一、楼宇自动化系统集成概述
系统集成是指将各自分散的、相互独立的系统,有机地集中于一个统一的环境之中,运行于同一个操作平台之下,高效率的完成规定的任务。集成后的系统不是原来各个系统的简单叠加,而是各系统的有机综合,使系统的运行机制与结构、系统服务与管理等产生质的提高与飞跃。
楼宇自动化系统集成可简单定义为:将建筑内不同功能的自动化子系统在物理上、逻辑上和功能上连接在一起,以实现信息综合、资源共享,使楼宇自动化系统的功能与性能在各个独立子系统的基础上产生质的提高。传统上将BAS的网络分为管理层、控制层、设备层。也可以将BAS分两层网络架构,一层是控制网络架构,二层是信息网络架构。在控制网络架构层面上分布了若干被监控的弱电子系统。目前用户对系统集成的要求越来越多,也越来越迫切。各弱电子系统来自于不同厂商的产品,为了使这些产品可以集成到一个平台,需要有一个开放的通信协议。楼宇自动化系统集成主要通过建筑或建筑群综合布线系统和计算机网络技术,使构成智能建筑的各个子系统具有开放式结构、协议和接口都标准化和规范。
目前楼宇自动化的系统集成主要模式有下面几种:
(1)网络互连模式,包括专用网关互联和计算机网络互联两种模式。
专用网关互连模式是由设备供应商(如楼宇自控设备供应商)提出,与第三方互联设备的供应商(如消防、保安、冷水机组)联合生产针对各种设备的专用网关,在与第三方设备互联时可直接采用。由于已经是成熟产品,可靠性很高,价格可以降低,但在选择第三方设备上仍受到限制。
计算机网络互联模式是指系统中使用通信网关实现和各子系统的通信连接,采集各类机电设备的实时参数,然后通过实时对象服务程序把它们转变为一致的数据格式向网络上发布,通过网关可以适应不同类型的接口和数据格式,也不会发生数据传输“瓶颈”。但采用这种方式,对计算机的处理能力以及可靠性的要求较高,对主机的依赖性较强。
(2)采用开放式标准实现互联,采用按开放式标准生产的开放式系统是实现设备及子系统之间无缝连接的最好办法,也是实现楼宇自动化系统集成模式之一。
(3) 基于楼宇自动化DCS的集成模式,通过DC S的管理系统将建筑设备监控系统、综合保安监控系统、消防报警及联动系统等和建筑密切相关的实时监控数据系统集成一体,并实现它们之间的事件关联,提供数据库软件接口,以利于物业管理信息系统(M工S)和其它MIS系统通过数据库访问并读取有关数据及实现相关控制。
(4)基于子系统平等方式进行系统集成,是一种更为先进的解决方案。这种系统集成方式的核心思想是建立系统集成管理网络,将各子系统视为下层现场控制网,并以平等方式集成。系统集成管理网络运行集成系统(实时)数据库,各子系统的实时数据通过开放的工业标准接口(如OPC接口)转换成统一格式存储在系统集成数据库中。系统集成管理网络通过BMS系统核心调度程序对各子系统实现统一管理、监控及信息交换。
二、BACnet标准概述
BACnet即楼宇自动控制网络数据通信协议,由美国供热、制冷与空调工程师协会组织的标准项目委员会于1995年6月制订,同年l2月正式成为美国国家标准,并且得到欧盟标准委员会的承认,成为欧盟标准草案,2000年经修改讨论后成为国际标准。BACnet数据通信协议阐述了楼宇自动控制网络的功能、系统组成单元相互分享数据的途径、使用的通信媒介、可以使用的功能以及信息翻译的全部规则。该协议是为采暖、通风、空调、制冷控制设备而制订的,同时它也为其他如照明、保安、消防系统等楼宇自控系统的集成提供了基本原则。
BACnet即楼宇自动控制网络数据通信协议,由美国供热、制冷与空调工程师协会组织的标准项目委员会于1995年6月制订,同年l2月正式成为美国国家标准,并且得到欧盟标准委员会的承认,成为欧盟标准草案,2000年经修改讨论后成为国际标准。BACnet数据通信协议阐述了楼宇自动控制网络的功能、系统组成单元相互分享数据的途径、使用的通信媒介、可以使用的功能以及信息翻译的全部规则。该协议是为采暖、通风、空调、制冷控制设备而制订的,同时它也为其他如照明、保安、消防系统等楼宇自控系统的集成提供了基本原则。
BACnet作为一种开放性协议,它仍然采用OSI模型的“分层”通信体系结构。BACnet 标准协议体系结构为一个包含4个层次的分层体系结构,这四个层次相对于OSI模型中的物理层、数据链路层、网络层和应用层,如图2所示。
BACnet协议的基本特点:
(1)BACnet协议继承了OSI参考模型所具有的高度抽象性、概括性和一般性的特征,同时比OSI参考模型具有更高的效率和更低的开销。
(2)BACnet协议标准并末限定于某一种特定的网络拓扑结构,它提供了5种可选方案,这样可以灵活地适应各种己有的应用。
(3)BACnet协议标准制定时,出于安全考虑,不仅定义了用来提供对实体、数据来源以及对操作员身份鉴别的服务,而且还为厂家在设置人机界面密码、跟踪 记录以及保护密钥属性等方面保留了软件开发的自由度。
(4)BACnet协议只是规定了自控设备之间进行通信所应遵循的规则,而并末规定如何实现这些规则,实现方法留给各厂商自主开发,以利于技术的多儿化发 展。
因此,BACnet标准的制定在网络通信的层面上,解决了不同楼宇自控系统厂家的产品的标准各异、互不兼容的问题,同时它也留给各个厂家自由创造和发展的空间。
