摘要：文章以西門子樓宇科技APOGEE頂峰系統(tǒng)為例，詳細介紹了支持BACnet協(xié)議的無縫隙集成智能樓宇控制系統(tǒng)的特點及其優(yōu)點。
關鍵詞：智能樓宇 集成控制系統(tǒng) BACnet APOGEE頂峰系統(tǒng) 樣本內(nèi)容
l BACnet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，以致于不同廠商生產(chǎn)的設備共存于一個建筑物內(nèi)?；谑袌霆氄嫉哪康?，各個廠商基本都致力開發(fā)自己專有的通信協(xié)議，但是這些各種各樣的通信協(xié)議和設備不但給智能建筑的系統(tǒng)集成和管理帶來諸多不便，也使用戶受限于廠商而使造價和使用、維護費用居高不下，因此制定一個開放的、統(tǒng)一的通信協(xié)議標準，實現(xiàn)無縫隙的集成控制系統(tǒng)勢在必行。

　　為創(chuàng)建使不同廠家的暖通空調(diào)子系統(tǒng)相連接的標準方法，美國供暖制冷及空調(diào)工程師協(xié)會(American Society 0f Heating Refrigeration and Air ConditioningEn舀neers-ASHRAE)制定了一種開放標準，被稱為“樓宇自動化和控制網(wǎng)絡，即BACnet(Building Automationand Control NETwork)。它通過建立一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信標準，使得設備間可以相互操作。

2　無縫隙集成系統(tǒng)的定義

　　所謂無縫隙的集成系統(tǒng)就是要通過制定統(tǒng)一的、標準的通信協(xié)議使系統(tǒng)具備開放性和互操作性，并且提供全面的、端到端的解決方案，這三個條件缺一不可。

　　開放性具有兩層含義：一是指通信協(xié)議不為任何公司所獨有；任何制造商都可以利用該統(tǒng)一的通信協(xié)議標準開發(fā)自己的產(chǎn)品；產(chǎn)品不僅可以單獨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、價格更具競爭力的產(chǎn)品進行更換。

　　互操作性是指設備在子系統(tǒng)內(nèi)使用點對點的通信方式來共享信息，在子系統(tǒng)間不需網(wǎng)關和協(xié)議轉(zhuǎn)換器等附加設備就可以實現(xiàn)信息的交換，值得注意的是系統(tǒng)內(nèi)的設備是可以來自不同廠商的最優(yōu)結(jié)合。僅僅來自同一廠商的設備互操作性是非常有限的，也是與開放性原則相違背的。

　　端到端的解決方案是指通信協(xié)議的應用還必須是全面的、系統(tǒng)的，它應該應用到所有子系統(tǒng)的從操作界面到附加產(chǎn)品的任何部分。

3 BACnet協(xié)議是構(gòu)成智能建筑無縫隙集成系統(tǒng)的一種理想選擇

　　最具開放性——BACnet協(xié)議在1987年由美國供暖制冷及空調(diào)工程師協(xié)會ASHRAE提出；1995年發(fā)布BACnetl995版本，當年就得到ANSI美國國家標準局的批準成為一個開放性標準；在市場的推動和智能樓宇業(yè)界領袖西門子樓宇科技(Siemem Building Technologies)等公司的不斷努力下，ASHRAE在2001年又推出了BACnet2001版，同時也成為ANSI美國國家標準局的標準； 2003年BACnet協(xié)議最終成為IS016484—5標準。因此任何廠家都可以按照BACnet標準開發(fā)與BACnet兼容的控制器或接口，在這一標準協(xié)議下實現(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，對象就是在網(wǎng)絡設備之間傳輸?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)絡設備通過讀取、修改封裝在應用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元(APDU)中的對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行信息交換，實現(xiàn)互操作。BACnet目前定義了18 個對象，每個對象都具有對象標志符、對象名稱和對象類型。其中，對象標志符用來唯一標識對象。通過廣播自身所包含的某個對象的對象名稱，BACnet設備可以建立與所含相關對象的設備建立聯(lián)系。因此BACnet協(xié)議要求每個設備都要包含“設備對象”，通過其屬性的讀取就可以讓網(wǎng)絡獲得設備的全部信息。同時為了幫助用戶和工程技術(shù)人員確定不同BACnet設備之間的互操作性，BACnet還提供了PICS文件(Protocol Implementation Statement)，它包括7項內(nèi)容，即標識廠商和描述設備的基本信息；設備符合BACnet的級別；設備所支持的功能組；設備所支持的基于標準或?qū)Ｓ械姆眨辉O備啟動或響應服務請求的能力；設備所支持的基于標準或?qū)Ｓ械膶ο箢愋图捌鋵傩悦枋觯辉O備支持的數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)；設備支持的分段請求和響應。

