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              1. 技術文章

                當前頁面: 首頁 >技術文章 >LonWorks與BACnet的應用探討

                LonWorks與BACnet的應用探討

                供稿:中國工控網 2004/11/11 15:48:00

                0 人氣:3747

                • 關鍵詞: 樓宇 通信協議 分布式結構 互操作性
                • 摘要:【摘要】介紹了樓宇自動化系統(BAS)目前采用的通信協議及應用情況,重點針對LonWorks與BACnet進行比較,分析了幾種典型結構的技術特點,探討了樓宇系統通信協議的發展趨勢。 【關鍵詞】通信協議 分布式結構 互操作性 網絡互聯

                隨著信息技術及整個信息產業的發展,樓宇自動化正向集成化、智能化和網絡化方向邁進。大系統集成的基礎就是通信網絡,其技術核心體現在系統集成及相關的通信協議上。為了確保信息正常傳送,必須在有關信息傳輸順序、信息格式和信息內容等方面有一組約定或規則,這組約定或規則就是網絡協議。簡單地說,網絡協議好像各設備間通信時使用的語言。由于各家的通信協議標準和性能的差異,存在著系統間通信兼容和互換性問題,因此需要一個統一的開放式標準來實現各家產品的相互兼容和交換。這樣做的好處是所有廠家的儀表、系統都可進行互相通信,使各制造商的產品不受專有協議的限制,給用戶的使用帶來極大方便。主要優點有:減少布線、安裝等費用;節省操作與維修費用;數字傳遞精度高;增強系統的靈活性和升級的方便性。目前國際上的網絡標準和協議發展很快,而且均處于不斷變化中。在樓宇控制系統領域,目前主要采用Echelon公司的LonWorks(Local Operating Network)協議及美國ASHRAE(美國暖通、空調和制冷工程師協會)的BACnet(A Date Communication Protocol for Building Automation and Control Networks)協議。盡管許多廠商均認可這兩項技術,甚至它們還被寫進歐洲CENTC247建筑控制標準文件中,但是目前許多廠商還是根據自己產品的技術特點,不斷發展自己的標準。  目前,大多數局域網、主干網與Internet的互連技術已成熟并得到了廣泛應用。然而樓宇系統設備多,控制網絡五花八門,各廠家提供的樓宇設備和控制系統,其通信協議不同,造成不同廠商的設備之間沒有很好的互操作性,實際上很難在同一系統中混用。影響系統的管理、維護和安全。長期以來,用戶一直希望打破樓宇控制廠家的壟斷局面,迫切盼望采用標準的通信協議。但是眾多廠家也一直在競爭,力爭占領更多市場,均希望使自己成為系統開放的關鍵角色。結果是樓宇系統越復雜,用戶所受限制也越多。因此,在樓宇自動化領域,要求增加系統透明性、互操作性的呼聲也越來越高。人們已經看到,一個不具備開放性、不能實現互操作的系統會給系統運行維護、升級改造帶來極大不便。在這種形式下,LonWorks和BACnet等標準協議應運而生。LonWorks與BACnet二者到底誰的優勢更大?似乎各有所長。本文就控制協議的應用及發展作如下討論。1 LonWorks的應用情況  LonWorks是1993年推出的,它具有統一性、開放性和互操作性。LonWorks現場總線網絡簡稱為LON網絡,其核心為Neuron芯片,它既能管理通信,又具有輸入、輸出功能,芯片內部含有三個CPU,分別管理網絡、介質訪問和應用。LonWorks神經元網絡技術是一種近年來已廣泛應用于樓宇自動化系統中的一種現場總線技術,其最大特點是掛接在LON總線上的備控制節點都有裝配有神經元控制芯片,而在每只芯片內已固化有標準的網絡通信協議,這就使得接入LON總線的各類設備可互通信,可實現樓宇自動化系統集成,它在短時間內得到了自動控制領域的廣泛關注和普遍接受,在樓宇自動控制領域更成為實際上的標準。可以說LonWorks技術最大的應用領域就是在樓宇自動化方面,它包括建筑物監控系統的所有領域,即人口控制、電梯和能源管理、消防、救生、供暖通風、測量、保安等。在建筑業中,LonWorks協議中的介質訪問控制層,即第七層協議中的第一、二層已經被(ASHRAE)接納為建筑自動化控制網絡(BACnet)的標準,同時也被美國國家標準協會(ANSI)制定的有關標準所采納。  LON網絡采用的通信協議稱為Lontalk協議,該協議對用戶完全開放,支持多種通信媒介,可以實現不同設備之間的互操作。     LonWorks作為局域網絡技術在控制領域的應用,LON網絡是將控制系統按局域網絡(LAN)方式進行構造,用網絡節點代替LAN中工作站,并將其安裝在監控現場,直接與各種傳感器、控制器相連。LonWorks網中每個節點間可以實現點到點的信息傳送,具有很好的互操作性。支持LonWorks的各種智能節點(如溫度、濕度、壓力、二氧化碳檢測,執行器、控制器、數據記錄及趨勢分析等),能使傳感器、變送器與執行器本身帶有數據處理和數據通信功能,它們十分有效地支持了樓宇自動化系統的構建,所有匹配智能節點、輸入輸出模塊的樓宇設備系統,都能方便地組成真正的分布式監控網絡。LON網絡在一個測控網絡上的節點數最多可達32000個,無論是哪一類節點,都含有用于控制和通信的Neuron芯片,用于連接一個或多個I/O設備的I/O接口,以及負責將節點連接上網的收發器。采用LonWorks技術的網絡可以輕松實現不同系統、不同產品之間的對等通訊,因而廣泛地用來構建分布式的控制網絡,大大簡化了系統設計,提高了系統可靠性。按照LonWorks互操作協議設計的節點可以實現不同產品之間的互聯,這不但為系統集成提供了方便,尤其為打破某些公司的專項技術壟斷提供了可能。   LonWorks技術用于樓宇自動化系統(BAS)中已較為成熟,圖1為采用LonWorks技術的集成系統示意圖。從目前己應用的情況來看,很多已建系統的BAS主要采用LonWorks技術,其問題之一是對系統布線的要求較苛刻。

