61），以及
至少一个对象，其描述自动化功能（HVAC；light‑ctr）（30；40）和包括开环和/或闭环控制程序（32；42）的至少一个功能单元（30、32；40、42），
其中，描述建筑物部分的对象（20；80；90）具有概观列表（21；81；91），其中能够存储用于相关的建筑物部分（1；62；61）的语义信息单元（21.1..21.9；81.3、81.9；91.3、91.9），
其中，语义信息单元识别用于相关的建筑物部分的在建筑物部分中提供的自动化功能，
其中，描述自动化功能（HVAC；light‑ctr）的对象（30；40）具有概观列表（31；41），其中能够存储用于相关的自动化功能（HVAC；light‑ctr）的语义信息单元（31.1至31.4；41.1、41.2），
其中，每个语义信息单元具有用于识别语义信息单元和关系（33；34；38；39；48；49）的至少一个标识符，
其中，关系（33；34；38；39；48；49）定义相应的对象（30；40）与另一对象（35；36；12；14；10；11）的一种类型的关系，
其中，所述关系（33；34；38；39；48；49）被实现成使得具有该语义信息的相应对象（30、40）与另一对象（35；36；12；14；10；11）之间的双向数据交换成为可能，
其中，所述关系具有带有至少两个不同关系类型（接触关系、所有关系）的预定义类型范围并精确地对应于这些关系类型（接触关系、所有关系）中的一个。
如权利要求1所述的装置，其特征在于该关系的预定义类型范围包括第一关系类型（接触关系）和第二关系类型（所有关系），其中，用该关系保持语义信息单元的对象（30、40）和受该关系影响的另一对象（35；36；12；14；10；11）被第二关系类型（所有关系）存在地相互连接，使得其只能被一起拷贝、移动或删除。
如前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于描述自动化功能（HVAC；light‑ctr）的功能单元（30、32；40、42）的对象（30；40）与功能单元（30、32；40、42）的开环和/或闭环控制程序（32；42）具有对应于第二关系类型（所有关系）的关系（37；47）。
如前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于描述建筑物部分（1；60）的对象（20；70）的概观列表（21、71）具有语义信息单元（71.3；71.4），其与描述建筑部分（62；61）的另一对象（80；90）具有关系（73；74）。
如前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于语义信息单元的标识符的数据类型是字符串。

说明书用于建筑物自动化系统的结构和行为
技术领域
建筑物自动化系统是用于监视建筑物中或包括许多建筑物的校园中的复杂技术系统中的过程变量的开环控制和/或闭环控制的装置。建筑物自动化系统通常操作加热、通风和空调系统、照明和遮阳设备以及还有访问控制、安全和火灾监督系统。在建筑物自动化系统中，检测、评估、监视、影响或生成过程变量—例如，诸如房间空调变量或事件，建筑物或校园的能量消耗也有利地被建筑物自动化系统最优化。
通常，建筑物自动化系统包括并操作多个所谓的现场设备，诸如传感器和致动器。在这里，典型现场设备的示例是温度和湿度传感器、空气质量传感器、压力传感器、流量计、电量表、热量计、亮度传感器、火警、防盗报警器、警报或洒水器设备、用于热水阀、恒温器阀的驱动、通风翼板（ventilation flap）或盲板(blind)、灯开关、智能卡读取器或用于检测生物统计数据的设备。建筑物自动化系统通常包括多个软件模块、进程或程序，并且通常包括许多计算机或用于其激活的处理器，并且通常还有多个开环和闭环控制设备以及其它设备，例如用于将建筑物自动化系统链接到外部通信网络、设备的屏幕以进行视频信号分析的设备。
另外，在建筑物自动化系统中至少使用电或无线通信介质以进行单独设备或系统的各部分的数据交换，通常存在许多通信网络，能够使用电缆、光学数据通信信道、超声波连接、电磁近场或无线电网络，包括例如光纤网络或蜂窝式网络。能够被用于所述数据交换的技术或标准的示例是来自ECHELON公司的BACnet、LON或LonWorks®、欧洲安装总线EIB、KONNEX、ZigBee或由德国标准DIN 19245定义的PROFIBUS。
