第三章_建筑电气总线技术及其应用

1、1第章第章 建筑电气总线技术及其应用建筑电气总线技术及其应用2v3.13.1 现场总线技术的技术特点现场总线技术的技术特点v3.2 3.2 建筑电气总线技术建筑电气总线技术v3.3 3.3 现场总线技术的应用现场总线技术的应用v3.4 LonWorks3.4 LonWorks技术及其应用技术及其应用v* *3.5 BACnet3.5 BACnet总线技术的应用总线技术的应用v* *3.6 DeviceNet3.6 DeviceNet现场总线技术的应用现场总线技术的应用v* *3.7 CAN3.7 CAN总线的应用总线的应用v* *3.8 3.8 自动化网络结构自动化网络结构本章主要内容本章主要

2、内容3 现场总线技术现场总线技术(fieldbus)(fieldbus)是一种是一种开放式开放式、新新型全分布控制型全分布控制系统。系统。 通常将用于楼宇自动化领域的现场总线，如通常将用于楼宇自动化领域的现场总线，如LonWorksLonWorks、EIBEIB、CANCAN、BACnetBACnet、DeviceNetDeviceNet、ModbusModbus等总线，称之为建筑电气总线。等总线，称之为建筑电气总线。3.1 3.1 概述概述43.1.1 3.1.1 现场总线的演变过程现场总线的演变过程 20 20世纪世纪7070年代以前，控制系统中多采用年代以前，控制系统中多采用模拟量模拟量

3、对传输及控制信号进行转换、传递。对传输及控制信号进行转换、传递。 特点：精度差、受干扰信号影响大，整个控特点：精度差、受干扰信号影响大，整个控制系统的控制效果及系统稳定性都很差。制系统的控制效果及系统稳定性都很差。 7070年代末，随着大规模集成电路的出现，微处年代末，随着大规模集成电路的出现，微处理器技术得到很大发展。理器技术得到很大发展。5 2020世纪世纪8080年代初期，计算机和微处理器有了突年代初期，计算机和微处理器有了突破性的发展，产生了破性的发展，产生了直接数字直接数字（Direct Digital Direct Digital ControlControl，DDCDDC）技术。

4、随后产生了各种以）技术。随后产生了各种以DDCDDC技术为技术为基础的基础的集散控制集散控制系统（系统（Distributed Control Distributed Control SystemSystem，DCSDCS）。）。 数字化数字化作为一种趋势从工业生产的决策层、管作为一种趋势从工业生产的决策层、管理层、监控层和控制层一直渗透到现场设备。从而理层、监控层和控制层一直渗透到现场设备。从而形成了新型的网络集成式全分布控制系统形成了新型的网络集成式全分布控制系统现场现场总线控制总线控制系统（系统（Fieldbus Control System, Fieldbus Control Syst

5、em, FCS)FCS)。 63.1.2 3.1.2 现场总线技术的技术特点现场总线技术的技术特点1. 1. 现场总线是开放互连网络现场总线是开放互连网络 2. 2. 现场总线是现场通信网络现场总线是现场通信网络 3. 3. 现场总线是数字通信网络现场总线是数字通信网络 4. 4. 现场总线是现场设备互连网络现场总线是现场设备互连网络 5. 5. 现场设备的互操作性与互用性现场设备的互操作性与互用性 6. 6. 现场总线是结构和功能高度分散的系统现场总线是结构和功能高度分散的系统 7. 7. 对现场环境的适应性对现场环境的适应性 73.1.3 3.1.3 现场总线技术的优点现场总线技术的优点

6、1. 1.节省硬件数量与投资节省硬件数量与投资 2.2.节省安装维护费用节省安装维护费用. .系统具有远程监控功能和故障诊断功能系统具有远程监控功能和故障诊断功能. .用户具有高度的系统集成主动权用户具有高度的系统集成主动权现场设备更换和系统扩展更为方便现场设备更换和系统扩展更为方便系统的准确性与可靠性高系统的准确性与可靠性高易于系统调整易于系统调整为企业信息系统的构建创造了重要条件为企业信息系统的构建创造了重要条件83.1.4 3.1.4 现场总线技术的网络结构现场总线技术的网络结构 现场总线是现场总线是控制控制(Control)(Control)技术、技术、计算机计算机(Computer)

7、(Computer)与与通信通信(Communication)(Communication)（即（即3C3C技术）技术）发展汇聚的结果。发展汇聚的结果。IEC IEC 对现场总线一词的定义为对现场总线一词的定义为: :现场总线是一种现场总线是一种应用于生产现场应用于生产现场, ,在现场设备之间、现场设备与控在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术技术. . 9传感器传感器变送器变送器控制单元控制单元温度温度, 压力压力流量流量屏蔽抗干扰传输技术屏蔽抗干扰传输技术直流到几百赫低频范围直流到几百赫低频范围0 5 V电压电压

