BACnet标准与楼宇自控系统技术的集成方法

2023-08-30 理论教育版权反馈

【摘要】：使用BACnet协议是实现楼宇各系统集成的基础。可使用多种网络结构组成基于BACnet协议的BAS。BACnet协议在人机界面和现场设备间或不同系统的现场设备间可以直接进行信息传输而无需特别附加设备。BACnet协议通过建立统一的设备通信标准，将控制网络和信息网络集成于一体，并使设备间具备互操作性。通过BACnet及局域网，操作人员可以快速地通过统一的、友好的图形界面获得所需内容，如对控制网络的工作状态进行远程监视与控制。

使用BACnet协议是实现楼宇各系统集成的基础。随着楼宇内各个以计算机／微处理器控制为基础的设备日益增多，要实现系统集成，各厂家按BACnet标准通信协议来生产开发BAS的相关硬件产品和应用软件，可以方便地接入到一个协调的大系统中。BACnet是一个标准通信及数据交换协议，不同厂家生产与BACnet兼容的控制器或接口，最终达到不同厂家控制器可在这一标准通信通道上互相交换通信数据的目的。

可使用多种网络结构组成基于BACnet协议的BAS。如将网络控制器及路由器直接挂在以太网上，与计算机工作站同层级。在网络控制器或路由器下通过MS／TP通信网连接各DDC，上层是计算机和网络控制器及路由器，而下层是DDC。在网络控制器及路由器下的MS／TP通信网的数据传输速率可达到76.8kbit／s，满足DDC与DDC间的通信及交换数据需求。

由于网络控制器及路由器直接挂在以太网上，扩展容易，而数量不受限制。数据处理只取决于计算机硬件配置。

MS／TP网可通过网络中继器扩展距离及覆盖范围，使DDC对各设备进行监控更为灵活。

通过将各子系统的信息资源汇集到一个系统集成平台上，通过对资源的收集、分析、传递和处理，从而对整个大厦进行最优化的控制和决策，达到高效、经济、节能、协调运行状态，创造一个舒适、温馨、安全的工作环境。

将楼内的机电设备及相关子系统集成起来，做到可以在同一人机界面下对所有机电设备及子系统进行监视、控制和管理，提高管理效率，节约能耗，延长设备使用寿命，降低整个大厦的运行成本。

良好的系统集成可做到无缝隙集成。无缝隙的集成系统就是通过使用统一、标准的通信协议使系统具备开放性和互操作性，并且提供全面的、端到端的解决方案。开放性具有两层含义：一是指通信协议不为任何公司所独有，任何制造商都可以利用该通信协议标准开发自己的产品，产品不仅可以单独销售也可以作为整体方案的一部分提供给用户；二是指系统满足楼宇的功能需求，易于扩展，并且可以兼容不同厂商的同类产品，允许用户选择质量更佳、价格更具竞争力的产品进行更换。互操作性是指设备在子系统内使用点对点的通信方式来共享信息，在子系统间不需网关和协议转换器等附加设备就可以实现信息的交换。

端到端的解决方案是指通信协议的应用还必须是全面的、系统的，它应该可以应用到所有的子系统。任何厂家都可以按照BACnet标准开发与BACnet兼容的控制器或接口，在这一标准协议下实现相互交换数据的目的。

BACnet采用面向对象技术，在BACnet应用系统中，对象就是在网络设备之间传输的一组数据结构，网络设备通过读取、修改封装在应用层协议数据单元（APDU）中的对象数据结构进行信息交换，实现互操作。通过广播自身所包含的特定对象的名称，BACnet设备可以建立与所含相关对象的设备建立联系。因此BACnet协议要求每个设备都要包含“设备对象”，通过其属性的读取就可以让网络获得设备的全部信息。

为了确定不同BACnet设备之间的互操作性，BACnet还提供了PICS文件，它包括8项内容，即标识厂商和描述设备的基本信息；设备符合BACnet的级别；设备所支持的功能组；设备所支持的基于标准或专有的服务；设备起动或响应服务请求的能力；设备所支持的基于标准或专有的对象类型及其属性描述；设备支持的数据链路技术；设备支持的分段请求和响应。

