智能建筑楼宇自控系统开放式标准及其应用探讨

　　目前智能建筑中建筑设备自动化系统包容的设备和子系统既多又复杂。由于不同厂商提供的不同的产品和系统，其通讯协议不同，造成通讯速率、编码格式、同步方式、通讯规程各不相同，因而使这些产品实现互操作和系统的互连很困难。如果系统中各种设备及子系统不进行互连而独立运作，则不能进行一体化协调运作，导致管理效率抵、维修困难、扩展维护费用高。 一、采用开放式标准的必要性 智能建筑的业主和管理者迫切需要降低投入和提高效率。他们要求智能建筑的各子系统集成在一起，为实现系统和设备集成和互操作，必须有 种有效的方法实现系统和设备之间的通讯。因此就需要系统具有真正的开放性。所谓开放系统即建筑设备自动化系统的所有部件均以公认的工业标准技术制造。系统符合公认的工业结构，因而不同厂商的产品，可以组合从而实现互操作。它具有两个要求： （1）系统的技术标准和规范所有厂商必须共同遵守； （2）同样功能的部件虽由不同厂家生产，但可以互相替换，可以互操作. 目前国际上常用两种开放式标准：一种是LONMARK标准，另一种是BANcet标准。这两种标准也得到我国有关的标准的推荐，如江苏省地方标准：建筑智能化系统工程设计标准（DB32/181-1998）中建筑设备自动化系统（BAS）中3.1一般规定的3.1.10明确指出对于多个供应商不同系统之间的集成宜采用美国ASHRAE学会制定的《BACnet》ANSI/ASHRAE SPC 135P标准。对分布式控制系统则宜采用LONMARK标准。 二、LONMARK标准 LONMARK标准是以LonWorks技术为基础的一套标准。LonWorks技术由美国Echelon公司90年代开发推出。LonWorks技术实际上是一种测控网技术，更确切一点说是一种工控网技术，也叫现场总线技术。它方便地实现现场的传感器、执行器、仪表等联网。这种网络不同于局域网，而是一种工控网。因为它传输数据量较小的检测信息、状态信息和控制信息。Echelon公司提出局部操作网LON（Local Operating Network）采用LonTalk协议的LON网称为Lonworks网。 Lonworks技术是一套开放式技术，其通讯协议LonTalk协议也是开放的，使实现遵守该协议的各家产品互联成为可能； （1）MC143150或MC143120NEURON（神经元）芯片 （2）LONTALK协议，执行ISO/OSI参考模型和提供全部七层服务 （3）网络开发工具（LONBUILD）和节点开发工具（NODEBUILDER）。 LonWorks网络最大的优点是其开放性，其主要表现在以下方面： （1）LonWorks所用的通讯协议LonTalk提供ISO/OSI参考模型所定义的全部七层服务。 （2）LonWorks支持多种通讯媒质和任意自由拓扑网络结构。 （3）LonWorks支持的通讯媒质有双绞线、同轴线缆、光纤和无线微波等。 （4）LonWorks组网拓扑结构可以是任意形式，可以是星型、树型、网状型等，实现真正的点对点通讯。 鉴于智能大楼面积大，所控机电设备（如空调机组、水泵）分布分散，如果仍旧采用传统的BA联网拓扑结构，那么实现现场DDC控制器通讯连接的布线十分复杂。这时采用带LonWorks技术DDC，就可随现场情况任意选择通讯网络拓扑结构，使系统组态灵活方便，可见LonWorks技术优势所在。但任何事物都是辩证的、一分为二的，在工程设计中明显感到LonWorks技术的不足： （1）LonWorks尽管在物理形式上可自由拓扑、但每个LonWorks节点需要连接到信道（CHANNEL）上，这就必须进行网络分段（SEGMENT），在系统配置上必须增加路由器（ROUTER）。这就增加了系统管理复杂度，实际上在逻辑上增加了控制系统分级数，管理分级数越多，系统不可靠度值就高，降低了系统稳定性 （2）各厂商生产的元器件（如各类型传感器、控制器）只有而且必须插入固化有LonTalk协议的NEURON专用神经元芯片，这就会导致行业垄断，且造价高的缺点。 综上所述，丛技术层面讲，LonWorks技术给楼宇自控系统配置提供了又一选择，但目前受到各种条件限制LonWorks技术优势还不能完全发挥出来必须进行改进。 三、BACnet标准 BACnet网络通讯协议是由美国暖通空调制冷工程师学会（ASHRAE）发起制定并得到美国国家标准局（ANSI）的批准，由楼宇自动化系统的生产商、用户参与制定的一个开放性标准，由ASHRAE学会综合几个局域网LAN（注意不是工控网）的协议而制定的，尽可能采用了LAN网络不同时期成熟的技术而制定的。 1995年6月BACnet成为ASHRAE B5－90标准，并于同年由于网络及通讯技术的发展，业主对集成技术提出了更高的要求，要求建筑物自动化系统与高一级的企业管理系统加强联系，提高管理效率。这就是说要在信息管理网一级上互连，解决不同厂家的自动化系统集成的有效途径。因此厂家可以按照BACnet标准开发与BACnet兼容的控制器或接口，可在这一标准协议下实现相互交换数据的目的。