BACnet協(xié)議與集成智能樓宇控制系統(tǒng)摘要：文章以西門(mén)子樓宇科技APOGEE頂峰系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹了支持BACnet協(xié)議的無(wú)縫隙集成智能樓宇控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及其優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：智能樓宇集成控制系統(tǒng)BACnetAPOGEE頂峰系統(tǒng)lBACnet協(xié)議產(chǎn)生的背景隨著信息技術(shù)的高度發(fā)展，智能建筑內(nèi)各種控制功能不斷增強(qiáng)，以致于不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備共存于一個(gè)建筑物內(nèi)。基于市場(chǎng)獨(dú)占的目的，各個(gè)廠商基本都致力開(kāi)發(fā)自己專有的通信協(xié)議，但是這些各種各樣的通信協(xié)議和設(shè)備不但給智能建筑的系統(tǒng)集成和管理帶來(lái)諸多不便，也使用戶受限于廠商而使造價(jià)和使用、維護(hù)費(fèi)用居高不下，因此制定一個(gè)開(kāi)放的、統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫隙的集成控制系統(tǒng)勢(shì)在必行。為創(chuàng)建使不同廠家的暖通空調(diào)子系統(tǒng)相連接的標(biāo)準(zhǔn)方法，美國(guó)供暖制冷及空調(diào)工程師協(xié)會(huì)(AmericanSociety0fHeatingRefrigerationandAirConditioningEn舀neers-ASHRAE)制定了一種開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，被稱為“樓宇自動(dòng)化和控制網(wǎng)絡(luò)，即BACnet(BuildingAutomationandControlNETwork)。它通過(guò)建立一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)，使得設(shè)備間可以相互操作。2無(wú)縫隙集成系統(tǒng)的定義所謂無(wú)縫隙的集成系統(tǒng)就是要通過(guò)制定統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議使系統(tǒng)具備開(kāi)放性和互操作性，并且提供全面的、端到端的解決方案，這三個(gè)條件缺一不可。開(kāi)放性具有兩層含義：一是指通信協(xié)議不為任何公司所獨(dú)有；任何制造商都可以利用該統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)自己的產(chǎn)品；產(chǎn)品不僅可以單獨(dú)銷售也可以作為整體方案的一部分提供給用戶。二是指系統(tǒng)滿足樓宇的功能需求，易于擴(kuò)展，并且可以兼容不同廠商的同類產(chǎn)品，允許用戶選擇質(zhì)量更佳、價(jià)格更具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品進(jìn)行更換?；ゲ僮餍允侵冈O(shè)備在子系統(tǒng)內(nèi)使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式來(lái)共享信息，在子系統(tǒng)間不需網(wǎng)關(guān)和協(xié)議轉(zhuǎn)換器等附加設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)信息的交換，值得注意的是系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備是可以來(lái)自不同廠商的最優(yōu)結(jié)合。僅僅來(lái)自同一廠商的設(shè)備互操作性是非常有限的，也是與開(kāi)放性原則相違背的。端到端的解決方案是指通信協(xié)議的應(yīng)用還必須是全面的、系統(tǒng)的，它應(yīng)該應(yīng)用到所有子系統(tǒng)的從操作界面到附加產(chǎn)品的任何部分。3BACnet協(xié)議是構(gòu)成智能建筑無(wú)縫隙集成系統(tǒng)的一種理想選擇最具開(kāi)放性BACnet協(xié)議在1987年由美國(guó)供暖制冷及空調(diào)工程師協(xié)會(huì)ASHRAE提出；1995年發(fā)布BACnetl995版本，當(dāng)年就得到ANSI美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的批準(zhǔn)成為一個(gè)開(kāi)放性標(biāo)準(zhǔn)；在市場(chǎng)的推動(dòng)和智能樓宇業(yè)界領(lǐng)袖西門(mén)子樓宇科技(SiememBuildingTechnologies)等公司的不斷努力下，ASHRAE在2001年又推出了BACnet2001版，同時(shí)也成為ANSI美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的標(biāo)準(zhǔn)；2003年BACnet協(xié)議最終成為IS0164845標(biāo)準(zhǔn)。因此任何廠家都可以按照BACnet標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)與BACnet兼容的控制器或接口，在這一標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議下實(shí)現(xiàn)相互交換數(shù)據(jù)的目的。