一、樓宇自動化系統(tǒng)集成概述
系統(tǒng)集成是指將各自分散的、相互獨立的系統(tǒng),有機地集中于一個統(tǒng)一的環(huán)境之中,運行于同一個操作平臺之下,高效率的完成規(guī)定的任務(wù)。集成后的系統(tǒng)不是原來各個系統(tǒng)的簡單疊加,而是各系統(tǒng)的有機綜合,使系統(tǒng)的運行機制與結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)服務(wù)與管理等產(chǎn)生質(zhì)的提高與飛躍。
樓宇自動化系統(tǒng)集成可簡單定義為:將建筑內(nèi)不同功能的自動化子系統(tǒng)在物理上、邏輯上和功能上連接在一起,以實現(xiàn)信息綜合、資源共享,使樓宇自動化系統(tǒng)的功能與性能在各個獨立子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生質(zhì)的提高。傳統(tǒng)上將BAS的網(wǎng)絡(luò)分為管理層、控制層、設(shè)備層。也可以將BAS分兩層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),一層是控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),二層是信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層面上分布了若干被監(jiān)控的弱電子系統(tǒng)。目前用戶對系統(tǒng)集成的要求越來越多,也越來越迫切。各弱電子系統(tǒng)來自于不同廠商的產(chǎn)品,為了使這些產(chǎn)品可以集成到一個平臺,需要有一個開放的通信協(xié)議。樓宇自動化系統(tǒng)集成主要通過建筑或建筑群綜合布線系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù),使構(gòu)成智能建筑的各個子系統(tǒng)具有開放式結(jié)構(gòu)、協(xié)議和接口都標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范。
目前樓宇自動化的系統(tǒng)集成主要模式有下面幾種:
(1)網(wǎng)絡(luò)互連模式,包括專用網(wǎng)關(guān)互聯(lián)和計算機網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)兩種模式。
專用網(wǎng)關(guān)互連模式是由設(shè)備供應(yīng)商(如樓宇自控設(shè)備供應(yīng)商)提出,與第三方互聯(lián)設(shè)備的供應(yīng)商(如消防、保安、冷水機組)聯(lián)合生產(chǎn)針對各種設(shè)備的專用網(wǎng)關(guān),在與第三方設(shè)備互聯(lián)時可直接采用。由于已經(jīng)是成熟產(chǎn)品,可靠性很高,價格可以降低,但在選擇第三方設(shè)備上仍受到限制。
計算機網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)模式是指系統(tǒng)中使用通信網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)和各子系統(tǒng)的通信連接,采集各類機電設(shè)備的實時參數(shù),然后通過實時對象服務(wù)程序把它們轉(zhuǎn)變?yōu)橐恢碌臄?shù)據(jù)格式向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布,通過網(wǎng)關(guān)可以適應(yīng)不同類型的接口和數(shù)據(jù)格式,也不會發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸“瓶頸”。但采用這種方式,對計算機的處理能力以及可靠性的要求較高,對主機的依賴性較強。
(2)采用開放式標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)互聯(lián),采用按開放式標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的開放式系統(tǒng)是實現(xiàn)設(shè)備及子系統(tǒng)之間無縫連接的最好辦法,也是實現(xiàn)樓宇自動化系統(tǒng)集成模式之一。
(3) 基于樓宇自動化DCS的集成模式,通過DC S的管理系統(tǒng)將建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、綜合保安監(jiān)控系統(tǒng)、消防報警及聯(lián)動系統(tǒng)等和建筑密切相關(guān)的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)系統(tǒng)集成一體,并實現(xiàn)它們之間的事件關(guān)聯(lián),提供數(shù)據(jù)庫軟件接口,以利于物業(yè)管理信息系統(tǒng)(M工S)和其它MIS系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫訪問并讀取有關(guān)數(shù)據(jù)及實現(xiàn)相關(guān)控制。
