【摘要】 介紹了樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）目前采用的通信協(xié)議及應(yīng)用情況，重點(diǎn)針對(duì)LonWorks與BACnet進(jìn)行比較，分析了幾種典 型結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn)，探討了樓宇系統(tǒng)通信協(xié)議的發(fā)展趨勢(shì)。
【關(guān)鍵詞】通信協(xié)議 分布式結(jié)構(gòu) 互操作性 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)
隨著信息技術(shù)及整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，樓宇自動(dòng)化正向集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向邁進(jìn)。大系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)就是通信網(wǎng)絡(luò)，其技術(shù) 核心體現(xiàn)在系統(tǒng)集成及相關(guān)的通信協(xié)議上。為了確保信息正常傳送，必須在有關(guān)信息傳輸順序、信息格式和信息內(nèi)容等方面有一組約定或 規(guī)則，這組約定或規(guī)則就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。簡(jiǎn)單地說，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議好像各設(shè)備間通信時(shí)使用的語言。由于各家的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和性能的差異，存 在著系統(tǒng)間通信兼容和互換性問題，因此需要一個(gè)統(tǒng)一的開放式標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)各家產(chǎn)品的相互兼容和交換。這樣做的好處是所有廠家的儀表 、系統(tǒng)都可進(jìn)行互相通信，使各制造商的產(chǎn)品不受專有協(xié)議的限制，給用戶的使用帶來極大方便。主要優(yōu)點(diǎn)有：減少布線、安裝等費(fèi)用； 節(jié)省操作與維修費(fèi)用；數(shù)字傳遞精度高；增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性和升級(jí)的方便性。目前國(guó)際上的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議發(fā)展很快，而且均處于不斷變 化中。在樓宇控制系統(tǒng)領(lǐng)域，目前主要采用Echelon公司的LonWorks（Local Operating Network）協(xié)議及美國(guó)ASHRAE（美國(guó)暖通、空調(diào)和制冷工程師協(xié)會(huì)）的BACnet（A Date Communication Protocol for Building Automation and Control Networks）協(xié)議。盡管許多廠商均認(rèn)可這兩項(xiàng)技術(shù)，甚至它們還被寫進(jìn)歐洲CENTC247建筑控制標(biāo)準(zhǔn)文件中，但是目前許 多廠商還是根據(jù)自己產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)，不斷發(fā)展自己的標(biāo)準(zhǔn)。
目前，大多數(shù)局域網(wǎng)、主干網(wǎng)與Internet的互連技術(shù)已成熟并得到了廣泛應(yīng)用。然而樓宇系統(tǒng)設(shè)備多，控制網(wǎng)絡(luò)五花八門， 各廠家提供的樓宇設(shè)備和控制系統(tǒng)，其通信協(xié)議不同，造成不同廠商的設(shè)備之間沒有很好的互操作性，實(shí)際上很難在同一系統(tǒng)中混用。影 響系統(tǒng)的管理、維護(hù)和安全。長(zhǎng)期以來，用戶一直希望打破樓宇控制廠家的壟斷局面，迫切盼望采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。但是眾多廠家也一 直在競(jìng)爭(zhēng)，力爭(zhēng)占領(lǐng)更多市場(chǎng)，均希望使自己成為系統(tǒng)開放的關(guān)鍵角色。結(jié)果是樓宇系統(tǒng)越復(fù)雜，用戶所受限制也越多。因此，在樓宇自 動(dòng)化領(lǐng)域，要求增加系統(tǒng)透明性、互操作性的呼聲也越來越高。人們已經(jīng)看到，一個(gè)不具備開放性、不能實(shí)現(xiàn)互操作的系統(tǒng)會(huì)給系統(tǒng)運(yùn)行 維護(hù)、升級(jí)改造帶來極大不便。在這種形式下，LonWorks和BACnet等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生。LonWorks與BACne t二者到底誰的優(yōu)勢(shì)更大？似乎各有所長(zhǎng)。本文就控制協(xié)議的應(yīng)用及發(fā)展作如下討論。
1 LonWorks的應(yīng)用情況
LonWorks是1993年推出的，它具有統(tǒng)一性、開放性和互操作性。LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)ON網(wǎng)絡(luò)，其 核心為Neuron芯片，它既能管理通信，又具有輸入、輸出功能，芯片內(nèi)部含有三個(gè)CPU，分別管理網(wǎng)絡(luò)、介質(zhì)訪問和應(yīng)用。Lo nWorks神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種近年來已廣泛應(yīng)用于樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中的一種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，其最大特點(diǎn)是掛接在LON總線上的備 控制節(jié)點(diǎn)都有裝配有神經(jīng)元控制芯片，而在每只芯片內(nèi)已固化有標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，這就使得接入LON總線的各類設(shè)備可互通信，可 實(shí)現(xiàn)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)集成，它在短時(shí)間內(nèi)得到了自動(dòng)控制領(lǐng)域的廣泛關(guān)注和普遍接受，在樓宇自動(dòng)控制領(lǐng)域更成為實(shí)際上的標(biāo)準(zhǔn)。可以說 LonWorks技術(shù)最大的應(yīng)用領(lǐng)域就是在樓宇自動(dòng)化方面，它包括建筑物監(jiān)控系統(tǒng)的所有領(lǐng)域，即人口控制、電梯和能源管理、消防 、救生、供暖通風(fēng)、測(cè)量、保安等。在建筑業(yè)中，LonWorks協(xié)議中的介質(zhì)訪問控制層，即第七層協(xié)議中的第一、二層已經(jīng)被（A SHRAE）接納為建筑自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)（BACnet）的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也被美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ANSI）制定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所采納。
