第13章、现代楼宇中楼宇自控系统的支持网络环境讲义课件.ppt

1、1楼宇自动化系统的网络基本结构形式 楼宇自动控制系统的基本设计思想就是楼宇自动控制系统的基本设计思想就是应用计算机对设备实施集中监视和分散应用计算机对设备实施集中监视和分散控制。许多称之为直接数字控制器控制。许多称之为直接数字控制器(DDC)(DDC)或分散控制单元或分散控制单元(DCU)(DCU)的现场控制器以一的现场控制器以一定的网络结构形式连接起来，形成局域定的网络结构形式连接起来，形成局域网网。目前的建筑自动化系统的基本结构一般可分为目前的建筑自动化系统的基本结构一般可分为两大部分，即信息网络和控制网络，也两大部分，即信息网络和控制网络，也 就是采用两级网络的结构形式。就是采用两级网络

2、的结构形式。第一级网是一般的局域网第一级网是一般的局域网LANLAN，它是指在信，它是指在信息域范围内按照国际标准建立的有良好开放性息域范围内按照国际标准建立的有良好开放性的局域网。通常采用的局域网。通常采用EthernetEthernet网或网或BACnetBACnet网络，网络，其速度为其速度为10Mbit10Mbits s或或100Mbit100Mbits s，信息域网，信息域网络的信息侧重于管理信息，是以高速传播的，络的信息侧重于管理信息，是以高速传播的，它侧重于计算机局域网技术，它可实现共享网它侧重于计算机局域网技术，它可实现共享网络资源及各工作站间通信，进而还可和其他厂络资源及各工

3、作站间通信，进而还可和其他厂商系统相连。例如可用商系统相连。例如可用BACnetBACnet把两个不同厂家把两个不同厂家的系统进行数据通信，连成一个整体并在一个的系统进行数据通信，连成一个整体并在一个工作站上对两系统的全部进行监控。其传输介工作站上对两系统的全部进行监控。其传输介质为无屏蔽双绞线，屏蔽双绞线，粗、细同轴质为无屏蔽双绞线，屏蔽双绞线，粗、细同轴电缆及光缆等。电缆及光缆等。第二级网一般采用的是标准总线方式，如第二级网一般采用的是标准总线方式，如RS485RS485总线，总线，LonWorksLonWorks总线等。第二级网是一总线等。第二级网是一种工控总线，它分布在建筑物各处的直接

4、数宇种工控总线，它分布在建筑物各处的直接数宇控制器控制器(分站分站)上，配以中央站所组成的集散型上，配以中央站所组成的集散型系统所构成的控制域。控制域的信息侧重于控系统所构成的控制域。控制域的信息侧重于控制信息，这些实时数据用于完成建筑物内各种制信息，这些实时数据用于完成建筑物内各种设备的实时处理，以对建筑物的环境进行实时设备的实时处理，以对建筑物的环境进行实时控制，这些信息的总体监控由中央站进行，并控制，这些信息的总体监控由中央站进行，并可通过中央站进入信息域的局域网。控制总线可通过中央站进入信息域的局域网。控制总线的信息流传播速度不需要很高，通常在的信息流传播速度不需要很高，通常在1MB1

5、MBs s以下。一般控制域的总线最好为无屏蔽双绞线，以下。一般控制域的总线最好为无屏蔽双绞线，以利于施工和进入综合布线系统，每一个总线以利于施工和进入综合布线系统，每一个总线的区段有的区段有1000m1000m以上的长度，以便于联络各个以上的长度，以便于联络各个分散布置的分站。分散布置的分站。另外，在第一级网络另外，在第一级网络(信息域信息域)这一层，由于我这一层，由于我国管理体制上的原因，一般将火灾自动报警与国管理体制上的原因，一般将火灾自动报警与消防联动系统、公共安全防范系统消防联动系统、公共安全防范系统(巡更系统巡更系统除外除外)单独成为系统，或者施行只监不控的原单独成为系统，或者施行只

