【教學(xué)課件】第13章、現(xiàn)代樓宇中樓宇自控系統(tǒng)的支持網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

1、第13章、現(xiàn)代樓宇中樓宇自控系統(tǒng)的支持網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,樓宇控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),現(xiàn)場總線技術(shù)在建筑自動化等領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。FCS以其結(jié)構(gòu)簡單、通信傳輸可靠、節(jié)點(diǎn)智能化等優(yōu)點(diǎn)大有取代傳統(tǒng)DCS的趨勢，這也正是目前流行的BAS系統(tǒng)逐漸引入現(xiàn)場總線技術(shù)的原因。,1樓宇自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)形式,樓宇自動控制系統(tǒng)的基本設(shè)計思想就是應(yīng)用計算機(jī)對設(shè)備實(shí)施集中監(jiān)視和分散控制。許多稱之為直接數(shù)字控制器(DDC)或分散控制單元(DCU)的現(xiàn)場控制器以一定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式連接起來，形成局域網(wǎng)。,目前的建筑自動化系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)一般可分為兩大部分，即信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)，也 就是采用兩級網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)形式。 第一級網(wǎng)是一

2、般的局域網(wǎng)LAN，它是指在信息域范圍內(nèi)按照國際標(biāo)準(zhǔn)建立的有良好開放性的局域網(wǎng)。通常采用Ethernet網(wǎng)或BACnet網(wǎng)絡(luò)，其速度為10Mbits或100Mbits，信息域網(wǎng)絡(luò)的信息側(cè)重于管理信息，是以高速傳播的，它側(cè)重于計算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)，它可實(shí)現(xiàn)共享網(wǎng)絡(luò)資源及各工作站間通信，進(jìn)而還可和其他廠商系統(tǒng)相連。例如可用BACnet把兩個不同廠家的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，連成一個整體并在一個工作站上對兩系統(tǒng)的全部進(jìn)行監(jiān)控。其傳輸介質(zhì)為無屏蔽雙絞線，屏蔽雙絞線，粗、細(xì)同軸電纜及光纜等。,第二級網(wǎng)一般采用的是標(biāo)準(zhǔn)總線方式，如RS485總線，LonWorks總線等。第二級網(wǎng)是一種工控總線，它分布在建筑物各處的直接

3、數(shù)宇控制器(分站)上，配以中央站所組成的集散型系統(tǒng)所構(gòu)成的控制域?？刂朴虻男畔?cè)重于控制信息，這些實(shí)時數(shù)據(jù)用于完成建筑物內(nèi)各種設(shè)備的實(shí)時處理，以對建筑物的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時控制，這些信息的總體監(jiān)控由中央站進(jìn)行，并可通過中央站進(jìn)入信息域的局域網(wǎng)?？刂瓶偩€的信息流傳播速度不需要很高，通常在1MBs以下。一般控制域的總線最好為無屏蔽雙絞線，以利于施工和進(jìn)入綜合布線系統(tǒng)，每一個總線的區(qū)段有1000m以上的長度，以便于聯(lián)絡(luò)各個分散布置的分站。,另外，在第一級網(wǎng)絡(luò)(信息域)這一層，由于我國管理體制上的原因，一般將火災(zāi)自動報警與消防聯(lián)動系統(tǒng)、公共安全防范系統(tǒng)(巡更系統(tǒng)除外)單獨(dú)成為系統(tǒng)，或者施行只監(jiān)不控的原則，這

