第二章 文獻探討
第四節 中央監控系統介紹
一、中央監控系統之發展沿革
本研究所探討的為防災監控系統之整合，就一定要先了解什麼是中央監控系統。所謂 防災監控系統，狹義來說，為中央監控系統中，針對防救災相關之監控系統部分；廣義來 說，是與中央監控系統相差無幾。中央監控系統，其實亦可稱大樓空調管理及控制系統 (Building Automation system，以下稱為 BAS)及中央控制監視系統（Central Control And Monitor System ，以下 稱為 CCMS），而在美國， 是將 其稱之為設施管理系統(Facility Management Control System，以下稱為 FMCS)。中央監控系統之精神，莫過於速度、整合、
資訊、應用上四點。25而系統之規劃上，，中央監控系統應該具備三個原則，分別為可裁 量性（Scalability）、可塑性（Flexibiltiy）及可擴充性（Expandability）。26
莊子平在「半導體廠務設施中央監控系統簡介」提到關於 FMCS，除了有提升整體管 理績效之功能外（同時具有集中管理與分散管理之優點），亦有可提升整體操作效率，降低 人力、簡化運轉維護困難度、降低安裝、運轉及擴充整體成本等優點。27
全球有關於中央監控系統隨著現代科技的發展，是配合著產業界之需求而逐漸演進的，
演進年代歷程介紹如下：28 1. 1940 年代
因工業快速發展，相關設施儀器之監控問題顯著至關重要了。當時儀器控制設施 皆以人力方式在現場操作，操作人員必須全程監視並判斷製成變化，進而進行必 要之控制操作。從這個時期開始，產業界之需求開始了監控系統的開發，並與電 子科技之發展同時並進。
2. 1950 年代
因應當時的石油產業之需求（化學製成的防爆問題），發展出了空氣是儀表版，並 開始有了將監控儀表板自現場移入另一空間作為集中式管理之監控方式，也就是 現在中央監控中心的前身。
3. 1960 年代
發展出真空管、電晶體技術，使得監控儀表版之機能更往前一步。1960 年代末期，
25 莊子平，半導體廠務設施中央監控系統（FMCS）簡介，電機技師雙月刊，P30-35，2000 年。
26 王蜀英，中央監控系統之設計與應用，電機技師雙月刊，P59-69，1999 年。
27 同註 26。
美國太空總署設置以大型主機電腦為基礎的中央監控電腦，以對外空研究做更進 一步的分析。這股潮流，影響了工業界監控方式（大至煉油廠，小到大樓監控管 理）。
4. 1970 年代
因微處理器的發明促使了個人電腦誕生，使得監控系統產業進入了數位化時代。
當時的控制系統可分為以下三類：
(1) 可程式控制器（Programmable Logic Controller，簡寫 PLC）
多應用於工廠自動化（FA）領域，以運作速度快，偏重數位離散控制為主，
通常以單機運轉方式出現，亦可搭配人機介面硬體或個人電腦圖控軟體。此 系統軟體規劃及製作較費人力，且缺乏自我診斷功能。
(2) 分散式控制系統（Distributed Control System，簡寫 DCS）
較強調安全及可靠性，多應用於製程自動化（PA）領域，為自成一體的獨立 統，個製造廠商通常使用自己發展的網路通信協定與軟硬體系統，不易與其 他不同電腦系統連結，其目的主要是避免遭到電腦駭客入侵。因其軟體的規 劃屬封閉，因此多採用交談式或填表式建構，使用者可不必費力學習電腦語 言，且擁有強大自我診斷能力。
(3) 中央監控及資料收集系統（Supervisory Control And Data Acquisition，以下稱 為 SCADA））
此類系統針對大範圍、長時間監控及資料收集為主，就目前之圖控介面監視 亦是以這一類為主。雖然如此，FMCS 系統與各 SCADA 系統之差異還是需 要被釐清：
A. SCADA 電腦集中放於中控室，少則 10 臺，多則 20 臺，人力消耗太多；
FMCS 只有 4 至 6 臺電腦。
B. 會因為不同電腦畫面、操作流程及品質，而造成人員操作適應問題。
FMCS 沒有這個問題。
C. 運轉管理報表透過 FMCS 可以有效發揮管理效果。
D. 透過 Internet 遠端監控，透過 SCADA 會造成系統各自為政，投資過大等 問題；FMCS 可容易達成。
E. 設電子看板系統，FMCS 不會遭遇資料整合之困難。
過去，系統整合多以圖控 SCADA 為主要手法，但此手法僅能針對於整合的 系統及設備進行控制點位的整理和串接。簡而言之，FMCS 是可將 SCADA 系統完全整合起來的更大的系統擴充。另外關於 SCADA 於後面會再做比較 詳細的介紹。
5. 1980 年代以後
隨著 wintel 產品、半導體、網路通訊發展，Windows NT 個人電腦系統逐漸取代
UNIX 工作站等級系統，舉凡從個人電腦圖控軟體、PLC、CNC、甚至到 DCS 等 幾無例外。我國於民國 87 年以來，許多機電設備均採用微處理器之設計，並提供 傳輸連線功能，各研究單位及廠商也開始制訂開放式傳輸通訊協定，整合性開放 功能帶給建築更多監控機能。之前建築物在設置之監控設備時，大部分以空調、
