用于楼宇自动化的分散式可编程控制系统

近年来，随着社会和经济的发展，给人们带来舒适工作及生活环境的楼宇自动化系统的市场越来越大，而楼宇自动化系统本身也日趋智能化、网络化、复杂化。但是目前在这个领域中的国内厂商大都是系统集成商，核心技术和知识产权多为国外少数的楼宇自控厂商所有。为了满足市场对产品性能和价格等多方面的需求，浙江浙大中控信息技术有限公司在丰富的整体设计、系统集成和工程实施的经验基础上，依托中控集团雄厚的自动化技术、信息技术积累，自主研发出了采用LonWorks现场总线技术的可用于楼宇自动化系统的SUPCON OptiSYS PCS400分散式可编程控制系统。 1.BAS和LonWorks现场总线概述 　　楼宇自动化系统（Building Automation System,简称BAS），实际上是一套中央监控系统。它通过对建筑物（或建筑群）内的各种电力设备、空调设备、冷热源设备、防火、防盗设备等进行集中监控，达到在确保建筑内环境舒适、充分考虑能源节约和环境保护的条件下，使建筑内的各种设备状态及利用率均达到最佳的目的。 LonWorks（Local Operating Networks）现场总线是美国Echelon公司推出的局部操作网络，目前被广泛地应用在航空/航天、测量测控、能源管理、过程控制、无线通信、楼宇控制等领域。LonWorks平台是一种开放的分布式控制系统，支持设备间的无网关的对等式和/或主从式通信。与以往和当前的现场总线技术相比，LonWorks总线主要有以下突出的特点： 　　（1）完整合理的网络控制技术。面向对象的LonTalk网络协议基于完整的ISO/OSI七层协议，并可在物理层使用如双绞线、同轴电缆、光纤、无线电波、电力线以及红外光波等等多种通信媒介，根据媒介的不同，具有从300b/s～1.25Mb/s的数据传输率，满足了不同应用领域对通信速率的需求。另外，其通信的每帧有效字节数可从0到228个字节不等，一个LonWorks网络上的节点数可达32000个，完全可以满足不同楼宇控制网络的要求。 　　通过Echelon公司的多种智能收发器可提供包括了典型的拓扑结构系统和任意自由拓扑结构，无需服务器的对等分布网络，实现真正的点对点通讯，为楼宇控制网络的安装应用和扩展提供了极大的方便。并且只需常见的安装测试工具，就可访问所有的网络设备。 正是LonWorks具有的这个特点，当其应用在所控的机电设备分布非常分散的场合，LonWorks技术就优于传统的BA联网拓扑结构和组态布线方式。 　　（2）总线的开放性和设备间的可操作性强。LonTalk协议的标准化实施和符合行业标准的对象使得不同供应商系统实现互操作性成为可能。众多厂商特别是行业领先的厂商的支持确保可以提供不同供应商和不同市场的解决方案。 　　（3）降低楼控自动化系统开发和使用成本。有内嵌LonTalk协议和物理层收发器的集成电路可供选择，降低了开发难度，缩短了开发时间和成本；单一协议带来的开发、安装和测试工具的简化；低成本的双绞线自由拓扑；可使用低成本的组件；互操作性带来的价格竞争使用户得到更低成本优惠。 　　（4）LonWorks技术核心的载体是神经元芯片（Neuron Chip），它和通信收发器（例如FT-X1）一起成为一个高效低成本的收发器基准。通常的神经元芯片采用8位总线，最高主频10MHz，当需要完成复杂的测控功能的时候，还可以采用MCU或者PC作为主机来处理测控，这样神经元芯片仅需完成总线通讯的功能。 　　借助开放并且基于标准的LonWorks平台，可以使厂商、继承商和用户三方都得到更多的好处，所以，尽管目前受到各种条件限制使得LonWorks技术优势还不能完全发挥出来，但是它确实给楼宇自控系统的开发配置提供了一个很好的选择，目前，LonWorks己经发展成为应用于楼宇自动化系统中的居于领导地位的现场总线。并且，中国建设部智能建筑推广中心也已把LonWorks技术作为推荐采用的控制网络技术在智能建筑中推广应用。 2. SUPCON OptiSYS PCS400系列分散式可编程控制系统的概述 　　浙江浙大中控信息技术有限公司成立于1999年，是中控科技集团下属子公司，致力于智能楼宇、智能交通、水务工程、校园网络等信息技术领域，是一家集开发、设计和工程技术服务为一体的高新技术企业。依托浙江大学多学科的综合优势，多年来在工业自动化国家工程研究中心的支持下，加快信息技术产业化的步伐，以SUPCON为主品牌的系列产品已经在国内的自动化行业中确立了领先的地位。 　　中控信息自主开发的SUPCON OptiSYS PCS400系列分散式可编程控制系统主要包括基于LONWORKS总线的PCS400系列可编程控制器以及AdvBMS监控系统软件、AdvOPC系列OPC数据集成服务器软件。