一、樓宇自動化系統集成概述
系統集成是指將各自分散的、相互獨立的系統,有機地集中于一個統一的環境之中,運行于同一個操作平臺之下,高效率的完成規定的任務。集成后的系統不是原來各個系統的簡單疊加,而是各系統的有機綜合,使系統的運行機制與結構、系統服務與管理等產生質的提高與飛躍。
樓宇自動化系統集成可簡單定義為:將建筑內不同功能的自動化子系統在物理上、邏輯上和功能上連接在一起,以實現信息綜合、資源共享,使樓宇自動化系統的功能與性能在各個獨立子系統的基礎上產生質的提高。傳統上將BAS的網絡分為管理層、控制層、設備層。也可以將BAS分兩層網絡架構,一層是控制網絡架構,二層是信息網絡架構。在控制網絡架構層面上分布了若干被監控的弱電子系統。目前用戶對系統集成的要求越來越多,也越來越迫切。各弱電子系統來自于不同廠商的產品,為了使這些產品可以集成到一個平臺,需要有一個開放的通信協議。樓宇自動化系統集成主要通過建筑或建筑群綜合布線系統和計算機網絡技術,使構成智能建筑的各個子系統具有開放式結構、協議和接口都標準化和規范。
目前樓宇自動化的系統集成主要模式有下面幾種:
(1)網絡互連模式,包括專用網關互聯和計算機網絡互聯兩種模式。
專用網關互連模式是由設備供應商(如樓宇自控設備供應商)提出,與第三方互聯設備的供應商(如消防、保安、冷水機組)聯合生產針對各種設備的專用網關,在與第三方設備互聯時可直接采用。由于已經是成熟產品,可靠性很高,價格可以降低,但在選擇第三方設備上仍受到限制。
計算機網絡互聯模式是指系統中使用通信網關實現和各子系統的通信連接,采集各類機電設備的實時參數,然后通過實時對象服務程序把它們轉變為一致的數據格式向網絡上發布,通過網關可以適應不同類型的接口和數據格式,也不會發生數據傳輸“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)采用開放式標準實現互聯,采用按開放式標準生產的開放式系統是實現設備及子系統之間無縫連接的最好辦法,也是實現樓宇自動化系統集成模式之一。
(3) 基于樓宇自動化DCS的集成模式,通過DC S的管理系統將建筑設備監控系統、綜合保安監控系統、消防報警及聯動系統等和建筑密切相關的實時監控數據系統集成一體,并實現它們之間的事件關聯,提供數據庫軟件接口,以利于物業管理信息系統(M工S)和其它MIS系統通過數據庫訪問并讀取有關數據及實現相關控制。
(4)基于子系統平等方式進行系統集成,是一種更為先進的解決方案。這種系統集成方式的核心思想是建立系統集成管理網絡,將各子系統視為下層現場控制網,并以平等方式集成。系統集成管理網絡運行集成系統(實時)數據庫,各子系統的實時數據通過開放的工業標準接口(如OPC接口)轉換成統一格式存儲在系統集成數據庫中。系統集成管理網絡通過BMS系統核心調度程序對各子系統實現統一管理、監控及信息交換。
二、BACnet標準概述
BACnet即樓宇自動控制網絡數據通信協議,由美國供熱、制冷與空調工程師協會組織的標準項目委員會于1995年6月制訂,同年l2月正式成為美國國家標準,并且得到歐盟標準委員會的承認,成為歐盟標準草案,2000年經修改討論后成為國際標準。BACnet數據通信協議闡述了樓宇自動控制網絡的功能、系統組成單元相互分享數據的途徑、使用的通信媒介、可以使用的功能以及信息翻譯的全部規則。該協議是為采暖、通風、空調、制冷控制設備而制訂的,同時它也為其他如照明、保安、消防系統等樓宇自控系統的集成提供了基本原則。
BACnet即樓宇自動控制網絡數據通信協議,由美國供熱、制冷與空調工程師協會組織的標準項目委員會于1995年6月制訂,同年l2月正式成為美國國家標準,并且得到歐盟標準委員會的承認,成為歐盟標準草案,2000年經修改討論后成為國際標準。BACnet數據通信協議闡述了樓宇自動控制網絡的功能、系統組成單元相互分享數據的途徑、使用的通信媒介、可以使用的功能以及信息翻譯的全部規則。該協議是為采暖、通風、空調、制冷控制設備而制訂的,同時它也為其他如照明、保安、消防系統等樓宇自控系統的集成提供了基本原則。
BACnet作為一種開放性協議,它仍然采用OSI模型的“分層”通信體系結構。BACnet 標準協議體系結構為一個包含4個層次的分層體系結構,這四個層次相對于OSI模型中的物理層、數據鏈路層、網絡層和應用層,如圖2所示。
BACnet協議的基本特點:
(1)BACnet協議繼承了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協議標準并末限定于某一種特定的網絡拓撲結構,它提供了5種可選方案,這樣可以靈活地適應各種己有的應用。
(3)BACnet協議標準制定時,出于安全考慮,不僅定義了用來提供對實體、數據來源以及對操作員身份鑒別的服務,而且還為廠家在設置人機界面密碼、跟蹤 記錄以及保護密鑰屬性等方面保留了軟件開發的自由度。
(4)BACnet協議只是規定了自控設備之間進行通信所應遵循的規則,而并末規定如何實現這些規則,實現方法留給各廠商自主開發,以利于技術的多兒化發 展。
因此,BACnet標準的制定在網絡通信的層面上,解決了不同樓宇自控系統廠家的產品的標準各異、互不兼容的問題,同時它也留給各個廠家自由創造和發展的空間。
三、BACnet標準內容
