《電子技術(shù)應(yīng)用》
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智能建筑物自動化中的開放系統(tǒng)解決方案
中國自動化網(wǎng)
摘要: 目前智能大廈中建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)(BAS)包容的設(shè)備和子系統(tǒng)愈來愈多,愈來愈復(fù)雜。由于不同廠商提供的不同的產(chǎn)品和系統(tǒng),其通訊協(xié)議不同,將造成如通信速率、編碼格式、同步方式、通訊規(guī)程各不相同,因而使這些產(chǎn)品實現(xiàn)互操作和系統(tǒng)的互連很困難。如果系統(tǒng)中各種設(shè)備及子系統(tǒng)不進(jìn)行互連而獨立運作,則不能進(jìn)行一體化協(xié)調(diào)運作,將影響到安全管理、節(jié)能管理、管理效率低下、維修困難、擴展維護費用高。
Abstract:
Key words :

目前智能大廈中建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)(BAS)包容的設(shè)備和子系統(tǒng)愈來愈多,愈來愈復(fù)雜。由于不同廠商提供的不同的產(chǎn)品和系統(tǒng),其通訊協(xié)議不同,將造成如通信速率、編碼格式、同步方式、通訊規(guī)程各不相同,因而使這些產(chǎn)品實現(xiàn)互操作和系統(tǒng)的互連很困難。如果系統(tǒng)中各種設(shè)備及子系統(tǒng)不進(jìn)行互連而獨立運作,則不能進(jìn)行一體化協(xié)調(diào)運作,將影響到安全管理、節(jié)能管理、管理效率低下、維修困難、擴展維護費用高?! ?

 1、為什么采用開放式標(biāo)準(zhǔn)

 目前,智能大廈的業(yè)主和管理者迫切需要降低費用提高效率。他們要求大廈的系統(tǒng)集成在一起,實現(xiàn)系統(tǒng)和設(shè)備集成和互操作必須有一種有效的方法實現(xiàn)系統(tǒng)和設(shè)備間的通訊。因此就需要系統(tǒng)具有真正的開放性。 BAS供應(yīng)商及建筑設(shè)備生產(chǎn)商以及業(yè)主希望實現(xiàn)產(chǎn)品互操作及子系統(tǒng)方便連接,由此產(chǎn)生了開放系統(tǒng)的概念。

 所謂開放系統(tǒng)即建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)的所有部件均以公認(rèn)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)制造。系統(tǒng)符合公認(rèn)的工業(yè)結(jié)構(gòu),因而不同廠商的產(chǎn)品,可以組合從而實現(xiàn)互操作。它有兩個特點:  

 1)系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范是所有廠商共同遵守的;  

 2)同樣功能的部件雖由不同廠家生產(chǎn),但可以互相替換,可以互操作。

 目前國際上有兩種開放式標(biāo)準(zhǔn):一種是LONMARK標(biāo)準(zhǔn),另一種是BACnet標(biāo)準(zhǔn)。這兩種標(biāo)準(zhǔn)也得到我國有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)的推薦,如江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)“建筑智能化系統(tǒng)工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”DB32/181-1998中建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)(BAS)中3·1一般規(guī)定的3·1·10明確指出對于多個供應(yīng)商不同系統(tǒng)之間的集成宜采用美國ASHRAE學(xué)會制定的《BACnet》ANSI/ASHARE SPC 135P標(biāo)準(zhǔn)。對分布式控制系統(tǒng)則宜采用LONMARK標(biāo)準(zhǔn)。下面分別介紹這兩種標(biāo)準(zhǔn)。  

 2、LONMARK標(biāo)準(zhǔn)

 LONMARK標(biāo)準(zhǔn)是以LonWorks技術(shù)為基礎(chǔ)的一套標(biāo)準(zhǔn)。LonWorks技術(shù)由美國Echelon公司90年代開發(fā)推出。 LONWORK技術(shù)實際上是一種測控網(wǎng)技術(shù),或者更確切一點說是一種工控網(wǎng)技術(shù),也叫現(xiàn)場總線技術(shù)。它方便地實現(xiàn)現(xiàn)場的傳感器、執(zhí)行器、儀表等聯(lián)網(wǎng)。

