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谈LIMS系统在数字社区中的应用
LIMS.net网络化智能系统集成技术
1、LIMS系统概述
香港特别行政区政府，于1999年10月批准首个“创新科技基金”大学和产业合作计划项目UTM/1：基于网络的智能管理系统（LAN-based Intelligent Management System，LIMS）。迪臣科技有限公司上海研发中心从2000年3月开始，进行设计开发。准确来说，所研发的LIMS是一个先进的基于互联网技术的智能化系统通用软件平台，它将网络化实时系统控制和在线信息管理集成在一起，给最终用户提供全套的智能化系统解决方案。
2、LIMS系统特点
网络化智能管理系统LIMS作为一个智能集成管理系统，可以连接目前使用在人们生产、工作和生活中的众多的和各种各样的电子设备和计算机系统。迪臣科技有限公司基于这一技术，推出了面向智能大厦和智能小区的应用系统。本系统搭建了一个上层的通用集成网络平台，以适应各种通信、监控和管理的要求。将这些基于不同厂家、不同协议、不同平台的系统连接起来。LIMS系统本身基于网络，主要使用的协议为TCP/IP，连接其他多种系统和使用不同的用户界面。本系统有以下主要特点：
·用户数据的二重存储结构，分别面向实时的控制和历史数据记录，可满足系统统一监控的需要。
·方便的系统集成，可融合不同的子系统。任何子系统只要对LIMS开放其接口协议，无论生产厂家、应用范围、计算平台及使用技术如何，全都可以成为LIMS的外部子系统。
·不同系统可以通过LIMS共享数据，进行信息的实时交换和访问，方便而快捷。
·可方便附加功能模块。连接到LIMS系统上的任何服务，都可以让每个外部子系统使用，通过一定的数据对话，被集成的子系统就可以扩展自身的应用范围。
·系统升级和扩展方便。分布式模块化的设计使得系统的升级可循序渐进，一个模块的改变不会影响其他模块的应用，通用的对话协议可使功能无级扩展。
·基于Intranet网络体系结构，集成网络部署、设置和管理十分便捷。
·基于WEB的用户界面。采取友好的图形化操作界面，同时配有简洁的相应文字界面，以满足不同的环境和应用要求，用户培训工作量大大减少。
·分级别的权限设置，令系统更加安全可靠。
3、LIMS系统结构
LIMS搭建了一个通用网络平台，来适应各种通信、监控和管理的请求。在LIMS中，多个互联网站点及网络站点可以相互独立工作，其主要的系统协议是TCP/IP。整个LIMS系统可看成三层分布式结构。将系统分成三层，可以更好的完成系统的设计，更好地提供与外部设备的接口，从而接入更多的实时数据点。LIMS的三层体系结构如图1所示。它们是：
■MMNode-主管理节点。各网站管理的顶层服务器，负责系统的运行效率及用户的安全。
■IMNode-智能管理节点。实时互联网数据集中和向外发布的服务层，它完成LIMS结构的主要智能化及集成功能，提供数据点的配置及报警事件记录功能。
■PXNode-协议转换节点。系统的底层，进行实时输入/输出数据处理及处理与各种外部系统间通信协议转换的底层计算机。
4、LIMS数据流组织
为了实现在三层系统结构中各分布网络上的实时自动控制及在线信息管理，需仔细安排和组织在LIMS系统中各节点间的一系列复杂的数据流。除了与一些特殊的先进外部系统连接外，所有的数据流都是在开放的标准TCP/IP协议上创建并组织传输的。LIMS系统的数据流概念示于图2。这些特殊的数据流是：
■PXNode polling - 外部系统传感器通过与PXNode连接，向系统提供各实时数据点的状态或数值。PXNode通过事件触发或数据轮询获取这些点的实时信息。
■PXNode update - 要求PXNode能依据外部信号来管理各实时数据点，并将输出点数据传送至外部系统执行器。PXNod内部点可以通过轮询及IMNode输出指令来更新。
■ZMNode update - IMNode 在LIMS中担任信息中心角色。实时数据库中的点被更新成新状态和值的来源是：从PXNode update传来的节点数据流或者网络服务器接口代理的输出指令数据流。IMNode包括所有PXNode管理的信息点，这些信息点在IMNode的配置过程中被标识。
■ZMNode push - MMNode 只包括由IMNode上传的重要信息数据，这些数据是由IMNode已经配置标识过的点信息。
