祝鹏
北京博大网信科技发展有限公司 北京市 100176
摘要：2010年世界博览会于2010年5月1日至10月31日在中国上海市举行，这是首次由中国举办的世界综合性博览会。上海世博会的主题是“城市，让生活更美好”（Better City,Better Life）。预计将吸引世界各地共7000万参观者前往，总投资达450亿人民币，超过了北京奥运会，是世界博览会史上最大规模的一次世界盛会。
关键词：世博会 iopeNet 区域管理 节能 高效
1 项目背景
2010上海世博会场地主要基础设施除世博轴和四个永久性建筑（世博主题馆、中国馆、世博中心、演艺中心）以外，室外部分主要由四大公园、各国家和企业展馆组成。
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图1 世博平面图
四大公园（浦东的世博公园、后滩公园、中国园林、浦西的江南广场）内包括众多智能化控制系统，这就对机电设备的统一管理提出了很高要求：
①控制点多，分布广。
②控制功能复杂、精度要求高。
③对时延敏感、同步要求高。
④系统管理和维护难度大。
为了解决上述问题，体现“城市科技创新”的世博主题，我们提出了iopeNet区域管理系统解决方案。
2 项目方案
建立iopeNet上海世博会区域管理系统（以下简称本系统）平台，实现四大公园大规模区域内机电设备的控制与管理，为上海世博会提供专业的区域管理服务。具体包括：
①实现包括7个子系统的控制与管理。
②实现信息发布、互动、共享以及区域内各机电设备使用、管理和接入。
③实现用户的统一登录、认证和管理，并通过角色、权限机制等保证系统安全。
④利用iopeNet嵌入式服务器（以下简称IIU）实现子系统的接入，并通过iopeNet协议将不同的现场总线协议进行统一，实现设备与设备间的互连互通。
3 区域管理系统
3.1 区域管理系统
区域管理系统总体结构如图2所示：
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图2 区域管理系统总体结构
①中心服务器：负责管理整个系统，并与区域单元、管理单元进行通信。通过区域单元可以实现对下层子系统的状态监视和设备控制；通过管理单元可以对设备报警信息等实施管理。
②区域单元：将各子系统服务器组合起来，实施区域内的综合管理。
③管理单元：对区域子系统内的设备报警记录实施管理，并保存设定数据。
④子系统服务器：通过专用协议与现场级设备连接，对设备的状态实施监控。
⑤NTP时间服务器：NTP时间服务器通过Internet同全球时间服务器进行时间同步，保证系统时间的准确性。
3.2 系统特点
①高扩展性：可以对城市、园区、学校、医院、公园等大范围内的区域进行管理，并通过网络将它们全部连接起来，实现统一管理。通过这种广域管理方法，可以满足管理者所追求的规模及各种需求。
②自由组合：根据场所和需要，对系统控制和设备管理等进行组合，从而构筑高效的综合系统。此外，可以通过对电压、电流、用电量、脉冲等测量信息实施数据管理，有助于确立更好的资源使用和环境保护方法。
③支持下一代互联网IPv6。
④采用iopeNet机电设备开放式通信协议，通过IIU将具有不同通信协议的子系统进行连接，真正实现设备间的无缝对接。
4 iopeNet上海世博会区域管理系统
4.1 系统结构
针对世博公园机电设备管理需求，按照系统集成平台设计原则，将管理区域按地理结构划分为若干个子区域，每个子区域都包含7个子系统中的全部或部分，以每个子区域为基本结构，通过专用网络统一接入到位于世博公园机房内的中心服务器，进行统一的监控和管理。同时，每个子区域内的各个子系统也可独立工作。
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图3 子区域系统结构
4.2 系统功能
①通信功能：提供统一的设备接口，通过iopeNet机电设备开放式通信协议与子系统服务器进行通信。
②监视功能：可监视系统设备的运行状态和异常报警信息。
