《论文_BACnet协议与集成智能楼宇控制系统(定稿)》

1、bacnet协议与集成智能楼宇控制系统摘要：文章以西门子楼宇科技apogee顶峰系统为例，详细介绍了支持bacnet协议的无 缝隙集成智能楼宇控制系统的特点及其优点。关键词：智能楼宇集成控制系统bacnet apogee顶峰系统1 bacnet协议产牛的背景随着信息技术的高度发展，智能建筑内各种控制功能不断增强，以致于不同厂商牛产的 设备共存于一个建筑物内。基于市场独占的目的，各个厂商基本都致力开发自己专有的通信 协议，但是这些各种各样的通信协议和设备不但给稠能建筑的系统集成和管理带来诸多不 便，也使用户受限于厂商而使造价和使用、维护费用居高不下，因此制定一个开放的、统一 的通信协议标准，实现

2、无缝隙的集成控制系统势在必行。为创建使不同厂家的暖通空调子系统相连接的标准方法，美国供暖制冷及空调工程师协 会(american society of heating refrigeration and air conditioningen 舀 neers-ashrae)制定了 种开放标准，被称为“楼宇自动化和控制网络，即bacnet(building automationand control network)o它通过建立一种统一的数据通信标准，使得设备间可以相互操作。2无缝隙集成系统的定义所谓无缝隙的集成系统就是要通过制定统一的、标准的通信协议使系统具备开放性和互 操作性，并且提供全血的、

3、端到端的解决方案，这三个条件缺一不可。开放性具有两层含义：一是指通信协议不为任何公司所独有；任何制造商都可以利用该 统一的通信协议标准开发自己的产甜；产品不仅可以单独销售也可以作为整体方案的一部分 提供给用户。二是指系统满足楼宇的功能需求，易于扩展，并且可以兼容不同厂商的同类产 品，允许用户选择质量更佳、价格更具竞争力的产品进行更换。互操作性是指设备在子系统内使川点对点的通信方式来共享信息,在子系统间不需网关 和协议转换器等附加设备就可以实现信息的交换，值得注意的是系统内的设备是町以來自不 同厂商的最优结合。仅仅来自同一厂商的设备互操作性是非常有限的，也是与开放性原则相 违背的。端到端的解决方

4、案是指通信协议的应川还必须是全而的、系统的，它应该应川到所有子 系统的从操作界面到附加产品的任何部分。3 bacnet协议是构成智能建筑无缝隙集成系统的一种理想选择最具开放性bacnet协议在1987年由美国供暖制冷及空调工程师协会ashrae提 出；1995年发布bacnetl995版木，当年就得到ansi美国国家标准局的批准成为一个开放 性标准；在市场的推动和智能楼宇业界领袖西门子楼宇科技(siemem building technologies) 等公司的不断努力下，ashrae在2001年乂推出了 bacnet2001版，同吋也成为ansi美 国国家标准局的标准；2003年bacnet

5、协议最终成为iso 164845标准。因此任何厂家都可 以按照bacnet标准开发与bacnet兼容的控制器或接口，在这一标准协议卞实现相互交换 数据的口的。最具互操作性：bacnet采用面向对彖技术，在bacnet中，对彖就是在网络设备z间 传输的一组数据结构，也是输入、输出、输入和/或输出功能组的逻辑代表，网络设备通过 读取、修改封装在应用层协议数据单元(apdu)中的对彖数据结构进行信息交换，实现互操 作。bacnet廿前定义了 18个对象，每个对彖都具有对彖标志符、对彖名称和对彖类型。其 屮，对象标志符用来唯一标识对象。通过广播自身所包含的某个对象的对象名称，bacnet 设备可以建立

