楼宇自控网络设计特征论文

1、摘要简要介绍了楼宇自动化系统， 分析了传统集散控制系统和新 兴的现场总线控制系统优缺点以及应用， 并介绍了楼宇自控领域中流 行的 4 种现场总线。说明了以太网技术的发展以及在楼宇自控领域中的最新应用情况，对现场总线控制系统和以太网进行了比较。 关键词楼宇自动化控制网络现场总线控制系统以太网楼宇自动化系 统目前日益流行的智能建筑是建筑技术与计算机信息技术相结合的 产物，是信息社会的需要，也是未来建筑发展的方向。 智能建 筑主要由楼宇自动化系统， 缩写为、 通信自动化系统和办公自动化系 统三大系统组成。 其中，楼宇自动化系统是智能建筑中最基本 和最重要的组成部分。 楼宇自动化系统是利用计算机及其网

2、络 技术、自动控制技术和通信技术构建的高度自动化的综合管理和控制 系统，将大楼内部各种设备连接到一个控制网络上， 通过网络对其进 行综合的控制，这些设备包括空调、照明设备、电梯、消防设备、安 防设备等等。 它确保建筑物内的舒适和安全的办公环境，同时 实现高效节能的要求。 一、现场控制系统的出现以及在楼宇自 控中的应用上个世纪七八十年代， 伴随着计算机可靠性提高， 价格大 幅下降，出现了由多个计算机递阶构成的集中、 分散相结合的分布式 控制系统，简称。 是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、 操作、管理和分散控制的一种综合控制系统。 它的测量变送仪 表一般是模拟仪表， 因此它属于一种模拟数字混

3、合控制系统， 这种系 统较以前的各种控制系统有了较大的进步。在工业自动化控制 领域获得了广泛的应用， 也开始应用到楼宇自动化控制领域是存在如下一些缺点 1 安装费用高采用一台仪表、一对传输线的接线方式，导致接线庞杂、工程周期长、安装费用高、维护困难； 2可靠性差。 模拟信号传输精度低，而且抗干扰性差； 3 系统封 闭。 各厂家的产品自成系统，系统封闭、不开放，难以实现产 品的互换与互操作以及组成更大范围的网络系统。 上个世纪 90 年代以来，随着控制技术、计算机技术、通信技术的发展，出现了基 于现场总线的控制系统，克服了的缺点，它是一种全数字化的、全分 散的、全开放、可互操作和开放式互连的新一

4、代控制系统。 目 前，现场总线技术已经成为自动化技术中的一个热点， 备受国内外自 动化设备制造商与用户的关注。 极大地简化了传统控制系统繁 琐且技术含量较低的布线工作量， 使其系统检测和控制单元的分布更 趋合理。 与传统的分布式控制系统相比，具有可靠性高、可维 护性好、成本低、 实时性好、实现了控制管理一体化的结构体系等优 点。现场总线的出现， 为工业自动化带来了一场深层次的革命，从而开创了工业自动控制的新纪元， 被誉为自动化领域的计算机局域 网。 鉴于的许多优点，控制专家们纷纷预言将取代成为 2 世纪 控制系统的主流。 现在，已经被应用到楼宇自动化控制领域。 1 1 应用于楼字自动化领域的几

5、种现场总线由于诱人的市场商机和 不同的应用领域的存在， 世界一些大公司或公司联盟纷纷提出自己的 现场总线协议标准。 据不完全统计， 目前国际上有 40 种宣称为 开放型的现场总线标准。 这些协议根据国际标准化组织的计算 机网络开放式互连系统的参考模型来制定的。 大多数现场总线只是用其中的一、二和七层协议。 于是现场总线呈现杂乱纷呈 的局面。 在这些现场总线中不乏优异的现场总线， 如、 等等。 其中、等现场总线在楼宇自动化领域获得了、较广 泛的应用。 尽管基于现场总线的克服了的许多缺点，但还是有 一些不如人意的地方，最明显的缺点多种现场总线并存而互不兼容， 导致的可互操作性只能在同一种现场总线系

6、统中实现。 后面将 对的缺点做进一步说明。1美国公司 1991年推出了 0 技术，又称技术。 它得到了众多计算机厂家、系统集成商、仪器仪表以 及软件公司的大力支持，已经在楼宇自动化、工业自动化、电力系统 供配、消防监控、停车场管理等领域获得广泛应用。 具体地说 具有以下优点网络结构灵活、组网方便。它支持多种网络拓扑形式，包括总线型、星型、树型、自由拓扑型等，这样可适应复杂 的现场环境，方便现场布线；支持多种传输介质。包括双绞线、同轴电缆、电力线、光纤、无线射频等；两种传输速率 78和 125， 最大传输距离由网络拓扑形式和传输介质决定， 一般可从 500到 2700。 可接人的节点最多为323