8、4 20 mA 电流电流短距离范围短距离范围(几十米几十米)传感器传感器变送器变送器温度温度, 压力压力流量流量控制单元控制单元 A/D现场仪表现场仪表距离范围大距离范围大(1000米米)模拟控制信号传输特征模拟控制信号传输特征数字化数字化现场总线现场总线,数字方式传输数字方式传输Sensor, Transmitter10现场总线的网络拓扑结构有现场总线的网络拓扑结构有点对点点对点方式、方式、树树型型方式、方式、带桥带桥方式方式3 3种。种。 其结构如图其结构如图3-13-1所示。所示。11图图3-1 3-1 现场总线的几种连接方式现场总线的几种连接方式 12点对点方式点对点方式：每个现场仪表

9、都单独接到低速：每个现场仪表都单独接到低速(31.25kbps)(31.25kbps)现场总线现场总线H1H1上，用于现场仪表比较分散或传输信息量大上，用于现场仪表比较分散或传输信息量大的场合，接法与的场合，接法与4 420mA20mA接线方式相似。接线方式相似。树形方式树形方式：几个现场仪表，一般按地理区域进行集中，：几个现场仪表，一般按地理区域进行集中，接到一根接到一根“局部运行局部运行” ” 的现场总线上，再引到控制室的现场总线上，再引到控制室中去。中去。带桥方式带桥方式：接到低速总线：接到低速总线H1H1上的现场设备，通过上的现场设备，通过“桥桥”和多路转换器合并接到高速总线和多路转换

10、器合并接到高速总线H2H2上，然后再接到控制上，然后再接到控制室中去。室中去。133.1.5 3.1.5 现场总线的通信模型现场总线的通信模型 现场总线网络互连模型既参照现场总线网络互连模型既参照ISOISOOSI OSI (International Organization for (International Organization for Standardization/ Open System Standardization/ Open System Interconnection )Interconnection )模型（如图模型（如图3-23-2所示），又具所示），又具有自己的

11、特点。协议是分层的，但层次之间的调有自己的特点。协议是分层的，但层次之间的调用关系不一定象用关系不一定象OSIOSI那样严格，层次也可简化，以那样严格，层次也可简化，以提高协议的工作效率；既要提高协议的工作效率；既要遵循遵循OSIOSI模型模型体系结构体系结构原则，又要原则，又要考虑考虑FCSFCS的特点的特点，满足，满足FCSFCS的特殊要求；的特殊要求；在现场总线参数模型中，既遵循开放系统集成的在现场总线参数模型中，既遵循开放系统集成的原则，又充分体现原则，又充分体现FCSFCS的特点和特殊要求。的特点和特殊要求。14Application LayerPresentation LayerS

12、ession LayerTransport LayerNetwork LayerData Link Layer Physical Layer7654321图图3.2 ISO/OSI模型模型15v Layer 1: Physical Layer: The Physical layer defines the type of electrical signal, and type of connectors (such as RS 232 or RJ 45) to be used for the Network Interface Card (NIC). 16v Layer 2: Data Lin

13、k Layer: The Data Link layer defines the frame format, such as start of fame, end of frame, size of frame, and type of transmission. 17v Layer 3: Network Layer: v The function of the Network layer is to perform routing. Routing determines the route or pathway for moving information. 18v The Network

14、layer checks the logical address of each frame and forwards the frame to the next router based on a lookup table. The network layer is responsible for translating each logical address to a physical address.19vLayer 4: The Transport layer provides for the reliable transmission of data in order to ens

15、ure that each frame reaches its destination.20v If, after a certain period of time, the Transport layer does not receive an acknowledgment from the destination, it retransmits the frame and again waits for acknowledgment from the destination.21vLayer 5: The Session layer establishes a logical connec

16、tion between the applications of two computers that are communicating with each other. It allows two application on two different computers to establish and terminate a session. 22v When a workstation connects to a server, the server performs the login process, requesting a username and password. Th

17、is is an example of establishing a session.23vLayer 6: The Presentation layer receives information from the Application layer and converts it to a form acceptable by the destination.24vLayer 7: The Application layer enables users to access the network with applications such e - mail, and Telnet.25应用

18、层应用层表达层表达层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层76543217136542总线访问子层总线访问子层物理层物理层应用层应用层数据链路层数据链路层图图3.3 典型的现场总线协议模型典型的现场总线协议模型图图3.2 ISO/OSI模型模型26 典型的现场总线协议模型（见图典型的现场总线协议模型（见图3-33-3）采用四层）采用四层结构：结构：物理层物理层、数据链路层数据链路层、总线访问子层总线访问子层和和应应用层用层。物理层物理层：该层规定了现场总线的传输介质、传输：该层规定了现场总线的传输介质、传输速率、每条线路可接仪表数量、最大传输距离、速率、每条线路可

