樓宇自控市場(chǎng)是海思現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品的重要市場(chǎng)之一，也是最復(fù)雜的市場(chǎng)之一。海思常常面對(duì)客戶五花八門(mén)的問(wèn)題，尤其是有關(guān)樓宇自控領(lǐng)域主流的通信技術(shù)LonWorks、BACnet、KNX等三種現(xiàn)場(chǎng)總線哪個(gè)更好的問(wèn)題，著實(shí)令人應(yīng)接不暇。在此，本文從樓宇自控協(xié)議的引入與發(fā)展現(xiàn)狀、以及三者主要的技術(shù)特點(diǎn)二方面作個(gè)介紹，給用戶作個(gè)參考。
一、樓宇自控的通訊協(xié)議引入
隨著信息技術(shù)及整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，樓宇自動(dòng)化也正向集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向邁進(jìn)。大系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)就是通信網(wǎng)絡(luò)，其技術(shù)核心體現(xiàn)在系統(tǒng)集成及相關(guān)通信協(xié)議上。確保信息正常傳送，必須有關(guān)信息傳輸順序、信息格式和信息內(nèi)容等方面有一組約定或規(guī)則，這組約定或規(guī)則就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。簡(jiǎn)單說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議好像各設(shè)備間通信時(shí)使用語(yǔ)言。各家通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和性能差異，存著系統(tǒng)間通信兼容和互換性問(wèn)題，需要一個(gè)統(tǒng)一開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)各家產(chǎn)品相互兼容和交換。這樣做好處是所有廠家儀表、系統(tǒng)都可進(jìn)行互相通信，使各制造商產(chǎn)品不受專有協(xié)議限制，給用戶使用帶來(lái)極大方便。主要優(yōu)點(diǎn)有：減少布線、安裝等費(fèi)用;節(jié)省操作與維修費(fèi)用;數(shù)字傳遞精度高;增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性和升級(jí)方便性。目前國(guó)際上網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議發(fā)展很快，均處于不斷變化中。
目前，大多數(shù)局域網(wǎng)、主干網(wǎng)與Internet互連技術(shù)已成熟并到了廣泛應(yīng)用。樓宇系統(tǒng)設(shè)備眾多，控制網(wǎng)絡(luò)五花八門(mén)，各廠家提供樓宇設(shè)備和控制系統(tǒng)，其通信協(xié)議不同，造成不同廠商設(shè)備之間沒(méi)有很好的互操作性，且影響系統(tǒng)的管理、維護(hù)和安全。長(zhǎng)期以來(lái)，用戶一直希望打破樓宇控制廠家壟斷局面，迫切盼望采用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。人們已經(jīng)看到，一個(gè)不具備開(kāi)放性、不能實(shí)現(xiàn)互操作系統(tǒng)會(huì)給系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)、升級(jí)改造帶來(lái)極大不便。這種形式下，LonWorks和BACnet、以及KNX等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生并已形成目前較為主流的通訊協(xié)議。
二、LonWorks總線技術(shù)
LonWorks是1993年推出，它具有統(tǒng)一性、開(kāi)放性和互操作性。LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)稱為LON網(wǎng)絡(luò)，其核心為Neuron芯片，它既能管理通信，又具有輸入、輸出功能，芯片內(nèi)部含有三個(gè)CPU，分別管理網(wǎng)絡(luò)、介質(zhì)訪問(wèn)和應(yīng)用。LonWorks神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種近年來(lái)已廣泛應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中一種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，其最大特點(diǎn)是掛接LON總線上備控制節(jié)點(diǎn)都有裝配有神經(jīng)元控制芯片，而每只芯片內(nèi)已固化有標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，這就使接入LON總線各類設(shè)備可互通信，可實(shí)現(xiàn)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)集成，它短時(shí)間內(nèi)到了自動(dòng)控制領(lǐng)域廣泛關(guān)注和普遍接受，樓宇自動(dòng)控制領(lǐng)域更成為實(shí)際上標(biāo)準(zhǔn)。