 這種網(wǎng)絡(luò)不同于局域網(wǎng)LAN,而是一種工控網(wǎng)。因為它傳輸數(shù)據(jù)量較小的檢測信息、狀態(tài)信息和控制信息。Echelon公司叫做局部操作網(wǎng)LON(Local Operating Network)采用LONTalk協(xié)議的LON網(wǎng)稱為Lonworks網(wǎng)。

 Lonworks技術(shù)有以下特點:  

 Lonworks技術(shù)是一套開放式技術(shù),其通訊協(xié)議LonTalk協(xié)議也是開放的,實現(xiàn)遵守該協(xié)議的各家產(chǎn)品互聯(lián)成為可能;  

 Lonworks技術(shù)的關(guān)鍵芯片Neuron Chip(神經(jīng)元芯片)有很高的集成度,內(nèi)部有3個8位CPU(CPU1, CPU2, CPU3)。 CPU1負(fù)責(zé)媒體訪問控制, CPU2、CPU3負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通訊。除此之外內(nèi)部還有RAM、E2PROM、ROM,以及I/O接口等;  

 Lonworks技術(shù)支持多種通訊介質(zhì)。包括雙絞線、電力線、同軸電纜、光纖、無線射頻、紅外線等,甚至多種介質(zhì)能在同一網(wǎng)絡(luò)中混合使用;  

 Lonworks技術(shù)產(chǎn)品門類齊全。有四大類50多種硬件、軟件模塊,先進(jìn)的開發(fā)設(shè)備和手段為用戶開發(fā)帶來方便。

 1993年在世界范圍推廣,其發(fā)展速度極快,到1995年已經(jīng)有2500家生產(chǎn)商使用并且安裝了200多萬個節(jié)點(每個節(jié)點包括一個神經(jīng)元芯片,平均可以有5個測控點)。其發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它任何一種現(xiàn)場總線(如CANBUS、ProfiBus等)。其應(yīng)用在智能建筑中(大型賓館、飯店、寫字樓、現(xiàn)代高檔住宅)的建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)(BAS)、工業(yè)自動化、航空航天技術(shù)等領(lǐng)域。但有50%以上的節(jié)點用于建筑物自動化領(lǐng)域。世界各大樓宇自控公司及工業(yè)控制公司一致認(rèn)為Lonworks技術(shù)是當(dāng)前“最先進(jìn)的”、“有非常大的潛在能力的”,“該技術(shù)將引起控制市場方向性變化”,并表示要用這新技術(shù)改造自己的產(chǎn)品。因而在世界各地形成了大量OEM生產(chǎn)商(重要的OEM約1000家以上),生產(chǎn)出大量Lonworks技術(shù)產(chǎn)品。其中多數(shù)是為樓宇自控系統(tǒng)配套的產(chǎn)品。由于不同的OEM雖然都按Lonworks技術(shù)制造產(chǎn)品,但由于在一些技術(shù)細(xì)節(jié)上不統(tǒng)一,因而不能互操作。為了解決這個問題, 180家重要的 OEM組成了LONMARK可互操作協(xié)會,編制了一系列LONMARK標(biāo)準(zhǔn),使每個技術(shù)細(xì)節(jié)都有標(biāo)準(zhǔn)文件的嚴(yán)密規(guī)定。凡產(chǎn)品按該規(guī)定生產(chǎn),就可以結(jié)合在一起,互相通訊和工作。同類產(chǎn)品,不同廠家生產(chǎn),可以相互替換,總之,實現(xiàn)了互操作。這樣的產(chǎn)品飾以LONMARK標(biāo)記;

 LoNMARK協(xié)議分有暖通空調(diào)組、家用設(shè)備組、照明組、工業(yè)組、本征安全組、網(wǎng)絡(luò)管理組、石油組、冷凍技術(shù)組、出入控制組。每個組都在制定一系列 LONMARK標(biāo)準(zhǔn),稱為功能概述Functional Profile,詳細(xì)地描述了應(yīng)用層接口。包括網(wǎng)絡(luò)變量、組態(tài)特點、缺省值以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、加電狀態(tài)等,把產(chǎn)品功能標(biāo)準(zhǔn)化。

