智能建筑中樓宇智能化網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用探析

1、智能建筑中樓宇智能化網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用探析王健棟（上海杰東系統(tǒng)工程控制有限公司，上海,200120）【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)逐漸的 應(yīng)用到牛活的各個(gè)方面，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用呈現(xiàn)出較多的用途和便利。智能建筑中的 網(wǎng)絡(luò)通信的技術(shù)就是在這樣的背景下產(chǎn)牛并逐漸的發(fā)展起來(lái)，將數(shù)字技術(shù)逐漸的 應(yīng)用到實(shí)際的工作中，通過(guò)智能化的設(shè)備將技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一使用，實(shí)現(xiàn)樓宇間的智 能連通和相互之間的流通，實(shí)現(xiàn)便捷的?；詈妥詣?dòng)化的溝通，促進(jìn)智能化的發(fā)展, 實(shí)現(xiàn)牛活的便捷。木文主要針對(duì)智能建筑中樓宇智能化網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行 探析?！娟P(guān)鍵詞】智能建筑；網(wǎng)絡(luò)通信；應(yīng)用引言計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，

2、使得人們生活中的和各項(xiàng)活動(dòng)都具有一定的智能和 便捷的特征，和現(xiàn)階段人們追求的較為高效舒適的?；顟B(tài)度是一致的，為人們的 日常牛活提供了較大的便利?，F(xiàn)在的牛活方式，人們已經(jīng)離不開(kāi)各項(xiàng)智能的設(shè)備, 居住的環(huán)境也不例外。在智能化的樓宇結(jié)構(gòu)中，居民在上班期間就可以和家里的 一些設(shè)備進(jìn)行聯(lián)系，通過(guò)遠(yuǎn)程的遙控達(dá)到自身的一些基木的需要，這樣的方式節(jié) 省了大量的時(shí)間，便捷了人們的生活。同時(shí)，通過(guò)智能化的樓宇結(jié)構(gòu)，可以建立 可科學(xué)的管理系統(tǒng),更加高效便捷的為居民服務(wù)。同時(shí)，通過(guò)智能化的數(shù)字監(jiān)控， 可以在一定的程度上節(jié)省工人的勞動(dòng)成木，對(duì)管理來(lái)講節(jié)省了一定的用人成本和 技術(shù)能力，對(duì)科學(xué)人性化的管理具有較好的作用。1

3、.樓宇智能化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的含義與發(fā)展動(dòng)態(tài)分析1丄樓宇智能化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的含義智能樓宇系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是智能建筑中最基木和最重要的組成部分，通 過(guò)計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)和通信技術(shù)構(gòu)建高度自動(dòng)化的綜合管理 和控制系統(tǒng)，將建筑區(qū)域內(nèi)的各種設(shè)備連接到一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其數(shù) 據(jù)讀取，進(jìn)行綜合控制，這些設(shè)備包括空調(diào)、動(dòng)力、照明、電梯、消防設(shè)備、安 防設(shè)備等。把這些分散布置的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、控制要求組合到一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的、 統(tǒng)一的、協(xié)調(diào)的系統(tǒng)平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像的綜合傳輸、交換、處理和 應(yīng)用。1.2樓宇智能化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)分析隨著建筑業(yè)的不斷進(jìn)步，樓宇的自動(dòng)化和智能化網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)也在不

4、斷的進(jìn) 步，進(jìn)行了一定的技術(shù)革新，使得技術(shù)上更加的完善，符合技術(shù)的發(fā)展要求。而 樓宇的智能化網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)主要是：a. 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)向簡(jiǎn)化發(fā)展：ba領(lǐng)域中越來(lái)越多的滲入了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)。在中央管理站與現(xiàn)場(chǎng) 站設(shè)備管理和控制應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的過(guò)程中不斷創(chuàng)新、改進(jìn)。以下幾種典型網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)在目前的ba系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛。(1) 工作站通過(guò)相應(yīng)接口直接與現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備相連。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)際上 是一種單層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)相互連接 工作站通過(guò)通信適 配器直接接入現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò)。目前很多的ba系統(tǒng)產(chǎn)品都支持這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 它適用于監(jiān)控點(diǎn)數(shù)較少的中小型ba系統(tǒng)。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、配置方便。(