可以說(shuō)LonWorks技術(shù)最大應(yīng)用領(lǐng)域就是樓宇自動(dòng)化方面，它包括建筑物監(jiān)控系統(tǒng)所有領(lǐng)域，即人口控制、電梯和能源管理、消防、救生、供暖通風(fēng)、測(cè)量、保安等。建筑業(yè)中，LonWorks協(xié)議中介質(zhì)訪問(wèn)控制層，即第七層協(xié)議中第一、二層已經(jīng)被(ASHRAE)接納為建筑自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)(BACnet)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也被美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所采納。
LON網(wǎng)絡(luò)采用通信協(xié)議稱為Lontalk協(xié)議，該協(xié)議對(duì)用戶完全開(kāi)放，支持多種通信媒介，可以實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間互操作。LonWorks作為局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)控制領(lǐng)域應(yīng)用，LON網(wǎng)絡(luò)是將控制系統(tǒng)按局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)方式進(jìn)行構(gòu)造，用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)代替LAN中工作站，并將其安裝監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，直接與各種傳感器、控制器相連。LonWorks網(wǎng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)間可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)信息傳送，具有很好互操作性。支持LonWorks各種智能節(jié)點(diǎn)(如溫度、濕度、壓力、二氧化碳檢測(cè)，執(zhí)行器、控制器、數(shù)據(jù)記錄及趨勢(shì)分析等)，能使傳感器、變送器與執(zhí)行器本身帶有數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通信功能，它們十分有效支持了樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)建，所有匹配智能節(jié)點(diǎn)、輸入輸出模塊樓宇設(shè)備系統(tǒng)，都能方便組成真正分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。LON網(wǎng)絡(luò)一個(gè)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)數(shù)最多可達(dá)32000個(gè)，是哪一類節(jié)點(diǎn)，都含有用于控制和通信Neuron芯片，用于連接一個(gè)或多個(gè)I/O設(shè)備I/O接口，以及負(fù)責(zé)將節(jié)點(diǎn)連接上網(wǎng)收發(fā)器。采用LonWorks技術(shù)網(wǎng)絡(luò)可以輕松實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)、不同產(chǎn)品之間對(duì)等通訊，廣泛用來(lái)構(gòu)建分布式控制網(wǎng)絡(luò)，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)可靠性。LonWorks互操作協(xié)議設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品之間互聯(lián)，這為系統(tǒng)集成提供了方便，尤其為打破某些公司專項(xiàng)技術(shù)壟斷提供了可能。
LonWorks技術(shù)及產(chǎn)品研發(fā)、銷(xiāo)售是海思最核心的發(fā)展戰(zhàn)略，作為L(zhǎng)onWorks技術(shù)中國(guó)領(lǐng)航企業(yè)，提供LonWorks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完整的解決方案是海思努力追求的目標(biāo)，也是用戶對(duì)海思的期待。
三、BACnet協(xié)議
BACnet是A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Network的簡(jiǎn)稱，1987年，美國(guó)暖通空調(diào)工程師協(xié)會(huì)組織(ASHARE)的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目委員會(huì)調(diào)集了全球20多位業(yè)內(nèi)著名專家，經(jīng)過(guò)8年半時(shí)間，在1995年6月，ASHARE正式通過(guò)全球首個(gè)樓宇自控行業(yè)通訊標(biāo)準(zhǔn)--BACnet，標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)為ANSI/ASHAREStandard135-1995，同年12月成為美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并且還得到歐盟委員會(huì)的承認(rèn)，成為歐盟標(biāo)準(zhǔn)草案。