(4)基于子系統(tǒng)平等方式進行系統(tǒng)集成,是一種更為先進的解決方案。這種系統(tǒng)集成方式的核心思想是建立系統(tǒng)集成管理網(wǎng)絡(luò),將各子系統(tǒng)視為下層現(xiàn)場控制網(wǎng),并以平等方式集成。系統(tǒng)集成管理網(wǎng)絡(luò)運行集成系統(tǒng)(實時)數(shù)據(jù)庫,各子系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)通過開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口(如OPC接口)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一格式存儲在系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)集成管理網(wǎng)絡(luò)通過BMS系統(tǒng)核心調(diào)度程序?qū)Ω髯酉到y(tǒng)實現(xiàn)統(tǒng)一管理、監(jiān)控及信息交換。
二、BACnet標(biāo)準(zhǔn)概述
BACnet即樓宇自動控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信協(xié)議,由美國供熱、制冷與空調(diào)工程師協(xié)會組織的標(biāo)準(zhǔn)項目委員會于1995年6月制訂,同年l2月正式成為美國國家標(biāo)準(zhǔn),并且得到歐盟標(biāo)準(zhǔn)委員會的承認(rèn),成為歐盟標(biāo)準(zhǔn)草案,2000年經(jīng)修改討論后成為國際標(biāo)準(zhǔn)。BACnet數(shù)據(jù)通信協(xié)議闡述了樓宇自動控制網(wǎng)絡(luò)的功能、系統(tǒng)組成單元相互分享數(shù)據(jù)的途徑、使用的通信媒介、可以使用的功能以及信息翻譯的全部規(guī)則。該協(xié)議是為采暖、通風(fēng)、空調(diào)、制冷控制設(shè)備而制訂的,同時它也為其他如照明、保安、消防系統(tǒng)等樓宇自控系統(tǒng)的集成提供了基本原則。
BACnet即樓宇自動控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信協(xié)議,由美國供熱、制冷與空調(diào)工程師協(xié)會組織的標(biāo)準(zhǔn)項目委員會于1995年6月制訂,同年l2月正式成為美國國家標(biāo)準(zhǔn),并且得到歐盟標(biāo)準(zhǔn)委員會的承認(rèn),成為歐盟標(biāo)準(zhǔn)草案,2000年經(jīng)修改討論后成為國際標(biāo)準(zhǔn)。BACnet數(shù)據(jù)通信協(xié)議闡述了樓宇自動控制網(wǎng)絡(luò)的功能、系統(tǒng)組成單元相互分享數(shù)據(jù)的途徑、使用的通信媒介、可以使用的功能以及信息翻譯的全部規(guī)則。該協(xié)議是為采暖、通風(fēng)、空調(diào)、制冷控制設(shè)備而制訂的,同時它也為其他如照明、保安、消防系統(tǒng)等樓宇自控系統(tǒng)的集成提供了基本原則。
BACnet作為一種開放性協(xié)議,它仍然采用OSI模型的“分層”通信體系結(jié)構(gòu)。BACnet 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)為一個包含4個層次的分層體系結(jié)構(gòu),這四個層次相對于OSI模型中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層,如圖2所示。
BACnet協(xié)議的基本特點:
(1)BACnet協(xié)議繼承了OSI參考模型所具有的高度抽象性、概括性和一般性的特征,同時比OSI參考模型具有更高的效率和更低的開銷。
(2)BACnet協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)并末限定于某一種特定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),它提供了5種可選方案,這樣可以靈活地適應(yīng)各種己有的應(yīng)用。
(3)BACnet協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)制定時,出于安全考慮,不僅定義了用來提供對實體、數(shù)據(jù)來源以及對操作員身份鑒別的服務(wù),而且還為廠家在設(shè)置人機界面密碼、跟蹤 記錄以及保護密鑰屬性等方面保留了軟件開發(fā)的自由度。