最具互操作性：BACnet采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，在BACnet中，對(duì)象就是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間傳輸?shù)囊唤M數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也是輸入、輸出、輸入和或輸出功能組的邏輯代表，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過(guò)讀取、修改封裝在應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APDU)中的對(duì)象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)互操作。BACnet目前定義了18個(gè)對(duì)象，每個(gè)對(duì)象都具有對(duì)象標(biāo)志符、對(duì)象名稱和對(duì)象類型。其中，對(duì)象標(biāo)志符用來(lái)唯一標(biāo)識(shí)對(duì)象。通過(guò)廣播自身所包含的某個(gè)對(duì)象的對(duì)象名稱，BACnet設(shè)備可以建立與所含相關(guān)對(duì)象的設(shè)備建立聯(lián)系。因此BACnet協(xié)議要求每個(gè)設(shè)備都要包含“設(shè)備對(duì)象”，通過(guò)其屬性的讀取就可以讓網(wǎng)絡(luò)獲得設(shè)備的全部信息。同時(shí)為了幫助用戶和工程技術(shù)人員確定不同BACnet設(shè)備之間的互操作性，BACnet還提供了PICS文件(ProtocolImplementationStatement)，它包括7項(xiàng)內(nèi)容，即標(biāo)識(shí)廠商和描述設(shè)備的基本信息；設(shè)備符合BACnet的級(jí)別；設(shè)備所支持的功能組；設(shè)備所支持的基于標(biāo)準(zhǔn)或?qū)Ｓ械姆?wù)；設(shè)備啟動(dòng)或響應(yīng)服務(wù)請(qǐng)求的能力；設(shè)備所支持的基于標(biāo)準(zhǔn)或?qū)Ｓ械膶?duì)象類型及其屬性描述；設(shè)備支持的數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)；設(shè)備支持的分段請(qǐng)求和響應(yīng)。提供全面的端對(duì)端服務(wù)：BACnet協(xié)議在人機(jī)界面(HMI)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間或不同系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間可以直接進(jìn)行信息傳輸而無(wú)需特別附加設(shè)備。與總線協(xié)議的相對(duì)優(yōu)越性：BACnet和LonWorks是目前國(guó)內(nèi)構(gòu)建集成系統(tǒng)中最常采用的兩種通信協(xié)議，兩者都以滿足開(kāi)放性和互操作性為目的，雖然從目前的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率上看LonWorks略占優(yōu)勢(shì)，但這并不能代表LonWorks優(yōu)于BACnet，相反在智能樓宇系統(tǒng)集成方面，BACnet具有LonWorks不具備的優(yōu)點(diǎn)：(1)高速率和高吞吐量：BACnet上層通過(guò)以太網(wǎng)主干線，采用標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，提供系統(tǒng)高速通信，用于解決數(shù)據(jù)傳輸量較大的系統(tǒng)間的集成。與商用控制系統(tǒng)廠商使用的通訊速率較低的總線形式相比，有著更為大量的數(shù)據(jù)通訊，可以運(yùn)作高級(jí)復(fù)雜的大信息量，因而能夠大大提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。除此外以太網(wǎng)主干還能夠在大型系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)高峰時(shí)間發(fā)揮特別重要的作用，如斷電后系統(tǒng)自動(dòng)重新啟動(dòng)。LonWorks主要用于解決數(shù)據(jù)傳輸量較小的現(xiàn)場(chǎng)控制器之間的集成，它實(shí)際上是一種工控網(wǎng)技術(shù)，它的優(yōu)點(diǎn)在于方便現(xiàn)場(chǎng)儀器，如傳感器、執(zhí)行器等的聯(lián)網(wǎng)，在于支持多種通訊介質(zhì)的使用甚至是混合使用?？偟恼f(shuō)來(lái)LonWorks是適用在實(shí)時(shí)控制域，特別是在設(shè)備級(jí)的互聯(lián)，而B(niǎo)ACnet是適用于信息管理域，特別是在上層網(wǎng)之間的互聯(lián)；(2)功能更強(qiáng)大上面提到BACnet目前已經(jīng)定義了18個(gè)對(duì)象，其中包括模擬輸入、模擬輸出、命令、日歷表等等，同時(shí)BACnet中還定義了35種服務(wù)，并劃分了6個(gè)類別：報(bào)警和事件服務(wù)；文件訪問(wèn)服務(wù)；對(duì)象訪問(wèn)服務(wù)；遠(yuǎn)程設(shè)備管理服務(wù)；虛擬終端服務(wù)；網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)。