③控制功能：可通过中心服务器、IIU或子系统服务器提供的人机交互界面，对各种模拟量和开关量进行控制，也可以通过在系统中设定的程序进行系统间的联动控制。
④设定功能：可对子系统的应用功能和运行参数进行设定和保存。
⑤管理功能：对设备的基本参数系统时钟等基本信息进行设定和保存。
4.3 子系统功能介绍
4.3.1 照明控制系统
①照明状态监视：监视照明回路和场景的ON/OFF状态，是否与设定的信息一致。
②照明控制：按设定好的回路和场景进行照明控制。可以实现单个回路、场景模式、序列模式和定时控制。
③异常管理：监视照明终端设备、Full-2Way现场总线、网络通信异常状态，并生成异常日志，可供查询和管理。
4.3.2 水位检测系统
①水位监视：提供实时水位监视功能和设备当前运行状态，包括传感器开关状态、采样频率，报警阀值。
②水位报警：监视水位的变化情况，对超过阈值的水位产生报警信息，同时记录报警日志，可供查询和管理。
③异常管理：监视传感器、总线、仪表等设备的异常，并生成异常日志，可供查询和管理。
4.3.3 喷雾系统
①喷雾状态监视：监视喷头的开关状态，喷雾模式是否与设定的信息一致；实时显示当前温湿度值。
②喷雾控制：可以对单个喷头进行开闭控制，也可按照设定的喷雾模式进行统一控制。
③异常管理：监视主控PLC和下位PLC的通信异常状态，并进行上报。
4.3.4 广播系统
①播放管理：监视系统播放状态，包括正在播放的音源列表、歌曲、寻呼系统音量；控制寻呼系统播放状态，包括选择播放的音源列表、开始/停止播放、调节寻呼系统音量。
②功放管理：监视、控制功放的音量。
③异常管理：监视寻呼系统、功放等设备的异常，并生成异常日志；可通过异常分类、异常发生时间条件进行异常信息的查询和管理。
4.3.5 周界报警系统
①防区监视：监视防区和独立分区的报警情况，生成报警日志，可供查询和管理。
②异常管理：监视子系统的异常情况，生成异常日志，可供查询和管理。
4.3.6 电子导向系统
①终端监视：监视电子导向子系统各终端的运行状态，并在地图画面中显示。
②求助信息管理：监视各终端产生的人工求助信息，包括偷盗、医疗、帮助，并生成求助日志，可供查询和管理。
③异常管理：监视终端、总线等设备的异常，并生成异常日志，可供查询和管理。
4.3.7 视频监控系统
①视频监控：播放摄像头正在拍摄的视频，控制改变摄像头的工作状态，包括播放和录像。按照预设位转动摄像头，进行摄像头巡逻、调整焦距和图像分辨率等。
②设备状态查询：监视摄像头当前工作状态，包括录像开关、云台预置位、图像分辨率、焦距和画质。
③异常管理：监视网络异常、视频异常和录像异常状态，并生成异常日志，可供查询和管理。
4.4 联动控制要求
iopeNet机电设备开放式通信协议，为系统间实现精细的联动控制提供了有力保障。
4.4.1 水位系统与广播系统及摄像头系统的联动
当水位超过设定的极限值时，系统联动动作如下：
①水位子系统会向水位IIU发出警报。
②水位IIU接收到报警信号后，会向广播IIU和摄像头子系统的服务器发出警报。
③广播IIU和摄像头子系统的服务器接收到警报信号后，会向广播和摄像头子系统发出动作指令。
④播放水位报警广播，同时超限水位附近的摄像头会转向超限水位方向。
4.4.2 周界系统与广播系统及摄像头系统的联动
当周界系统检测到入侵信号时，系统联动动作如下：
①周界子系统会向周界系统IIU发出警报。
②周界系统IIU接收到报警信号后，会向广播IIU和摄像头子系统的服务器发出警报。
③广播IIU和摄像头子系统的服务器接收到警报信号后，会向广播和摄像头子系统发出动作指令。
④播放入侵报警广播，同时发生警情地点附近的摄像头会转向报警地点方向。
5 总结与展望
上海世博会的区域管理系统是世界上第一个将iopeNet技术应用于大规模机电设备控制与管理的实例，满足了世博会对机电设备进行统一管理的要求。给参展人员与参观群众提供了高品质的服务和舒适的环境。充分实践了2010上海世博会“城市，让生活更美好”的理念。展望未来，我们有理由相信区域管理系统的应用将扩展到我们生活的各个领域、