■ZMNode log - 所有的监控逻辑都由分散的IMNode站点执行。主逻辑包括数据限值及记录。数据记录流由报警和事件组成，记录数据服务器接收的由IMNode产生的信息记录数据流。
■NameServer switch - IMNode处理在特定要求下进入冗余网络的复杂数据流，因此需确定相应的IMNode 进行处理。LIMS建了一个NameServer，它通过智能切换提供不间断IMNode服务。进出NameServer的数据流是一些通信信息，包括动态通信地址及IMNode 和PXNode的实时状态。
■Database connection - 在线信息集成系统包括楼宇管理系统 (BMS)，通讯与网络系统 (CNS)，办公自动化系统（OAS）等等。管理数据库是用于这些系统操作记录的。LIMS通过ODBC和JDBC将这些数据库与其它外部数据库相连，还可以提供优化运行和维修的信息。
■Browser monitoring - 目前获得信息的最好途径就是通过浏览器与互联网相连。
LIMS将信息集中到 IMNode并通过互联网络信息WEB服务器将数据发布给从任何地方访问监视器的人。动态的浏览监视需要每隔一段时间将必要的实时数据流从WEB服务器传到WEB浏览器。
Browser submitting - LIMS输出数据流是在浏览器界面产生的，浏览器界面可提交新的数据点状态或者计算结果到互联网络WEB服务器上，并且传输到 IMNode更新数据点。
5、LIMS数据集成功能
面向智能小区的集成应用系统，目的就是要将各种实时的和非实时的数据集成到完全统一的网络平台上，从而在一个人机界面上进行监控和管理。这些数据是大量的、协议各异的和管理必需的。因而，集成系统的核心就是所谓数据集成。这也是集成系统的难点所在。LIMS系统从系统设计开始，就力求在最新的Internet/WEB网络技术基础上，实现有普遍意义的数据集成功能。
LIMS系统可以采集到不同系统的数据，包括计算机和控制系统的数据。LIMS使用了PXNode节点来作为统一的接入端口，也可以说这是一种多功能通用数据网关。PXNode可以为标准化的，也可以是为用户定制的，可以有效的兼容不同协议和新老应用系统，将这些系统的数据转换成为通用格式。用户数据在LIMS中使用了不同的存储模式。一种是特别开发的实时数据库技术，目的是针对用户系统设备的逻辑映像，可以极快的速度进行数据的更新和分发。另外一种就是传统的关系数据库，主要用于系统的信息流记录，如设备的报警、操作的记录和管理报表等。
用户数据在LIMS中可以迅速、多方位的传输。LIMS可以对所有连接上来的系统进行数据交换。通过实时数据库，设备的控制或者状态显示可以很快地被整个外部各子系统所共享，不会受平台或被连接系统本身功能的限制。基于以上技术，我们可以应用WEB来控制物理的可控制设备。LIMS亦可实现及时的报警显示。报警信息可以在用户监视的WEB页上以很快的速度显示出来，提示相关人员进行处理，同时还可以输出到数据库中记录或是系统提供的其他途径进行汇报。
LIMS支持多种数据源和扩展的信息连接。在线信息集成系统包括楼宇管理系统 (BMS)，通讯与网络系统 (CNS)，办公自动化系统 (OAS)等等。管理数据库用于记录以上系统操作。LIMS通过ODBC和JDBC将这些数据库与其它外部数据库相连，还可以提供优化运行和维修的信息。
LIMS提供一套网站浏览界面，可方便地进行数据查看和修改。目前，获得信息的最好途径就是通过浏览器与互联网相连，这样可使系统具有Internet的技术优势。LIMS将信息集中起来并通过互联网络信息WEB服务器将数据发布给从任何地方访问的人。动态的浏览监视需要每隔一段时间将实时数据流自动从WEB服务器传到WEB浏览器。LIMS输出数据流是在浏览器界面产生的，浏览器界面可提交新的数据点状态或者计算结果到互联网络WEB服务器上，并且传输到 IMNode更新数据点。
6、LIMS操作系统和开发系统
为了能广泛快速地应用和推广，有必要选择通用和价廉的计算平台。这里选择微软公司的操作系统和开发系统作为LIMS集成的平台。 LIMS的操作系统是Windows 2000 Server系列，数据库系统是 SQL Server 2000。交互式开发环境是Visual Studio 6.0。在Visual Studio 6.0包括Visual C++ 6.0，Visual InterDev 6.0和Visual J++等。