BACnet是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通訊和數(shù)據(jù)交換協(xié)議。各廠家按照這一協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)與樓宇自控網(wǎng)兼容的控制器與接口，最終達(dá)到不同廠家生產(chǎn)的控制器都可以相互交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)互操作性。換言之，它確立了在不必考慮生產(chǎn)廠家，不依賴任何專用芯片組的情況下，各種兼容系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)放性與互操作性的基本規(guī)則。
BACnet可以使不同廠商的控制產(chǎn)品集成到統(tǒng)一的系統(tǒng)中，從而為業(yè)主和系統(tǒng)管理者提供最大的系統(tǒng)選擇的靈活性和性價(jià)比。協(xié)議可以將暖通空調(diào)、照明、消防、門(mén)禁和安全防范等設(shè)備進(jìn)行集成。當(dāng)業(yè)主擴(kuò)展現(xiàn)有系統(tǒng)時(shí)，可以不必一定選擇原系統(tǒng)供應(yīng)商的設(shè)備，可以選用最好的技術(shù)和服務(wù)，從而通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)使業(yè)主的投資回報(bào)得到保障。BACnet可以使各種不同廠商的控制系統(tǒng)不僅在單個(gè)建筑物使用，也可使建筑群集成在一個(gè)操作站上進(jìn)行監(jiān)控。
BACnet標(biāo)準(zhǔn)的誕生，結(jié)束了樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域眾多廠家各自為政的局面。BACnet作為一種標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放式的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，使不同廠家的樓宇設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)互操作，也就是說(shuō)，一個(gè)系統(tǒng)中，允許混用不同廠家的設(shè)備，并能為這些設(shè)備提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信服務(wù)和協(xié)議操作平臺(tái)。這樣不僅給用戶提供了更大選擇的空間，并且給系統(tǒng)升級(jí)、維護(hù)提供了更多的靈活性。BACnet標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)曖通空調(diào)、給排水、消防、保安等樓宇系統(tǒng)設(shè)計(jì)，它提供各種樓宇設(shè)備模型，使各種設(shè)備能互操作和協(xié)同工作。BACnet定義了一種不同LAN環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)工作站之間的通信規(guī)程，它利用太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通訊互聯(lián)，其傳輸性能較傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)有比較大的提高。
BACnet協(xié)議作為數(shù)據(jù)通信的主流協(xié)議，國(guó)內(nèi)不乏大量的相關(guān)技術(shù)人才，基于BACnet協(xié)議的系統(tǒng)集成技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)。海思正全力投入BACnet技術(shù)研發(fā)，向市場(chǎng)投放更多的基于BACnet IP、BACnet MS/TP協(xié)議的高品質(zhì)的智能化產(chǎn)品。
四、KNX總線技術(shù)