樓宇自動控制設備從功能上分為兩部分,一部分專門處理設備的控制功能,另一部分專門處理設備的數據通信功能。不同廠商生產的設備使用各自專門的數據通信方式,所以不同廠商的設備之間沒有很好的互操作性。(BACnet數據通信協議》就是要建立一種統一的數據通信標準,從而使得按這種標準生產的設備可以進行通信,實現互操作性。BACnet數據通信協議只是規定了樓宇自動控制設備之間要進行“對話”所必須遵守的規則,并不涉及如何實現這些規則。BACnet標準由以下幾部分組成:
樓宇自動控制設備從功能上分為兩部分,一部分專門處理設備的控制功能,另一部分專門處理設備的數據通信功能。不同廠商生產的設備使用各自專門的數據通信方式,所以不同廠商的設備之間沒有很好的互操作性。(BACnet數據通信協議》就是要建立一種統一的數據通信標準,從而使得按這種標準生產的設備可以進行通信,實現互操作性。BACnet數據通信協議只是規定了樓宇自動控制設備之間要進行“對話”所必須遵守的規則,并不涉及如何實現這些規則。BAC net協議由以下幾部分組成:
1) 信息數據的表示方式
BACnet的目的,是采用一種方式使獨立的樓字自控設備可以通過網絡實現對話。因為不同廠商生產出來的直接數字控制器(DDC)的內部軟件的數據結構有很大差異,但卻具有相同的功能,執行類似的任務。因此SPC-135提出了把DDC的任務劃分成各種標準的“對象”,通過“對象”把內部數據結構轉換成通用的、明確的、抽象化的數據結構以實現數據通訊。“對象”是與某一特定功能相關的所有數據元素的集合。通過對象的特性,可以不用考慮設備內部詳細資料,就可以實現信息數據的識別與訪問。BACnet定義了18種標準對象類型,如表1所示,通過不同對象的組合,實現DDC不同的控制功能,從而實現對DDC任務的描述。
2) 服務功能
BACnet數據通信協議中的服務功能是一個BACnet設備可以用來向其它BACnet設備請求獲取信息,命令其他設備執行某種操作或者通知其它設備有某事件發生的方法。這時需要在BACnet設備中運行服務應用程序,負責發出服務請求和處理收到的服務請求。例如,在樓宇自控系統的中央監控站內需要在屏幕上顯示樓宇內傳感器采集到的數據,這需要監控設備周期性地向相應的目標設備中的對象發送服務請求,以獲得最新的輸入數據:而在現場監測設備中的服務應用程序則負責處理收到的服務請求,并返回包含有所需數據的應答。BACnet共定義了35種服務功能,分為6大類分別為:報警和事件服務(A larma ndE ventS ervices);文件訪問服務(FileA cceessS ervices);對象訪lhl服務(Object Access Services):遠程設備管理服務(Remote DeviceManagement Services);虛擬終端服務(Virtual Terminal Services);網絡安全性服務(Network Security Services)。這些數據的格式必須符合ISO 8824標準抽象體系符號(ASNO)的規定,被編為符合BACnet標準的0或1二進制碼在網絡上傳送。
3) 網絡技術
BACnet設備通過局域網傳送符合BACnet標準二進制碼的信息。為滿足不同系統對網絡通訊速度和通訊量的不同要求,BACnet數據通信協議的數據鏈路層和物理層提供了對五種廣泛使用的網絡技術的支持。
四、BACnet標準的優勢
BACnet標準是作為世界上第一個樓宇自動控制網絡的數據通信協議。它代表了智能建筑發展的主流趨勢。BACnet不是軟件或硬件,也不是固件,嚴格地說,BACnet并不是現場總線,而是一種網絡協議,即通信規則。為不同商家產品的系統之間進行信息交流提供平臺和支持。BACnet標準己在全球得到了廣泛的應用,全球生產和經營樓宇設備和樓宇自控設備的主要廠商均支持BACnet標準。
由于BACnet標準可以很好地解決智能建筑樓宇自動化控制領域沒有統一的、先進的、實用的標準這一難題,BACnet是個完全開放的樓宇自控網。它的協議開放性表現在:
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有完整和良好的數據表示和交換方法。
③按BACnet標準制造成的產品有嚴格的一致性等級。
④產品有良好的互操作性,有利于系統的擴展和集成。
隨著網絡互聯技術的發展,構造不同廠家的產品能夠互聯、互換和互操作并可以與因特網無縫連接的新一代樓宇自動控制系統已成為業主、系統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。其突出表現在:
①用戶可以從多廠商中實現競標來選擇適應性最好、價格最低、服務最優的產品和集成商,避免專用(即封閉式)協議的設備與系統壟斷,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品,有利于市場競爭,保護先進的產品占有市場。
③對原有設備與系統進行改造、升級和擴展時不用拘泥于原設備、系統制造商的顧慮,完全按性價比與服務的優劣來取舍。
④BACnet產品有相應為數眾多的供應商提供M&R(Maintenance and Repair)服務,使運行費用降低并有利于維護。
⑤有利于提高產品的技術和質量,降低產品成本和價格,提高服務質量。