背景技术
建筑物自动化系统在市场上可用已达超过三十年。在面向对象编程概念的通常传播之后，在面向对象编程概念的帮助下设计、实现和提供建筑物自动化系统也已达超过五十年。
例如从WO99/39276A和WO99/60487A可知具有面向对象软件结构的建筑物自动化系统。
根据已知现有技术，在闭环或开关控制程序中直接定义了现场设备的数据点的寻址。因此，通常在程序中直接对BACnet输入、输出和值对象进行寻址。如果在建筑物自动化系统中存在许多相同或类似的应用，例如许多室温闭环控制程序，则单独的程序必须适合于现场设备。如果将用其它现场设备来扩展建筑物自动化系统，例如因为将改变建筑物中的房间划分，则将相应地修改所涉及的闭环和/或开环控制程序的程序代码以用于附加现场设备的集成。由于闭环或开环控制程序的程序代码通常具有极其复杂的结构，所以这些类型的程序变化需要人们具有非常好基础（soundly‑based）的编程知识。
发明内容
本发明的根本目的是构造一种建筑物自动化系统，使得其结构和行为适合于用简单的手段、例如用工程工具（engineering tool）来使开环和闭环控制程序适应于现场设备地址，而程序员不必对开环和/或闭环控制程序的程序代码进行自适应。
依照本发明，用权利要求1的特征来实现所述目的。有利实施例从从属权利要求浮现出来。
下面借助于附图来更详细地解释本发明的示例性实施例。
附图说明
在附图中使用的显示是面向已知功能块技术的，其也被广泛地称为CFC（连续功能图）。
所述附图示出：
图1，用于操作建筑物的一部分的建筑物自动化系统的原理发明结构；以及
图2，用于对能够被建筑物自动化系统操作的具有许多房间或区的另一建筑物部分进行建模的原理图示。
具体实施方式
图1示出能够被建筑物自动化系统操作的建筑物部分的房间1。分配给房间1的是许多现场设备，通过该现场设备的使用，例如能够用最优化的操作成本实现用于用户的期望舒适感和用于用户和基础设施的要求安全性。通常，分配给房间1的是房间单元2、灯开关3、空调寄存器4、加热元件5、加热寄存器和窗帘驱动器（blind drive）7。房间单元2充当到建筑物自动化系统的用户接口，例如以输入标称室温范围并显示当前室温以及显示由房间1消耗的能量的成本的数量级。
就必需而言在建筑物自动化系统的软件中有利地对在房间1中操作的设备进行建模，并且优选地使用面向对象的方法来实现相应的模型。通常，经由输入/输出模块将模型连接到现场设备。例如，在建筑物自动化系统中，由房间单元模型10来映射房间单元2、由灯开关模型11来映射灯开关3、由空调寄存器模型12来映射空调寄存器4、由照明元件模型13来映射照明元件5、由加热寄存器模型14来映射加热寄存器6并由窗帘驱动器模型15来映射窗帘驱动器7。
可用于房间1的自动化功能的全部功能的概观（overview）被存储在第一概观节点20中。第一概观节点20是建筑物自动化系统的对象并以具有至少一个语义信息单元的概观列表21为特点。该语义信息单元识别在由第一概观节点20表示的房间1中提供的自动化功能。有利地，语义信息单元包含适合于识别的至少一个标识符和到所涉及的自动化功能的关系。该名称有利地是具有固定或可变长度的串式数据类型。
在本文中用术语关系来指定建筑物自动化系统的两个节点或对象之间的特定关系。该关系具有包括至少两个不同关系类型的预定义类型范围。在本情况下，定义了所谓的接触关系和所谓的所有关系。接触关系在这里与具有值“接触”的关系相同，并且在这里意味着此关系被实现，使得该关系适合于相关的节点或对象之间的双向数据交换。所有关系在这里与具有值“所有”的关系相同，并且在这里意味着此关系被实现，使得该关系一方面适合于相关的节点或对象之间的双向数据交换，另一方面具有所有关系的节点或对象被有利地相互存在地链接，使得其只能被例如工程师工具一起拷贝、移动和删除。
在本示例性实施例中，概观列表21具有用于九个语义信息单元21.1至21.9的空间。