5、2) 典型的兩層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架這種網(wǎng)絡(luò)采用兩層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)適用于大多數(shù)ba系統(tǒng)。上層網(wǎng)絡(luò)處理信息管理, 現(xiàn)場(chǎng)控制總線層網(wǎng)絡(luò)完成設(shè)備實(shí)時(shí)控制。兩層網(wǎng)絡(luò)之間通過(guò)通信控制器連接 這 種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是許多現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品廠商主推的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。如開(kāi)發(fā)lonworks現(xiàn)場(chǎng)總 線技術(shù)的美國(guó)echelon公司等。(3) 三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的ba系統(tǒng)三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的ba系統(tǒng)。增加了中間層控制 網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在以太網(wǎng)等上層網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)控制總線之間又增加了一層中 間層控制網(wǎng)絡(luò)。這層網(wǎng)絡(luò)連接大型通用控制器。用于完成較為復(fù)雜的控制功能。從技術(shù)發(fā)展角度來(lái)看，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化將成為一種趨勢(shì)。b、廣泛采用bacnet和lonworks標(biāo)準(zhǔn)：在ba系統(tǒng)產(chǎn)

6、品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)過(guò)程中，越來(lái)越多的廠商在上層協(xié)議方面更多的 傾向于遵循開(kāi)放性的bacnet標(biāo)準(zhǔn)。ba系統(tǒng)分兩層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，一是控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu), 其二是信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基本上就是我們常講的物理層，而在物理層 面上分布了不少的被監(jiān)控的若干弱電子系統(tǒng)。為了使這些產(chǎn)品可以集成到一個(gè)平 臺(tái)，集中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，而需要有一個(gè)開(kāi)放的通信協(xié)議。bacnet就是這樣一個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)。在一些ba系統(tǒng)廠商中大都有自己的通信標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議。但為了適應(yīng)市場(chǎng)的 需求也增加了對(duì)bacnet標(biāo)準(zhǔn)支持的應(yīng)用。與bacnet的不同是:bacnet是定義設(shè) 備的外部特性，而lonworks定義的是控制器內(nèi)部的指令集olonworks的

7、核心內(nèi)容 lontalk通信協(xié)議，各種產(chǎn)品只要通過(guò)lonmark認(rèn)證，原則上都可以實(shí)現(xiàn)互通、操 作，不受來(lái)自不同廠家生產(chǎn)的影響。lonworks的技術(shù)核心是神經(jīng)元芯片（neuron）, 在neuron芯片中有3個(gè)8位的cpu介質(zhì)訪問(wèn)控制處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器和應(yīng)用處 理器。lonworks技術(shù)的應(yīng)用不受領(lǐng)域限制,在工業(yè)廠房、樓宇及家庭自動(dòng)化、農(nóng) 業(yè)、醫(yī)療和運(yùn)輸業(yè)等行業(yè)都有廣泛應(yīng)用，但lonw orks技術(shù)的應(yīng)用主要在底層的控 制。從1990年12月推出lonworks,其發(fā)展速度極快。1995年已經(jīng)有2500家生 產(chǎn)商使用并ii安裝了 200萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)（每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括一個(gè)神經(jīng)元芯片，平均可以有5 個(gè)控