上世紀(jì)90年代初，歐洲的三大住宅和樓宇控制總線協(xié)議EIB、BatiBus和EHS在各自探索市場(chǎng)及標(biāo)準(zhǔn)化之路，雖然他們?cè)诓煌貐^(qū)和不同領(lǐng)域各有斬獲，但是前景仍然難以預(yù)測(cè)。后來(lái)，這三家組織決定聯(lián)合起來(lái)開(kāi)發(fā)智能家居和樓宇市場(chǎng)，他們于1995年成立了Konnex協(xié)會(huì)，并在2002年春推出了KNX標(biāo)準(zhǔn)。KNX(Konnex的縮寫(xiě))是被正式批準(zhǔn)的住宅和樓宇控制領(lǐng)域的開(kāi)放式國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)以EIB為基礎(chǔ)，兼顧了BatiBus和EHSA的物理層規(guī)范，并吸收了BatiBus和EHSA中配置模式等優(yōu)點(diǎn)，最終提供了家庭、樓宇自動(dòng)化的完整解決方案。目前，KNX已是被正式批準(zhǔn)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO/IEC14543-3)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)(CENELECEN50090和CENEN13321-1和13321-2)、中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)(GB/Z20965)和ANSI/ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)(ANSI/ASHRAE135)。
KNX總線標(biāo)準(zhǔn)是獨(dú)立于制造商和應(yīng)用領(lǐng)域的系統(tǒng)，這就使它可能成為住宅和樓宇世界里各種設(shè)備、系統(tǒng)組件間溝通的通用語(yǔ)言。將所有的總線設(shè)備連接到KNX介質(zhì)上(這些介質(zhì)包括雙絞線、射頻、電力線或IP/Ethernet)，它們就可以進(jìn)行信息交換。總線設(shè)備可以是傳感器也可以是執(zhí)行器，用于控制管理樓宇或住宅內(nèi)的各種裝置如：照明、遮光/窗簾、安防系統(tǒng)、能源管理、供暖、通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)、信號(hào)和監(jiān)控系統(tǒng)、樓宇控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制、計(jì)量、視頻/音頻控制、大型家電等。所有這些功能通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)就可以進(jìn)行控制、監(jiān)視和發(fā)送信號(hào)，不需要額外的控制中心。對(duì)于KNX協(xié)會(huì)的成員而言，該系統(tǒng)是免費(fèi)授權(quán)的，所有帶有KNX標(biāo)志的產(chǎn)品都經(jīng)過(guò)認(rèn)證以確保系統(tǒng)的兼容性、交互性和互操作性
KNX提供了多種入門(mén)階段等級(jí)以實(shí)施KNX工程：通過(guò)E-Mode(簡(jiǎn)易安裝)，無(wú)需PC，使用一臺(tái)中央控制器、編碼輪或推鈕即可完成配置，E-Mode兼容產(chǎn)品一般都具有有限的功能性和傾向于最小化安裝，尚無(wú)KNX資格的承包商也能使用;通過(guò)S-Mode(系統(tǒng)安裝)，經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的KNX承包商/集成商可以實(shí)現(xiàn)合理熟練的安裝，通過(guò)一臺(tái)PC和已安裝的ETS軟件完成安裝和配置計(jì)劃。。
綠色節(jié)能一直是KNX標(biāo)準(zhǔn)的重要標(biāo)簽。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在總能源消耗中，樓宇占了相當(dāng)大的比重，因此樓宇的節(jié)能潛力不容小視。KNX符合EN15232規(guī)定的樓宇自動(dòng)化頂級(jí)能源性能等級(jí)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)50%的能源節(jié)約，在單一總線系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了所有電氣功能的網(wǎng)絡(luò)化最優(yōu)調(diào)控。這一點(diǎn)在2006年的一次會(huì)議上得到有力證實(shí)。意大利的特蘭托大學(xué)和德國(guó)的不萊梅大學(xué)給樓宇和房間裝備了KNX的供暖和照明控制系統(tǒng)，對(duì)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行估算并將“常規(guī)”情況和“KNX”運(yùn)轉(zhuǎn)情況相比較。比較測(cè)試的記錄數(shù)據(jù)包括了從2002年初到2005年底的時(shí)段。數(shù)據(jù)分析的結(jié)果非常積極，與按標(biāo)準(zhǔn)安裝的房間相比，KNX控制的房間能夠節(jié)省高達(dá)50%的能源。
近年來(lái)，KNX組織開(kāi)始在各大AV行業(yè)展會(huì)中頻頻亮相，同時(shí)，支持KNX標(biāo)準(zhǔn)的行業(yè)企業(yè)也在不斷增多。KNX正以其廣泛的適用性、互操作性和節(jié)能特性受到AV行業(yè)的認(rèn)可。
海思在KNX技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)上可謂不遺余力。尤其是近幾年來(lái)，KNX總線技術(shù)在智能家居領(lǐng)域快速發(fā)展，市場(chǎng)呼喚國(guó)內(nèi)高品質(zhì)的KNX產(chǎn)品，海思更是加大了研發(fā)投入，相信在不久的將來(lái)，高質(zhì)量的、系列化KNX產(chǎn)品將進(jìn)入海思的產(chǎn)品序列。
海思Modbus轉(zhuǎn)LonWorks網(wǎng)關(guān)