19、接仪表数量、最大传输距离、电源、连接方式及信号类型等。电源、连接方式及信号类型等。27数据链路层数据链路层：该层规定了物理层和应用层间的接该层规定了物理层和应用层间的接口，其中包括：数据结构、传输差错控制、多主口，其中包括：数据结构、传输差错控制、多主站使用的规范化等。该层将通过帧数据检验保证站使用的规范化等。该层将通过帧数据检验保证信息传输的正确性及完整性。信息传输的正确性及完整性。总线访问子层总线访问子层：该层定义了过程控制的基本内容。该层定义了过程控制的基本内容。其中，包括现场总线内部信息的存取方法及信息其中，包括现场总线内部信息的存取方法及信息在网内同一节点或不同节点的其它设备间的传送

20、在网内同一节点或不同节点的其它设备间的传送方法。方法。28应用层应用层：它向用户提供了一个简单的接口，其中它向用户提供了一个简单的接口，其中定义了读、写、解释或执行一个信息或一条命令定义了读、写、解释或执行一个信息或一条命令的方法。其中很大部分是定义信息的语法。此外，的方法。其中很大部分是定义信息的语法。此外，应用层还定义了信息传输的方式：周期式、立即应用层还定义了信息传输的方式：周期式、立即响应式、一次性方式及使用者请求方式等。响应式、一次性方式及使用者请求方式等。 现场总线的通信模型特点：现场总线的通信模型特点：结构简单、执行协议结构简单、执行协议直观、价格低廉等，且能满足工业现场应用的性

21、直观、价格低廉等，且能满足工业现场应用的性能要求。能要求。 293.2 3.2 建筑电气总线技术建筑电气总线技术 自自8080年代以来，有几种类型的现场总线技术年代以来，有几种类型的现场总线技术 已经发展成熟并且在一些特定的应用领域显示了已经发展成熟并且在一些特定的应用领域显示了 其自身的优势。这些现场总线具有各自的特点，其自身的优势。这些现场总线具有各自的特点， 有的已经逐渐形成自己的产品系列，占有相当大有的已经逐渐形成自己的产品系列，占有相当大 的市场分额，显示了较强的生命力。对现场总线的市场分额，显示了较强的生命力。对现场总线 技术的发展已经发挥并将会继续发挥较大的作用。技术的发展已经发

22、挥并将会继续发挥较大的作用。目前几种主要的建筑电气总线：目前几种主要的建筑电气总线：303.2.1 LonWorks总线 LonWorksLonWorks是是局域操作网络局域操作网络（Local Operating Local Operating NetworkNetwork）的简称）的简称, ,是又一具有强劲实力的现场总线技术。是又一具有强劲实力的现场总线技术。 它采用了它采用了ISOISOOSIOSI模型的模型的全部全部7 7层通讯协议层通讯协议，采用，采用面面向对象向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其通讯速率从为参数设置

23、，其通讯速率从 300bps300bps至至 1.5M bps1.5M bps不等，不等，最远通信距离可达最远通信距离可达2700m2700m，节点总数可达，节点总数可达3200032000个。个。31 支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等线、电力线等多种通信介质多种通信介质，并开发了相应的本，并开发了相应的本质安全防爆产品，被誉为质安全防爆产品，被誉为通用控制网络通用控制网络。 LonWorksLonWorks技术自技术自19911991年推出后，发展很快，到年推出后，发展很快，到19961996年已有年已有26002600家生产商，使用并

24、且安装了家生产商，使用并且安装了200200多多万个节点，其应用范围包括工业控制，楼宇自动万个节点，其应用范围包括工业控制，楼宇自动化，航空化，航空/ /航天等航天等323.2.2 EIB3.2.2 EIB总线总线 19901990年，以年，以ABBABB、SIEMENSSIEMENS、MERTENMERTEN、GIRAGIRA、JUNGJUNG等共七等共七家欧洲著名的电气产品制造商为核心组成联盟，制定了家欧洲著名的电气产品制造商为核心组成联盟，制定了EIBEIB技技术标准并成立了中立的非商业性组织术标准并成立了中立的非商业性组织EIBAEIBA（EIB AssociateEIB Associ

25、ate，欧洲安装总线协会欧洲安装总线协会) )。 该协会的成立极大的推动了该协会的成立极大的推动了EIBEIB标准的发展，迄今为止，标准的发展，迄今为止，已有一百多家制造商成为了已有一百多家制造商成为了EIBAEIBA的会员，按照开放的的会员，按照开放的EIBEIB标准标准生产能够相互兼容和交互操作的各种元器件，几乎覆盖了建筑生产能够相互兼容和交互操作的各种元器件，几乎覆盖了建筑中各个行业和各种用途的需要。中各个行业和各种用途的需要。 ( Europe Install Bus ,EIB )( Europe Install Bus ,EIB ) ( Electrical Install Bus