它面向以分散型数据采集与控制为主的公用工程自动化项目，能够实现逻辑控制、顺序控制、过程控制、数据采集等控制任务，可广泛应用于智能楼宇、智能交通、给排水、水文水利、环境保护、工业自动化、农业自动化等领域。SUPCON是主品牌，OptiSYS是Optimization和System的合成，表示最优化的系统，PCS是Programmable Control System的缩写。 　　除了前面所述LonWorks总线共有的特点之外， PCS400系列还具有以下技术特征： 　　（1） 符合LonMark标准，提供标准网络变量和功能块，采用SUPCON LonWorks专用协议Slave功能，16个地址可选； 　　（2） 目前由浙江浙大中控信息技术有限公司研发生产的PCS400系列产品线完备。比如电源模块分为20W、36W和48W不等，控制器模块也有不同用户程序空间和数据空间的选择。数字量及模拟量输入输出模块除点数不同的之外，其余区分可见表1； 　　（3） 控制器模块CPU采用32位ARM7处理器，并且模块除了1个FT3150 LonWorks总线接口之外，还有1个RS232接口，1个可选的RS485接口和1个10M/100M自适应以太网接口； 　　（4） 随系统可提供的编程开发软件和OPC SERVER软件；控制器模块全面支持TCP/IP协议，可以直接接入以太网。 　　另外，PCS400系列沿用SUPCON JX系列集散控制系统的高可靠性、模块化设计和完善的制造工艺，具有极高的可靠性和完善的系统功能；22.5mm/45mm的统一厚度，所有模块均能通过总线连接器直接安装在DIN导轨上面，接线端子可以直接连接外部线缆（0.2～2.5mm2），无需增加转接端子，节省安装空间；监控系统软件采用纯B/S模式设计，既可本地监控，又能实现基于互联网和浏览器的远程监控；具有OPC、DDE等开放性数据接口，内置VBA语言，集成能力强、扩展方便。 　　以上借予LonWorks总线以及自身拥有的技术特点，使得PCS400完全可适应在BAS等公用工程中的应用。 3.应用PCS400的BAS的结构和解决方案 　　BAS有其自身显著的特点，其一般测控点较多，高层建筑一般都在1000点以上，楼群控制多达几千点；测控点分散，遍布建筑物的各个角落；被控设备种类较多，包括新风机组、空调机组、冷源及冷却系统、热源及热交换系统、给排水设备、照明及配电、安全防范和火灾报警等，而且这些设备和系统中有些本身又带有了控制系统，这就需要一种低成本的、具有高度分散控制功能的、可以实现互操作的测控系统，对建筑物内所有机电设备进行全面监视控制。 下面是一个常见的应用PCS400系列分散式控制系统的BAS的网络结构图。 图1 应用PCS400系列分散式控制系统的BAS的网络结构图 　　这个网络采用开放分布式控制系统的结构，主要由大量分散在智能建筑物内部的各现场设备子系统以及对它们进行测量、监视、控制、管理和协调的LonWorks智能节点（合成在分散式控制器和分散式模块中）构成。在BAS的LonWorks网络的智能节点中，通常包含温度检测、相对湿度检测、二氧化碳检测、风门执行器、变风量控制、风机盘管控制以及恒温控制器、冷冻机、单元通风器、墙挂式检测器、阀门执行器、报警及报警管理、数据记录及趋势分析等。 不同于以往的集中控制系统中心，PCS监控站并不是网络数据交换的中心，而只是操作人员对网络进行监视与控制的界面，主要完成系统监控的功能，包括监视系统运行状态、监视系统故障报警、控制设备启停或阀门开启度等。由于系统为无中心控制方式，PCS监控站可随时变换位置。而网络管理功能则由PCS工作站来完成，包括配置设定系统参数、选择监控方式、定义和更换节点等。 4.结束语 　　基于LonWorks总线技术的SUPCON OptiSYS PCS400系列分散式可编程控制系统在应用中完全实现了开放分布式的无主系统过渡；大大节省了电线布线费用和时间；提高了传输的可靠性，并且降低了系统配置、调试和维护的难度；现场采集的物理信号以数字量传输，控制信号现场处理，提高了系统的抗干扰能力。因此，完全可以胜任智能建筑领域的应用要求。同时也可广泛地应用于智能交通、水务工程、环境保护、工厂监控等领域。 【参考文献】 1.2003年楼宇自控系统报告. 2.楼宇自动化技术回顾.埃施朗公司北京代表处.智能建筑与城市信息.2004.9 3.LON网络控制技术及应用.杨育红.西安电子科技大学出版社.1999.4 4.OptiSYS系列分散式可编程控制系统产品手册V2.0.浙江浙大中控信息技术有限公司.2004