LIMS除了包括上述通用的操作系统和开发系统外，还采用了一些专门的开发库软件包，它们用于实现复杂的实时数据处理及网络动态显示，并可以提供跨平台的开放式组件功能，应付系统实时高性能和长期维护及更新的需要。如美国著名的Rogue Wave软件公司的C++库，LIMS利用它编码实现实时数据库的访问，多线程处理及数据Socket通信等。对于专门的跨平台高性能的JAVA接口数据通信，则采用目前最先进的美国SUN 公司开发软件包JAVA2和Borland公司的开发软件包J Builder及加拿大GL Group的J Class JAVA库等。还有，LIMS采用了支持微软COM /ActiveX技术的标准客户/服务器数据接口国际组织制订的一个数据交换规范－OPC，用于制定数据交换端口，开发了OPC服务器，实现与其他OPC提供方连接通信。
LIMS完全是建立在主流应用技术的基础之上的。通过利用流行操作和开发系统及其他开发类库，当今IT领域各种热门的先进技术如Multithread application，IIS Web server, TCP/IP socket, HTML, ASP, ActiveX, JAVA, JavaScript, OPC, ODBC, JDBC等等，均被集成到LIMS平台系统中，以支持LIMS系统的各种智能化应用。图3中为在LIMS网络管理系统WEB首页上的集成的各种外部子系统的的引导画面。
7、LIMS外部子系统集成
LIMS可与外部子系统连接，监视外部系统参数的变化，并可向其他相关系统发出报警事件。IMNode是一个具有集成控制功能的独立实时的信息交换中心，它将任一外部系统发出的通知事件送至浏览器网页，纪录数据库甚至其他外部数据系统。LIMS可集成以下外部系统：
■楼宇管理系统（BMS）- 包括如楼宇设备自控（BAS）、安全监控（SMS）、火灾报警（FAS）、电梯控制、门禁系统、车库控制、环境控制，等等。
■通信与网络系统（CNS）- 包括电话网、有线电视网、计算机网络、布线系统、卫星系统，等等。
■办公自动化系统（OAS）- 包括公共信息、电子邮件、事务处理、报表系统，等。
■家居智能系统（HIS）- 包括家庭保安、家电遥控、三表读抄、报警系统，等等。
■物业管理系统（PMS）- 包括一卡通系统、物产管理、住户管理、收费管理、保安管理、环境管理、设备管理系统，等等。
图4是LIMS集成的智能大厦系统空调子系统的总览页面，可以通过浏览器监视各处空调的运转情况。图5是LIMS 空调风机监控页面，可以在浏览器上分别监视每个风机的进出口温度，滤网状态和开关风机等。
部分BMS和HIS子系统，如楼宇自控、安全监控、火灾报警，等等，都是基于实时的自动化系统。LIMS通过专门开发的PXNode节点模块将这些系统集成在一个平台上。每个PXNode将作为BMS和HIS集成的实时信息提供者，完成具体设备的实时值变化数据更新和数据流发送工作。在实时性的条件下，应实现实时快速响应及直接数据存储功能。PXNode 具有以下特性：
当外部设备如RS-485，RS-422，RS-232，PLC及其他各种现场总线等专用通信协议已知时，实现与外部系统的通信，并在此处进行协议的解释和信息的转换运算。
由于其他的外部子系统如CNS，OAS及PMS均自成系统，并且它们的管理信息数据库多为Access、FoxPro、SQLServer或Oracle等商业化关系数据库系统RDBMS，都具有开放的数据库接口，所以LIMS与它们的集成只是在线连接，并实现非实时数据库连接和管理信息交互。在集成系统IMNode中应用开放式数据库互联（ODBC），数据记录源被LIMS及外部管理系统共享。鉴于JAVA是适合各种网络服务器和浏览器的界面标准，JAVA数据库连接（JDBC）同样用于系统集成中，完成JAVA数据发布及界面访问功能。
实现与OAS系统集成，LIMS将利用办公软件Lotus Notes 及报表软件Crystal Reports完成特殊的相关任务。LIMS集成了在线管理系统，用e-mail通知事件和报警。IMNode探测各种事件和报警，并通过安装在IMNode 服务器上的SendMail软件将它们送至OAS。在这种结构下可通过WAP协议将LIMS事件通告与无线移动电话相连。
作 者：李 林
摘 自：国 际 智 能 建 筑
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