熱源、衛生、電力等大樓民生設備之運轉狀況或異狀之監控為主，但隨著電腦技 術之發展及數位通信技術之提昇，除了空調設備之控制外，中央監控之功能不斷 增加，諸如溫濕度管理、利用電腦演算進行最切實之空調啟動停止控制、電力需 量控制、省能控制、市電停止供應時緊急發電機附載控制、停復電控制等電力系 統控制。另外，在安全意識之提升下，消防系統除了構件之間外，亦與中央監控 系統連結，搭配進行大樓火災時空調緊急停止控制等監控功能等。近年綜合智慧 型大樓之發展盛行，其控管對象設備更延伸到照明、電梯設備、防災設備、門禁 管理、防盜監視等保全設備。29
二、中央監控系統之架構
規劃中央監控系統時，其主要設備包括中央處理裝置(CPU)、輔助記憶裝置、顯示裝置、
模擬系統盤、列印裝置、操作桌、傳送控制裝置、動作表示裝置及電源裝置等。
(一) 中央處理裝置(CPU)
本裝置具備大樓監控資訊之指令解讀及執行控制所需之電路，通常由控制、演算及 記憶等設備所構成。
(二) 輔助記憶裝置
為補充中央控制裝置之內部記憶裝置之記憶容量，所添加之設備諸如磁碟、IC 記憶 體等。
(三) 顯示裝置
本裝置提供人與監控裝置間資訊交換之介面設備，藉由顏色變化和閃爍等方式，使 運用管理者及時了解顯示內容，因此須具備人、機之間溝通容易的特性。顯示方法 計有：CRT 顯示方式、液晶螢幕等。
(四) 圖形模擬系統盤
供經常監視之用，包括熱源系統圖、受變電系統圖、大樓平面圖及彩色圖形利用發 光二極體顯示運轉中之各種機器實際狀況。近年來多已被顯示裝置取代。
(五) 列印裝置
列印方式最常見有點陣式、噴墨式、雷射式及電子照相等，資料記錄器執行計量值、
累積值之定期列印自動編制日報及月報等。訊息列表幾對於系統發生之警訊、操作、
動作之訊息及時予以列表記錄。
(六) 操作桌
通常分為功能鍵方式、鍵盤操作方式，箱體一體型、桌上型等，日常操作均以光筆、
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滑鼠及觸控，鍵盤僅用於調整時。
(七) 遠端控制裝置
遠端控制裝置可依不同設備來分別予以設置，並且對接續的設備執行控制，同時將 資訊予以傳送回中央控制裝置，遠端控制裝置通常係採用分散式的設置方式。當遠 端控制裝置具備有獨立運轉之機能時，即使在中央控制裝置故障時，仍可使設備繼 續運轉。
(八) 動作表示裝置
監控點中特別重要之設備或動力狀態顯示裝置，表示方式有燈泡直射型表示器及發 光二極體表示器兩種，發光二極體具有使用壽命長、耐震動、可靠性佳等優點。
(九) 電源裝置30
供給中央監控系統之電源依其規模及安全性決定是否設置不斷電系統，容量大小一 般採用商用是電自備發電機以 10 分鐘為準。遇到停電中央監控系統需要執行安全防 護疏散處理者，必須設置不斷電系統之電壓下降預警信號，事先應予留意。
(十) 終端裝置31
從設備側取出信號或擔任計測任務之感知器、接受操作信號的操作器等終端裝置，
為對應信號的種類、控制方法、安裝方法而備有許多種類，因此，可配合不同的使 用目的來選擇適合的終端裝置。
電腦技術發展迅速，「集中監視、分散控制式」之中央監控系統不斷繼續發展，擴大功 能。將具有核心設備集中控制之功能予以分散配置，分區電腦中再以網路將核心設分區電 腦相連，其結果不但減輕核心設備之負擔，且能降低系統成本，並提升系統整體之可靠性。
圖 2- 6 中央監控系統基本構成架構圖 32
30 張詩錦，中央監控系統之規劃與施工，電機技師雙月刊 81 期，，P42-46，2000 年 6 月。
31 田有松，建築設備的自動控制，中華水電空調雜誌社，P61。
32 田有松，建築設備的自動控制，中華水電空調雜誌社，P60。
經由這種設施管理功能之發展，中央監控系統演逐漸演變成所謂大樓自動化系統或大 樓綜合管理系統，朝向智慧建築之方向發展。現在除了可將防盜、防災、照明、空調及電 梯等建築設備予以統一監視與控制外，還能將系統擁有之資料予以有效利用，如提供設備 機器管理檔案之功能建立、支援維護等。另外，經由網際網路之連結，可在任一地點進行 各種設定操作或資料收集作業，亦可透過不同之網路或電話線路與不同之大樓間互連電傳 所需資料，在最理想的狀態下，可使得資訊基礎結構由大樓之 LAN(Local Area Network)演 變成整個都市之大規模 LAN 系統。
三、資通訊協定之發展及重要性
中央監控系統三大組成關鍵有 3 個 C，分別為 Computer、Control 及 Communication，
其中的「Communication」，就是所謂的網路通訊協定（Communication Protocol），也就 是電腦通訊或網路裝置的共通語言。傳統的監控系統，大都以 RS-485 為通訊主軸，對外 延伸距離可達 1.5 公里左右，可再加中繼器，再延長據力。33基本上在人機介面（HMI）
其中的「Communication」，就是所謂的網路通訊協定（Communication Protocol），也就 是電腦通訊或網路裝置的共通語言。傳統的監控系統，大都以 RS-485 為通訊主軸，對外 延伸距離可達 1.5 公里左右，可再加中繼器，再延長據力。33基本上在人機介面（HMI）