另外BACnet還定義了13種功能組包括時(shí)鐘功能組、時(shí)間響應(yīng)功能組、文件功能組、虛擬終端功能組、設(shè)備通信功能組等。為精簡(jiǎn)信息量，BACnet定義了6個(gè)一致性類別(設(shè)備類別)，一致性類別的分級(jí)編號(hào)由l一6級(jí)別依次升高，每個(gè)類別都規(guī)定了設(shè)備要實(shí)現(xiàn)的最小服務(wù)子集且包含低級(jí)別的所有服務(wù)；(3)互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展更靈活：在BACnet拓?fù)渲?，設(shè)備之間只存在一條邏輯通路，無(wú)需廣域網(wǎng)的最優(yōu)路由算法；其次，BACnet具有單一的局部地址空間，所以BACnet參照OSI模型制定了簡(jiǎn)化的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，向應(yīng)用層提供不確認(rèn)無(wú)連接的數(shù)據(jù)單元傳送服務(wù)。每個(gè)BACnet設(shè)備都被一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)碼和一個(gè)MAC地址唯一確定。目前，BACnet標(biāo)準(zhǔn)使用兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)與Internet的互聯(lián)。第一種技術(shù)中稱之為“隧道”技術(shù)，并將其設(shè)備稱之為分組封裝拆裝設(shè)備，簡(jiǎn)稱PAD。其作用就像一個(gè)網(wǎng)關(guān)路由器。第二種技術(shù)中稱之為BACnetIP，設(shè)備直接封裝IP幀包在BACnet網(wǎng)絡(luò)和Internet上傳輸；(4)良好的伸縮性：BACnet標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有限制BACnet系統(tǒng)中設(shè)備節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，BACr集成系統(tǒng)可以由幾個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)極小的自控系統(tǒng)，也可以形成一個(gè)規(guī)模極大的超級(jí)大系統(tǒng)。如美國(guó)GAS集成的GEMnet系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有11個(gè)樓宇自控系統(tǒng)，集成總建筑面積達(dá)180m2，橫跨3個(gè)州。4采用BACnet協(xié)議的智能樓字無(wú)縫隙集成系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)從功能上講，樓宇自控設(shè)備分為兩部分，一部分專門(mén)處理設(shè)備的控制功能；另一部分專門(mén)處理設(shè)備的數(shù)據(jù)通信功能。BACn協(xié)議通過(guò)建立統(tǒng)一的設(shè)備通信標(biāo)準(zhǔn)，將控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)集成于一體，并使設(shè)備問(wèn)具備互操作性，將使系統(tǒng)具備以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：(1)實(shí)時(shí)性：現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控信息與運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)通信。通過(guò)BACnet及局域網(wǎng)，得到授權(quán)的工作人員可以快速地通過(guò)統(tǒng)一的、友好的圖形界面獲得所需內(nèi)容，如對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制；(2)綜合性：實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的信息集成，使建立分布式的綜合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)成為可能，保證了數(shù)據(jù)的一致性、完整性和互操作能力；(3)高效性：實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的信息集成，才能充分利用各種信息并結(jié)合專家系統(tǒng)等各種智能控制高級(jí)算法提供輔助決策，達(dá)到優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行、提高物業(yè)管理效率、增強(qiáng)建筑物的利用與服務(wù)功能；(4)方便性：在Intranet內(nèi)部或通過(guò)Internet就可以對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)以及進(jìn)行新版軟件的升級(jí)等等；(5)開(kāi)放性和擴(kuò)展性：服務(wù)功能的增加或改變，只需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模塊級(jí)的調(diào)整，并且保證兼容性；(6)經(jīng)濟(jì)性：設(shè)備間的互操作的實(shí)現(xiàn)可使多個(gè)子系統(tǒng)共享一個(gè)傳感器或控制設(shè)備，可大大減少系統(tǒng)中傳感器和控制設(shè)備的數(shù)量，從而降低成本；設(shè)備間的互操作也使業(yè)主不再被廠商所限制，具有更大的選擇空間，同時(shí)開(kāi)放的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也勢(shì)必帶來(lái)成本的降低；在支持BACnet協(xié)議的智能樓宇控制系統(tǒng)中，西門(mén)子樓宇科技的APOGEE頂峰系統(tǒng)是佼佼者，其全面體現(xiàn)了集成系統(tǒng)的上述6大優(yōu)點(diǎn)。