6、监不控的原则，这是管理体制的一种强制性的行政干预，则，这是管理体制的一种强制性的行政干预，目的是保证技术性能可靠，一般地说合理的管目的是保证技术性能可靠，一般地说合理的管理体制不会妨碍技术的推广与应用，现行体制理体制不会妨碍技术的推广与应用，现行体制是与当前的技术水平相适应的，而一旦技术进是与当前的技术水平相适应的，而一旦技术进步出现了飞跃，就会从另一个侧面对现行的管步出现了飞跃，就会从另一个侧面对现行的管理体制产生冲击。由于防火理体制产生冲击。由于防火(或其他或其他)系统纳入系统纳入BABA系统有充分发挥资源共享、节省投资、节省系统有充分发挥资源共享、节省投资、节省人力、能协调全局等优点，事

7、实上，防火系统人力、能协调全局等优点，事实上，防火系统和防范系统已经不同程度地纳入了和防范系统已经不同程度地纳入了BABA系统之中，系统之中，那种全封闭的格局已经有所突破。那种全封闭的格局已经有所突破。2 2不同厂家网络结构的比较不同厂家网络结构的比较 以美国安德沃公司的楼宇自动控制系统为例，系统的网络以美国安德沃公司的楼宇自动控制系统为例，系统的网络结构为两级网络，其中第一级为结构为两级网络，其中第一级为EthernetEthernet网，在第一级网网，在第一级网络上可以连接系统工作站、文件服务器和系统网络控制器，络上可以连接系统工作站、文件服务器和系统网络控制器，可将多个局域网连接为一个整

8、体，在服务器上共享同一数可将多个局域网连接为一个整体，在服务器上共享同一数据库，并支持广域网。系统的第二级网络连接到系统网络据库，并支持广域网。系统的第二级网络连接到系统网络控制器上，再通过网络控制器与第一级网络控制器上，再通过网络控制器与第一级网络 连接。在第二级网络上分别为连接。在第二级网络上分别为RS485RS485总线和总线和LonWorksLonWorks总线两总线两种形式，第二级网络的控制器遵循无主传输通信方式，即种形式，第二级网络的控制器遵循无主传输通信方式，即peer to peerpeer to peer方式。因此网络控制器的工作与否是不会影方式。因此网络控制器的工作与否是不

9、会影 响现场控制器的工作，也不会影响现场控制器之间的通信。响现场控制器的工作，也不会影响现场控制器之间的通信。此外，在网络控制器上还包括可编程的此外，在网络控制器上还包括可编程的RS232RS232接口，用于和接口，用于和第三方设备的通信，如冷水机组、变配电设备、自动消防第三方设备的通信，如冷水机组、变配电设备、自动消防报警系统、闭路监视系统等。报警系统、闭路监视系统等。再以霍尼韦尔公司的再以霍尼韦尔公司的Excel 5000Excel 5000系统为例，见系统为例，见图。它的信息域干线采用总线型拓扑结构的以图。它的信息域干线采用总线型拓扑结构的以太网，通过太网，通过W7053W7053总线接

10、口，可将各种分布子总线接口，可将各种分布子系统如空调、防火与保安监控或其他公司的系系统如空调、防火与保安监控或其他公司的系统综合在一个网络系统中统综合在一个网络系统中(XFi)(XFi)。在第二级网。在第二级网络中采用的是络中采用的是C Cbusbus总线，用总线，用C Cbusbus总线将各总线将各个分站连接在一起，并通过个分站连接在一起，并通过XD505XD505或或XD508XD508通信通信模块完成各分站间的通信，其通信速度分别为模块完成各分站间的通信，其通信速度分别为9600B9600Bs s和和1MB1MBs s，同时在这条总线上还可设，同时在这条总线上还可设置于其他厂商的设备接口

11、以实现与其他厂商设置于其他厂商的设备接口以实现与其他厂商设备的联网。此外，备的联网。此外，Excel 5000Excel 5000系统在第二级网系统在第二级网络下还有一级被称为络下还有一级被称为E Ebusbus总线的子站总线，总线的子站总线，它连接分散的微型控制器子站它连接分散的微型控制器子站(如空调机变频如空调机变频调速器调速器)。子站总线通过子站连接器与分站总。子站总线通过子站连接器与分站总线连接在一起。线连接在一起。除以上所述的系统结构外，有的系统把中央监控计算除以上所述的系统结构外，有的系统把中央监控计算机直接连到控制总线上，现场控制器也连到这条总线机直接连到控制总线上，现场控制器也

