楼宇自动化系统产品技术的进展分析

邵涟

摘要：本文在介绍智能建筑楼宇自动化系统的基础上，着重对其产品技术的新进展进行分析。

关键词：楼宇自动化系统网络；结构控制器；系统软件

楼宇自动化系统（BAS，BuildingAutomationSystem）是智能建筑的重要组成部分，它通过对空调系统、给排水系统、照明系统、变配电系统等的管理与协调，实现设备管理的自动化，从而改善系统运行品质、提高管理水平、降低运行管理劳动强度、节省运行能耗。楼宇自动化系统采用基于现代控制理论的集散型计算机控制系统，也称分布式控制系统（DCS，DistributedControlSystem），它的特征是“集中管理，分散控制”，即用分布在现场的DDC装置完成被控设备的实时检测和控制任务，克服了计算机集中控制带来的危险性和常规仪表控制功能单一的局限性。随着现场总线（Fieldbus）技术的不断发展，逐渐成熟的现场总线控制系统（FCS，FieldbusControlSystem）正在楼宇自动化领域中得到越来越多的应用。

1产品技术分析

楼宇自动化系统产品的品牌在国内影响较大的公司有霍尼韦尔（Honeywell）、西门子（Siemens）、江森自控（JohnsonControl）、施耐德（TAC）等。本文就网络结构、现场控制器及其扩展方式、系统软件对这四家公司的新产品技术进行分析。

ComfortPoint系统是基于NativeBACnet标准开发，在BACnetIP和MS/TP（主从/令牌传递）网络段中采用的是对等网络结构，即使一台设备发生了故障也不影响其他设备，确保了操作的连续性。ComfortPoint系统的网络结构以及模块化的控制器都可随着被控设备数量的增加对其进行扩展。

1.1网络结构

目前的楼宇自动化系统主要采用以下三种网络拓扑结构：（1）扁平结构一一工作站直接与现场控制设备相连；（2）两层网络结构——上层网络与现场控制总线两层，两层网络之间通过通信控制器连接；（3）三层网络结构一一在上层网络与现场控制总线之间增加了一层中间层控制网络，解决由于末端分布范围较广形成的复杂联动控制问题。

（一）Honeywell公司的ComfortPoint系统

ComfortPoint系统结构采用的是三层

管理层：是可与EBI系统的服务器和工作站连接的人机界面，其信息通道是以太网。

应用层：由可自由编程的32位BACnet网络控制器组成，其内置BACnetIP路由器，可实现与管理层的通信。

现场层：由可编程现场控制器和可编程区域控制器组成。可编程区域控制器内置可与网络控制器进行通信的接口，可通过BACnetMS/TP信道与网络控制器进行连接。

（二） Siemens公司的Apogee系统

Apogee系统的设计是把上层的操作员终端工作站及下层的远程DDC监控控制器通过网络方式连接，以达到完全监控的目的。

Apogee系统的网络结构由三个层面组成，

管理层网络（MLN）：在管理层网络上的所有系统终端工作站都能监控控制器网络层上的监控点和控制设备，以及编辑其数据库。管理层采用以太网连接，并以TCP/IP为其通信协议，DDC也可以直接挂在以太网上。

自动化级网络（ALN）：该层为高速率的RS-485标准网络，且以同层对等网络（PeertoPeer）为主要结构。在这一层网络上可以支持其他系统（如与LonWorks、Modbus等）的集成。

楼层级网络（FLN）：此网络通讯支持一些特殊应用的控制器，控制器在该网络上可传输共享信息。重要的DDC控制器（如PXCMODULAR系列）能支持最多3条楼层级网络。

（三）Johnson公司的MSEA系统

MSEA（MetasysExtendedArchitecture）系统在原有Metasys系统两层网络结构（N1和N2）的基础上又拓展出两条二级总线：其一是基于BACnetMS/TP的总线；其二是基于LonWorks的总线。其中，ADS（应用数据服务器软件）和NAE（网络控制引擎）是该系统的两个最重要的部分。系统可以与任一符合其通信协议的产品进行联网，其开放性和灵活性也因此有了大幅度的提高。

MSEA系统属于两层网络系统结构。

上层网络：系统通过采用互联网协议（IP）的以太网络进行BACnet信息交换，网上各节点之间的数据交换采用点对点（peertopeer）方式，各节点均具备动态数据访问（DynamicDataAccess）功能。

下层网络：连接控制器及接口模块至网络控制引擎（NAE）其中，N2总线是以Optomax协议为基础的，该协议最初是为工业应用而设计的，现已证明是一种可靠的通信網络；LonWorks总线是采用LonTalk协议；BACnet体系采用的是BACnetMS/TP通信协议。不同的总线对应着不同的控制器和扩展模块。

（四）AC公司的Vista系统

TACVista系统通过通信、数据采集、信息共享，建立一个专一的、可互操作的网络系统，并可与其他基于开放系统框架的产品相结合。

TACVista系统采用两层网络结构。

上层：TACVistaServer、Workstation、Webstation和ScreenMate使用TCP/IP协议和标准网络设备在以太网上通信。

现场层：现场总线通信基于开放的LonWorks技术，TACXenta控制器提供对标准LonWorks接入访问。TCP/IP与LonWorks的网络通信可以通过TACXenta911（以太网通信装置）来完成。

2结束语

综上对各家产品网络结构的分析，可得出以下结论：

①.上层网络：基本上都是采用以太网技术进行组网的，通信速率为10M/100M。

②主控网络：HoneywellXL8000主控网络由XL8000-IPC组成，可通过ExpansionBus对其进行扩展；Apogee主控网络ALN采用的是RS-485标准网络，其通信速率最大可达到115K，使用令牌控制方式；MSEA系统控制网络由三条支持不同协议的信息通道组成；Vista系统控制网络采用LonWorks协议，通信速率是76.8K，使用预测的P坚持CSMA控制方式。

③二级控制网络：HoneywellXL.8000采用BACnetMS/TP，其通信速率为76.8K；ApogeeFLN采用RS-485，也支持LonWorks或者BACnetMS/TP协议，其通信速率最大可达到38.4K，采用主从控制方式。

参考文献：

[1]李鹏；ZigBee网络性能分析及网络规划应用研究[D]；华中师范大学；2009年.

[2]袁桂嫦；现代大型展览馆楼宇自控系统的设计与应用[D]；华南理工大学；2011年.

（作者单位：佛山碧晶电子科技有限公司）