7、85个；完善的珏发工具。提供完善的系统开发环境，采用开放的语言，它是语言的扩展；无主的网络 系统。 网络中各节点的地位相同， 网络管理可设在任一节点处， 并可安装多个网络管理器； 开发网络节点的时间较短， 也易于维护。 采用的协议固化在公司的芯片中， 这样可以节省开发网络节点的时间， 也方便维护。同其它现场总线一样，也有自身的缺点。首 先，的实时性、处理大量数据的能力有些欠缺；其次，由于依赖于公司的芯片，所以它的完全开放性也受到一些质疑。 尽管存在一 些不足，但是的还在楼宇自动化领域获得了广泛的应用。 世界 上有 2 万多家厂商生产相关产品， 其中种类已达 3500多种。目前世界上已安装有 5

8、00多万个节点， 协议也被接纳为欧洲 247、205 的一部分。 自 1996 年以来，也开始在国内获得大量的应用。 在建设部的支持下， 国内一些研究所和企业开始陆续开发出基于的楼 宇自动化控制系统， 并在一些新建智能大厦和建设部智能化小区试点 工程中得到应用。 2 是作为世界上第一个楼宇自动控制网络的 数据通信协议。 它代表了智能建筑发展的主流趋势。 不是 软件或硬件，也不是固件，严格地说，并不是现场总线，而是一种网 络协议，即通信规则。为不同商家产品的系统之间进行信息交流提供平台和支持。详细阐述了系统组成单元相互分享数据实现的途径、 使用的通信介质、 可以使用的功能以及信息如何翻译的全 部

9、规则。 采用了、 - 、五种网络技术进行通信。 可 根据系统通信是和通信速度选择不同的网络技术。 相对其它现 场总线，标准最大的优点是可以与、等网络进行无缝集成。 不 过主要为解决不同厂家的楼宇自控系统相互间的通讯问题设计， 并不 太适用于智能传感器、执行器等末端设备。 标准已在全球得到 了广泛的应用，全球生产和经营楼宇设备和楼宇自控设备的主要厂商 均支持标准。 在不到 10 年的时间内就从一个行业学会标准迅速 成为楼宇自控领域中唯一的标准。 虽然我国是和成员国，但是 在我国建筑领域中的应用范围还是相对较小， 而且在工程中采用的产 品和技术也基本上全部是从国外引进的， 还没有真正意义上的国产化

10、相关产品。 3 总线最初是德国公司为汽车监控控制系统设计提 出的，现在它已经成为一种国际标准，在电力、石化、空调、建筑等 行业均有应用。 具有以下优点采用 8 字节的短帧传送，故传 输时间短、 抗干扰性强具有多种错误校验方式， 形成强大的差错控 制能力。 而且在严重错误的情况下，节点会自动离线，避免影 响总线上其它节点；采用无损坏的仲裁技术；4芯片不但价格低而且供应商多。 缺点是总线上最多可挂接 110 个节点，这不完全 能满足整个智能建筑的需要。不过可以通过利用中继器进行扩展，相对其它一些现场总线，总线技术比较简单，相关产品的开发费 用也远远低于其它现场总线技术产品的开发费用。因此，很早国内

11、就有一些企业推出了基于总线的楼宇自控的相关产品。如狮岛、索龙集团开发出了 $2000楼宇自控系统。5 是欧洲安装总线的缩写。它在 1990年被提出，经过十多年的发展，成为欧洲最有影响的建筑智能化现场总线标准， 在欧洲得到了进 300 家厂商的 支持。 1999年被引进中国的智能化建筑领域，并在上海同济大 学建立了认证技术培训中心。在短短的几年里，国内的会展中心、博物馆、办公大楼、别墅等场所的灯光、窗帘、空调等控制和安 防系统方面获得了广泛应用，如厦门国际会展中心、大连国贸中心、 浙江人民大会堂等。国内的项目基本上被公司和公司所垄断。二、以太网开始进入楼宇自控领域以太网发展至今已有 20 年历程

12、， 作为局域网组网的主要技术，以其简单、价廉、高带宽、维护方便以及不断发展等优点一直在局域网领域中牢牢占据着统治地位。 近年来，以太网技术获得了快速地发展。 交换型和全双功以太 网的出现，克服了传统以太网的共享公共传输媒体和半双功传输的弱 点，实现了站点独占传输媒体并同时收发数据， 也减少了网络上的数 据碰撞。 以太网的标准不断更新和扩展，目前的以太网不仅在 物理层包括拓扑结构、传输速率、传输媒体，并且在数据链路层与原 来的传统以太网标准有了很大的进步，以太网标准系列已扩展成 20 余个。 现在已太网不但由局域网向着接入网和城域网领域发展， 同时开始进入工业控制和楼宇自控领域。新发布的 802

