王健栋
（上海杰东系统工程控制有限公司，上海，200120）
【摘 要】随着经济的不断发展和科技的不断进步，数字化技术已经逐渐的应用到生活的各个方面，计算机的应用呈现出较多的用途和便利。智能建筑中的网络通信的技术就是在这样的背景下产生并逐渐的发展起来，将数字技术逐渐的应用到实际的工作中，通过智能化的设备将技术进行统一使用，实现楼宇间的智能连通和相互之间的流通，实现便捷的生活和自动化的沟通，促进智能化的发展，实现生活的便捷。本文主要针对智能建筑中楼宇智能化网络通信技术的应用进行探析。
【关键词】智能建筑；网络通信；应用
引言
计算机技术的不断进步，使得人们生活中的和各项活动都具有一定的智能和便捷的特征，和现阶段人们追求的较为高效舒适的生活态度是一致的，为人们的日常生活提供了较大的便利。现在的生活方式，人们已经离不开各项智能的设备，居住的环境也不例外。在智能化的楼宇结构中，居民在上班期间就可以和家里的一些设备进行联系，通过远程的遥控达到自身的一些基本的需要，这样的方式节省了大量的时间，便捷了人们的生活。同时，通过智能化的楼宇结构，可以建立可科学的管理系统，更加高效便捷的为居民服务。同时，通过智能化的数字监控，可以在一定的程度上节省工人的劳动成本，对管理来讲节省了一定的用人成本和技术能力，对科学人性化的管理具有较好的作用。
1．楼宇智能化网络技术的含义与发展动态分析
1.1楼宇智能化网络技术的含义
智能楼宇系统的网络通信技术是智能建筑中最基本和最重要的组成部分，通过计算机及其网络技术、自动化控制技术和通信技术构建高度自动化的综合管理和控制系统，将建筑区域内的各种设备连接到一个控制网络上，通过网络对其数据读取，进行综合控制，这些设备包括空调、动力、照明、电梯、消防设备、安防设备等。把这些分散布置的设备状态数据、控制要求组合到一个相互关联的、统一的、协调的系统平台中，实现语音、数据、图像的综合传输、交换、处理和应用。
1.2楼宇智能化网络技术的发展动态分析
随着建筑业的不断进步，楼宇的自动化和智能化网络通信技术也在不断的进步，进行了一定的技术革新，使得技术上更加的完善，符合技术的发展要求。而楼宇的智能化网络通信技术发展的趋势主要是：
A．网络结构向简化发展：
BA领域中越来越多的渗入了网络技术和计算机技术。在中央管理站与现场站设备管理和控制应用网络新技术的过程中不断创新、改进。以下几种典型网络结构在目前的BA系统中应用比较广泛 。
（1）工作站通过相应接口直接与现场控制设备相连。这种网络结构实际上是一种单层网络结构.现场设备通过现场控制网络相互连接 工作站通过通信适配器直接接入现场控制网络。目前很多的 BA系统产品都支持这种网络结构 。它适用于监控点数较少的中小型 BA系统。其网络结构简单、配置方便。
（2）典型的两层网络构架
这种网络采用两层网络架构适用于大多数BA系统。上层网络处理信息管理，现场控制总线层网络完成设备实时控制。两层网络之间通过通信控制器连接 这种网络结构是许多现场总线产品厂商主推的网络构架。如开发LonWorks现场总线技术的美国Echelon公司等。
（3）三层网络结构的BA系统三层网络结构的BA系统。增加了中间层控制网 络。这种网络结构在以太网等上层网络与现场控制总线之间又增加了一层中间层控制网络。这层网络连接大型通用控制器。用于完成较为复杂的控制功能。
从技术发展角度来看，网络结构的简化将成为一种趋势。
B、广泛采用 BACnet和Lonworks标准：
