BA系统设计问题五例

文｜福建东政智能科技有限公司 孟 诺

1 BA系统通信协议的选择

目前，BA系统大都采用现场总线控制技术，而对于通信协议的选择，时下流行的主要考虑因素是系统的接入节点数量、通信的速率、通信的距离、接线的方式以及现场已有的网络。例如，在中、大型建筑中，以太网就是一种普遍设立的通用方式。楼控系统的管理主机与现场管理控制器（例如Honeywell公司所采用的WEB600）的通信大都顺应其建筑的固有方式而采用TCP/IP的方式；现场控制器与设备控制器的通信则是各厂家采用不同的方式，例如早期的RS-485/422、RS-232，时下流行的LonWorks、BACnet、C-bus等。上述考虑因素与负荷率的关系大都没有直接具体的实验数据支持，只是概念上的关联。在这种情况下，谈通信协议与负荷率的关系是有难度的，因此业内在BA系统的设计中通常这样考虑：BA系统的通信大都使用两种通信协议相互补足共同搭建，它们分别是LonWorks和BACnet网络通信协议。

LonWorks是一种具有强劲实力的现场总线技术，它采用了ISO/OSI模型的全部七层通信协议，采用了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，通信速率从300bps至15Mbps不等，直接通信距离可达到2700m（78kbps，双绞线），支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电源线等多种通信介质，并开发有相应的本安防爆产品，被誉为通用控制网络。LonWorks可以方便地实现现场的传感器、执行器、仪表等的联网。这种网络不同于局域网，而是一种工控网，这是因为它所传输的是数据量较小的检测信息、状态信息和控制信息。鉴于智能大楼面积大，所控机电设备（如空调机组、水泵）分布分散，如果仍旧采用传统的BA联网拓扑结构，那么实现现场DDC控制器通信连接的布线将十分复杂；而若采用支持LonWorks技术的DDC，就可随现场情况任意选择通信网络拓扑结构，使系统组态灵活方便——由此可见LonWorks技术的优势所在。但是，业者在具体工程设计中会也明显感到LonWorks技术的一些不足：LonWorks尽管在物理形式上可自由拓扑，但每个LonWorks节点需要连接到信道（CHANNEL）上，因而必须进行网络分段（SEGMENT），在系统配置上必须增加路由器（ROUTER），以致提高了系统管理复杂度，实际上在逻辑上增加了控制系统分级数——管理分级数越多，系统不可靠度值就越高，网络延时会随之加大，负荷率和系统稳定性也会随之降低。

BACnet网络通信协议是由美国暖通空调制冷工程师学会（ASHRAE）发起制定并得到美国国家标准局（ANSI）的批准，由楼宇自动化系统的生产商、用户参与制定的开放性标准，是综合几个局域网LAN的协议，尽可能采用了LAN网络不同时期成熟的技术而制定的。

BACnet共有四层协议，包括应用层、网络层、链路层、物理层。该标准规定LonTalk与其他四种通信方式并列为物理层、数据链路层的基本结构。BACnet采用五种网络技 术（Ethernet、ARCnet、MS/TP、PTP、LonTalk）进行通信，选择多种网络技术的目的是为了可以针对系统通信速度和通信量需求不同的网络，采用不同的网络技术与其系统要求相适应。

与LonWorks相比，BACnet有更大的数据通信量，可以运作高级复杂的大量信息。BACnet是可以实现不同厂家的楼宇自动化系统之间互连的通信技术。例如要使Honeywell或JOHNSON等公司的一套BA系统与其他公共安全及消防系统进行通信，交换信息，只需通过BACnet把它们连成一个整体，即可在一个工作站上实现对这些系统的全部监控功能。

LonWorks标准是实时控制域方面，为建筑物自控系统中传感器与执行器之间的网络化实现产品互操作性制定的标准，是控制现场传感器与执行器之间实现互操作的网络标准。因此，LonWorks适用于智能型大楼中的HVAC、电力供应、照明系统、消防系统、保安系统之间的通信、互操作，对于这些应用，LonWorks可以提供一种较为经济的方法，因为该协议在这种类型的应用上效果最佳。

BACnet标准是信息管理域方面为实现不同系统的互联而制定的标准，有更强大的过程处理、组织处理能力，适用于大型智能建筑。若大型智能建筑被分为若干区域，则很可能有几个不同的系统（不同厂家的系统）存在，而在这种情况下，如果希望可以在一个用户界面内进行整个系统的操作，BACnet是最经济、最理想的选择。

总之，在实时控制域方面，尤其是在设备级上，适合采用LonWorks标准；而在信息管理域方面，在上层网之间的互联中适合采用BACnet标准。LonWorks与BACnet之间不是竞争而是互补的关系，因此笔者认为一个理想的系统应能同时容纳这两个标准。

2 BA系统设计深化过程中需要注意的问题

BA系统的深化设计，一般可分为两种情况：一是指系统改造的深化设计，一是指系统未施工的深化设计。

对于系统改造项目，首先要了解原设计的总线设计情况，新系统的总线通信方式与旧系统有什么区别，是否可以不调整总线。其次，要考察原系统的DDC分布情况。不同品牌或者同一品牌不同系列DDC的容量都是不一样的，这使得现场DDC的分布情况错综复杂。此外，在系统容量方面还要对今后的扩容加以考虑（也许原先的设计根本就没有这方面的内容）。

