樓宇自動化系統產品技術的進展分析

邵漣

摘要：本文在介紹智能建筑樓宇自動化系統的基礎上，著重對其產品技術的新進展進行分析。

關鍵詞：樓宇自動化系統網絡；結構控制器；系統軟件

樓宇自動化系統（BAS，BuildingAutomationSystem）是智能建筑的重要組成部分，它通過對空調系統、給排水系統、照明系統、變配電系統等的管理與協調，實現設備管理的自動化，從而改善系統運行品質、提高管理水平、降低運行管理勞動強度、節省運行能耗。樓宇自動化系統采用基于現代控制理論的集散型計算機控制系統，也稱分布式控制系統（DCS，DistributedControlSystem），它的特征是“集中管理，分散控制”，即用分布在現場的DDC裝置完成被控設備的實時檢測和控制任務，克服了計算機集中控制帶來的危險性和常規儀表控制功能單一的局限性。隨著現場總線（Fieldbus）技術的不斷發展，逐漸成熟的現場總線控制系統（FCS，FieldbusControlSystem）正在樓宇自動化領域中得到越來越多的應用。

1產品技術分析

樓宇自動化系統產品的品牌在國內影響較大的公司有霍尼韋爾（Honeywell）、西門子（Siemens）、江森自控（JohnsonControl）、施耐德（TAC）等。本文就網絡結構、現場控制器及其擴展方式、系統軟件對這四家公司的新產品技術進行分析。

ComfortPoint系統是基于NativeBACnet標準開發，在BACnetIP和MS/TP（主從/令牌傳遞）網絡段中采用的是對等網絡結構，即使一臺設備發生了故障也不影響其他設備，確保了操作的連續性。ComfortPoint系統的網絡結構以及模塊化的控制器都可隨著被控設備數量的增加對其進行擴展。

1.1網絡結構

目前的樓宇自動化系統主要采用以下三種網絡拓撲結構：（1）扁平結構一一工作站直接與現場控制設備相連；（2）兩層網絡結構——上層網絡與現場控制總線兩層，兩層網絡之間通過通信控制器連接；（3）三層網絡結構一一在上層網絡與現場控制總線之間增加了一層中間層控制網絡，解決由于末端分布范圍較廣形成的復雜聯動控制問題。

（一）Honeywell公司的ComfortPoint系統

ComfortPoint系統結構采用的是三層

管理層：是可與EBI系統的服務器和工作站連接的人機界面，其信息通道是以太網。

應用層：由可自由編程的32位BACnet網絡控制器組成，其內置BACnetIP路由器，可實現與管理層的通信。

現場層：由可編程現場控制器和可編程區域控制器組成。可編程區域控制器內置可與網絡控制器進行通信的接口，可通過BACnetMS/TP信道與網絡控制器進行連接。

（二） Siemens公司的Apogee系統

Apogee系統的設計是把上層的操作員終端工作站及下層的遠程DDC監控控制器通過網絡方式連接，以達到完全監控的目的。

Apogee系統的網絡結構由三個層面組成，

管理層網絡（MLN）：在管理層網絡上的所有系統終端工作站都能監控控制器網絡層上的監控點和控制設備，以及編輯其數據庫。管理層采用以太網連接，并以TCP/IP為其通信協議，DDC也可以直接掛在以太網上。

自動化級網絡（ALN）：該層為高速率的RS-485標準網絡，且以同層對等網絡（PeertoPeer）為主要結構。在這一層網絡上可以支持其他系統（如與LonWorks、Modbus等）的集成。

樓層級網絡（FLN）：此網絡通訊支持一些特殊應用的控制器，控制器在該網絡上可傳輸共享信息。重要的DDC控制器（如PXCMODULAR系列）能支持最多3條樓層級網絡。

（三）Johnson公司的MSEA系統

MSEA（MetasysExtendedArchitecture）系統在原有Metasys系統兩層網絡結構（N1和N2）的基礎上又拓展出兩條二級總線：其一是基于BACnetMS/TP的總線；其二是基于LonWorks的總線。其中，ADS（應用數據服務器軟件）和NAE（網絡控制引擎）是該系統的兩個最重要的部分。系統可以與任一符合其通信協議的產品進行聯網，其開放性和靈活性也因此有了大幅度的提高。

MSEA系統屬于兩層網絡系統結構。

上層網絡：系統通過采用互聯網協議（IP）的以太網絡進行BACnet信息交換，網上各節點之間的數據交換采用點對點（peertopeer）方式，各節點均具備動態數據訪問（DynamicDataAccess）功能。

下層網絡：連接控制器及接口模塊至網絡控制引擎（NAE）其中，N2總線是以Optomax協議為基礎的，該協議最初是為工業應用而設計的，現已證明是一種可靠的通信網絡；LonWorks總線是采用LonTalk協議；BACnet體系采用的是BACnetMS/TP通信協議。不同的總線對應著不同的控制器和擴展模塊。

（四）AC公司的Vista系統

TACVista系統通過通信、數據采集、信息共享，建立一個專一的、可互操作的網絡系統，并可與其他基于開放系統框架的產品相結合。

TACVista系統采用兩層網絡結構。

上層：TACVistaServer、Workstation、Webstation和ScreenMate使用TCP/IP協議和標準網絡設備在以太網上通信。

現場層：現場總線通信基于開放的LonWorks技術，TACXenta控制器提供對標準LonWorks接入訪問。TCP/IP與LonWorks的網絡通信可以通過TACXenta911（以太網通信裝置）來完成。

2結束語

綜上對各家產品網絡結構的分析，可得出以下結論：

①.上層網絡：基本上都是采用以太網技術進行組網的，通信速率為10M/100M。

②主控網絡：HoneywellXL8000主控網絡由XL8000-IPC組成，可通過ExpansionBus對其進行擴展；Apogee主控網絡ALN采用的是RS-485標準網絡，其通信速率最大可達到115K，使用令牌控制方式；MSEA系統控制網絡由三條支持不同協議的信息通道組成；Vista系統控制網絡采用LonWorks協議，通信速率是76.8K，使用預測的P堅持CSMA控制方式。

③二級控制網絡：HoneywellXL.8000采用BACnetMS/TP，其通信速率為76.8K；ApogeeFLN采用RS-485，也支持LonWorks或者BACnetMS/TP協議，其通信速率最大可達到38.4K，采用主從控制方式。

參考文獻：

[1]李鵬；ZigBee網絡性能分析及網絡規劃應用研究[D]；華中師范大學；2009年.

[2]袁桂嫦；現代大型展覽館樓宇自控系統的設計與應用[D]；華南理工大學；2011年.

（作者單位：佛山碧晶電子科技有限公司）