26、,EIB ( ( Electrical Install Bus ,EIB ( 形象形象 )33 EIBEIB总线采用的是总线采用的是串行异步的传输方式串行异步的传输方式，为了提，为了提高可靠性和达到最大传输速率，高可靠性和达到最大传输速率，EIBEIB应用了应用了CSMA/CA( Carrier Sense Multiple Access / CSMA/CA( Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoid )Collision Avoid )（具有避免冲突的载波侦听多路（具有避免冲突的载波侦听多路访问），通过这种总线访问技术，使得在多个总线访问

27、），通过这种总线访问技术，使得在多个总线元件同时发送信号时就不会发生信号丢失现象。元件同时发送信号时就不会发生信号丢失现象。 EIBEIB总线目前可支持总线目前可支持双绞线双绞线（Twist PairTwist Pair）、）、电电力线力线（Power LinePower Line）、）、无线电无线电（RadioRadio）和）和红外线红外线（Infrared Infrared ）四种四种传输介质。传输介质。 目前在市场上提供的目前在市场上提供的主要以双绞线系统主要以双绞线系统为主。为主。34 EIBEIB总线的主要适用范围：总线的主要适用范围： 住房建筑尤其是独立型住宅如别墅等住房建筑尤其是

28、独立型住宅如别墅等公用建筑中的部分单体建筑如报告厅、会议室、公用建筑中的部分单体建筑如报告厅、会议室、大堂等大堂等大空间的单体建筑如影剧院、体育场馆等大空间的单体建筑如影剧院、体育场馆等大范围公共区域的电气控制如住宅小区、广场等大范围公共区域的电气控制如住宅小区、广场等桥梁、道路等远距离照明控制桥梁、道路等远距离照明控制353.2.3 CAN3.2.3 CAN总线总线 CANCAN是控制器局域网络是控制器局域网络(Controller Area (Controller Area Network)Network)的简称，它最早是由德国的的简称，它最早是由德国的BoschBosch公司及公司及几个

29、半导体生产商开发出来的，起初它是几个半导体生产商开发出来的，起初它是为汽车为汽车的检测和控制的检测和控制而设计的，后来逐步发展到用于其而设计的，后来逐步发展到用于其它工业部门，值得指出的是，它工业部门，值得指出的是，CANCAN是是目前唯一目前唯一被批被批准为准为国际标准的现场总线国际标准的现场总线，得到了，得到了MotorolaMotorola、IntelIntel、PhilipPhilip、NECNEC等公司的支持，并广泛应用等公司的支持，并广泛应用在在离散控制离散控制领域。领域。 361.CAN1.CAN总线网络的主要特点总线网络的主要特点 CAN CAN协议采用了协议采用了ISO/OS

30、IISO/OSI模型中的模型中的物理层物理层，链路层链路层与与应应用层用层三层结构。三层结构。 CAN CAN的最高通信速率为的最高通信速率为1Mbps/s1Mbps/s（通信距离为（通信距离为40m40m），），其最远通信距离可达其最远通信距离可达10km10km（通信速率为（通信速率为5kbps5kbps），最多），最多可挂接设备数达可挂接设备数达110110个。传输介质可以是双绞线，光纤个。传输介质可以是双绞线，光纤等。等。 CAN CAN的信号传输采用的信号传输采用短帧短帧结构，每一帧结构，每一帧有效字节有效字节数为数为8 8个个，这样传输时间短，受干扰的概率低，每帧信息均有，这样传输

31、时间短，受干扰的概率低，每帧信息均有CRCCRC效验和其他检错措施，通信误码率极低。效验和其他检错措施，通信误码率极低。 37 CAN CAN采用采用点对点点对点，一点对多点一点对多点及及全局广播全局广播几种发几种发送和接收数据方式，可实现全分布式多机系统，送和接收数据方式，可实现全分布式多机系统，且无主从之分。且无主从之分。 CAN CAN总线可以工作在总线可以工作在多主方式多主方式，网络上任一节点，网络上任一节点均可以在任意时刻向其他节点发送信息，从不分均可以在任意时刻向其他节点发送信息，从不分主从，通信方式灵活。主从，通信方式灵活。 CAN CAN采用采用非破坏性的总线仲裁非破坏性的总线

32、仲裁技术。技术。 CAN CAN不能支持防爆区不能支持防爆区。382. CAN2. CAN总线的控制方式总线的控制方式 CAN CAN总线作为一种建筑电气总线在智能楼宇中的总线作为一种建筑电气总线在智能楼宇中的控制方式见图控制方式见图3-43-4。由于其独特的设计思想，良好。由于其独特的设计思想，良好的功能特性和极高的可靠性越来越受到工业界的青的功能特性和极高的可靠性越来越受到工业界的青睐。睐。39图图3-4 CAN3-4 CAN总线控制方式总线控制方式403.2.4 BACNET3.2.4 BACNET总线总线 BACnet BACnet是是 A Data Communication Pro