12、连到这条总线上，即只有一级网络结构的现场总线结构。如上，即只有一级网络结构的现场总线结构。如BASBAS一一20002000系统，它采用的是系统，它采用的是LonWorksLonWorks网络总线作为工作平网络总线作为工作平台，它的所有节点经由通信媒体连接成分布式网络，台，它的所有节点经由通信媒体连接成分布式网络，每个节点在网络中均处于同等的地位每个节点在网络中均处于同等的地位(无主从结构无主从结构)，控制微机经由通信适配器接人控制网络中，作为一个控制微机经由通信适配器接人控制网络中，作为一个节点，并通过节点，并通过MMIMMI界面软件执行监控功能，各设备传界面软件执行监控功能，各设备传感器、

13、执行器与网络节点就近连接，节点故障只影响感器、执行器与网络节点就近连接，节点故障只影响到与之相连的少数监控点，不会由于单点故障造成系到与之相连的少数监控点，不会由于单点故障造成系统或子系统瘫痪，大大提高了系统整体的可靠性。同统或子系统瘫痪，大大提高了系统整体的可靠性。同时它提供了时它提供了LonWorksLonWorks网络和其他总线网络的联网机制，网络和其他总线网络的联网机制，其他各种总线，包括其他各种总线，包括PLCPLC均可通过网关均可通过网关(Gateway)(Gateway)进入进入BASBAS网络，这些网关实现网络，这些网关实现LonWorksLonWorks网络和其他总线网网络和

14、其他总线网络的协议转换和数据传送。络的协议转换和数据传送。楼宇自动化系统楼宇自动化系统BASBAS出现于出现于2020世纪世纪7070年代末期。由于各年代末期。由于各个生产厂家开发的都是自己专有的通信协议个生产厂家开发的都是自己专有的通信协议(Proprietary Communication Protocols)(Proprietary Communication Protocols)，因此，不，因此，不同厂家控制设备之间的通信需要同厂家控制设备之间的通信需要“网关网关(Gateway)(Gateway)来解来解决。这使得应用工程师和用户在同一个决。这使得应用工程师和用户在同一个BASBAS

15、系统中选用系统中选用不同厂家的产品变得非常复杂和昂贵，应用工程师、用不同厂家的产品变得非常复杂和昂贵，应用工程师、用户的选择范围和灵活性受到很大限制。户的选择范围和灵活性受到很大限制。采用开放的、统一的通信协议，亦即不同厂家的产品能采用开放的、统一的通信协议，亦即不同厂家的产品能够采用共同的够采用共同的“语言语言 和和“语法语法轻松地进行轻松地进行“交交谈谈”，最终的目标则是希望形成一个，最终的目标则是希望形成一个“即插即用即插即用 的环境，使得的环境，使得BASBAS系统可以容易地进行组态和变更。系统可以容易地进行组态和变更。2 2基于基于BACnetBACnet的控制网络的控制网络 各种研

16、究单位、基金组织等做了大量努力，推各种研究单位、基金组织等做了大量努力，推出了几十种协议标准，其中出了几十种协议标准，其中BACnetBACnet是其佼佼者。是其佼佼者。其协议标准的目的在于打破专有协议对楼控工其协议标准的目的在于打破专有协议对楼控工业的束缚，实现不同厂家产品的互操作，协议业的束缚，实现不同厂家产品的互操作，协议是遵照是遵照IS0IS00SI0SI公开系统模型。公开系统模型。BACnetBACnet协议已成为美国国家标准。遵守协议已成为美国国家标准。遵守BACnetBACnet标准的装置标准的装置(上位机、通用上位机、通用DDCDDC控制器、专用或控制器、专用或单元控制器、智能