13、3 标准开始对以太网供电作出了规定， 它消除了以太网技术进入现场控制领 域的一个严重障碍。目前，3、华为、等公司开始提供符合 8023标准的交换机产品。 另外，一些现场总线的协会或组织也开始 提出基于其现场总线的开放式以太网标准， 即工业以太网标准， 如开 放供货商协会和国际组织发布的标准、现场总线基金会发布的 ，高速以太网、国际组织发布的。 支持这些工业以太网标准的交 换机、网卡等产品也开始出现，如公司的 -508 系列工业以太网交换 机支持、北京航天华辉自动化技术有限公司的 - 100 支持和 等。 美国调查报告指出，在工业控制领域中的应用将越来越 广泛，市场占有率将从 2000 年的增加

14、到 2009 年的 23。伴随着以太网技术在工业控制领域的成功应用， 以太网技术也必将越来 越多地渗透到楼宇自控领域。 目前，以太网多用于基于现场总 线的楼宇自控网络集成到智能建筑中的信息网如图所示， 在一些新开 发的楼宇自控系统中， 以太网直接进入了控制层， 如北京楼宇自动化中心开发的基于以太网的 -2001 智能建筑测控系统。 -200 控制 系统的结构如图 2 所示。 一般的空调、照明等系统通过参量控 制模块集成到以太网上； 带有 232或 485接口的系统通过网关转换模 块集成到以太网上；电话以及摄像机直接连接到以太网上。 在 楼宇自控网络中采用基于现场总线的的优点是可靠性、实时性好。

15、 现场总线为工业控制设计楼宇自控网络集成到信息网的， 有屏蔽、 接 地与防爆等措施， 同时其实时性也比采用的以太网的时实性好； 用户的投资成本低。现在，开放的现场总线技术已经比较成熟，有很多公司提供的相关产品可供选择。其缺点是实现现场总线无缝接人以太网复杂， 当多种现场总线共存在一个系统中时， 集成起 来更复杂，系统的扩展性差。在楼宇自控网络中采用以太网的优点是实现了从管理层信息网到现场设备控制层控制网的一网到底， 即实现人们期望的通信协议的兼容和统一； 这样系统扩展起来也比较 方便；与智能建筑中其它系统信息网通信自动化系统和办公自动化系 统集成起来更加容易。其缺点是首先，目前开发基于以太网的

16、控制系统产品的难度较大， 开发费用和成本相对还是较高， 用户可以 选择的厂商也很有限，垄断利润较高，研发成本还没有被消化，这些 都导致产品价格过高。其次，以太网的实时性、可靠性等方面还有待进一步完善。三、结束语就目前而言，不管是应用在楼宇自控网络中的基于现场总线的还是以太网，都有其优点和缺点。 随着时间的推移和技术的进步， 它们也必将会被进一步完善。据统计，我国目前有从事楼宇自动化业务的企业 3000 家以上，产品供 应商约 3000 家。 另外，随着我国绍济的快速发展和人们生活水 平的不断提高， 建筑和社区的数字化建设正在兴起， 和以太网都必将 在楼宇自控领域中获得更广泛的应用， 在今后相当

17、长的时间内， 两者 在竞争的同时也将继续并存。 参考文献 1 郭维均俞洪智 能建筑基础中国计量出版社 200162 陈秋良自动控制技术 现 场总线控制系统综述 2001；203 李光辉缪希仁现场总线技术及 在低压电器领域中的应用 电工技术杂志， 20024郝晓弘马向华现 场总线控制系统一新一代控制系统工业控制计算机 2001；145 阳宪惠现场总线技术及其应用 清华大学出版社 ,19996 张振昭许 锦标万频 楼宇智能化技术北京机械工业出版社。 19997 董春桥标准在我国推广和应用的思考智能建筑与城市信息 。 20038王荣莉雷斌工业以太网技术的现状和发展自动化博览， 20049 苏斌张公忠现代以太网技术与智能建筑智能建筑，统计，我国目前有从事楼宇自动化业务的企业 3000 家以上，产品供 应商约 3000 家。 另外，随着我国绍济的快速发展和人们生活水 平的不断提高， 建筑和社区的数字化建设正在兴起， 和以太网都必将 在楼宇自控领域中获得更广泛的应用， 在今后相当长的时间内， 两者 在竞争的同时也将继续并存。 参考文献 1 郭维均俞洪智 能建