33、tocol for A Data Communication Protocol for Building Automation and Control NetworkBuilding Automation and Control Network的简称，的简称，是一种为楼宇自控网络制定的数据通讯协议。是一种为楼宇自控网络制定的数据通讯协议。 美国暖通空调工程师协会组织（美国暖通空调工程师协会组织（ASHAREASHARE），正式通），正式通过过全球首个楼宇自控行业通讯标准全球首个楼宇自控行业通讯标准BACnet BACnet 。 BACnetBACnet标准的目的是标准的目的是为计算机控制暖通空

34、调和为计算机控制暖通空调和制冷系统及其他系统规定通信服务和协议，从而使不制冷系统及其他系统规定通信服务和协议，从而使不同厂家的产品可以在同一个系统内协调工作。同厂家的产品可以在同一个系统内协调工作。 41 BACnet BACnet是一个是一个开放开放的建筑电气总线，其标准遵的建筑电气总线，其标准遵从和参照从和参照OSI/ISOOSI/ISO模型，采用了其中模型，采用了其中4 4层层结构：即结构：即应用层应用层、网络层网络层、数据链路层数据链路层和和物理层物理层。 BACnetBACnet标准体系结构与标准体系结构与OSI/ISOOSI/ISO的参照图，见的参照图，见图图3-53-5。42图图

35、3-5 BACnet3-5 BACnet体系结构与体系结构与OSI/ISOOSI/ISO的参照图的参照图 43vARCnet ( Attached Resource Computer Network)v 附上资源计算机网络附上资源计算机网络 vMS/TP ( Master Slave/Token Passing )v 主从主从/令牌传递令牌传递vPTP ( Point To Point ) 点到点点到点 vPTP ( Peer To Peer ) 对等体到对等体对等体到对等体 441. BACnet1. BACnet的基本内容的基本内容 楼宇设备的表示模型楼宇设备的表示模型对象对象 ( Obj

36、ect )( Object ) 用来表示楼宇设备（如输入用来表示楼宇设备（如输入/ /输出，控制环等）输出，控制环等）和与控制过程有关的逻辑实体（如数据文件、应用和与控制过程有关的逻辑实体（如数据文件、应用程序等）。它的成功之处就在于采用了面向对象的程序等）。它的成功之处就在于采用了面向对象的技术技术, ,定义了一组具有属性的对象定义了一组具有属性的对象. . v功能有两个功能有两个: 一是定义楼宇自控设备的信息模型一是定义楼宇自控设备的信息模型 - BACnet对象模型对象模型, 二是定义面向应用的通信服务二是定义面向应用的通信服务.45v对象名称对象名称 应用实例应用实例v模拟输入模拟输入

37、 Analog Input 传感器输入传感器输入v模拟输出模拟输出 Analog Output 控制输出控制输出v模拟值模拟值 Analog Value 设定值设定值,控制参数控制参数 v数字输入数字输入 Binary Input 开关输入开关输入v数字输出数字输出 Binary Output 继电器输出继电器输出v数字值数字值 Binary Value 数字控制系统参数数字控制系统参数v时序表时序表 Calendar 程序定义的事件执行日期列表程序定义的事件执行日期列表 v命令命令 Command 向多设备多对象写多值向多设备多对象写多值( 如日期如日期) v设备设备 Device 其属性标

38、示设备支持的对其属性标示设备支持的对v 象和服务以及设备商象和服务以及设备商,固件固件v 版本等信息版本等信息 46v事件登记事件登记 Event Enrollment 描述可能处于错误状描述可能处于错误状v 态的事件态的事件,或其他设备或其他设备v 需要的报警需要的报警 v文件文件 File 允许访问允许访问( 读读/写写) 设备设备v 支持的数据文件支持的数据文件v组组 Group 提供单一操作下访问提供单一操作下访问v 多对象多属性多对象多属性 v控制环控制环 Loop 提供访问一个提供访问一个 “控制控制v 环环”的标准化操作的标准化操作v多态输入多态输入 Multi State In

39、put 表述多状态处理程序表述多状态处理程序v 的状况如制冷设备开的状况如制冷设备开,v 关和除霜循环等关和除霜循环等 47v多态输出多态输出 Multi State Output 表述多状态处理程序的表述多状态处理程序的v 期望状态期望状态,如制冷设备开如制冷设备开v 始冷却始冷却,除霜除霜 的时间的时间v通知类通知类 Notification Class 包含一个设备列表包含一个设备列表, 配配v 合合 “事件登记事件登记”对象对象将将v 报警报文发送给多个设备报警报文发送给多个设备v程序程序 Program 允许设备应用程序开始允许设备应用程序开始,v 装载和卸载装载和卸载,并报告程序并