能够被标识符“HVAC”—即加热、通风和空调—识别的语义信息单元21.3具有所有关系24，其在第一概观节点20与第二概观节点30之间适用。
能够用标识符“light‑ctr”—即灯控制—来识别的语义信息单元21.2具有所有关系23，其在第一概观节点20与第三概观节点40之间适用。
能够用标识符“room‑u”—即房间单元—来识别的语义信息单元21.4具有所有关系25，其在第一概观节点20与房间单元模型10之间适用。
能够用标识符“light‑i”—即灯输入—来识别的语义信息单元具有所有关系26，其在第一概观节点20与灯开关模型11之间适用。
能够用标识符“冷天花板”来识别的语义信息单元具有所有关系27，其在第一概观节点20与空调寄存器模型12之间适用。
能够用标识符“light‑o”—即灯输出—来识别的语义信息单元具有所有关系28，其在第一概观节点20与照明元件模型13之间适用。
能够用标识符“辐射器”来识别的语义信息单元具有所有关系29，其在第一概观节点20与空调寄存器模型14之间适用。
最后，能够用标识符“窗帘”来识别的语义信息单元具有所有关系9，其在第一概观节点20与窗帘驱动器模型15之间适用。
指定为“HVAC”—即加热、通风和空调—的自动化功能的概观被存储在第二概观节点30中。第二概观节点30是建筑物自动化系统的对象并具有用于存储语义信息单元31.1至31.4的概观列表31。
能够用标识符“SS”—即状态—来识别的语义信息单元31.3具有所有关系33，其在第二概观节点30与被有利地实现为对象的第一变量35之间适用，其中，例如能够存储关于自动化功能“HVAC”的操作状态的当前信息。
能够用标识符“Ts”—即温度设定点值—来识别的语义信息单元31.2具有所有关系34，其在第二概观节点30与被有利地实现为对象的第二变量36之间适用，其中，例如能够存储了可适用于自动化功能“HVAC”的温度设定点值“Ts”。
能够用标识符“冷天花板”来识别的语义信息单元31.3具有接触关系38，其在第二概观节点30与空调寄存器模型212之间适用。
能够用标识符“辐射器”来识别的语义信息单元具有接触关系39，其在第二概观节点30与加热寄存器模型14之间适用。
第二概观节点30具有另一所有关系37，其在第二概观节点30与开环和/或闭环控制程序32之间适用。该建筑物部分的加热、通风和空调所需的自动化功能在开环和/或闭环控制程序32中被编程。被所有关系链接到概观节点30的开关和/或闭环控制程序32、第二概观节点30和其它对象35和36通过所述所有关系37形成功能单元。通过可用关系的动作选择，间接地经由概观节点30使得可能实现用于一方面的开关和/或闭环控制程序32与另一方面的经由关系与概观节点30相连的对象之间的数据的读和写的访问。功能单元的所述结构使得现场设备可以被结合到建筑物自动化系统中并在建筑物自动化系统中进行替换，而不必出于此目的修改相关的开环和/或闭环控制程序32中的程序代码。
用“light‑ctrl”—即灯控制—指定的自动化功能的概观被存储在第三概观节点40中。第三概观节点40是建筑物自动化系统的对象并具有用于存储语义信息单元41.1至41.4的概观列表41。
能够用标识符“light‑i”—即灯输入—来识别的语义信息单元41.1具有接触关系38，其在第三概观节点40与灯开关模型11之间适用。
能够用标识符“light‑o”—即灯输出—来识别的语义信息单元41.2具有接触关系39，其在第三概观节点40与照明元件模型13之间适用。
第三概观节点40具有所有关系47，其在第三概观节点40与开环和/或闭环控制程序42之间适用。所分配的建筑物部分中的灯控制所需的自动化功能在开环和/或闭环控制程序42中被编程。开环和/或闭环控制程序42和第三概观节点40通过所述所有关系47形成一个功能单元。可用关系具有效果的机会使得用于间接地经由概观节点40进行的一方面开环和/或闭环控制程序42与另一方面经由关系与第三概观节点40相连的对象之间的数据的读和写的访问成为可能。功能单元的上述结构使得现场设备到建筑物自动化系统中的包括和替换成为可能，而不必出于此目的修改相关的开环和/或闭环控制程序42中的程序代码。
