楼宇智能化技术第五章许锦标汇编

1、第第5 5章章 智能化建筑内控制信号网络智能化建筑内控制信号网络 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.1 控制信号网络传输特征5.1.1 噪声和抗干扰5.1.2 模拟控制信号传输方式5.1.3 数字控制信号传输方式5.2 BACnet网络协议5.2.1 BACnet的服务对象5.2.2 BACnet的体系结构5.2.3 BACnet的物理层和数据链路层协议5.3现场总线5.3.1 现场总线基本概念5.3.2 LonWorks总线5.3.3 CAN总线5.3.4 Modbus总线 本章导读 智能化建筑内的控制信号传输网有别于一般的信息网。本章首先就控制信号传输特征、控制信号传输的噪声和抗干扰、

2、控制信号传输的方式等基本问题进行了讨论。 其次，对当前主流的控制信号传输网络协议体系和现场总线技术进行了介绍，内容包括BACnet标准、LonWorks总线、CAN总线、Modbus总线等。 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.1 5.1 控制信号网络传输特征控制信号网络传输特征 第5章 智能化建筑内控制信号网络 中央管理计算机BAS监控计算机现场控制器现场装置现场装置现场控制器现场装置现场装置管理总线控制总线现场总线管理层设备层控制层图5-1三层网络结构的BAS 5.1.1 5.1.1 噪声和抗干扰噪声和抗干扰 在理想情况下，一个系统的性能仅由系统得结构来决定。然而在许多场合，系统却达不到

3、额定的性能指标，有的甚至不能正常工作。究其原因常常是噪声干扰造成的。所谓噪声是指系统中出现的非期望电信号。噪声对系统产生的不良影响称之为干扰。在检测系统中，噪声干扰会使测量指示产生误差；在控制系统中，噪声干扰可能导致误操作。 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.1 5.1 控制信号网络传输特征控制信号网络传输特征 串模干扰和共模干扰串模干扰和共模干扰 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.1 5.1 控制信号网络传输特征控制信号网络传输特征 5.1.1 5.1.1 噪声和抗干扰噪声和抗干扰图5-2 串模干扰和共模干扰 串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声，它串联在信号源回路中，与被测信号相

4、加输入系统。共模干扰是指系统的两个信号输入端上所共有的干扰电压，也称为共态干扰。 5.1.2 5.1.2 模拟控制信号传输方式模拟控制信号传输方式 模拟量的采集是通过模拟量输入通道经滤波、采样、量化、编码后输入现场控制器的过程。 模拟量的输出可为电压信号，也可为电流信号。工业上的标准信号范围是05V，15V，010mA和420mA等。 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.1 5.1 控制信号网络传输特征控制信号网络传输特征 5.1.3 5.1.3 数字控制信号传输方式数字控制信号传输方式 对数字信号不加调制，以其基本形式进行的传输，称之为基带传输。对于更远距离的数据传输。基带传输已无能为力，

5、因此需要采用对基带信号加以调制的方法来进行传输。将并行数据通过某种机制转换为串行数据，经由通信介质逐位发送出去，而在接收方通过某种机制将串行数据恢复为并行数据的串行通信方式，可以大量地节约电缆导线。 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.1 5.1 控制信号网络传输特征控制信号网络传输特征 5.2 5.2 BACnetBACnet网络协议网络协议 第5章 智能化建筑内控制信号网络 针对楼宇自控系统用户的上述普遍需求，也为了促进楼宇自控系统走上健康、稳定、持续发展的道路，美国采暖、制冷和空调工程师协会ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerati

6、ng and Air-Conditioning Engineers)专门研究制定一个BAS系统生产商和用户都能普遍接受的技术标准。要求这个标准技术先进、真正开放、易于扩展，并且容易实现。ASHARE于1995年6月正式制定和发布了世界上第一个楼宇自动控制系统技术标准BACnet。它符合当今世界开放、互联、共享、合作的技术发展趋势，代表着21世纪智能建筑中BAS系统的主流技术和发展方向。 5.2.1 5.2.1 BACnetBACnet的服务对象（的服务对象（1 1）第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.2 5.2 BACnetBACnet网络协议网络协议 对象名称应用实例模拟输入模拟输入 An