8、點(diǎn)）。其發(fā)展速度超過(guò)其它現(xiàn)場(chǎng)總線（如can bus、profibus等）。其應(yīng)用在智 能建筑（大型賓館、飯店、寫(xiě)字樓、現(xiàn)代高檔住宅）的建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)（bas）、 工業(yè)自化、航空航天技術(shù)等領(lǐng)域。c、國(guó)產(chǎn)ba系統(tǒng)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)：ba市場(chǎng)的需求增長(zhǎng)促使國(guó)內(nèi)ba系統(tǒng)廠商及產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。國(guó)內(nèi)部分ba系 統(tǒng)廠商的前身主要是來(lái)自于消防、空調(diào)、安全防范、軟件等相關(guān)行業(yè)。由于中 國(guó)ba領(lǐng)域存在巨大的市場(chǎng)空間，同吋各相關(guān)專業(yè)的相互滲透和業(yè)主對(duì)這些功能 的共同需求，促使消防、空調(diào)、安全防范、軟件等相關(guān)行業(yè)的廠商開(kāi)始進(jìn)入ba 市場(chǎng)，占據(jù)了一定的市場(chǎng)份額及應(yīng)用領(lǐng)域。例如海灣是較早從事消防行業(yè)發(fā)展過(guò) 來(lái)的ba系統(tǒng)廠商，

9、經(jīng)過(guò)這幾年的發(fā)展，有了一定的市場(chǎng)占有率，市場(chǎng)應(yīng)用情況良 好。2.狛能建筑中樓宇網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用分析2.1集散型控制系統(tǒng)(dcs)在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用集散型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(dccs)又名分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱集散型控制 系統(tǒng)(dcs)o集散型控制系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)控、 操作、管理和分散控制的一種新型的控制技術(shù)。采用三級(jí)結(jié)構(gòu)模式，即控制(工 程師站)、操作(操作站)、現(xiàn)場(chǎng)儀表(儀表站)。dcs是由計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處 理技術(shù)、測(cè)量控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)相互發(fā)展和滲透而產(chǎn)生的。 傳統(tǒng)的dcs系統(tǒng)存在的問(wèn)題有：(1)其i/o信號(hào)采用傳統(tǒng)的模擬量信號(hào)，因

10、此， 它無(wú)法在dcs工程師站上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表(比如變送器、執(zhí)行器等)進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、 維護(hù)和組態(tài)；(2)由于各廠家產(chǎn)品自成一體，系統(tǒng)相對(duì)封閉，產(chǎn)品互換性能差, 系統(tǒng)擴(kuò)展難。2.2現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)fcs (fieldbus contr ol system)是用于現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制系 統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、多變量、多點(diǎn)、多站的 通信系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)技術(shù)上具有的特點(diǎn)是：(1) 系統(tǒng)開(kāi)放性，即通信協(xié)議公開(kāi)，各廠家的設(shè)備之間可互聯(lián)為系統(tǒng)并實(shí) 現(xiàn)信息交換。(2) 可互操作性與可互用性，不同廠家類似產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)互換。(3) 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治

11、性，即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身就能完成自動(dòng)控制 的基本功能，并隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。(4) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高度分散，根本上改變了 dcs集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng) 框架，提高了可靠性和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性。為克服dcs系統(tǒng)的不足，樓宇自動(dòng) 化系統(tǒng)引入了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，目前，常用在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中常用的現(xiàn)場(chǎng)總線有 lonworks現(xiàn)場(chǎng)總線、eib現(xiàn)場(chǎng)總線等。針對(duì)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)推出的樓宇自 動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議bacent的應(yīng)用也十分流行。2.2.1 lonworks 現(xiàn)場(chǎng)總線lonworks現(xiàn)場(chǎng)總線是目前樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用較多的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。它是美國(guó)wchelom公司于1991年推出的eon (localop

12、errationgnetworks)技術(shù)，又稱lonworks技術(shù)。lontalk網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和神經(jīng)元 芯片是lonworks的核心技術(shù)。目前，多種樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)都支持lonworks 技術(shù)，如霍尼偉爾公司的ebi系統(tǒng)、西門(mén)子公司的apogee系統(tǒng)、江森公司的 metasys系統(tǒng)等。2.2.2 eib現(xiàn)場(chǎng)總線eib 是歐洲安裝總線(european installationbus)的縮寫(xiě)。它在1990年被提出，經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，成為歐洲最有影響 的建筑智1能化現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，在歐洲得到了進(jìn)300家廠商的支持。它主要通過(guò)電 力電纜傳輸信號(hào)，避免了重復(fù)布線帶來(lái)的諸多麻煩，如abbi-buseib系統(tǒng)