有利地能够经由预定义或标准化命名来识别存储在概观列表21、31或41中的语义信息单元。这使得能够以用户友好的方式并用相对很少的努力来生成用于例如建筑物自动化系统的控制中心或管理系统的操作员视图。通过使用借助于用于语义信息单元的串式数据类型的预定义命名，能够以相对很少的努力将当前安装的建筑物自动化系统编成文档。
在概观节点20、30或40的实施例变体中，依照某些规则将概观列表21、31或41排序或分类。
有利地，设备模型将被提供能够在关系的生成或检查时被评估的命名。如图1所示，如果例如用字符串“窗帘”来识别分配给房间1的概观列表211的语义信息单元21.9，并且还用相同的标识符来标记相应的窗帘驱动器模型15，则所有关系9的生成或检查将被简化并能够被自动化。
通过使用用数据类型字符串或设备模型中的串进行的标记，使得可能实现经由相应概观节点进行的设备模型到关联功能单元的自动化链接，而不必在分配的开环或闭环控制程序中修改程序代码。
依照建筑物的结构，将由建筑物自动化系统操作的建筑物部分通常划分成具有—在某些情况下—非常不同的要求的房间，或者用带有具有类似或相同要求的网格元件的网格。在房间和网格元件的有利建模中有利地使用概观节点。通常用建筑物部分中的支撑结构或窗口结构的布置来产生网格元件。建筑物的灵活建模是通过使用两个不同类型的概观节点实现的，第一类型用于房间且第二类型用于网格元件。被指定用于房间的类型的概观节点在图中通常被标记为“RM”，即房间，被指定用于网格元件的类型的概观节点被标记为“GD”，即网格或网格元件。用于房间1的图1所示的概观节点20因此是类型“RM”的。类型“GD”的概观节点能够被动态地链接到类型“RM”的概观节点。
在图2中，被划分成网格的建筑物部分被标记为60，具有第一网格元件62和第二网格元件61。在这里，例如由支撑结构63来提供建筑物部分60的网格结构。分配给两个网格元件62和61的设备在这里出于简化的目的被减少至最小值，因为将仅呈现有利建模的原理。网格元件62或61因此包括房间单元65或64、加热寄存器69或68以及窗帘驱动器67或66。
就必需而言操作网格元件62或61的设备有利地在建筑物自动化系统的软件中被建模，并且使用面向对象方法有利地实现了相应的模型。通常经由输入/输出模块将模型连接到现场设备。例如，在建筑物自动化系统中，将分别由房间单元模型85或95来映射房间单元65或64，并且分别由窗帘驱动器模型86或96来映射窗帘驱动器67或66。
类型“RM”、即房间的第四概观节点70描述分别包括两个网格元件62或61的建筑物部分60。第四概观节点70具有用于存储语义信息单元71.1、71.2、71.3和71.4的概观列表71。能够用标识符“HVAC”—即加热、通风和空调—来识别的语义信息单元71.2具有所有关系75，其在第四概观节点70与图中未示出的功能单元之间，通过其例如保证了整个建筑物部分的加热、通风和空调功能。此外，概观列表71包括能够用标识符“bld‑A‑1”来识别的语义单元71.3和能够用标识符“bld‑A‑2”来识别的语义单元71.4。
借助于概观列表71的语义信息单元来存储建筑物部分60的当前网格划分。语义信息单元71.3具有在描述建筑物部分60的第四概观节点70与第五概观节点80之间适用的接触关系73。语义信息单元71.4具有在第四概观节点70与第六概观节点90之间适用的接触关系74。
第五概观节点80和第六概观节点90是类型“GD”的，即网格或网格元件。依照图1中的第一概观节点20，其描述具体地可用于房间1的全部自动化功能，在第五概观节点80中列出了具体地可用于第一网格元件62的全部自动化功能，并且在第六概观节点90中列出了具体地可用于第二网格元件61的全部自动化功能。关于第一网格元件62的语义信息被存储在第五概观节点89中的概观列表81中。相应地，关于第二网格元件61的语义信息被存储在第六概观节点90中的概观列表91中。
由提出的概观节点、概观列表、关系和功能单元使其成为可能的结构和操作方法特别地在工程、试运行和维护阶段中产生以下优点：能够在工程期间拷贝节点，能够由工程工具或在运行时间自动地借助于适当的标识符来检查关系，能够在不必对开环和/或闭环控制程序的程序代码进行修改的情况下改变建筑物部分的可用功能的现场设备、网格和范围，因为闭环和或开环控制程序直接地经由概观节点来访问现场设备。