6、与所含相关对彖的设备建立联系。因此bacnet协议要求毎个设备都要包含'设 备对象”，通过其属性的读取就可以让网络获得设备的全部信息。同时为了帮助用户和工程 技术人员确定不同bacnet设备z间的互操作性，bacnet还提供了 pics文件(protocol implementation statement),它包括7项内容，即标识丿商和描述设备的基本信息；设备符合 bacnet的级别；设备所支持的功能组；设备所支持的基于标准或专有的服务；设备启动或 响应服务请求的能力；设备所支持的基于标准或专有的对象类型及其属性描述；设备支持的 数据链路技术；设备支持的分段请求和响应。提供全而的端对

7、端服务：bacnet协议在人机界而(hmi)和现场设备间或不同系统的现 场设备间可以直接进行信息传输而无需特别附加设备。与总线协议的相对优越性：bacnet和lonworks是1=1前国内构建集成系统中最常采用 的两种通信协议，两者都以满足开放性和互操作性为目的，虽然从i前的国内市场占有率上 看lonworks略占优势，但这并不能代表lonworks优于bacnet,相反在智能楼宇系统集成 方面，bacnet具有lonworks不具备的优点：(1) 高速率和高吞吐量：bacnet ±层通过以太网主干线，采用标准国际网络协议，提供 系统高速通信，用于解决数据传输量较大的系统间的集成。与

8、商用控制系统厂商使用的通讯 速率较低的总线形式相比，有着更为人量的数据通讯，町以运作高级复杂的大信息量，因而 能够大大提高整个系统的性能。除此外以太网主干还能够在大型系统的网络活动高峰时间发 挥特别亜要的作用，如断电后系统自动重新启动。lonworks主要用丁解决数据传输量较小 的现场控制器之间的集成，它实际上是一种工控网技术，它的优点在于方便现场仪器，如传 感器、执行器等的联网，在于支持多种通讯介质的使用其至是混合使用。总的说来lonworks 是适丿ij衣实时控制域，特别是在设备级的互联，而bacnet是适用于信息管理域，特别是在 上层网之间的互联；(2) 功能更强大上而提到bacnet目

9、前已经定义了 18个对象，其中包括模拟输入、模拟 输出、命令、口历表等等，同时bacnet屮还定义了 35种服务，并划分了 6个类别：报警 和事件服务；文件访问服务；对象访问服务；远程设备筲理服务；虚拟终端服务；网络女全 服务。另外bacnet还定义了 13种功能组包括时钟功能组、时间响应功能组、文件功能组、 虚拟终端功能组、设备通信功能组等。为精简信息量，bacnet定义了 6个一致性类别(设备 类别)，一致性类别的分级编号山1 一 6级别依次升高，每个类别都规定了设备要实现的最 小服务子集且包含低级别的所有服务；(3) 互联网扩展更灵活：fk bacnet拓扑屮，设备之间只存在一条逻辑通路

10、，无需广域网 的最优路由算法；其次，bacnet具有单一的局部地址空间，所以bacnet参照osi模型制 定了简化的网络层协议，向应用层提供不确认无连接的数据单-元传送服务。每个bacnet设 备都被一个网络号码和一个mac地址唯一确定。目前，bacnet标准使用两种技术实现与 internet的互联。第一种技术中称之为“隧道”技术，并将其设备称之为分组封装/拆装设 备，简称pad。其作川就像一个网关/路由器。第二种技术屮称之为bacnet / ip,设备直 接封装ip帧/包在bacnet网络和in-ternet上传输；(4) 良好的伸缩性：bacnet标准没有限制bacnet系统屮设备节点的

11、数量，bacr集成 系统可以由几个设备节点构成一个极小的口控系统，也可以形成一个规模极大的超级大系 统。如美国gas集成的gemnet系统，该系统具有11个楼宇自控系统，集成总建筑而积达 180m2,横跨3个州。4采用bacnet协议的智能楼字无缝隙集成系统的优点从功能上讲，楼宇自控设备分为两部分，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。bacn协议通过建立统一的设备通信标准，将控制网络和信 息网络集成丁一体，并使设备问具备互操作性，将使系统具备以下儿点优点：(1) 实时性：现场监控信息与运营管理系统实时通信。通过bacnet及局域网，得到授权 的工作人员可以快速地