 1996年3月第一次公布的暖通空調(diào)編制標(biāo)準(zhǔn),包括有溫度檢測、二氧化碳檢測、風(fēng)門執(zhí)行器、屋頂單元控制、變風(fēng)量控制。其后又陸續(xù)編制出溫控制器、冷凍機、單元通風(fēng)器、墻掛式檢測器、閥門執(zhí)行器、報警及報警管理、數(shù)據(jù)記錄及趨勢分析等。

 根據(jù)LONMARK標(biāo)準(zhǔn),美國Honeywell公司繼1995年應(yīng)用了Lonworks技術(shù)生產(chǎn)了50000臺變風(fēng)量箱控器以后,近期向市場投放了能夠互操作的暖通空調(diào)控制產(chǎn)品。

 美國Andove公司的Continue樓宇自控系統(tǒng)、新加坡電子科技公司的ST8200樓宇自控系統(tǒng)留有Lonworks總線接口。德國的ISC已經(jīng)開發(fā)出LonworkS技術(shù)的產(chǎn)品。

 Lonworks技術(shù)的通訊協(xié)議LonTalk協(xié)議1995年被美國國家標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ASHRAE135- 1995 BACnet采納為建筑物自動化中的傳感器、執(zhí)行器和控制器之間的網(wǎng)絡(luò)化操作奠定了基礎(chǔ)。LONMARK標(biāo)準(zhǔn)是在實時控制領(lǐng)域(簡稱控制域)中的一個開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。  

 3、BACnet標(biāo)準(zhǔn)

 BACnet網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議是由ASIIRAE(美國暖通空調(diào)制冷工程師學(xué)會)發(fā)起制定并得到ANSI(美國國家標(biāo)準(zhǔn)局)的批準(zhǔn),由樓宇自動化系統(tǒng)的生產(chǎn)商、用戶參與制定的一個開放性標(biāo)準(zhǔn),由ASHRAE學(xué)會綜合幾個局域網(wǎng)LAN(注意!不是工控網(wǎng))的協(xié)議而制定的,他們盡可能采用了LAN網(wǎng)絡(luò)不同時期成熟的技術(shù)而制定的。

 我們特別要強調(diào)的這是管理信息域(簡稱信息域)方面的一個標(biāo)準(zhǔn)。

 美國BACnet和德國FND為不同廠商生產(chǎn)的建筑物的自動化系統(tǒng),集成為整體系統(tǒng)而提出的方法,規(guī)定了通訊協(xié)議。

 1995年6月BACnet成為ASHRAE B5-90標(biāo)準(zhǔn),并于同年12月成為美國國家標(biāo)準(zhǔn),并得到歐共體的承認(rèn),成為歐共體的標(biāo)準(zhǔn)草案。

 由于網(wǎng)絡(luò)及通訊技術(shù)的發(fā)展,業(yè)主對集成技術(shù)提出了更高的要求,要求建筑物自動化系統(tǒng)與高一級的企業(yè)管理系統(tǒng)加強聯(lián)系,提高管理效率。這就是說要在信息管理網(wǎng)一級上互連,是解決不同廠家的自動化系統(tǒng)如何集成。因此廠家可以按照BACnet標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)與BACnet兼容的控制器或接口,可在這一標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議下實現(xiàn)相互交換數(shù)據(jù)的目的。BACnet比LONMARK有更為量大的數(shù)據(jù)通訊,運作高級復(fù)雜的大信息量。是可以實現(xiàn)不同廠家的樓宇自動化系統(tǒng)之間互連的通訊技術(shù)。例如要使Honeywell公司的一套系統(tǒng)與其它公司的一套系統(tǒng)進(jìn)行通訊交換信息,即可通過BACnet把它們連成一個整體并在一個工作站上可以實現(xiàn)對這兩個系統(tǒng)的全部監(jiān)控。

 BACnet和LONMARK是兩項標(biāo)準(zhǔn),這兩個標(biāo)準(zhǔn)既有重疊的地方,又有不同的地方。兩項標(biāo)準(zhǔn)互相補充,互為依托。BACnet用于多個供應(yīng)商不同系統(tǒng)之間的集成。LONMARK是解決真正的開放的分布式控制的一種有效的方法

