BACnet空调控制终端设计

刘翠风

（瑞士伟拓嘉业新技术（北京）有限公司，北京 100176）

0 引言

本文结合实际市场需求，提出一种基于PIC18F67K22的BACnet空调控制终端设计，系统硬件主芯片采用PIC18F67K22，操作系统采用Wago BACnet适配器，设计要求实现2个基本功能：1.实现自动加热/制冷转换、自动加湿/除湿转换，并且保持温湿度平衡；2.实现节能控制。当外界温度低于或者高于一定值时，自动开启室外通风阀门，且当设定时间内达不到指定温度时，自动开启室内2级电加热设备,当外界温度不满足要求时，自动开启回风阀，经过测试，该设计方案可以满足应用的要求。

1 关于BACnet协议和MS/TP协议

1.1 BACnet协议

BACnet，即Building Automation and Control Network,是目前最具开放性和互操作性的通信协议，主要应用在楼宇自控的通讯协议中。

BACnet协议是1987年由美国供暖制冷及空调工程师协会提出的专用于楼宇自控网络的数据通信协议。提供了楼宇自控系统实现互操作的方法。BACnet标准采用面向对象的技术，定义了一种具有属性的“对象”来表示楼宇系统设备的功能，从而提供了一种标准的表示楼宇自控设备的方式。设备间的互操作则用“服务”来表示。它是一种真正的、非专用的开放式通信协议标准[1]。

1.1.1 BACnet的技术特点

BACnet数据通信协议主要用于建筑和智能家居行业，使用自动控制网络的功能，系统组成单元使用相同的规则来定义，主要组成部分有数据实现途径、使用的通信媒介、使用的功能及信息如何翻译等。BACnet数据通信协议通常由5部分组成：5种局域网通信协议、相互通信的协议、信息数据的表示方式、建筑物自动控制设备功能。

BACnet是一种完全开放的计算机控制网络，它规范的是楼宇内设备控制器之间的数据相互通信，可以很方便地实现计算机的智能空调控制、给排水自动控制、变配电和其他建筑设备系统的服务和协议[2]。

1.1.2 BACnet协议的优势

1）BACnet是一个完全开放的网络协议，可以应用在楼宇自控、智能空调等的控制方面，可自由应用。

2）BACnet已成为当今楼宇自控和智能家居控制的主流技术，为智能控制制造商提供了最优的控制方案，也为最终用户提供了最方便、最舒适的控制效果。

3）BACnet作为楼宇自动控制系统，其发送的字节数大大减少，降 低了通信费用，满足楼宇自动控制系统的需要[2]。

1.2 MS/TP协议

BACnet标准是在网络层与物理层之间定义了一个网络协议——MS／TP标准。MS/TP网络是一个混合网络，即在这种网络中，存在两种站点：主站点和从站点，这两种站点的不对等的，两种站点之间利用“令牌’机制进行传输[3]。令牌会传递给不同的主站点，主站点只有在得到令牌时，才能发送数据，否则只能接受数据或者处于监听状态。从站点永远不会得到令牌，只能接受数据或者处于监听状态，只有在主站点发出邀请时才能发送响应数据。MS／TP网络是一种非常灵活的网络，它既可以在混合模式下运行，也可以在对等和主从模式下运行。在该网络中，站点地址只用一个字节来表示。主站点的地址编码只能分配为0～127，所以该系统最多可以带127个设备终端。从站点地址编码可以分配为0～254，且不能与主站点地址重复。另外，在所有地址分配中，0地址比较特殊，它通常分配给与MS/TP网络直接连接的路由器(主站点)[4]。

2 硬件设计

2.1 电源设计

采用VR100和DRQ74-151进行电源转换，预期效果很好。

2.2 数据收发设计

采用MAX1487，MAX1487是用于RS-485与RS-422通信的低功耗收发器，每个器件中都具有一个驱动器和一个接收器。通信传输线最多可挂128个收发器，MAX1487的驱动器有很高的传输速率，可以实现最高2.5Mbps。将DI与CPU的TXC相连，RO与CPU的RXD相连，通过DE和RE进行发送和接受，其工作温度为0℃～70℃，接收器输入具有失效保护特性，当输入开路时，可以确保逻辑高电平输出[5]。

2.3 逻辑设计

采用MICROCHIP推出的PIC18F67K22芯片，PIC18F87K22是12位A/D转换器、采用nanoWatt XLP技术的64/80引脚高性能1Mb增强型闪存单片机。

3 系统调试

3.1 Wago BACnet适配器简介

BACnet configurator是BACnet CPU的配置软件，该软件的功能是将下位机程序的控制点位信息发送到控制中心，并生成BACnet标准协议的文件。Wago BACnet 适配器软件是一款功能强大的工具，可以用在复杂多样化的BACnet控制器的配置和操作上，配置界面可以看到网络的逻辑结构、控制器的地址、客户的配置和实施到服务器。此外，使用浏览器可以实现查看BACnet工程的目的。