13、。在國(guó) 內(nèi)智能樓宇中eib技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。2.2.3其他現(xiàn)場(chǎng)總線can (controller area network)即控制器局域網(wǎng)絡(luò)。can總線的特點(diǎn)是：開(kāi) 發(fā)費(fèi)用低，技術(shù)相對(duì)其他現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)單，但總線上掛的接點(diǎn)過(guò)少，滿足不了樓宇 系統(tǒng)的要求。2.2.4樓宇自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議bacent由于各國(guó)及各大公司為維護(hù)自身利益，長(zhǎng)期以來(lái)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有得到統(tǒng)一。 樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)也同樣面臨類似的境況，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)較為龐人，它包括 供配電子系統(tǒng)、照明子系統(tǒng)、空調(diào)與冷熱源子系統(tǒng)、給排水子系統(tǒng)、電梯自控子 系統(tǒng)以及安防子系統(tǒng)、消防子系統(tǒng)等，各子系統(tǒng)甚至可以再細(xì)分。而各個(gè)廠家則 根據(jù)自身優(yōu)勢(shì)針對(duì)

14、某個(gè)或某幾個(gè)子系統(tǒng)推岀了自己的產(chǎn)品。因此，在實(shí)際工程應(yīng) 用中，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)工程實(shí)際上是一項(xiàng)系統(tǒng)集成的工作，各子系統(tǒng)一般都選用 不同廠家的產(chǎn)品，這就存在不同的現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議在整個(gè)系統(tǒng)中相互兼容的問(wèn)題。 這樣一個(gè)背景下，樓宇自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議bacent應(yīng)運(yùn)而生。嚴(yán)格地說(shuō)， bacnet并不是現(xiàn)場(chǎng)總線，而是一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，即通信規(guī)則，bacnet包含了應(yīng)用 層、網(wǎng)絡(luò)層、幾種數(shù)據(jù)鏈路層和物理層共四層協(xié)議。bacnet采用五種網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ethernet,arcnet,ms/tp, ptp,lontalk)進(jìn)行通信。選擇多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù) 不同系統(tǒng)的要求采用不同的通信速率和通信量的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。其中

15、，ptp (pointto point)、ms/tp也是bac-net獨(dú)有的。bacnet應(yīng)是樓宇智能化發(fā)展趨勢(shì)。目前, 樓宇自動(dòng)化集成也在這方面開(kāi)展研究工作。2.3 fcs和dcs綜合技術(shù)在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用fcs采用的是全分布式控制，上位機(jī)需要采用巡檢的方式采集各個(gè)智能節(jié)點(diǎn) 上的數(shù)據(jù)，因此在上位管理機(jī)和節(jié)點(diǎn)間屬于多對(duì)一通訊，容易引起網(wǎng)絡(luò)的阻塞, 且一旦發(fā)生網(wǎng)絡(luò)阻塞，網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸效率將顯著降低。dcs系統(tǒng)通過(guò)彌補(bǔ)自 身不足發(fā)展到了第四代，便件結(jié)構(gòu)也得到豐富，由工程師站、操作站、現(xiàn)場(chǎng)控制 站、通信控制站、打印服務(wù)站、系統(tǒng)服務(wù)器、管理網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)絡(luò)等 組成。這一代dcs系統(tǒng)充分體現(xiàn)了信息化、集成化的特點(diǎn)，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)開(kāi)放。 仔細(xì)分析目前樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和dcs系統(tǒng)的綜合。該結(jié)構(gòu) 分為三層：管理層，采用某種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通信，這種開(kāi)放性使得管理信息集成 更加容易；自動(dòng)化層，采用基于控制總線樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信協(xié)議的ddc 分站控制器，該層具有以dcs為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)，各種控制功能、應(yīng)用軟件比較完善， 易于處理ddc分站之間的