 BACnet一共有四層協(xié)議包括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層、物理層

 該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定LONTALK與其他四種通訊方式并列為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層的基本結(jié)構(gòu)。BACnet采用五種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行通訊(Ethernet、 ARcnet、MS/TP、PTP、LONTALK).選擇多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的原因是對于不同要求的系統(tǒng)采用不同的通訊速度和通訊量的網(wǎng)絡(luò),采用不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)適用于不同的要求。其中,PTP(POINTTOPOINT)是BACnet獨有的,由BACnet制定的通訊協(xié)議,它提供了通過Modem和電話線的聯(lián)網(wǎng)通信。采用現(xiàn)代Modem協(xié)議,也支持EIA-RS232標(biāo)準(zhǔn)直接用電纜連接,速度限制在9.6K-56.0K之間。

 MS/TP也是BACnet獨有的,使用EIA-485標(biāo)準(zhǔn),這是一個屏蔽雙絞線局域網(wǎng),速度可達(dá)76.0Kbps。

 BACnet信息數(shù)據(jù)的表示方式定義了318種標(biāo)準(zhǔn)“對象類型”,通過不同對象的組合實現(xiàn)DDC不同的控制功能。

 這些對象類型有模擬輸入/輸出、二進(jìn)制輸入/輸出、環(huán)路控制、程序等。

 BACnet的服務(wù)功能則用于訪問和管理這些對象發(fā)出的信息及其他一些功能。 BACnet定義了35種服務(wù)功能分為6組。這6足足分別為:報警和事件、文件訪問、對象訪問、遠(yuǎn)程設(shè)備管理、虛擬終端以及安全保護。

 BACnet目前尚有待進(jìn)一步完善。如BACnet支持傳統(tǒng)的暖通空調(diào)系統(tǒng),但不十分適合加上其它監(jiān)控系統(tǒng)。 ASHRAE最近組織了一個“常設(shè)標(biāo)準(zhǔn)方案委員會”-SSPC135,繼續(xù)對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善和擴充。SSPC的另一個任務(wù)是加強BACnet與國際互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的應(yīng)用?! ?

 4、兩種標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系

 這兩個標(biāo)準(zhǔn)均是開發(fā)性標(biāo)準(zhǔn),兩者互相滲透,交叉實時控制域的LONTALK標(biāo)準(zhǔn)和信息管理域的BACnet標(biāo)準(zhǔn)盡管目標(biāo)不盡一致,但兩套標(biāo)準(zhǔn)有重疊的地方。編寫B(tài)ACnet標(biāo)準(zhǔn)中的許多成員也是編寫LoNMARK標(biāo)準(zhǔn)的成員。所以,他們正在把兩者重疊的部分想辦法理順和統(tǒng)一起來(見表2)。

 LONMARK標(biāo)準(zhǔn)是實時控制域方面,為建筑物自控系統(tǒng)中傳感器與執(zhí)行器之間的網(wǎng)絡(luò)化,實現(xiàn)互操作性產(chǎn)品制定的標(biāo)準(zhǔn);是控制現(xiàn)場傳感器與執(zhí)行器之間實現(xiàn)互操作的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。因此,適合智能型大樓中HVAC、電力供應(yīng)、照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、保安系統(tǒng)之間進(jìn)行通訊、互操作,此時,LONMARK可以提供一種較為經(jīng)濟的方法,因為該協(xié)議對這種類型的運用效果最佳。

 BACnet標(biāo)準(zhǔn)是信息管理域方面為實現(xiàn)不同的系統(tǒng)互聯(lián)而制定的標(biāo)準(zhǔn)。 BACnet有比LONMARK更為大量的數(shù)據(jù)通訊,運作高級復(fù)雜的大信息量,有更強大的過程處理、組織處理能力。適于大型智能建筑,大型智能建筑其分為若干區(qū)域,此時很有可能幾個不同的系統(tǒng)(不同廠家的)存在。如果希望可以在一個用戶界面進(jìn)行整個系統(tǒng)的操作,BACnet是最經(jīng)濟、最理想的選擇。

 總之,在實時控制域方面,尤其在設(shè)備級適于采用LONMARK標(biāo)準(zhǔn),而在信息管理域方面、在上層網(wǎng)之間互聯(lián)適用BACnet標(biāo)準(zhǔn),這二者之間不是競爭而是互補。

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