LON網(wǎng)絡(luò)采用的通信協(xié)議稱為L(zhǎng)ontalk協(xié)議，該協(xié)議對(duì)用戶完全開放，支持多種通信媒介，可以實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的互操作 。
LonWorks作為局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在控制領(lǐng)域的應(yīng)用，LON網(wǎng)絡(luò)是將控制系統(tǒng)按局域網(wǎng)絡(luò)（LAN）方式進(jìn)行構(gòu)造，用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 代替LAN中工作站，并將其安裝在監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)，直接與各種傳感器、控制器相連。LonWorks網(wǎng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)間可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的信 息傳送，具有很好的互操作性。支持LonWorks的各種智能節(jié)點(diǎn)（如溫度、濕度、壓力、二氧化碳檢測(cè)，執(zhí)行器、控制器、數(shù)據(jù)記 錄及趨勢(shì)分析等），能使傳感器、變送器與執(zhí)行器本身帶有數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通信功能，它們十分有效地支持了樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)建，所 有匹配智能節(jié)點(diǎn)、輸入輸出模塊的樓宇設(shè)備系統(tǒng)，都能方便地組成真正的分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。LON網(wǎng)絡(luò)在一個(gè)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)最多可 達(dá)32000個(gè)，無論是哪一類節(jié)點(diǎn)，都含有用于控制和通信的Neuron芯片，用于連接一個(gè)或多個(gè)I／O設(shè)備的I／O接口，以及 負(fù)責(zé)將節(jié)點(diǎn)連接上網(wǎng)的收發(fā)器。采用LonWorks技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)可以輕松實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)、不同產(chǎn)品之間的對(duì)等通訊，因而廣泛地用來構(gòu) 建分布式的控制網(wǎng)絡(luò)，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)可靠性。按照LonWorks互操作協(xié)議設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品之間的 互聯(lián)，這不但為系統(tǒng)集成提供了方便，尤其為打破某些公司的專項(xiàng)技術(shù)壟斷提供了可能。
LonWorks技術(shù)用于樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）中已較為成熟，圖1為采用LonWorks技術(shù)的集成系統(tǒng)示意圖。從目前 己應(yīng)用的情況來看，很多已建系統(tǒng)的BAS主要采用LonWorks技術(shù)，其問題之一是對(duì)系統(tǒng)布線的要求較苛刻。
2 BACnet協(xié)議的應(yīng)用
BACnet標(biāo)準(zhǔn)的誕生，結(jié)束了樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域眾多廠家各自為政的局面。BACnet作為一種標(biāo)準(zhǔn)的開放式數(shù)據(jù)通信協(xié)議，使 不同廠家的樓宇設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)互操作，也就是說，在一個(gè)系統(tǒng)中，允許混用不同廠家的設(shè)備，并能為這些設(shè)備提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信的服務(wù) 和協(xié)議的操作平臺(tái)。這個(gè)僅給用戶提供了更大的選擇空間，而且給系統(tǒng)的升級(jí)、維護(hù)提供了靈活性。BACnet標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)曖通空調(diào)、 給水排水、消防、保安等樓宇系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，它提供廣種描述各種樓宇設(shè)備的模型，使得各種設(shè)備能互操作和協(xié)同工作。BACnet定義 了在異種不同LAN環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)工作站之間的通信規(guī)程，由于它利用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)BACnet協(xié)議，所以其傳輸性能較傳統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)有 較大提高。