BACnet协议在人机界面和现场设备间或不同系统的现场设备间可以直接进行信息传输而无需特别附加设备。BACnet和LonWorks是目前国内构建集成系统中最常采用的两种通信协议，两者都以满足开放性和互操作性为目的。在智能楼宇的系统集成方面，BACnet具有LonWorks不具备的优点：

1.高速率和高吞吐量

BACnet系统集成方法通过以太网作为主干网络，用于解决数据传输量较大的系统间的集成。与通信速率较低的总线应用系统相比，更适合大数据量的通信，因而能够大大提高整个系统的性能。LonWorks主要用于解决数据传输量较小的现场控制器之间的集成，它实际上是一种工控网技术，它的优点在于方便现场仪器，如传感器、执行器等的联网，以及支持多种通信介质的使用甚至是混合使用。总的来说，LonWorks很适用于实时控制领域，特别是在设备级的互联，而BACnet适用于信息管理领域，特别是在上层网之间的互联。

2.功能更强大

前面讲了BACnet定义了23个对象，其中包括模拟输入、模拟输出、命令等。另外BACnet还定义了13种功能组，包括时钟功能组、时间响应功能组、文件功能组、虚拟终端功能组、设备通信功能组等。为精简信息量，BACnet定义了6个一致性类别（设备类别），一致性类别的分级编号由1～6级别依次升高，每个类别都规定了设备要实现的最小服务子集且包含低级别的所有服务。

3.互联网扩展更灵活

在BACnet网络拓扑中，设备之间只存在一条逻辑通路，无需广域网的最优路由算法；其次，BACnet具有单一的局部地址空间，所以BACnet参照OSI模型制定了简化的网络层协议，向应用层提供不确认无连接的数据单元传送服务。每个BACnet设备都被一个网络号码和一个MAC地址惟一确定。

4.系统具有良好的可扩充性

BACnet标准没有限制BACnet系统中设备节点的数量，BACnet集成系统可以由几个设备节点构成一个极小的自控系统，也可以形成一个规模很大的系统。

从功能上讲，楼宇自控设备分为两部分：一部分专门处理设备的控制功能；另一部分专门处理设备的数据通信功能。BACnet协议通过建立统一的设备通信标准，将控制网络和信息网络集成于一体，并使设备间具备互操作性。因此BACnet应用系统具备以下明显的优点：

（1）实时性

现场监控信息与运营管理系统实时通信。通过BACnet及局域网，操作人员可以快速地通过统一的、友好的图形界面获得所需内容，如对控制网络的工作状态进行远程监视与控制。

（2）综合性

实现控制网络与信息网络的信息集成，使建立分布式的综合实时数据库成为可能，保证了数据的一致性、完整性和互操作能力。

（3）高效性

实现控制网络与信息网络的信息集成，才能充分利用各种信息并结合专家系统等各种智能控制高级算法提供辅助决策，达到优化设备运行、提高物业管理效率、增强建筑物的利用与服务功能。

（4）方便性

在Intranet内部或通过Internet就可以对控制网络进行远程诊断和维护以及进行新版软件的升级等。

（5）开放性和扩展性

服务功能的增加或改变，只需对系统进行模块级的调整，并且保证兼容性。

（6）经济性

设备间互操作的实现可使多个子系统共享一个传感器或控制设备，可大大减少系统中传感器和控制设备的数量，从而降低成本；设备间的互操作也使业主不再被厂商所限制，具有更大的选择空间，同时开放的市场竞争也势必带来成本的降低。在楼层级网络上提供内嵌BACnet／IP的DDC，可在10Mbit／s／100Mbit／s以太网上运行。控制器可独立或联网完成复杂的控制、监视和能源管理工作，还可连接楼层级网络上的设备，并提供中央监控功能。

BACnet系统集成包含的内容有：构造BACnet自控网络、BACnet自控产品选型和资源配置等。基于BACnet标准定义的概念和原理，不同的系统集成商在自控产品选型和资源配置方面可采用不同的组合，因此系统集成的内容也就彼此不同。利用BACnet标准进行BAS的集成灵活性很大，在厂商提供的软件工具的帮助和导向下，来完成网络配置。

BACnet标准与楼宇自控系统技术的集成方法

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