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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，分析了傳統集散控制系統和新興的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統優(yōu)缺點(diǎn)以及應用，并介紹了樓宇自控領(lǐng)域中流行的4種現場(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)域中的最新應用情況，對現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統和以太網(wǎng)進(jìn)行了比較
關(guān)鍵詞：樓宇自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò )現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統以太網(wǎng)樓宇自動(dòng)化系統
目前日益流行的智能建筑(InteUigentBuidings)是建筑技術(shù)與計算機信息技術(shù)相結合的產(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(BuidingAutomationsystem，縮寫(xiě)為BAS)、通信自動(dòng)化系統(CAS)和辦公自動(dòng)化系統(OAS)三大系統組成。其中，樓宇自動(dòng)化系統是智能建筑中最基本和最重要的組成部分。樓宇自動(dòng)化系統是利用計算機及其網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)構建的高度自動(dòng)化的綜合管理和控制系統，將大樓內部各種設備連接到一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò )上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對其進(jìn)行綜合的控制，這些設備包括空調、照明設備、電梯、消防設備、安防設備等等。它確保建筑物內的舒適和安全的辦公環(huán)境，同時(shí)實(shí)現高效節能的要求。
2 現場(chǎng)控制系統FCS的出現以及在樓宇自控中的應用
上個(gè)世紀七八十年代，伴隨著(zhù)計算機可靠性提高，價(jià)格大幅下降，出現了由多個(gè)計算機遞階構成的集中、分散相結合的分布式控制系統(DistributedControlSystem，簡(jiǎn)稱(chēng)DCS)。DCS是利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監視、操作、管理和分散控制的一種綜合控制系統。它的測量變送儀表一般是模擬儀表，因此它屬于一種模擬數字混合控制系統，這種系統較以前的各種控制系統有了較大的進(jìn)步。DCS在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域獲得了廣泛的應用，也開(kāi)始應用到樓宇自動(dòng)化控制領(lǐng)域。但是DCS存在如下一些缺點(diǎn)：
(1)安裝費用高。采用一臺儀表、一對傳輸線(xiàn)的接線(xiàn)方式，導致接線(xiàn)龐雜、工程周期長(cháng)、安裝費用高、維護困難；
(2)可靠性差。模擬信號傳輸精度低，而且抗干擾性差；
(3)系統封閉。各廠(chǎng)家的產(chǎn)品自成系統，系統封閉、不開(kāi)放，難以實(shí)現產(chǎn)品的互換與互操作以及組成更大范圍的網(wǎng)絡(luò )系統。
上個(gè)世紀90年代以來(lái)，隨著(zhù)控制技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，出現了基于現場(chǎng)總線(xiàn)的控制系統(FCS)，FCS克服了DCS的缺點(diǎn)，它是一種全數字化的、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。目前，現場(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)鴥韧庾詣?dòng)化設備制造商與用戶(hù)的關(guān)注。FCS極大地簡(jiǎn)化了傳統控制系統繁瑣且技術(shù)含量較低的布線(xiàn)工作量，使其系統檢測和控制單元的分布更趨合理。與傳統的DCS(分布式控制系統)相比，FCS具有可靠性高、可維護性好、成本低、實(shí)時(shí)性好、實(shí)現了控制管理一體化的結構體系等優(yōu)點(diǎn)�，F場(chǎng)總線(xiàn)的出現，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)控制的新紀元，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)。鑒于FCS的許多優(yōu)點(diǎn)，控制專(zhuān)家們紛紛預言“FCS將取代DCS成為2l世紀控制系統的主流�！爆F在，FCS已經(jīng)被應用到樓宇自動(dòng)化控制領(lǐng)域。
2．1應用于樓字自動(dòng)化領(lǐng)域的幾種現場(chǎng)總線(xiàn)
由于誘人的市場(chǎng)商機和不同的應用領(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場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議標準。據不完全統計，目前國際上有40種宣稱(chēng)為開(kāi)放型的現場(chǎng)總線(xiàn)標準。這些協(xié)議根據國際標準化組織(ISO)的計算機網(wǎng)絡(luò )開(kāi)放式互連系統的OSI參考模型來(lái)制定的。大多數現場(chǎng)總線(xiàn)只是用其中的一、二和七層協(xié)議。于是現場(chǎng)總線(xiàn)呈現雜亂紛呈的局面。在這些現場(chǎng)總線(xiàn)中不乏優(yōu)異的現場(chǎng)總線(xiàn)，如CAN、Modbus、Profibus、Lonworks、BACnet、DeviceNet等等。其中Lonworks、BACnet、CAN、EIB等現場(chǎng)總線(xiàn)在樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域獲得了、較廣泛的應用。盡管基于現場(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)：多種現場(chǎng)總線(xiàn)并存而互不兼容，導致FCS的可互操作性只能在同一種現場(chǎng)總線(xiàn)系統中實(shí)現。后面將對FCS的缺點(diǎn)做進(jìn)一步說(shuō)明。
(1)LonWorks
美國Echelon公司1991年推出了LON(Local0penationNetworks)技術(shù)，又稱(chēng)Lonworks技術(shù)。它得到了眾多計算機廠(chǎng)家、系統集成商、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、電力系統供配、消防監控、停車(chē)場(chǎng)管理等領(lǐng)域獲得廣泛應用。具體地說(shuō)LonWorks具有以下優(yōu)點(diǎn)：
①網(wǎng)絡(luò )結構靈活、組網(wǎng)方便。它支持多種網(wǎng)絡(luò )拓撲形式，包括總線(xiàn)型、星型、樹(shù)型、自由拓撲型等，這樣可適應復雜的現場(chǎng)環(huán)境，方便現場(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 )拓撲形式和傳輸介質(zhì)決定，一般可從500m到2700m�？山尤说墓濣c(diǎn)最多為32385個(gè)；
③完善的玨發(fā)工具。提供完善的系統開(kāi)發(fā)環(huán)境，采用開(kāi)放的NEURONC語(yǔ)言，它是ANSIC語(yǔ)言的擴展；
④無(wú)主的網(wǎng)絡(luò )系統。LonWorks網(wǎng)絡(luò )中各節點(diǎn)的地位相同，網(wǎng)絡(luò )管理可設在任一節點(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 )節點(diǎn)的時(shí)間較短，也易于維護。LonWorks采用的LonTalk協(xié)議固化在Echelon公司的Neuron芯片中，這樣可以節省開(kāi)發(fā)LonWorks網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的時(shí)間，也方便維護。
同其它現場(chǎng)總線(xiàn)一樣，LonWorks也有自身的缺點(diǎn)。首先，LonWorks的實(shí)時(shí)性、處理大量數據的能力有些欠缺；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3500多種。目前世界上已安裝有500多萬(wàn)個(gè)LonWorks節點(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)始在國內獲得大量的應用。在建設部的支持下，國內一些研究所和企業(yè)開(kāi)始陸續開(kāi)發(fā)出基于LonWorks的樓宇自動(dòng)化控制系統，并在一些新建智能大廈和建設部智能化小區
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