在BA系统产品的设计、开发过程中,越来越多的厂商在上层协议方面更多的倾向于遵循开放性的BACnet标准。BA系统分两层网络架构,一是控制网络架构,其二是信息网络架构。控制网络架构基本上就是我们常讲的物理层,而在物理层面上分布了不少的被监控的若干弱电子系统。为了使这些产品可以集成到一个平台,集中实现实时数据监测,而需要有一个开放的通信协议。BACnet就是这样一个标准。在一些BA系统厂商中大都有自己的通信标准或协议。但为了适应市场的需求也增加了对BACnet标准支持的应用。与BACnet的不同是 :BACnet是定义设备的外部特性,而LonWorks定义的是控制器内部的指令集。LonWorks的核心内容LonTalk通信协议,各种产品只要通过LonMark认证 ,原则上都可以实现互通、操作,不受来自不同厂家生产的影响。LonWorks的技术核心是神经元芯片(Neuron),在 Neuron芯片中有3个8位的CPU介质访问控制处理器、网络处理器和应用处理器。LonWorks技术的应用不受领域限制,在工业厂房、楼宇及家庭自动化、农业、医疗和运输业等行业都有广泛应用,但LonW orks技术的应用主要在底层的控制。从1990年12月推出LonWorks,其发展速度极快。1995年已经有25OO家生产商使用并且安装了200万个节点 (每个节点包括一个神经元芯片,平均可以有5个控点)。其发展速度 超过其它现场总线(如CAN BUS、ProfiBus等)。其应用在智能建筑(大型宾馆、饭店、写字楼、现代高档住宅)的建筑设备自动化系统 (BAS)、工业自化、航空航天技术等领域。
C、国产BA系统产品不断涌现：
BA市场的需求增长促使国内BA系统厂商及产品不断涌现。国内部分BA系统 厂商的前身主要是来自于消防、空调、安全防范、软件等相关行业。由于中国BA领域存在巨大的市场空间,同时各相关专业的相互渗透和业主对这些功能的共同需求 ,促使消防、空调、安全防范、软件等相关行业的厂商开始进入BA市场 ,占据了一定的市场份额及应用领域。例如海湾是较早从事消防行业发展过来 的BA系统厂商,经过这几年的发展,有了一定的市场占有率,市场应用情况良好。
2．智能建筑中楼宇网络通信技术的应用分析
2.1 集散型控制系统（DCS）在楼宇自动化系统中的应用
集散型计算机控制系统(DCCS)又名分布式计算机控制系统，简称集散型控制系统(DCS)。集散型控制系统的实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监控、操作、管理和分散控制的一种新型的控制技术。采用三级结构模式，即控制（工程师站）、操作（操作站）、现场仪表（仪表站）。DCS是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、网络通信技术和人机接口技术相互发展和渗透而产生的。传统的DCS系统存在的问题有：（1）其I/ O 信号采用传统的模拟量信号，因此，它无法在DCS 工程师站上对现场仪表(比如变送器、执行器等) 进行远方诊断、维护和组态；（2）由于各厂家产品自成一体，系统相对封闭，产品互换性能差，系统扩展难。
2.2 现场总线技术在楼宇自动化系统中的应用
现场总线控制系统FCS（Fieldbus Contr ol System）是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、多变量、多点、多站的通信系统。现场总线控制系统技术上具有的特点是：
（1）系统开放性，即通信协议公开，各厂家的设备之间可互联为系统并实现信息交换。
（2）可互操作性与可互用性，不同厂家类似产品可实现互换。
（3）现场设备的智能化与功能自治性，即现场设备本身就能完成自动控制的基本功能，并随时诊断设备的运行状态。
（4）系统结构高度分散，根本上改变了DCS集中与分散相结合的集散系统框架，提高了可靠性和对现场环境的适应性。为克服DCS系统的不足，楼宇自动化系统引入了现场总线技术，目前，常用在楼宇自动化系统中常用的现场总线有LonWorks现场总线、EIB现场总线等。针对楼宇自动化系统的特点推出的楼宇自动控制网络通信协议BACent的应用也十分流行。
2.2.1 LonWorks现场总线
LonWorks现场总线是目前楼宇自动化系统中应用较多的现场总线技术。它是美国Wchelom公司于1991年推出的EON (Local