                圖1
                圖1 采用Lonworks的大樓自動化系統
                2 BACnet協議的應用  BACnet標準的誕生,結束了樓宇自動化領域眾多廠家各自為政的局面。BACnet作為一種標準的開放式數據通信協議,使不同廠家的樓宇設備能夠實現互操作,也就是說,在一個系統中,允許混用不同廠家的設備,并能為這些設備提供統一的數據通信的服務和協議的操作平臺。這個僅給用戶提供了更大的選擇空間,而且給系統的升級、維護提供了靈活性。BACnet標準是針對曖通空調、給水排水、消防、保安等樓宇系統設計的,它提供廣種描述各種樓宇設備的模型,使得各種設備能互操作和協同工作。BACnet定義了在異種不同LAN環境下網絡工作站之間的通信規程,由于它利用以太網實現BACnet協議,所以其傳輸性能較傳統的控制網絡有較大提高。  BACnet標準是針對樓宇自動化系統設計的。它采用了面向對象的技術,用"對象"、"屬性"和"服務"等要素定義信息格式,它定義了一種具有屬性的對象來表示任意的樓宇系統設備的功能,從而提供了一種標準的表示樓宇自控設備的方式。目前BACnet共定義了18個對象,123個屬性和32種服務。很容易實現節點間的對等通訊,使系統設計大大簡化,可靠性大大提高。在BACnet中,一個設備可以從另個設備中獲取信息,可操作另一設備或向多個設備發布信息。BACnet的對象和屬性提供了通信的共同語言,而服務則提供了信息傳遞的手段。協準的通信協議應該是開放的,利用標準通信協議的集成方法雖然目前還未達到廣泛應用,但它的應用前景看好,尤其是大系統和那些可能還要進一步擴容和升級的大系統。
                圖2
                圖2 采用BACnet的樓宇自動化系統
                  圖2表示分散建筑之間采用分布式網絡集成的一種方案。這些樓宇自動化系統(BAS)對現場儀表盤和控制器也能實現分個人的控制功能,而不再是必須依靠中央控制器。它能利用集成網絡所提供的技術,快速、便利地傳遞和控制數據,通過網關在數據網絡和控制網絡之間提供界面。3 通信協議的應用及發展   LonWtorks與BACnet已競爭多年,各自都有自己的用戶群。在樓宇自動化領域,有此廠家甚至有意把他們的產品設計成LonWorks與BACnet混合,作為他們的標準。幾種典型結構見圖3。
                圖3
                圖3 幾種典型應用結構
                  結構A是一種已過時的設計,試圖將所用通信協議適應已有的工業標準,而實際上又并不打算采納它們。所以,實質上是一種不開放的系統,不能實現交互式操作,很難適應種類繁多的設備檢測和控制要求,這種設計最終將被淘汰。  結構B似乎商家更喜歡,他們今產品宣傳時說"我們己經采用了LonWorks,用戶可以混用不同廠家的設備。"聽起來很不錯,實際上,用戶并個能自由選擇。當用戶擴建現有系統時,常常是不得不繼續購買原始供應廠商的設備。多個廠家的設備要在一個系統中協調集成,并非想象的那樣容易。換言之,如果用戶想對現有系統升級、改造,或想換用其它廠家的設備,只能用網關的方案。所以原始廠內的專業領域仍舊是不開放的。  結構C和結構D開始考慮用戶的要求,即互操作性,用戶可以在一個系統中實現不同廠家設備之間的互操作,允許混合配置各種設備。盡管目前還僅限于設備層,而且價格也不便宜,但應用前景看好。  為什么有的廠家愿意選結構C,有的又愿意選結構D呢?主要是設計師設計時的不同考慮。但對用戶來說,似乎并沒有多大區別。筆者認為,LonWorks不會消火。因為不少廠家己經在他們的產品系列中嵌有Lonworks,而要讓他們退出LonWorks,再改一種新標準是很困難的,費用也高。BACnet作為系統層協議的一種選擇,潛在優勢更大。從目前的情況來看,樓宇控制器頂尖級的廠家在這類應用上,還沒有哪家選LonWorks。BACnet很適宜在工作站級的管理領域應用,系統層的協議有利于交互操作性,正如C、D結構所期望的,而BACnet正好能擔當此任。  盡管是競爭對手,但各自都在向同一目標努力,那就是互操作性和對用戶開放。大多數人理解LonWorks與BACnet共同構建樓宇控制系統的需要。今大建成的許多樓宇系統,正是采用了LonWorks與BACnet共同構建的方式。雖然價格問題一直是用戶最關心的問題之一,但是無論采用哪種協議或廠家標準,或LonWorks,或BACnet,成本相差都不大。在目前標準還未完全統一的情況下,用戶可以根據實際工程需要合理選擇。  BACnet和LonWorks最近都在積極開發網絡操作

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