　　提供全面的端對端服務：BACnet協(xié)議在人機界面(HMI)和現(xiàn)場設備間或不同系統(tǒng)的現(xiàn)場設備間可以直接進行信息傳輸而無需特別附加設備。

　　與總線協(xié)議的相對優(yōu)越性：BACnet和LonWorks是目前國內(nèi)構(gòu)建集成系統(tǒng)中最常采用的兩種通信協(xié)議，兩者都以滿足開放性和互操作性為目的，雖然從目前的國內(nèi)市場占有率上看LonWorks略占優(yōu)勢，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：

(1)高速率和高吞吐量：BACnet上層通過以太網(wǎng)主干線，采用標準國際網(wǎng)絡協(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，可以運作高級復雜的大信息量，因而能夠大大提高整個系統(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)絡活動高峰時間發(fā)揮特別重要的作用，如斷電后系統(tǒng)自動重新啟動。LonWorks主要用于解決數(shù)據(jù)傳輸量較小的現(xiàn)場控制器之間的集成，它實際上是一種工控網(wǎng)技術(shù)，它的優(yōu)點在于方便現(xiàn)場儀器，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來 LonWorks是適用在實時控制域，特別是在設備級的互聯(lián)，而BACnet是適用于信息管理域，特別是在上層網(wǎng)之間的互聯(lián)；

(2)功能更強大上面提到BACnet目前已經(jīng)定義了18個對象，其中包括模擬輸入、模擬輸出、命令、日歷表等等，同時BACnet中還定義了35 種服務，并劃分了6個類別：報警和事件服務；文件訪問服務；對象訪問服務；遠程設備管理服務；虛擬終端服務；網(wǎng)絡安全服務。另外BACnet還定義了13 種功能組包括時鐘功能組、時間響應功能組、文件功能組、虛擬終端功能組、設備通信功能組等。為精簡信息量，BACnet定義了6個一致性類別(設備類別)，一致性類別的分級編號由l一6級別依次升高，每個類別都規(guī)定了設備要實現(xiàn)的最小服務子集且包含低級別的所有服務；

(3)互聯(lián)網(wǎng)擴展更靈活：在BACnet拓撲中，設備之間只存在一條邏輯通路，無需廣域網(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模型制定了簡化的網(wǎng)絡層協(xié)議，向應用層提供不確認無連接的數(shù)據(jù)單元傳送服務。每個BACnet設備都被一個網(wǎng)絡號碼和一個 MAC地址唯一確定。目前，BACnet標準使用兩種技術(shù)實現(xiàn)與Internet的互聯(lián)。第一種技術(shù)中稱之為“隧道”技術(shù)，并將其設備稱之為分組封裝／拆裝設備，簡稱PAD。其作用就像一個網(wǎng)關／路由器。第二種技術(shù)中稱之為BACnet／IP，設備直接封裝IP幀／包在BACnet網(wǎng)絡和 In~ternet上傳輸；

(4)良好的伸縮性：BACnet標準沒有限制BACnet系統(tǒng)中設備節(jié)點的數(shù)量，BACr~集成系統(tǒng)可以由幾個設備節(jié)點構(gòu)成一個極小的自控系統(tǒng)，也可以形成一個規(guī)模極大的超級大系統(tǒng)。如美國GAS集成的GEMnet系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有11個樓宇自控系統(tǒng)，集成總建筑面積達180m2，橫跨3個州。

4　采用BACnet協(xié)議的智能樓字無縫隙集成系統(tǒng)的優(yōu)點

　　從功能上講，樓宇自控設備分為兩部分，一部分專門處理設備的控制功能；另一部分專門處理設備的數(shù)據(jù)通信功能。BACn~協(xié)議通過建立統(tǒng)一的設備通信標準，將控制網(wǎng)絡和信息網(wǎng)絡集成于一體，并使設備問具備互操作性，將使系統(tǒng)具備以下幾點優(yōu)點：