OperrationgNetworks)技术，又称Lonworks技术。LonTalk网络协议和神经元芯片是LonWorks 的核心技术。目前，多种楼宇自动化控制系统都支持LonWorks技术，如霍尼伟尔公司的EBI系统、西门子公司的APOGEE系统、江森公司的METASYS系统等。
2.2.2 EIB现场总线
EIB是欧洲安装总线(European Installation
Bus) 的缩写。它在1990年被提出，经过十多年的发展，成为欧洲最有影响的建筑智能化现场总线标准，在欧洲得到了进300家厂商的支持。它主要通过电力电缆传输信号，避免了重复布线带来的诸多麻烦，如ABB i-bus EIB系统。在国内智能楼宇中EIB技术也得到广泛应用。
2.2.3 其他现场总线
CAN（Controller Area Network）即控制器局域网络。CAN总线的特点是：开发费用低，技术相对其他现场总线简单，但总线上挂的接点过少，满足不了楼宇系统的要求。
2.2.4 楼宇自动控制网络通信协议BACent
由于各国及各大公司为维护自身利益，长期以来现场总线标准没有得到统一。楼宇自动化控制系统也同样面临类似的境况，楼宇自动化系统较为庞大，它包括供配电子系统、照明子系统、空调与冷热源子系统、给排水子系统、电梯自控子系统以及安防子系统、消防子系统等，各子系统甚至可以再细分。而各个厂家则根据自身优势针对某个或某几个子系统推出了自己的产品。因此，在实际工程应用中，楼宇自动化系统工程实际上是一项系统集成的工作，各子系统一般都选用不同厂家的产品，这就存在不同的现场总线协议在整个系统中相互兼容的问题。这样一个背景下，楼宇自动控制网络通信协议BACent应运而生。严格地说，BACnet并不是现场总线，而是一种网络协议，即通信规则， BACnet包含了应用层、网络层、几种数据链路层和物理层共四层协议。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优点是可根据不同系统的要求采用不同的通信速率和通信量的网络技术。其中，PTP (POINT TO POINT )、MS/TP也是BAC-net独有的。BACnet应是楼宇智能化发展趋势。目前，楼宇自动化集成也在这方面开展研究工作。
2.3 FCS和DCS综合技术在楼宇自动化系统中的应用
FCS采用的是全分布式控制，上位机需要采用巡检的方式采集各个智能节点上的数据，因此在上位管理机和节点间属于多对一通讯，容易引起网络的阻塞，且一旦发生网络阻塞，网络上的数据传输效率将显著降低。DCS系统通过弥补自身不足发展到了第四代，硬件结构也得到丰富，由工程师站、操作站、现场控制站、通信控制站、打印服务站、系统服务器、管理网络、系统网络、控制网络等组成。这一代DCS系统充分体现了信息化、集成化的特点，系统体系结构开放。仔细分析目前楼宇自动化系统实质上是现场总线技术和DCS系统的综合。该结构分为三层：管理层，采用某种网络协议进行通信,这种开放性使得管理信息集成更加容易；自动化层，采用基于控制总线楼宇自动化系统数据通信协议的DDC分站控制器，该层具有以DCS为基础的经验，各种控制功能、应用软件比较完善，易于处理DDC分站之间的控制协调；现场层，采用基于现场总线的I/O 模块或现场DDC控制器，在该层上控制功能相对简单，因此既能充分发挥现场总线的优点，又能避免复杂控制算法实现困难等问题。
参考文献：
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[3]齐斌,李芳.楼宇智能化技术在智能楼宇建筑中的应用[J].建筑与预算,2015,No. 23511:39-41.
论文作者:王健栋
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年5月总第210期
论文发表时间:2016/7/15
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