(4)BACnet協(xié)議只是規(guī)定了自控設(shè)備之間進行通信所應(yīng)遵循的規(guī)則,而并末規(guī)定如何實現(xiàn)這些規(guī)則,實現(xiàn)方法留給各廠商自主開發(fā),以利于技術(shù)的多兒化發(fā) 展。
因此,BACnet標(biāo)準(zhǔn)的制定在網(wǎng)絡(luò)通信的層面上,解決了不同樓宇自控系統(tǒng)廠家的產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)各異、互不兼容的問題,同時它也留給各個廠家自由創(chuàng)造和發(fā)展的空間。
三、BACnet標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容
樓宇自動控制設(shè)備從功能上分為兩部分,一部分專門處理設(shè)備的控制功能,另一部分專門處理設(shè)備的數(shù)據(jù)通信功能。不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備使用各自專門的數(shù)據(jù)通信方式,所以不同廠商的設(shè)備之間沒有很好的互操作性。(BACnet數(shù)據(jù)通信協(xié)議》就是要建立一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn),從而使得按這種標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的設(shè)備可以進行通信,實現(xiàn)互操作性。BACnet數(shù)據(jù)通信協(xié)議只是規(guī)定了樓宇自動控制設(shè)備之間要進行“對話”所必須遵守的規(guī)則,并不涉及如何實現(xiàn)這些規(guī)則。BACnet標(biāo)準(zhǔn)由以下幾部分組成:
樓宇自動控制設(shè)備從功能上分為兩部分,一部分專門處理設(shè)備的控制功能,另一部分專門處理設(shè)備的數(shù)據(jù)通信功能。不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備使用各自專門的數(shù)據(jù)通信方式,所以不同廠商的設(shè)備之間沒有很好的互操作性。(BACnet數(shù)據(jù)通信協(xié)議》就是要建立一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn),從而使得按這種標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的設(shè)備可以進行通信,實現(xiàn)互操作性。BACnet數(shù)據(jù)通信協(xié)議只是規(guī)定了樓宇自動控制設(shè)備之間要進行“對話”所必須遵守的規(guī)則,并不涉及如何實現(xiàn)這些規(guī)則。BAC net協(xié)議由以下幾部分組成:
1) 信息數(shù)據(jù)的表示方式
BACnet的目的,是采用一種方式使獨立的樓字自控設(shè)備可以通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對話。因為不同廠商生產(chǎn)出來的直接數(shù)字控制器(DDC)的內(nèi)部軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有很大差異,但卻具有相同的功能,執(zhí)行類似的任務(wù)。因此SPC-135提出了把DDC的任務(wù)劃分成各種標(biāo)準(zhǔn)的“對象”,通過“對象”把內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成通用的、明確的、抽象化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。“對象”是與某一特定功能相關(guān)的所有數(shù)據(jù)元素的集合。通過對象的特性,可以不用考慮設(shè)備內(nèi)部詳細(xì)資料,就可以實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的識別與訪問。BACnet定義了18種標(biāo)準(zhǔn)對象類型,如表1所示,通過不同對象的組合,實現(xiàn)DDC不同的控制功能,從而實現(xiàn)對DDC任務(wù)的描述。
2) 服務(wù)功能