12、通过统一的、友好的图形界面获得所需内容，如对控制网络的工作状 态进行远程监视控制；(2) 综合性：实现控制网络与信息网络的信息集成，使建立分布式的综合实时数据库成 为可能，保证了数据的一致性、完整性和互操作能力；(3) 高效性：实现控制网络与信息网络的信息集成，才能充分利用各种信息并结合专家 系统等各种智能控制高级算法捉供辅助决策，达到优化设备运行、提高物业管理效率、增强 建筑物的利用与服务功能；(4) 方便性：在intranet内部或通过internet就可以对控制网络进行远程诊断和维护以及 进行新版软件的升级等等;(5) 开放性和扩展性：服务功能的增加或改变，只需对系统进行模块级的调整，并

13、保 证兼容性；(6) 经济性：设备间的互操作的实现可使多个子系统共亨一个传感器或控制设备，可大 大减少系统中传感器和控制设备的数量，从而降低成本；设备间的互操作也使业主不再被厂 商所限制，具有更人的选择空间，同时开放的市场竞争也势必带来成木的降低；在支持bacnet i办议的智能楼宇控制系统中，西门子楼宇科技的apogee顶峰系统是 佼佼者，其全面体现了集成系统的上述6大优点。apogee顶峰系统是西门子楼宇科技在其原有system600基础上，对控制器进行全而 升级并将insight监控软件移植到windows2000 / nt平台上推出的。它在管理级网络支持 bacnet i办议，提供包括

14、客八及服务器选项的insight bacnet功能模块，提供insight工作站 监控其他bacnet设备信息点的能力。其中insight bacnet客户选项允许insight操作者通过 图形界面和控制命令来监控其他通过以太网方式接人的第三方bacnet设备，而insight bacnet服务器选项允许第三方bacnet系统通过insight软件来监控apogee系统内的点， 接受apogee系统的报警信息。另外，系统还在楼层级网络上提供内嵌bacnet / ip协议 的直接数字控制器，可在10 / ioom以太网上运行。控制器可独立或联网完成复杂的控制、 监视和能源管理工作，还可联接楼层级

15、网络的设备并提供中央监控功能(系统架构如图所 示)。利用insight监控软件用户可以通过动态图形、趋势图等应用程序对apogee系统控制 设备的运行状态实施监控，被控对象的控制效果进行实时和历史的监视；川户也可以通过控 制命令、程序控制和h程表控制等应用程序控制楼宇白控设备的启停或调节；此外用户也可 以对用八帐号、系统设备和程序上下载等进行管理，并通过系统活动记录、报表等应用程序 了解apogee系统本身的状态。5 bacnet的前景展與开放、兼容、灵活、获得广泛支持并ii专门针对智能建筑的通信协议或现场总线己经成 为智能建筑领域的一个发展方向。而bacnet协议正是这样一种具有开拓性的技术

16、，并能使 不同厂商的设备能够互联、互换和互操作，打造无缝连接的楼宇自动化系统。充分满足了业 主、丿ij户和集成商的需求并提供了多种网络互联和接人internet的方案，为智能建筑内部各 系统z间的集成提供了便利条件，使智能建筑搭乘信息高速公路变得轻而易举。bacnet标准是楼宇自控领域唯一的iso标准，已在北美和欧洲等先进发达国家得到了 全面的推广和应川。随着bacnet标准应用广度不断的扩展，该标准必将在全球范围内得到 推广和应用。这是大势所趋，同时必将在全球范围内形成一个规模巨大的产业和市场。预言 近几年内亚太地区将是bacnet标准产品需求增长最快的地区。因此在我国大力推广和应用 bacnet标准是完全必要的，也是急需的。参考文献1董春桥.智能楼宇bacnet原理与应用北京电子工业出版社，2003； 42深圳市可信自控有限公司卞立群华中科技人学教授