三、BACnet标准内容
楼宇自动控制设备从功能上分为两部分,一部分专门处理设备的控制功能,另一部分专门处理设备的数据通信功能。不同厂商生产的设备使用各自专门的数据通信方式,所以不同厂商的设备之间没有很好的互操作性。(BACnet数据通信协议》就是要建立一种统一的数据通信标准,从而使得按这种标准生产的设备可以进行通信,实现互操作性。BACnet数据通信协议只是规定了楼宇自动控制设备之间要进行“对话”所必须遵守的规则,并不涉及如何实现这些规则。BACnet标准由以下几部分组成:
楼宇自动控制设备从功能上分为两部分,一部分专门处理设备的控制功能,另一部分专门处理设备的数据通信功能。不同厂商生产的设备使用各自专门的数据通信方式,所以不同厂商的设备之间没有很好的互操作性。(BACnet数据通信协议》就是要建立一种统一的数据通信标准,从而使得按这种标准生产的设备可以进行通信,实现互操作性。BACnet数据通信协议只是规定了楼宇自动控制设备之间要进行“对话”所必须遵守的规则,并不涉及如何实现这些规则。BAC net协议由以下几部分组成:
1) 信息数据的表示方式
BACnet的目的,是采用一种方式使独立的楼字自控设备可以通过网络实现对话。因为不同厂商生产出来的直接数字控制器(DDC)的内部软件的数据结构有很大差异,但却具有相同的功能,执行类似的任务。因此SPC-135提出了把DDC的任务划分成各种标准的“对象”,通过“对象”把内部数据结构转换成通用的、明确的、抽象化的数据结构以实现数据通讯。“对象”是与某一特定功能相关的所有数据元素的集合。通过对象的特性,可以不用考虑设备内部详细资料,就可以实现信息数据的识别与访问。BACnet定义了18种标准对象类型,如表1所示,通过不同对象的组合,实现DDC不同的控制功能,从而实现对DDC任务的描述。
2) 服务功能
BACnet数据通信协议中的服务功能是一个BACnet设备可以用来向其它BACnet设备请求获取信息,命令其他设备执行某种操作或者通知其它设备有某事件发生的方法。这时需要在BACnet设备中运行服务应用程序,负责发出服务请求和处理收到的服务请求。例如,在楼宇自控系统的中央监控站内需要在屏幕上显示楼宇内传感器采集到的数据,这需要监控设备周期性地向相应的目标设备中的对象发送服务请求,以获得最新的输入数据:而在现场监测设备中的服务应用程序则负责处理收到的服务请求,并返回包含有所需数据的应答。BACnet共定义了35种服务功能,分为6大类分别为:报警和事件服务(A larma ndE ventS ervices);文件访问服务(FileA cceessS ervices);对象访lhl服务(Object Access Services):远程设备管理服务(Remote DeviceManagement Services);虚拟终端服务(Virtual Terminal Services);网络安全性服务(Network Security Services)。这些数据的格式必须符合ISO 8824标准抽象体系符号(ASNO)的规定,被编为符合BACnet标准的0或1二进制码在网络上传送。
3) 网络技术
BACnet设备通过局域网传送符合BACnet标准二进制码的信息。为满足不同系统对网络通讯速度和通讯量的不同要求,BACnet数据通信协议的数据链路层和物理层提供了对五种广泛使用的网络技术的支持。
四、BACnet标准的优势
BACnet标准是作为世界上第一个楼宇自动控制网络的数据通信协议。它代表了智能建筑发展的主流趋势。BACnet不是软件或硬件,也不是固件,严格地说,BACnet并不是现场总线,而是一种网络协议,即通信规则。为不同商家产品的系统之间进行信息交流提供平台和支持。BACnet标准己在全球得到了广泛的应用,全球生产和经营楼宇设备和楼宇自控设备的主要厂商均支持BACnet标准。
由于BACnet标准可以很好地解决智能建筑楼宇自动化控制领域没有统一的、先进的、实用的标准这一难题,BACnet是个完全开放的楼宇自控网。它的协议开放性表现在:
①独立于任何制造商,也不需要专用芯片,并得到众多制造商的支持。
②有完整和良好的数据表示和交换方法。
③按BACnet标准制造成的产品有严格的一致性等级。
④产品有良好的互操作性,有利于系统的扩展和集成。
随着网络互联技术的发展,构造不同厂家的产品能够互联、互换和互操作并可以与因特网无缝连接的新一代楼宇自动控制系统已成为业主、系统集成商和最终用户的迫切要求, BACnet 为用户和制造商提供了较好的条件和收益。其突出表现在:
①用户可以从多厂商中实现竞标来选择适应性最好、价格最低、服务最优的产品和集成商,避免专用(即封闭式)协议的设备与系统垄断,尽量减少工程投资 费用。
②一个工程能够同时接纳不同厂商的产品,有利于市场竞争,保护先进的产品占有市场。
③对原有设备与系统进行改造、升级和扩展时不用拘泥于原设备、系统制造商的顾虑,完全按性价比与服务的优劣来取舍。
④BACnet产品有相应为数众多的供应商提供M&R(Maintenance and Repair)服务,使运行费用降低并有利于维护。
⑤有利于提高产品的技术和质量,降低产品成本和价格,提高服务质量。
