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樓宇自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新發(fā)展
摘要：簡(jiǎn)要介紹了樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)，分析了傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)和新興的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)以及應(yīng)用，并介紹了樓宇自控領(lǐng)域中流行的4種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。說(shuō)明了以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及在樓宇自控領(lǐng)域中的最新應(yīng)用情況，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)和以太網(wǎng)進(jìn)行了比較
關(guān)鍵詞：樓宇自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)以太網(wǎng)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)
目前日益流行的智能建筑(InteUigentBuidings)是建筑技術(shù)與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是信息社會(huì)的需要，也是未來(lái)建筑發(fā)展的方向。智能建筑主要由樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(BuidingAutomationsystem，縮寫(xiě)為BAS)、通信自動(dòng)化系統(tǒng)(CAS)和辦公自動(dòng)化系統(tǒng)(OAS)三大系統(tǒng)組成。其中，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)是智能建筑中最基本和最重要的組成部分。樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)構(gòu)建的高度自動(dòng)化的綜合管理和控制系統(tǒng)，將大樓內(nèi)部各種設(shè)備連接到一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行綜合的控制，這些設(shè)備包括空調(diào)、照明設(shè)備、電梯、消防設(shè)備、安防設(shè)備等等。它確保建筑物內(nèi)的舒適和安全的辦公環(huán)境，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的要求。
2 現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)FCS的出現(xiàn)以及在樓宇自控中的應(yīng)用
上個(gè)世紀(jì)七八十年代，伴隨著計(jì)算機(jī)可靠性提高，價(jià)格大幅下降，出現(xiàn)了由多個(gè)計(jì)算機(jī)遞階構(gòu)成的集中、分散相結(jié)合的分布式控制系統(tǒng)(DistributedControlSystem，簡(jiǎn)稱(chēng)DCS)。DCS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)視、操作、管理和分散控制的一種綜合控制系統(tǒng)。它的測(cè)量變送儀表一般是模擬儀表，因此它屬于一種模擬數(shù)字混合控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)較以前的各種控制系統(tǒng)有了較大的進(jìn)步。DCS在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，也開(kāi)始應(yīng)用到樓宇自動(dòng)化控制領(lǐng)域。但是DCS存在如下一些缺點(diǎn)：
(1)安裝費(fèi)用高。采用一臺(tái)儀表、一對(duì)傳輸線(xiàn)的接線(xiàn)方式，導(dǎo)致接線(xiàn)龐雜、工程周期長(zhǎng)、安裝費(fèi)用高、維護(hù)困難；
(2)可靠性差。模擬信號(hào)傳輸精度低，而且抗干擾性差；
(3)系統(tǒng)封閉。各廠(chǎng)家的產(chǎn)品自成系統(tǒng)，系統(tǒng)封閉、不開(kāi)放，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的互換與互操作以及組成更大范圍的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
上個(gè)世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的控制系統(tǒng)(FCS)，F(xiàn)CS克服了DCS的缺點(diǎn)，它是一種全數(shù)字化的、全分散的、全開(kāi)放、可互操作和開(kāi)放式互連的新一代控制系統(tǒng)。目前，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)成為自動(dòng)化技術(shù)中的一個(gè)熱點(diǎn)，備受?chē)?guó)內(nèi)外自動(dòng)化設(shè)備制造商與用戶(hù)的關(guān)注。FCS極大地簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)繁瑣且技術(shù)含量較低的布線(xiàn)工作量，使其系統(tǒng)檢測(cè)和控制單元的分布更趨合理。與傳統(tǒng)的DCS(分布式控制系統(tǒng))相比，F(xiàn)CS具有可靠性高、可維護(hù)性好、成本低、實(shí)時(shí)性好、實(shí)現(xiàn)了控制管理一體化的結(jié)構(gòu)體系等優(yōu)點(diǎn)�，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的出現(xiàn)，為工業(yè)自動(dòng)化帶來(lái)了一場(chǎng)深層次的革命，從而開(kāi)創(chuàng)了工業(yè)自動(dòng)控制的新紀(jì)元，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。鑒于FCS的許多優(yōu)點(diǎn)，控制專(zhuān)家們紛紛預(yù)言“FCS將取代DCS成為2l世紀(jì)控制系統(tǒng)的主流�！爆F(xiàn)在，F(xiàn)CS已經(jīng)被應(yīng)用到樓宇自動(dòng)化控制領(lǐng)域。