40、报告程序v 的当前状态的当前状态v时间表时间表 Schedule 按周期的操作时间表按周期的操作时间表48v智能温度传感器智能温度传感器: DEV (device) 和和 AI ( analog input ), 3个模拟输入测量点个模拟输入测量点, 2个模拟控制输出点和个模拟控制输出点和一个闭环控制逻辑一个闭环控制逻辑.DEVAIDEVAIAIAIAOAOLPLoop 闭环控闭环控制逻辑制逻辑49访问对象的操作访问对象的操作服务服务 分为分为“确认服务（确认服务（C Confirmed Serviceonfirmed Service）”和和“非确认服务（非确认服务（U Unconfirmed

41、 Servicenconfirmed Service）” ” 两类。两类。 确认服务即是指发送确认服务请求的设备将等待确认服务即是指发送确认服务请求的设备将等待一个带有数据的服务的应答一个带有数据的服务的应答. . 不确认服务即是指发送不确认服务请求的设备不确认服务即是指发送不确认服务请求的设备, ,并不要求有服务应答返回并不要求有服务应答返回. .50v服务服务 BAC 描述描述v设备通信控制设备通信控制 确认确认 通知一个设备停止或通知一个设备停止或 vDevice Communication Control 开始接收网络报文开始接收网络报文 v确认的专用信息传递确认的专用信息传递 确认确

42、认 向一个设备发送一个向一个设备发送一个vConfirmed Private Transfer 厂商专用报文厂商专用报文v不确认的专用信息传递不确认的专用信息传递 确认确认 向一个或多个设备发向一个或多个设备发 vUnconfirmed Private Transfer 送一个厂商专用报文送一个厂商专用报文v重新初置设备重新初置设备 确认确认 命令接受设备冷启动命令接受设备冷启动vReinitialize Device 或热启动或热启动v 51v确认的文本报文确认的文本报文 确认确认 向另一个设备发送一向另一个设备发送一Confirmed Text Message 个文本报文个文本报文v不确认

43、的文本报文不确认的文本报文 不确认不确认 向一个或多个设备发向一个或多个设备发Unconfirmed Text Message 送一个文本报文送一个文本报文v时间同步时间同步 不确认不确认 向一个或多个设备发向一个或多个设备发vTime Synchronization 送当前时间送当前时间vWho Has 不确认不确认 询问哪个询问哪个BACnet设备设备v 含有特定对象含有特定对象vI Have 不确认不确认 肯定应答肯定应答Who Has v 询问询问,广播广播52vWho Is 不确认不确认 询问某些特定询问某些特定BACnetv 设备的存在设备的存在 vI Am 不确认不确认 肯定应答

44、肯定应答Who Is v 询问询问,广播广播53传输互操作语义的通信系统传输互操作语义的通信系统局域网局域网 用来传输用来传输BACnetBACnet服务数据单元。服务数据单元。 BACnetBACnet标准标准根据性能价格比根据性能价格比定义了定义了4 4种局域网种局域网和和1 1个远程连接技术个远程连接技术： ISO 8802-3ISO 8802-3（以太网），（以太网），ARCNETARCNET，MS/TPMS/TP，LonTalkLonTalk和和PTPPTP。 BACnetBACnet标准对应的这标准对应的这4 4种局域网接口见表种局域网接口见表3-13-1。 54BACnetBAC

45、net标准的局域网（标准的局域网（LANLAN）接口）接口 表表3-1 3-1 55报文的语法与结构报文的语法与结构编码编码 作用：是将信息表示成无二义性的二进制数码作用：是将信息表示成无二义性的二进制数码“1”1”和和“0”0”位串，以便在网络传输介质上传输位串，以便在网络传输介质上传输 。 协议的验证和测试协议的验证和测试 一致性说明一致性说明（Protocol Protocol Implementation Conformance StatementImplementation Conformance Statement，PICSPICS） 作用：是描述实现作用：是描述实现BACnetB

46、ACnet标准的设备具有哪些标准的设备具有哪些BACnetBACnet特性和功能的文档。特性和功能的文档。 562. BACnet2. BACnet协议与常用的网络协议协议与常用的网络协议（如（如EthernetEthernet和和TCP/IPTCP/IP）的区别）的区别 BACnet BACnet协议协议侧重与监控设备之间侧重与监控设备之间的通信数据结构。的通信数据结构。 EthernetEthernet和和TCP/IPTCP/IP则强调则强调网络设备间网络设备间的数据传输，的数据传输，而且而且EthernetEthernet和和TCP/IPTCP/IP可以在可以在BACnetBACnet设

47、备之间传送设备之间传送BACnetBACnet信息。信息。 在信息管理方面、在在信息管理方面、在上层网之间上层网之间的互连采用的互连采用BACnetBACnet标准是最佳的方案。标准是最佳的方案。573. BACnet3. BACnet的优势的优势 独立于任何制造商，也不需要专用芯片，并得到众独立于任何制造商，也不需要专用芯片，并得到众多制造商的支持。多制造商的支持。 具有完善和良好的数据表示和交换方法。具有完善和良好的数据表示和交换方法。 产品具有严格的一致性等级。产品具有严格的一致性等级。 良好的互操作性，有利于系统的扩展和集成良好的互操作性，有利于系统的扩展和集成 。583.3 3.3