BACnet比LONMARK有更为量大的数据通讯，运作高级复杂的大量信息。是可以实现不同厂家的楼宇自动化系统之间互连的通讯技术。例如要使Honeywell或JOHNSON等公司的一套BA系统与其它公共安全及消防系统进行通讯交换信息，即可通过BACnet把它们连成一个整体并在一个工作站上可以实现对这些系统的全部监控。 四、BACnet与LONMARK标准的异同点 BACnet与LONMARK是两项标准，这两个标准既有重叠的地方，又有不同的地方。两项标准互相补充，互为依托。BACnet用于多个供应商不同系统之间的集成。LONMARK是解决开放的分布式控制的一种有效的方法。 BACnet共有四层协议包括应用层、网络层、链路层、物理层。该标准规定LonTalk与其他四种通讯方式并列为物理层、数据链路层的基本结构。BACnet采用五种网络技术进行通讯（Ethernet、ARCnet、MS/TP、PTP、LonTalk）。选择多种网络技术的原因是对于不同要求的系统需采用不同的通讯速度和通讯量的网络，采用不同的网络技术适用于不同的要求。其中，PTP（POINT TO POINT）是BACnet独有的，由BACnet制定的通讯协议，它提供了通过Modem和电话线的联网通信。采用现代Modem协议，也支持EIA－RS232标准直接用电缆连接，速度限制在9.6K-56.0K之间。MS/TP也是BACnet独有的，使用EIA－485标准，这是一个屏蔽双绞线局域网，速度可达76.0Kbps。BACnet信息数据的表示方式定义了318种标准对象类型，通过不同对象的组合实现DDC不同的控制功能。这些对象类型有模拟输入/输出、二进制输入/输出、环路控制、程序等。BACnet的服务功能则用于访问和管理这些对象发出的信息及其他一些功能。BACnet定义了35种服务功能分为6组。这6组分别为：报警和事件、文件访问、对象访问、远程设备管理、虚拟终端以及安全保护。BACnet目前尚有待进一步完善。ASHRAE最近组织了一个常设标准方案委员会－SSPC135，继续对标准进行完善和扩充。SSPC的另一个任务是加强BACnet与国际互联网协议的应用。 五、两种标准的适用场合 这两个标准均是开发性标准，两者互相渗透。交叉实时控制域的LONMARK标准和信息管理域的BACnet标准尽管目标不尽一致，但两套标准有重叠的地方。据悉，编写BACnet标准中的许多成员也是编写LONMARK标准的成员。所以，他们正在把两者重叠的部分想办法理顺和统一起来。 LONMARK标准是实时控制域方面，为建筑物自控系统中传感器与执行器之间的网络化，实现互操作性产品制定的标准；是控制现场传感器与执行器之间实现互操作的网络标准。因此，适合智能型大楼中HVAC、电力供应、照明系统、消防系统、保安系统之间进行通讯、互操作，此时，LONMARK可以提供一种较为经济的方法，因为该协议对这种类型的运用效果最佳。 BACnet标准是信息管理域方面为实现不同的系统互联而制定的标准。BACnet有比LONMARK更为大量的数据通讯，运作高级复杂的大信息量，有更强大的过程处理、组织处理能力。适于大型智能建筑，大型智能建筑其分为若干区域，此时很有可能几个不同的系统（不同厂家的）存在。如果希望可以在一个用户界面进行整个系统的操作，BACnet是最经济、最理想的选择。 总之，在实时控制域方面，尤其在设备级适于采用LONMARK标准，而在信息管理域方面、在上层网之间互联适用BACnet标准，这二者之间不是竞争而是互补。所以该协议可以提供给任何人， 因此，我们认为一个理想的系统应同时容纳上述二个标准。 六、BA新系统构想 　　 　　目前我国BA市场基本上被国外产品所垄断，这种局面应有所改观。作者认为：从我国国情及技术力量出发开发国产BA新产品十分必要且已经成为可能，国产BA新产品不要走外国老路，应寻求最佳切入点，开发基于BACnet标准的BA新产品，其中设备级可以采用LonTalk互联协议，但是不一定采用专用神经元芯片而代之以通用芯片。该BA新系统已具备了实施的可能条件。目前Echelon公司已经公布了LonTalk协议并使其成为EIA7091控制联网标准下的一个公开标准。欲取得复制件的可上网站：http://global.ihs.com,较经济的执行LonTalk协议的方法仍然可以购买神经元芯片，但是EIA标准允许愿意投资的公司在他们自己选定的微处理器中执行其协议，这对于在应用时需要更强大的处理器装置，在经济上可能比神经元芯片更合算，同时也可改变行业垄断的局面。作者呼吁尽快成立全国性BACnet研究会，以集中全国专家的智慧进入深入研究。目前国内一些有远见的企业（如南京盛华电子公司及深圳鑫王自动化公司）正在全力开发这类新产品，且已取得初步成果。祝愿国内BA新产品尽快健康发展。 参考文献 1、陆伟良，《智能建筑主流技术及其应用展望》，城市，建筑智能系统。1999.4 2、郭维钧，LONKMARK现场总线的通讯协议LONTALK协议的功能与