(1)實時性：現(xiàn)場監(jiān)控信息與運營管理系統(tǒng)實時通信。通過BACnet及局域網(wǎng)，得到授權(quán)的工作人員可以快速地通過統(tǒng)一的、友好的圖形界面獲得所需內(nèi)容，如對控制網(wǎng)絡的工作狀態(tài)進行遠程監(jiān)視與控制；

(2)綜合性：實現(xiàn)控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡的信息集成，使建立分布式的綜合實時數(shù)據(jù)庫成為可能，保證了數(shù)據(jù)的一致性、完整性和互操作能力；

(3)高效性：實現(xiàn)控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡的信息集成，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算法提供輔助決策，達到優(yōu)化設備運行、提高物業(yè)管理效率、增強建筑物的利用與服務功能；

(4)方便性：在Intranet內(nèi)部或通過Internet就可以對控制網(wǎng)絡進行遠程診斷和維護以及進行新版軟件的升級等等；

(5)開放性和擴展性：服務功能的增加或改變，只需對系統(tǒng)進行模塊級的調(diào)整，并且保證兼容性；

(6)經(jīng)濟性：設備間的互操作的實現(xiàn)可使多個子系統(tǒng)共享一個傳感器或控制設備，可大大減少系統(tǒng)中傳感器和控制設備的數(shù)量，從而降低成本；設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，同時開放的市場競爭也勢必帶來成本的降低；

　　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。

　　APOGEE頂峰系統(tǒng)是西門子樓宇科技在其原有System600基礎上，對控制器進行全面升級并將Insight監(jiān)控軟件移植到 Windows2000／NT平臺上推出的。它在管理級網(wǎng)絡支持BACnet協(xié)議，提供包括客戶及服務器選項的Insight BACnet功能模塊，提供lnsight工作站監(jiān)控其他BACnet設備信息點的能力。其中l(wèi)nsight BACnet客戶選項允許Insight操作者通過圖形界面和控制命令來監(jiān)控其他通過以太網(wǎng)方式接人的第三方BACnet設備，而Insight BACnet服務器選項允許第三方BACnet系統(tǒng)通過Insight軟件來監(jiān)控APOGEE系統(tǒng)內(nèi)的點，接受APOGEE系統(tǒng)的報警信息。另外，系統(tǒng)還在樓層級網(wǎng)絡上提供內(nèi)嵌BACnet／IP協(xié)議的直接數(shù)字控制器，可在IO／IOOM以太網(wǎng)上運行?？刂破骺瑟毩⒒蚵?lián)網(wǎng)完成復雜的控制、監(jiān)視和能源管理工作，還可聯(lián)接樓層級網(wǎng)絡的設備并提供中央監(jiān)控功能。
　　利用Insight監(jiān)控軟件用戶可以通過動態(tài)圖形、趨勢圖等應用程序?qū)POGEE系統(tǒng)控制設備的運行狀態(tài)實施監(jiān)控，被控對象的控制效果進行實時和歷史的監(jiān)視；用戶也可以通過控制命令、程序控制和日程表控制等應用程序控制樓宇自控設備的啟?；蛘{(diào)節(jié)；此外用戶也可以對用戶帳號、系統(tǒng)設備和程序上下載等進行管理，并通過系統(tǒng)活動記錄、報表等應用程序了解APOGEE系統(tǒng)本身的狀態(tài)。

5 BACnet的前景展望

　　開放、兼容、靈活、獲得廣泛支持并且專門針對智能建筑的通信協(xié)議或現(xiàn)場總線已經(jīng)成為智能建筑領域的一個發(fā)展方向。而BACnet協(xié)議正是這樣一種具有開拓性的技術(shù)，并能使不同廠商的設備能夠互聯(lián)、互換和互操作，打造無縫連接的樓宇自動化系統(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標準是樓宇自控領域唯一的ISO標準，已在北美和歐洲等先進發(fā)達國家得到了全面的推廣和應用。隨著BACnet標準應用廣度不斷的擴展，該標準必將在全球范圍內(nèi)得到推廣和應用。這是大勢所趨，同時必將在全球范圍內(nèi)形成一個規(guī)模巨大的產(chǎn)業(yè)和市場。預言近幾年內(nèi)亞太地區(qū)將是BACnet 標準產(chǎn)品需求增長最快的地區(qū)。因此在我國大力推廣和應用BACnet標準是完全必要的，也是急需的。

參考文獻

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