对于系统未施工，第一次实施的项目，其深化设计则应按《智能建筑设计标准》（GB 50314-2006）实施，主要考虑内容是现场环境是否能满足系统设计的要求。

3 B/S结构的优势

传统的Client/Server（C/S）结构是两层的模式，即在服务器一侧放置数据存取模块，在客户机一侧集中了用户界面和应用程序模块，用户界面和应用程序模块在设计时混为一体。随着Internet的广泛应用，Browser/Server（B/S）结构应运而生，成为众多厂家竞相采用的一种技术。B/S结构其实也是一种C/S结构，它以Web Server为服务器软件，以浏览器为客户端软件。但有别于一些BAS系统在C/S结构下提供的假B/S架构，真正完全的B/S架构能够保证系统中可以接受的Browser客户端的数量没有实质性的限制。相对于C/S结构，B/S具有许多独特的优点：

◆ B/S具有一种跨平台的，一点对多点或多点对多点的应用软件结构，这减少了开发人员在客户端的工作量，使他们可以把注意力集中到怎样合理地组织信息、提供客户服务上来；

◆ B/S具有统一的浏览器客户端软件，这不仅节省了开发和维护的工作量，而且方便了用户的使用；

◆ 在B/S结构中，客户端只需设置操作系统和Web浏览器，数据的查询、处理和表示都由服务器完成，也就是说，和C/S结构相比，B/S的客户端变得非常精简；

◆ 通过B/S结构，可以透明地跨越不同的网络、计算机平台，无缝地联合使用数据库、超文本等多种形式的信息；

◆ B/S运行下的Internet易于设置、使用和管理。

C/S结构则比较适合于一些中小规模的系统。在客户端数量不是很多的情况下，C/S模式确是一个成熟的运行环境，具有很好的可靠性和保密性。但随着业务规模的不断扩大，客户端数量的增加与区域范围的延伸，C/S结构会显得力不从心。而B/S模式因为前端只需浏览器，不会出现因客户端的增加而引起工作量急剧上升，影响系统可靠性的情况。如果要考虑与外部Internet连接，可以建立一道防火墙，这样可以大大提高B/S结构的可靠性和保密性。

4 DDC供电方式的选择

对BA系统中的DDC供电方式的选择主要是由现场施工方考虑。笔者个人推荐统一由监控中心UPS进行供电的方式，该供电方式可以实时地保证BA系统正常稳定的工作，同时可以避免因受市电电压不稳或者突然性掉电的影响而导致设备的损坏。

建筑设备动力电源供电方式的优点在于成本低，基本上是就地取电，可以省去布线的工序、节省材料和工费资金；缺点是BA系统的供电没有保障，电压不稳定，抵御系统浪涌电压的能力低，或经常掉电，容易导致设备损坏。

BA系统监控中央站UPS供电方式的优点是BA系统的供电能够得到有力的保障，不怕停电；由于加入了UPS设备，滤除了供电的杂波干扰，有效地抑制了供电系统的浪涌电压，能够更好地保护BA系统设备；同时由于集中供电，属于专供模式，设备的电源易于控制，便于检修。缺点在于前期投入大，成本高。

5 BA系统设计中如何体现绿色节能

BA系统的绿色节能可以从以下方面着手：

◆ 提高室内温湿度控制的精度，根据室外温湿度和季节变化的情况，改变室内温度的设定——一方面，这可以使智能建筑更加贴近人们的需要，充分发挥空调设备的功能；另一方面，空调系统温度控制精度越高，不但舒适性越好，节能效果也越明显；

◆ 利用变风量与变水量等控制技术，实现水泵与风机的最佳状态点控制和最佳启停时间控制，降低能耗；

◆ 做好春季过渡模式、秋季过渡模式的划分，在过渡季尽量采用新风，当温度出现反复时，由于系统没有制冷、制热的能力，所以只保持最小新风量的供给；

◆ 采用等效温度和区域控制法；

◆ 准确利用能源管理软件，建立能源管理系统，实现能耗跟踪、节能的远程及就地控制；

◆ 在系统中增加电子空气净化机（在进风口、回风口、出风口安装不同形式的电子空气净化机）；

◆ 减少设备的无功运行，对各种设备的运行时间进行自动的历史记录并提示定期保养维护时间，从而延长设备使用寿命；

◆ 尽量缩短冷冻机等冷热源设备的运行时间，减少其运行台数，降低其输出功率，避免设备的无功运行，使冷热源系统处于最佳节能运行状态；

◆ 在空气处理过程中，避免冷热量相互抵消，采用变新回风方法，最大限度利用新风。

除此以外，实现BA系统绿色节能的手段还包括空调系统的间歇工作、最佳启停控制、热回收，照明设备与电动窗帘的联动控制，以及太阳能技术和地热源、江水源热泵等，在此就不一一赘述了。