48、现场总线技术在智能建筑现场总线技术在智能建筑中的应用中的应用 智能大厦包括智能大厦包括通讯自动化系统通讯自动化系统、办公自动化办公自动化系统系统和和楼宇管理自动化系统楼宇管理自动化系统，它的发展历程，是，它的发展历程，是伴随着现代计算机技术、现代控制技术、现代通伴随着现代计算机技术、现代控制技术、现代通讯技术和现代图形显示技术的进步，从简单监控讯技术和现代图形显示技术的进步，从简单监控发展到全面管理的过程。发展到全面管理的过程。59早期的超高层大楼一般设备非常多，诸如空调系统、给早期的超高层大楼一般设备非常多，诸如空调系统、给排水系统、变配电系统、保安系统、消防系统、停车场排水系统、变配电系统

49、、保安系统、消防系统、停车场系统等、各种专业系统同时共存，系统等、各种专业系统同时共存，仅靠中央监控室仅靠中央监控室操作操作和控制这些系统，不仅满足不了可靠性要求，而且难以和控制这些系统，不仅满足不了可靠性要求，而且难以实现。实现。2020世纪世纪8080年代开始，年代开始，微电脑技术微电脑技术的崛起，再加上信号传的崛起，再加上信号传送技术的进步，基本上实现了所有设备都可以显示于大送技术的进步，基本上实现了所有设备都可以显示于大楼内的中央监控室，并且较容易地进行操作和管理，从楼内的中央监控室，并且较容易地进行操作和管理，从而提高了效率，形成了智能大厦的雏形。而提高了效率，形成了智能大厦的雏形。

50、60随着计算机及网络技术的发展，出现了随着计算机及网络技术的发展，出现了计算机集计算机集散式控制散式控制系统（系统（Distribute Control SystemDistribute Control System）DCSDCS。这种集中管理与分散控制相结合的控制方式能够这种集中管理与分散控制相结合的控制方式能够适应智能建筑适应智能建筑“实时检测与控制的设备品种多且实时检测与控制的设备品种多且分散分散”的特点，而且可靠性、经济性、可扩展性的特点，而且可靠性、经济性、可扩展性等均比较强，基于这种系统，智能大厦得到了空等均比较强，基于这种系统，智能大厦得到了空前发展，国内外的智能大厦几乎无一例外

51、地采用前发展，国内外的智能大厦几乎无一例外地采用了了DCSDCS系统。系统。61由于由于DCSDCS系统整体上采用系统整体上采用分级控制分级控制，主站工作量仍较，主站工作量仍较大，中央管理计算机担负着整个建筑的能量控制与大，中央管理计算机担负着整个建筑的能量控制与管理、防火与保安的监控及环境的控制与管理等关管理、防火与保安的监控及环境的控制与管理等关键任务，键任务，2424小时不间断工作，不能失效，所以必须小时不间断工作，不能失效，所以必须采用双机冗余等措施提高主机可靠性、加之多级网采用双机冗余等措施提高主机可靠性、加之多级网络协议不统一，络协议不统一，DCSDCS的开放性和互操作性也较差。的

52、开放性和互操作性也较差。鉴于鉴于DCSDCS结构存在的固有缺陷，随着现代控制技术的结构存在的固有缺陷，随着现代控制技术的发展出现了现场总线控制。发展出现了现场总线控制。62 现场总线控制系统的特点：现场总线控制系统的特点： （1 1）突破了）突破了DCSDCS系统专用通信网络的局限，采用系统专用通信网络的局限，采用基基于公开化、标准化于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷。成的缺陷。 （2 2）把）把DCSDCS系统集中与分散相结合的集散系统结构变系统集中与分散相结合的集散系统结构变成了成了新型全分布式结构新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场

53、。，把控制功能彻底下放到现场。 将现场总线技术应用于智能建筑，不仅提高了系将现场总线技术应用于智能建筑，不仅提高了系统的准确性与可靠性，而且其设备标准化，功能模块统的准确性与可靠性，而且其设备标准化，功能模块化，目前广泛应用于智能建筑化，目前广泛应用于智能建筑. .633.4 LonWorks3.4 LonWorks技术及其应用技术及其应用643.4.1 LonWorks3.4.1 LonWorks总线技术概述总线技术概述 LonWorks LonWorks（Local Operating NetworkLocal Operating Network）是）是全分全分布式监控系统专用网络布式监控