BACnet標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。它采用了面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，用"對(duì)象"、"屬性"和"服務(wù)"等要素定義信息格式 ，它定義了一種具有屬性的對(duì)象來表示任意的樓宇系統(tǒng)設(shè)備的功能，從而提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的表示樓宇自控設(shè)備的方式。目前BACnet 共定義了18個(gè)對(duì)象，123個(gè)屬性和32種服務(wù)。很容易實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的對(duì)等通訊，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化，可靠性大大提高。在BACn et中，一個(gè)設(shè)備可以從另個(gè)設(shè)備中獲取信息，可操作另一設(shè)備或向多個(gè)設(shè)備發(fā)布信息。BACnet的對(duì)象和屬性提供了通信的共同語 言，而服務(wù)則提供了信息傳遞的手段。協(xié)準(zhǔn)的通信協(xié)議應(yīng)該是開放的，利用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的集成方法雖然目前還未達(dá)到廣泛應(yīng)用，但它的 應(yīng)用前景看好，尤其是大系統(tǒng)和那些可能還要進(jìn)一步擴(kuò)容和升級(jí)的大系統(tǒng)。
圖2表示分散建筑之間采用分布式網(wǎng)絡(luò)集成的一種方案。這些樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表盤和控制器也能實(shí)現(xiàn)分個(gè)人的控 制功能，而不再是必須依靠中央控制器。它能利用集成網(wǎng)絡(luò)所提供的技術(shù)，快速、便利地傳遞和控制數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)關(guān)在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng) 絡(luò)之間提供界面。
3 通信協(xié)議的應(yīng)用及發(fā)展
LonWtorks與BACnet已競(jìng)爭(zhēng)多年，各自都有自己的用戶群。在樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域，有此廠家甚至有意把他們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)成L onWorks與BACnet混合，作為他們的標(biāo)準(zhǔn)。幾種典型結(jié)構(gòu)見圖3。
結(jié)構(gòu)A是一種已過時(shí)的設(shè)計(jì)，試圖將所用通信協(xié)議適應(yīng)已有的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而實(shí)際上又并不打算采納它們。所以，實(shí)質(zhì)上是一種不開放 的系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)交互式操作，很難適應(yīng)種類繁多的設(shè)備檢測(cè)和控制要求，這種設(shè)計(jì)最終將被淘汰。
結(jié)構(gòu)B似乎商家更喜歡，他們今產(chǎn)品宣傳時(shí)說"我們己經(jīng)采用了LonWorks，用戶可以混用不同廠家的設(shè)備。"聽起來很不錯(cuò) ，實(shí)際上，用戶并個(gè)能自由選擇。當(dāng)用戶擴(kuò)建現(xiàn)有系統(tǒng)時(shí)，常常是不得不繼續(xù)購(gòu)買原始供應(yīng)廠商的設(shè)備。多個(gè)廠家的設(shè)備要在一個(gè)系統(tǒng)中 協(xié)調(diào)集成，并非想象的那樣容易。換言之，如果用戶想對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)升級(jí)、改造，或想換用其它廠家的設(shè)備，只能用網(wǎng)關(guān)的方案。所以原始 廠內(nèi)的專業(yè)領(lǐng)域仍舊是不開放的。
結(jié)構(gòu)C和結(jié)構(gòu)D開始考慮用戶的要求，即互操作性，用戶可以在一個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)不同廠家設(shè)備之間的互操作，允許混合配置各種設(shè)備 。盡管目前還僅限于設(shè)備層，而且價(jià)格也不便宜，但應(yīng)用前景看好。
為什么有的廠家愿意選結(jié)構(gòu)C，有的又愿意選結(jié)構(gòu)D呢？主要是設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)時(shí)的不同考慮。但對(duì)用戶來說，似乎并沒有多大區(qū)別。筆 者認(rèn)為，LonWorks不會(huì)消火。因?yàn)椴簧購(gòu)S家己經(jīng)在他們的產(chǎn)品系列中嵌有Lonworks，而要讓他們退出LonWorks ，再改一種新標(biāo)準(zhǔn)是很困難的，費(fèi)用也高。BACnet作為系統(tǒng)層協(xié)議的一種選擇，潛在優(yōu)勢(shì)更大。從目前的情況來看，樓宇控制器頂 尖級(jí)的廠家在這類應(yīng)用上，還沒有哪家選LonWorks。BACnet很適宜在工作站級(jí)的管理領(lǐng)域應(yīng)用，系統(tǒng)層的協(xié)議有利于交互 操作性，正如C、D結(jié)構(gòu)所期望的，而BACnet正好能擔(dān)當(dāng)此任。
盡管是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，但各自都在向同一目標(biāo)努力，那就是互操作性和對(duì)用戶開放。大多數(shù)人理解LonWorks與BACnet共同 構(gòu)建樓宇控制系統(tǒng)的需要。今大建成的許多樓宇系統(tǒng)，正是采用了LonWorks與BACnet共同構(gòu)建的方式。雖然價(jià)格問題一直 是用戶最關(guān)心的問題之一，但是無論采用哪種協(xié)議或廠家標(biāo)準(zhǔn)，或LonWorks，或BACnet，成本相差都不大。在目前標(biāo)準(zhǔn)還 未完全統(tǒng)一的情況下，用戶可以根據(jù)實(shí)際工程需要合理選擇。
BACnet和LonWorks最近都在積極開發(fā)網(wǎng)絡(luò)操作平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)人的網(wǎng)絡(luò)集成、管理和維護(hù)。在BACnet樓宇 自動(dòng)化協(xié)議的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的BACnet/IP協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)與Internet的無縫集成，從而為建筑設(shè) 備自動(dòng)化系統(tǒng)與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)<