3.2 Wago BACnet适配器软件安装

3.2.1 软件安装

下载Wago BACnet configurator,按照说明安装软件即可。

3.2.2 硬件连接

硬件使用的适配器，按照标示分别连接到计算机和产品，如图1所示。

3.2.3 电脑设置

查看控制面板所有控制面板项网络和共享中心，然后选择本地连接的属性，双击其中的internet协议版本（TCPIPV4），会出现输入IP地址的对话框，选择手动输入IP地址，文中所用的IP地址为：192.168.92.69，子网掩码：255.255.255.0，默认网关：192.168.92.1，首选DNS服务器：192.168.92.2，按确定键，再次按确定键后退出。

打开IE，输入http://192.168.92.68/，路由器的界面会打开，其中有4项波特率可选，选择其中一个，但必须保证跟产品中的设置保持一致。

3.2.4 Wago BACnet软件的使用

双击Wago打开软件，如果配置正确，软件会自动识别所连接的适配器和产品，如图2所示，BASRTP-B为所连接的适配器，AEX-BAC[10101]为所连接的产品，10101为其地址。产品对应的文件夹有3项：Device，inputs和Values。

3.2.5 测试实例

连接产品，通电，设置好相关的参数，图2为主要输出功能信息,其中,设定参数如下：

U1：室外温度传感器，U2：回风温度传感器，U3：供风温度传感器，U4：湿度传感器，1A：室外模拟信号执行器，2A：回风模拟信号执行器，1d：室内制冷2级，2d：室内制冷3级，3d：室外数字信号执行器，4d：回风数字信号执行器，5d:加湿器，6d：除湿。实现控制功能如下：

1）设定2个回路：loop1为温度回路，采集室内温度，即供风温度U3，手动设置一个设定点，当设定点高于供风温度时，控制器实现加热功能，提高供风温度，当设定点低于供风温度时，控制器实现制冷功能。为了避免加热和制冷的频繁转换，设定一个2℃的死区值，并设定2分钟的转换延时。设loop2为湿度回路，采集室内湿度，手动设置一个设定点，当设定点高于室内湿度时，控制器实现加湿功能，提高室内湿度，当设定点低于室内湿度时，控制器实现除湿功能。为了避免加湿和除湿的频繁转换，设定一个2%的死区值，并设定2min的转换延时。

2）加热/制冷控制可以进一步实现节能控制，即采集室外温度和回风温度，例如制冷状态下，当室外温度比供风温度低5℃（为预先设定值，可更改）时，室外风阀1A和3d打开，回风阀2A和4d关闭，由室外提供供风，如果5min（为预先设定值，可更改）后供风温度还没有达到预定的温度，室内制冷2级开启，如果还不能满足要求，室内制冷3级开启，当室外温度与供风温度的差不满足要求时，室外风阀1A和3d关闭，回风阀2A和4d打开，由室内提供制冷控制。加热状态下与制冷同理，使用相关的加热设备。

3）通过上述参数的读和写，实现对现场产品的监控，通过更改设定点，预先设定参考值，并根据其与当前值的差来控制现场风机、电加热、制冷、加湿、除湿等设备。

4 结束语

本文实现了对空调系统的实时监控，通过上位机可视化操作界面，实现对室内温湿度控制以及其它状态量的实时跟踪，操作方便，便于管理。该控制系统可应用在空气系统（电加热、串级控制、湿度控制、变速风机控制）、水系统（2管制或者4管制风机盘管、湿度控制、压力控制）、散热器控制和冷库控制、水系统（散热器、地采暖和冷辐射系统）、独立的房间控制（酒店客房、会议室等）。同时，本文也反映了楼宇自动控制的最新流行趋势，控制设计师可以根据实际情况，设计出符合楼宇系统客户实际需要的操作地址，在wago中体现出来，更方便观察和使用，实现最佳控制。上述的测试实例只是很小的一部分，可以根据客户的要求设计更复杂更完善的控制方案。建筑物业主可以灵活地选择设备和系统，而不受产品厂商的限制。

[1]梅英,戴瑜兴.基于BACnet的楼宇自控系统工程设计[J].低压电器,2008(4):5.

[2]董春利.BACnet楼宇自控协议及其应用案例[J].仪器仪表标准化与计量,2009(6):44-45.

[3]乔融.基于MS/TP和以太网的BACnet服务性能仿真与评估[D].重庆:重庆大学,2007.

[4]李兰辉,耿恒山.基于BACnet 协议的楼宇自控系统[Z].2008 年研究生学术交流会.

[5]王瑞华,王普,尹金玉,等.基于TCP/IP的楼宇自控网BACnet[J].测控技术,2003,22(4):39.