2．1應(yīng)用于樓字自動(dòng)化領(lǐng)域的幾種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)
由于誘人的市場(chǎng)商機(jī)和不同的應(yīng)用領(lǐng)域的存在，世界一些大公司或公司聯(lián)盟紛紛提出自己的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)際上有40種宣稱(chēng)為開(kāi)放型的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。這些協(xié)議根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放式互連系統(tǒng)的OSI參考模型來(lái)制定的。大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)只是用其中的一、二和七層協(xié)議。于是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)呈現(xiàn)雜亂紛呈的局面。在這些現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)中不乏優(yōu)異的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，如CAN、Modbus、Profibus、Lonworks、BACnet、DeviceNet等等。其中Lonworks、BACnet、CAN、EIB等現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域獲得了、較廣泛的應(yīng)用。盡管基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的Fcs克服了DCS的許多缺點(diǎn)，但還是有一些不如人意的地方，最明顯的缺點(diǎn)：多種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)并存而互不兼容，導(dǎo)致FCS的可互操作性只能在同一種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。后面將對(duì)FCS的缺點(diǎn)做進(jìn)一步說(shuō)明。
(1)LonWorks
美國(guó)Echelon公司1991年推出了LON(Local0penationNetworks)技術(shù)，又稱(chēng)Lonworks技術(shù)。它得到了眾多計(jì)算機(jī)廠(chǎng)家、系統(tǒng)集成商、儀器儀表以及軟件公司的大力支持，已經(jīng)在樓宇自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化、電力系統(tǒng)供配、消防監(jiān)控、停車(chē)場(chǎng)管理等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。具體地說(shuō)LonWorks具有以下優(yōu)點(diǎn)：
①網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活、組網(wǎng)方便。它支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问剑ǹ偩�(xiàn)型、星型、樹(shù)型、自由拓?fù)湫偷�，這樣可適應(yīng)復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，方便現(xiàn)場(chǎng)布線(xiàn)；
②支持多種傳輸介質(zhì)。包括雙絞線(xiàn)、同軸電纜、電力線(xiàn)、光纖、無(wú)線(xiàn)射頻等；兩種傳輸速率：78bps和1．25Mbps，最大傳輸距離由網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问胶蛡鬏斀橘|(zhì)決定，一般可從500m到2700m。可接人的節(jié)點(diǎn)最多為32385個(gè)；
③完善的玨發(fā)工具。提供完善的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境，采用開(kāi)放的NEURONC語(yǔ)言，它是ANSIC語(yǔ)言的擴(kuò)展；
④無(wú)主的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。LonWorks網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的地位相同，網(wǎng)絡(luò)管理可設(shè)在任一節(jié)點(diǎn)處，并可安裝多個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理器；
⑤開(kāi)發(fā)LonWorks網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間較短，也易于維護(hù)。LonWorks采用的LonTalk協(xié)議固化在Echelon公司的Neuron芯片中，這樣可以節(jié)省開(kāi)發(fā)LonWorks網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間，也方便維護(hù)。
同其它現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)一樣，LonWorks也有自身的缺點(diǎn)。首先，LonWorks的實(shí)時(shí)性、處理大量數(shù)據(jù)的能力有些欠缺；其次，由于LonWorks依賴(lài)于Echelon公司的Neuron芯片，所以它的完全開(kāi)放性也受到一些質(zhì)疑。盡管LonWorks存在一些不足，但是LonWorks的FCS還在樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。世界上有2萬(wàn)多家OEM廠(chǎng)商生產(chǎn)LonWorks相關(guān)產(chǎn)品，其中種類(lèi)已達(dá)3500多種。目前世界上已安裝有500多萬(wàn)個(gè)LonWorks節(jié)點(diǎn)，LonT~k協(xié)議也被接納為歐洲CENTC247、CENTC205的一部分。自1996年以來(lái)，LonWorks也開(kāi)始在國(guó)內(nèi)獲得大量的應(yīng)用。在建設(shè)部的支持下，國(guó)內(nèi)一些研究所和企業(yè)開(kāi)始陸續(xù)開(kāi)發(fā)出基于LonWorks的樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)，并在一些新建智能大廈和建設(shè)部智能化小區(qū)
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