BACnet數(shù)據(jù)通信協(xié)議中的服務(wù)功能是一個BACnet設(shè)備可以用來向其它BACnet設(shè)備請求獲取信息,命令其他設(shè)備執(zhí)行某種操作或者通知其它設(shè)備有某事件發(fā)生的方法。這時需要在BACnet設(shè)備中運行服務(wù)應(yīng)用程序,負(fù)責(zé)發(fā)出服務(wù)請求和處理收到的服務(wù)請求。例如,在樓宇自控系統(tǒng)的中央監(jiān)控站內(nèi)需要在屏幕上顯示樓宇內(nèi)傳感器采集到的數(shù)據(jù),這需要監(jiān)控設(shè)備周期性地向相應(yīng)的目標(biāo)設(shè)備中的對象發(fā)送服務(wù)請求,以獲得最新的輸入數(shù)據(jù):而在現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備中的服務(wù)應(yīng)用程序則負(fù)責(zé)處理收到的服務(wù)請求,并返回包含有所需數(shù)據(jù)的應(yīng)答。BACnet共定義了35種服務(wù)功能,分為6大類分別為:報警和事件服務(wù)(A larma ndE ventS ervices);文件訪問服務(wù)(FileA cceessS ervices);對象訪lhl服務(wù)(Object Access Services):遠(yuǎn)程設(shè)備管理服務(wù)(Remote DeviceManagement Services);虛擬終端服務(wù)(Virtual Terminal Services);網(wǎng)絡(luò)安全性服務(wù)(Network Security Services)。這些數(shù)據(jù)的格式必須符合ISO 8824標(biāo)準(zhǔn)抽象體系符號(ASNO)的規(guī)定,被編為符合BACnet標(biāo)準(zhǔn)的0或1二進制碼在網(wǎng)絡(luò)上傳送。
3) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
BACnet設(shè)備通過局域網(wǎng)傳送符合BACnet標(biāo)準(zhǔn)二進制碼的信息。為滿足不同系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)通訊速度和通訊量的不同要求,BACnet數(shù)據(jù)通信協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層提供了對五種廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持。
四、BACnet標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢
BACnet標(biāo)準(zhǔn)是作為世界上第一個樓宇自動控制網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。它代表了智能建筑發(fā)展的主流趨勢。BACnet不是軟件或硬件,也不是固件,嚴(yán)格地說,BACnet并不是現(xiàn)場總線,而是一種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,即通信規(guī)則。為不同商家產(chǎn)品的系統(tǒng)之間進行信息交流提供平臺和支持。BACnet標(biāo)準(zhǔn)己在全球得到了廣泛的應(yīng)用,全球生產(chǎn)和經(jīng)營樓宇設(shè)備和樓宇自控設(shè)備的主要廠商均支持BACnet標(biāo)準(zhǔn)。
由于BACnet標(biāo)準(zhǔn)可以很好地解決智能建筑樓宇自動化控制領(lǐng)域沒有統(tǒng)一的、先進的、實用的標(biāo)準(zhǔn)這一難題,BACnet是個完全開放的樓宇自控網(wǎng)。它的協(xié)議開放性表現(xiàn)在:
①獨立于任何制造商,也不需要專用芯片,并得到眾多制造商的支持。
②有完整和良好的數(shù)據(jù)表示和交換方法。
③按BACnet標(biāo)準(zhǔn)制造成的產(chǎn)品有嚴(yán)格的一致性等級。
④產(chǎn)品有良好的互操作性,有利于系統(tǒng)的擴展和集成。
隨著網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展,構(gòu)造不同廠家的產(chǎn)品能夠互聯(lián)、互換和互操作并可以與因特網(wǎng)無縫連接的新一代樓宇自動控制系統(tǒng)已成為業(yè)主、系統(tǒng)集成商和最終用戶的迫切要求, BACnet 為用戶和制造商提供了較好的條件和收益。其突出表現(xiàn)在:
①用戶可以從多廠商中實現(xiàn)競標(biāo)來選擇適應(yīng)性最好、價格最低、服務(wù)最優(yōu)的產(chǎn)品和集成商,避免專用(即封閉式)協(xié)議的設(shè)備與系統(tǒng)壟斷,盡量減少工程投資 費用。
②一個工程能夠同時接納不同廠商的產(chǎn)品,有利于市場競爭,保護先進的產(chǎn)品占有市場。
③對原有設(shè)備與系統(tǒng)進行改造、升級和擴展時不用拘泥于原設(shè)備、系統(tǒng)制造商的顧慮,完全按性價比與服務(wù)的優(yōu)劣來取舍。
④BACnet產(chǎn)品有相應(yīng)為數(shù)眾多的供應(yīng)商提供M&R(Maintenance and Repair)服務(wù),使運行費用降低并有利于維護。
⑤有利于提高產(chǎn)品的技術(shù)和質(zhì)量,降低產(chǎn)品成本和價格,提高服務(wù)質(zhì)量。
