計算機網路在樓宇自動化的應用

計算機網路在樓宇自動化的應用

一、摘要
   
 介紹了網絡型樓宇自動化系統，分析了傳統集散控制系統和新興的現場總線控制系統優缺點以及應用，并介紹了網絡應用于樓宇自動化的2種總線。說明了以太網技術的發展以及在樓宇自控領域中的最新應用情況，對現場總線控制系統和以太網進行了比較。
 Introduced the network building automated system, has analyzed the traditional collection and distribution control system and the emerging field bus control system good and bad points as well as the application, and introduced the network applies in the building automation 2 kind of main lines.Explained the ethernet technology development as well as in the building automatic control domain newest application situation, has carried on the comparison to the field bus control system and the Ethernet.
關鍵字：網絡型樓宇自動化、現場總線控制系統、以太網、樓宇自動化系統。
           Network building automation, field bus control system, ethernet, building automated system.
                           
二、內容主體
　　
 目前日益流行的智能建筑(InteUigent Buidings)是建筑技術與計算機信息技術相結合的產物，是信息社會的需要，也是未來建筑發展的方向。智能建筑主要由樓宇自動化系統(Buiding Automation system，縮寫為BAS)、通信自動化系統(CAS)和辦公自動化系統(OAS)三大系統組成。其中，樓宇自動化系統是智能建筑中最基本和最重要的組成部分。樓宇自動化系統是利用計算機及其網絡技術、自動控制技術和通信技術構建的高度自動化的綜合管理和控制系統，將大樓內部各種設備連接到一個控制網絡上，通過網絡對其進行綜合的控制，這些設備包括空調、照明設備、電梯、消防設備、安防設備等等。它確保建筑物內的舒適和安全的辦公環境，同時實現高效節能的要求。
1、2種總線應用于自動控制的相關內容
(1) lonworks
    美國Echelon公司1991年推出了LON (Local 0penation Networks)技術，又稱Lonworks技術。它得到了眾多計算機廠家、系統集成商、儀器儀表以及軟件公司的大力支持，已經在樓宇自動化、工業自動化、電力系統供配、消防監控、停車場管理等領域獲得廣泛應用。具體地說LonWorks具有以下優點：
 ①網絡結構靈活、組網方便。它支持多種網絡拓撲形式，包括總線型、星型、樹型、自由拓撲型等，這樣可適應復雜的現場環境，方便現場布線；
 ②支持多種傳輸介質。包括雙絞線、同軸電纜、電力線、光纖、無線射頻等；兩種傳輸速率：78bps和1．25Mbps，最大傳輸距離由網絡拓撲形式和傳輸介質決定，一般可從500m到2700m。可接人的節點最多為32385個；
 ③完善的玨發工具。提供完善的系統開發環境，采用開放的NEURON C語言，它是ANSI C語言的擴展；
 ④無主的網絡系統。LonWorks網絡中各節點的地位相同，網絡管理可設在任一節點處，并可安裝多個網絡管理器；
 ⑤開發LonWorks網絡節點的時間較短，也易于維護。LonWorks采用的LonTalk協議固化在Echelon公司的Neuron芯片中，這樣可以節省開發LonWorks網絡節點的時間，也方便維護。
　　同其它現場總線一樣，LonWorks也有自身的缺點。首先，LonWorks的實時性、處理大量數據的能力有些欠缺；其次，由于LonWorks依賴于Echelon公司的Neuron芯片，所以它的完全開放性也受到一些質疑。盡管LonWorks存在一些不足，但是LonWorks的FCS還在樓宇自動化領域獲得了廣泛的應用。世界上有2萬多家OEM廠商生產LonWorks相關產品，其中種類已達3500多種。目前世界上已安裝有500多萬個LonWorks節點，LonT~k協議也被接納為歐洲CENTC247、CEN TC205的一部分。自1996年以來，LonWorks也開始在國內獲得大量的應用。在建設部的支持下，國內一些研究所和企業開始陸續開發出基于LonWorks的樓宇自動化控制系統，并在一些新建智能大廈和建設部智能化小區試點工程中得到應用。
(2)BACnet
　　BACnet是作為世界上第一個樓宇自動控制網絡的數據通信協議。它代表了智能建筑發展的主流趨勢。BAcnet不是軟件或硬件，也不是固件，嚴格地說，BAcnet并不是現場總線，而是一種網絡協議，即通信規則。為不同商家產品的系統之間進行信息交流提供平臺和支持。BACnet詳細闡述了系統組成單元相互分享數據實現的途徑、使用的通信介質、可以使用的功能以及信息如何翻譯的全部規則。BACnet采用了Etherent、ARCNET、MS／TP、PTP、LonTalk五種網絡技術進行通信。可根據系統通信是和通信速度選擇不同的網絡技術。相對其它現場總線，BACnet標準最大的優點是可以與Etherent、LonWorks等網絡進行無縫集成。不過BACnet主要為解決不同廠家的樓宇自控系統相互間的通訊問題設計，并不太適用于智能傳感器、執行器等末端設備。BACnet標準已在全球得到了廣泛的應用，全球生產和經營樓宇設備和樓宇自控設備的主要廠商均支持BACnet標準。BACnet在不到10年的時間內就從一個行業學會標準迅速成為樓宇自控領域中唯一的ISO標準。雖然我國是WTO和ISO成員國，但是BACnet在我國建筑領域中的應用范圍還是相對較小，而且在工程中采用的BACnet產品和技術也基本上全部是從國外引進的，還沒有真正意義上的國產化BACnet相關產品。
2、以太網開始進入樓宇自控領域
 以太網發展至今已有20年歷程，作為局域網組網的主要技術，以其簡單、價廉、高帶寬、維護方便以及不斷發展等優點一直在局域網領域中牢牢占據著統治地位。近年來，以太網技術獲得了快速地發展。交換型和全雙功以太網的出現，克服了傳統以太網的共享公共傳輸媒體和半雙功傳輸的弱點，實現了站點獨占傳輸媒體并同時收發數據，也減少了網絡上的數據碰撞。以太網的標準不斷更新和擴展，目前的以太網不僅在物理層(包括拓撲結構、傳輸速率、傳輸媒體)，并且在數據鏈路層與原來的傳統以太網標準有了很大的進步，以太網標準系列已擴展成20余個。現在已太網不但由局域網向著接入網和城域網領域發展，同時開始進入工業控制和樓宇自控領域。新發布的IEEE802．3af標準開始對以太網供電作出了規定，它消除了以太網技術進入現場控制領域的一個嚴重障礙。目前，3Com、華為、DLINK等公司開始提供符合IEEE802．3af標準的交換機產品。另外，一些現場總線的協會或組織也開始提出基于其現場總線的開放式以太網標準，即工業以太網標準，如ODVA(開放DeviceNet供貨商協會)和CI(ContolNet國際組織)發布的EtherNet／IP標準、FF(現場總線基金會)發布的HSE(Hig}l Speed Ethemet，高速以太網)、Profibus國際組織發布的ProfiNet。支持這些工業以太網標準的交換機、網卡等產品也開始出現，如MOXA公司的EDS-508系列工業以太網交換機(支持EtherNet／IP)、北京航天華輝自動化技術有限公司的AnyBus-S IO／100M(支持Ethemet／IP和Modbus／TCP)等。美國VDC(Venture Development Corp．)調查報告指出，Ethemet在工業控制領域中的應用將越來越廣泛，市場占有率將從2000年的ll％增加到2005年的23％。
 伴隨著以太網技術在工業控制領域的成功應用，以太網技術也必將越來越多地滲透到樓宇自控領域。目前，以太網多用于基于現場總線的樓宇自控網絡集成到智能建筑中的信息網(如圖l所示)，在一些新開發的樓宇自控系統中，以太網直接進入了控制層，如北京樓宇自動化中心開發的基于以太網的ENC-2001IP智能建筑測控系統。ENC-200liP控制系統的結構如圖2所示。一般的空調、照明等系統通過ENC參量控制模塊集成到以太網上；帶有RS232或RS485接口的系統通過網關轉換模塊集成到以太網上；IP電話以及IP攝像機直接連接到以太網上。
 在樓宇自控網絡中采用基于現場總線的FCS的優點是：
 ①可靠性、實時性好。現場總線為工業控制設計