APOGEE頂峰系統(tǒng)是西門(mén)子樓宇科技在其原有System600基礎(chǔ)上，對(duì)控制器進(jìn)行全面升級(jí)并將Insight監(jiān)控軟件移植到Windows2000NT平臺(tái)上推出的。它在管理級(jí)網(wǎng)絡(luò)支持BACnet協(xié)議，提供包括客戶及服務(wù)器選項(xiàng)的InsightBACnet功能模塊，提供lnsight工作站監(jiān)控其他BACnet設(shè)備信息點(diǎn)的能力。其中l(wèi)nsightBACnet客戶選項(xiàng)允許Insight操作者通過(guò)圖形界面和控制命令來(lái)監(jiān)控其他通過(guò)以太網(wǎng)方式接人的第三方BACnet設(shè)備，而InsightBACnet服務(wù)器選項(xiàng)允許第三方BACnet系統(tǒng)通過(guò)Insight軟件來(lái)監(jiān)控APOGEE系統(tǒng)內(nèi)的點(diǎn)，接受APOGEE系統(tǒng)的報(bào)警信息。另外，系統(tǒng)還在樓層級(jí)網(wǎng)絡(luò)上提供內(nèi)嵌BACnetIP協(xié)議的直接數(shù)字控制器，可在IOIOOM以太網(wǎng)上運(yùn)行?？刂破骺瑟?dú)立或聯(lián)網(wǎng)完成復(fù)雜的控制、監(jiān)視和能源管理工作，還可聯(lián)接樓層級(jí)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備并提供中央監(jiān)控功能(系統(tǒng)架構(gòu)如圖所示)。利用Insight監(jiān)控軟件用戶可以通過(guò)動(dòng)態(tài)圖形、趨勢(shì)圖等應(yīng)用程序?qū)POGEE系統(tǒng)控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施監(jiān)控，被控對(duì)象的控制效果進(jìn)行實(shí)時(shí)和歷史的監(jiān)視；用戶也可以通過(guò)控制命令、程序控制和日程表控制等應(yīng)用程序控制樓宇自控設(shè)備的啟?；蛘{(diào)節(jié)；此外用戶也可以對(duì)用戶帳號(hào)、系統(tǒng)設(shè)備和程序上下載等進(jìn)行管理，并通過(guò)系統(tǒng)活動(dòng)記錄、報(bào)表等應(yīng)用程序了解APOGEE系統(tǒng)本身的狀態(tài)。5BACnet的前景展望開(kāi)放、兼容、靈活、獲得廣泛支持并且專門(mén)針對(duì)智能建筑的通信協(xié)議或現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)成為智能建筑領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展方向。而B(niǎo)ACnet協(xié)議正是這樣一種具有開(kāi)拓性的技術(shù)，并能使不同廠商的設(shè)備能夠互聯(lián)、互換和互操作，打造無(wú)縫連接的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)。充分滿足了業(yè)主、用戶和集成商的需求并提供了多種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和接人Internet的方案，為智能建筑內(nèi)部各系統(tǒng)之間的集成提供了便利條件，使智能建筑搭乘信息高速公路變得輕而易舉。BACnet標(biāo)準(zhǔn)是樓宇自控領(lǐng)域唯一的ISO標(biāo)準(zhǔn)，已在北美和歐洲等先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家得到了全面的推廣和應(yīng)用。隨著B(niǎo)ACnet標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用廣度不斷的擴(kuò)展，該標(biāo)準(zhǔn)必將在全球范圍內(nèi)得到推廣和應(yīng)用。這是大勢(shì)所趨，同時(shí)必將在全球范圍內(nèi)形成一個(gè)規(guī)模巨大的產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)。預(yù)言近幾年內(nèi)亞太地區(qū)將是BACnet標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品需求增長(zhǎng)最快的地區(qū)。因此在我國(guó)大力推廣和應(yīng)用BACnet標(biāo)準(zhǔn)是完全必要的，也是急需的。參考文獻(xiàn)1董春橋智能樓宇BACnet原理與應(yīng)用北京電子工業(yè)出版社，2003；42深圳市可信自控有