17、传感器、执行器等单元控制器、智能传感器、执行器等)只要采只要采纳纳BACnetBACnet的通信协议和资料规定，在物理连接的通信协议和资料规定，在物理连接和数据传输的组合上可以有六种以上不同的选和数据传输的组合上可以有六种以上不同的选择，如互联网使用的择，如互联网使用的IPIP协议、以太网络协议、协议、以太网络协议、ARCnetARCnet网络协议、主从排列网络协议、主从排列(MS(MSTP)TP)协议、点协议、点对点通信协议及对点通信协议及LonTalkLonTalk协议。协议。BACnetBACnet控制方式图如图控制方式图如图3 33636所示。所示。美国艾顿公司的美国艾顿公司的BACt

18、alkBACtalk楼宇自控系统楼宇自控系统是一个完全的是一个完全的“集散式集散式”系统，其控制系统，其控制软件及数据是存放在整个网络的各个节软件及数据是存放在整个网络的各个节点上，如中央操作站、网络控制器和点上，如中央操作站、网络控制器和VLCVLC控制器。中央操作站实际上起到一个人控制器。中央操作站实际上起到一个人机对话和人机界面的作用。通过中央控机对话和人机界面的作用。通过中央控制台，管理人员可以对系统内的各个节制台，管理人员可以对系统内的各个节点进行编程、数据管理，对设备运行状点进行编程、数据管理，对设备运行状态进行监视和控制。态进行监视和控制。4 4、控制系统中的、控制系统中的DDC

19、DDC控制器控制器BTI BACnet网络控制器BTI-100 BTI-100 网络控制器网络控制器5 5、BACtalkBACtalk系统的四个层级系统的四个层级13.313.3、网络环境分析、网络环境分析BACnet网络通过网关与网络通过网关与Internet互联互联 BACtalkBACtalk系统组成：系统组成：BACtalk for WindowsBACtalk for Windows中央操作站、局域网控中央操作站、局域网控制器和路由器、制器和路由器、VLCVLC现场控制器、智能传感器与执行器、专用系现场控制器、智能传感器与执行器、专用系统网关。统网关。BACtalkBACtalk系

20、统的部分特点如下：系统的部分特点如下：(1)BACnet(1)BACnet系统系统(Native BACnet System)(Native BACnet System)：从操作终端、网：从操作终端、网络控制器、路由器到现场络控制器、路由器到现场DDCDDC控制器均符合控制器均符合(BACnet(BACnet标准标准协议协议之有关规定。之有关规定。(2)(2)简单、直接的两层网络结构：网络控制器、路由器与计简单、直接的两层网络结构：网络控制器、路由器与计算机工作站都直接装在以太网上，同属上层网络。网络控制器或算机工作站都直接装在以太网上，同属上层网络。网络控制器或路由器又通过路由器又通过MSM

21、STPTP通信网连接现场通信网连接现场DDCDDC控制器，可视为下层网控制器，可视为下层网络。网络控制器及路由器同时属于上下两层网络，它们既有以太络。网络控制器及路由器同时属于上下两层网络，它们既有以太网上的地址又有网上的地址又有MsMsTPTP网上的地址。网上的地址。(3)(3)高速网络通信：网络控制器及路由器直接挂在以太网上，高速网络通信：网络控制器及路由器直接挂在以太网上，数据通信速度可达数据通信速度可达10MB10MBs s。网络控制器及路由器下的。网络控制器及路由器下的MSMSTPTP通通信网速度为信网速度为76768KB8KBs s，DDCDDC与与DDCDDC间数据通信及交换快捷

22、可靠。间数据通信及交换快捷可靠。多种不同通信形式：网络控制器及路由器支持多种不同的通信形多种不同通信形式：网络控制器及路由器支持多种不同的通信形式，如以太网、点对点式，如以太网、点对点(PTP)(PTP)、MSMSTPTP。()扩展方便：网络控制器及路由器直接挂在以太网上，数扩展方便：网络控制器及路由器直接挂在以太网上，数量基本没有限制。数据处理的能力取决于计算机工作站的硬件配量基本没有限制。数据处理的能力取决于计算机工作站的硬件配置。置。MSMSTPTP网可通过网络中继器扩展距离和覆盖范围，使得增加网可通过网络中继器扩展距离和覆盖范围，使得增加控制各种设备的控制各种设备的DDCDDC控制器非常灵活方便。控制器非常灵活方便。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。