4、是管理體制的一種強(qiáng)制性的行政干預(yù)，目的是保證技術(shù)性能可靠，一般地說合理的管理體制不會妨礙技術(shù)的推廣與應(yīng)用，現(xiàn)行體制是與當(dāng)前的技術(shù)水平相適應(yīng)的，而一旦技術(shù)進(jìn)步出現(xiàn)了飛躍，就會從另一個側(cè)面對現(xiàn)行的管理體制產(chǎn)生沖擊。由于防火(或其他)系統(tǒng)納入BA系統(tǒng)有充分發(fā)揮資源共享、節(jié)省投資、節(jié)省人力、能協(xié)調(diào)全局等優(yōu)點(diǎn)，事實(shí)上，防火系統(tǒng)和防范系統(tǒng)已經(jīng)不同程度地納入了BA系統(tǒng)之中，那種全封閉的格局已經(jīng)有所突破。,2不同廠家網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的比較,以美國安德沃公司的樓宇自動控制系統(tǒng)為例，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為兩級網(wǎng)絡(luò)，其中第一級為Ethernet網(wǎng)，在第一級網(wǎng)絡(luò)上可以連接系統(tǒng)工作站、文件服務(wù)器和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制器，可將多個局域網(wǎng)連接為

5、一個整體，在服務(wù)器上共享同一數(shù)據(jù)庫，并支持廣域網(wǎng)。系統(tǒng)的第二級網(wǎng)絡(luò)連接到系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制器上，再通過網(wǎng)絡(luò)控制器與第一級網(wǎng)絡(luò) 連接。在第二級網(wǎng)絡(luò)上分別為RS485總線和LonWorks總線兩種形式，第二級網(wǎng)絡(luò)的控制器遵循無主傳輸通信方式，即peer to peer方式。因此網(wǎng)絡(luò)控制器的工作與否是不會影 響現(xiàn)場控制器的工作，也不會影響現(xiàn)場控制器之間的通信。此外，在網(wǎng)絡(luò)控制器上還包括可編程的RS232接口，用于和第三方設(shè)備的通信，如冷水機(jī)組、變配電設(shè)備、自動消防報警系統(tǒng)、閉路監(jiān)視系統(tǒng)等。,再以霍尼韋爾公司的Excel 5000系統(tǒng)為例，見圖。它的信息域干線采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)，通過W7053總線接

6、口，可將各種分布子系統(tǒng)如空調(diào)、防火與保安監(jiān)控或其他公司的系統(tǒng)綜合在一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中(XFi)。在第二級網(wǎng)絡(luò)中采用的是Cbus總線，用Cbus總線將各個分站連接在一起，并通過XD505或XD508通信模塊完成各分站間的通信，其通信速度分別為9600Bs和1MBs，同時在這條總線上還可設(shè)置于其他廠商的設(shè)備接口以實(shí)現(xiàn)與其他廠商設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)。此外，Excel 5000系統(tǒng)在第二級網(wǎng)絡(luò)下還有一級被稱為Ebus總線的子站總線，它連接分散的微型控制器子站(如空調(diào)機(jī)變頻調(diào)速器)。子站總線通過子站連接器與分站總線連接在一起。,除以上所述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)外，有的系統(tǒng)把中央監(jiān)控計算機(jī)直接連到控制總線上，現(xiàn)場控制器也連到這條總

7、線上，即只有一級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)。如BAS一2000系統(tǒng)，它采用的是LonWorks網(wǎng)絡(luò)總線作為工作平臺，它的所有節(jié)點(diǎn)經(jīng)由通信媒體連接成分布式網(wǎng)絡(luò)，每個節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中均處于同等的地位(無主從結(jié)構(gòu))，控制微機(jī)經(jīng)由通信適配器接人控制網(wǎng)絡(luò)中，作為一個節(jié)點(diǎn)，并通過MMI界面軟件執(zhí)行監(jiān)控功能，各設(shè)備傳感器、執(zhí)行器與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)就近連接，節(jié)點(diǎn)故障只影響到與之相連的少數(shù)監(jiān)控點(diǎn)，不會由于單點(diǎn)故障造成系統(tǒng)或子系統(tǒng)癱瘓，大大提高了系統(tǒng)整體的可靠性。同時它提供了LonWorks網(wǎng)絡(luò)和其他總線網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)網(wǎng)機(jī)制，其他各種總線，包括PLC均可通過網(wǎng)關(guān)(Gateway)進(jìn)入BAS網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)LonWorks網(wǎng)絡(luò)和其他總