54、系统专用网络，它使用了具有分布控制与，它使用了具有分布控制与通信联网功能的大规模集成的通信联网功能的大规模集成的神经芯片神经芯片（neuron neuron chipschips），构成各个智能监控节点（），构成各个智能监控节点（nodenode），通过），通过网络收发器（网络收发器（Tran ReceiverTran Receiver）及网络通信媒体将）及网络通信媒体将各种节点各种节点构成全分布式局部操作网络（简称构成全分布式局部操作网络（简称LONLON网）。网）。651 1LonWorksLonWorks网络的技术特点网络的技术特点 智能节点作为现场总线网络控制器。智能节点作为现场总线网

55、络控制器。 网络拓扑结构：总线型、星型、环型、混合型。网络拓扑结构：总线型、星型、环型、混合型。 网络系统结构：主从式、对等式及网络系统结构：主从式、对等式及 ClientClientServerServer式。式。 传输媒体：双绞线、动力电源线、无线、光纤、红传输媒体：双绞线、动力电源线、无线、光纤、红外、电话线等。外、电话线等。 介质访问方法：载波监听多路访问。介质访问方法：载波监听多路访问。 网络通信协议：网络通信协议：LonTalkLonTalk通信协议，系统开放。通信协议，系统开放。 同异型网络的互连方便。同异型网络的互连方便。662 2LonWorksLonWorks网络的结构模型

56、网络的结构模型LonWorksLonWorks采用开放式采用开放式ISO/OSIISO/OSI模型的模型的全部七层全部七层通讯通讯协议结构，具备了局域网的基本功能协议结构，具备了局域网的基本功能, ,与异型网的与异型网的兼容性比任何现存的现场总线都好，被誉为通用控兼容性比任何现存的现场总线都好，被誉为通用控制网络，它还提供了制网络，它还提供了与与LANLAN的接口的接口，从而实现了二，从而实现了二者的者的有机结合有机结合。其各层功能如图其各层功能如图3-83-8所示。所示。 67图图3-8 LonWorks3-8 LonWorks分层模型分层模型 68（1 1）LonWorksLonWorks

57、节点节点 典型的现场控制节点主要包括以下功能模块：应用典型的现场控制节点主要包括以下功能模块：应用CPUCPU、I/OI/O处理单元、通信处理器、收发器和电源。处理单元、通信处理器、收发器和电源。 LonWorksLonWorks智能节点主要分两种类型：以智能节点主要分两种类型：以神经元芯片神经元芯片为核心为核心的控制节点和的控制节点和采用采用MIPMIP结构的控制节点结构的控制节点 。 LonWorksLonWorks节点软件用节点软件用Neuron CNeuron C语言语言编写，开发出基编写，开发出基于通用型智能网络节点的于通用型智能网络节点的AgentAgent软件体软件体，使其具有自

58、主，使其具有自主性、协作性、和适应性的特点。性、协作性、和适应性的特点。 3 3LonWorksLonWorks网络的技术组成网络的技术组成69图图3-9 3-9 神经元节点的结构框图神经元节点的结构框图电源电源神经元芯片神经元芯片3150/3120晶振晶振I/O电路电路收发器收发器16K58KROM(3150)执行器执行器传感器传感器检测控制装置检测控制装置网络介质网络介质( (双绞线双绞线, ,无线射频等无线射频等) )1. 以以Neuron芯片为核心的控制节点芯片为核心的控制节点702. 采用采用MIP结构的控制节点结构的控制节点 Modular Information Processo

59、rNeuron芯片芯片收发器收发器接口接口单元单元主处理器主处理器EPROM复位电路复位电路基于主机结构的节点结构图基于主机结构的节点结构图71v网络协议网络协议v LonTalk协议提供了一套通信服务协议提供了一套通信服务, 使网络上节点使网络上节点应用程序对其他节点发送和接收报文时应用程序对其他节点发送和接收报文时, 无需知道无需知道网络的拓扑、名称、地址或其他节点的功能网络的拓扑、名称、地址或其他节点的功能. LonTalk协议的内容都固化在协议的内容都固化在Neuron芯片中芯片中.v传输介质传输介质v传输介质是网络中的物理通路传输介质是网络中的物理通路, 也是通信中传递信也是通信中传

60、递信息的实际载体息的实际载体.网络中常用的传输介质有双绞线、电网络中常用的传输介质有双绞线、电力线、同轴电缆、光缆、无线和卫星通信力线、同轴电缆、光缆、无线和卫星通信.72v网络管理网络管理v 在在LonWorks网络中网络中, 需要一个网络管理工具需要一个网络管理工具, 用用于网络的安装、维护和监控于网络的安装、维护和监控. Echelon公司提供了公司提供了LonWorks for Windows 软件用于实现这些功能软件用于实现这些功能.v网络管理主要有网络安装、网络维护和网络监控三网络管理主要有网络安装、网络维护和网络监控三个方面的功能个方面的功能.73（2 2）神经元芯片）神经元芯片