圖1樓宇自控網絡集成到信息網的，有屏蔽、接地與防爆等措施，同時其實時性也比采用CSMA／CD的以太網的時實性好；

 ②用戶的投資成本低。現在，開放的現場總線技術已經比較成熟，有很多公司提供的相關產品可供選擇。其缺點是：實現現場總線無縫接人以太網復雜，當多種現場總線共存在一個系統中時，集成起來更復雜，系統的擴展性差。                                                  
 在樓宇自控網絡中采用以太網的優點是：實現了從管理層(信息網)到現場設備控制層(控制網)的“一網到底”，即實現人們期望的通信協議的兼容和統一；這樣系統擴展起來也比較方便；與智能建筑中其它系統(信息網通信自動化系統和辦公自動化系統)集成起來更加容易。其缺點是：首先，目前開發基于以太網的控制系統產品的難度較大，開發費用和成本相對還是較高，用戶可以選擇的廠商也很有限，壟斷利潤較高，研發成本還沒有被消化，這些都導致產品價格過高。其次，以太網的實時性、可靠性等方面還有待進一步完善。
四、結論
　　就目前而言，不管是應用在樓宇自控網絡中的基于現場總線還是以太網，都有其優點和缺點。隨著時間的推移和技術的進步，它們也必將會被進一步完善。據統計，我國目前有從事樓宇自動化業務的企業3000家以上，產品供應商約3000家。另外，隨著我國紹濟的快速發展和人們生活水平的不斷提高，建筑和社區的數字化建設正在興起，現場總線和以太網都必將在樓宇自控領域中獲得更廣泛的應用，在今后相當長的時間內，兩者在競爭的同時也將繼續并存。
參考文獻
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