8、線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳送。,樓宇自動化系統(tǒng)BAS出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代末期。由于各個生產(chǎn)廠家開發(fā)的都是自己專有的通信協(xié)議(Proprietary Communication Protocols)，因此，不同廠家控制設(shè)備之間的通信需要“網(wǎng)關(guān)(Gateway)來解決。這使得應(yīng)用工程師和用戶在同一個BAS系統(tǒng)中選用不同廠家的產(chǎn)品變得非常復(fù)雜和昂貴，應(yīng)用工程師、用戶的選擇范圍和靈活性受到很大限制。 采用開放的、統(tǒng)一的通信協(xié)議，亦即不同廠家的產(chǎn)品能夠采用共同的“語言和“語法輕松地進(jìn)行“交談”，最終的目標(biāo)則是希望形成一個“即插即用 的環(huán)境，使得BAS系統(tǒng)可以容易地進(jìn)行組態(tài)和變更。,2基于BACnet的控

9、制網(wǎng)絡(luò),各種研究單位、基金組織等做了大量努力，推出了幾十種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，其中BACnet是其佼佼者。其協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的目的在于打破專有協(xié)議對樓控工業(yè)的束縛，實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的互操作，協(xié)議是遵照IS00SI公開系統(tǒng)模型。 BACnet協(xié)議已成為美國國家標(biāo)準(zhǔn)。遵守BACnet標(biāo)準(zhǔn)的裝置(上位機(jī)、通用DDC控制器、專用或單元控制器、智能傳感器、執(zhí)行器等)只要采納BACnet的通信協(xié)議和資料規(guī)定，在物理連接和數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕M合上可以有六種以上不同的選擇，如互聯(lián)網(wǎng)使用的IP協(xié)議、以太網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、ARCnet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、主從排列(MSTP)協(xié)議、點(diǎn)對點(diǎn)通信協(xié)議及LonTalk協(xié)議。 BACnet控制方式圖如圖336所示。,

10、美國艾頓公司的BACtalk樓宇自控系統(tǒng)是一個完全的“集散式”系統(tǒng)，其控制軟件及數(shù)據(jù)是存放在整個網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點(diǎn)上，如中央操作站、網(wǎng)絡(luò)控制器和VLC控制器。中央操作站實(shí)際上起到一個人機(jī)對話和人機(jī)界面的作用。通過中央控制臺，管理人員可以對系統(tǒng)內(nèi)的各個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編程、數(shù)據(jù)管理，對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和控制。,4、控制系統(tǒng)中的DDC控制器,BTI BACnet網(wǎng)絡(luò)控制器,BTI-100 網(wǎng)絡(luò)控制器,5、 BACtalk系統(tǒng)的四個層級,13.3、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境分析,BACnet網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)關(guān)與Internet互聯(lián),BACtalk系統(tǒng)組成：BACtalk for Windows中央操作站、局域網(wǎng)控制器和路由器、VL

11、C現(xiàn)場控制器、智能傳感器與執(zhí)行器、專用系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)。 BACtalk系統(tǒng)的部分特點(diǎn)如下： (1) BACnet系統(tǒng)(Native BACnet System)：從操作終端、網(wǎng)絡(luò)控制器、路由器到現(xiàn)場DDC控制器均符合(BACnet標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議之有關(guān)規(guī)定。 (2)簡單、直接的兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)控制器、路由器與計算機(jī)工作站都直接裝在以太網(wǎng)上，同屬上層網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)控制器或路由器又通過MSTP通信網(wǎng)連接現(xiàn)場DDC控制器，可視為下層網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)控制器及路由器同時屬于上下兩層網(wǎng)絡(luò)，它們既有以太網(wǎng)上的地址又有MsTP網(wǎng)上的地址。 (3)高速網(wǎng)絡(luò)通信：網(wǎng)絡(luò)控制器及路由器直接掛在以太網(wǎng)上，數(shù)據(jù)通信速度可達(dá)10MBs。網(wǎng)絡(luò)控制器及路由器下的MSTP通信網(wǎng)速度為768KBs，