7、alog InputAnalog Input传感器输入传感器输入模拟输出模拟输出 Analog OutputAnalog Output控制输出控制输出模拟值模拟值 Analog ValueAnalog Value设定点或其它模拟控制系统参数设定点或其它模拟控制系统参数数字输入数字输入 Binary InputBinary Input开关输入开关输入数字输出数字输出 Binary OutputBinary Output继电器输出继电器输出数字值数字值 Binary ValueBinary Value数字控制系统参数数字控制系统参数时序表时序表 CalendarCalendar为按事件执行程序定义

8、的日期列表为按事件执行程序定义的日期列表命令命令 CommandCommand为完成诸如日期设置等特定操作而向多个设备的多个对象为完成诸如日期设置等特定操作而向多个设备的多个对象写多个变量写多个变量设备设备 DeviceDevice其属性表示设备支持的对象和服务以及设备商和固定版本其属性表示设备支持的对象和服务以及设备商和固定版本5.2.1 5.2.1 BACnetBACnet的服务对象（的服务对象（2 2） 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.2 5.2 BACnetBACnet网络协议网络协议 对象名称对象名称应用实例应用实例事件登记事件登记 描述可能处于错误状态的事件（例如描述可能处于

9、错误状态的事件（例如“输入超出范围输入超出范围”），或者其它设备需），或者其它设备需要报警。该对象可直接通知一个设备，也可用一个通知类（要报警。该对象可直接通知一个设备，也可用一个通知类（Notification Notification ClassClass）对象通知多个设备）对象通知多个设备Event Event EnrollmentEnrollment设备支持的可读写数据文件设备支持的可读写数据文件文件文件 FileFile提供在一个读单一操作下，访问多个对象的多个属性提供在一个读单一操作下，访问多个对象的多个属性组组 GroupGroup提供标准化地访问一个控制环提供标准化地访问一个控

10、制环环环 LoopLoop表述一个多状态过程的状态，如冰箱的开、关和除霜周期表述一个多状态过程的状态，如冰箱的开、关和除霜周期多态输入多态输入 表述一个多状态过程的期望状态，如冰箱的开始冷却时间、开始除霜时间等表述一个多状态过程的期望状态，如冰箱的开始冷却时间、开始除霜时间等Multi-state Multi-state InputInput包含一个设备列表。如果一个事件登记对象确定有一个警告或报警报文需要包含一个设备列表。如果一个事件登记对象确定有一个警告或报警报文需要发送，则将送给列表中的设备发送，则将送给列表中的设备多态输出多态输出允许设备中的一个程序开始、停止、装载、卸载，以及报告程序

11、当前状态等允许设备中的一个程序开始、停止、装载、卸载，以及报告程序当前状态等Multi-state Multi-state OutputOutput定义一个操作时间表。通过对指定对象表中的对象写入相应的内容实现，可定义一个操作时间表。通过对指定对象表中的对象写入相应的内容实现，可以设定例外情况，如假期等。可以使用日历表对象设定例外情况以设定例外情况，如假期等。可以使用日历表对象设定例外情况对象的属性对象的属性 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.2 5.2 BACnetBACnet网络协议网络协议 5.2.1 5.2.1 BACnetBACnet的服务对象的服务对象当前值是 68当前值？网络

12、BACnet设备模拟输入对象68. 0 F当前值 68描述“室外空气湿度”设备类型“10K 热敏电阻”脱离服务 FALSE单位华氏温度图5-3一个模拟输入对象的示意图 表5.2 模拟输入对象的属性 收服务请求和进行服务应答收服务请求和进行服务应答 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.2 5.2 BACnetBACnet网络协议网络协议 5.2.1 5.2.1 BACnetBACnet的服务对象的服务对象图5.4 BACnet设备接收服务请求和进行服务应答的示意图 服务回答数据是服务请求读属性网络BACnet 设备应用程序对象对象对象请求应答请求应答远程设备管理服务远程设备管理服务 第5章 智

13、能化建筑内控制信号网络 5.2 5.2 BACnetBACnet网络协议网络协议 5.2.1 5.2.1 BACnetBACnet的服务对象的服务对象5.2.2 5.2.2 BACnetBACnet的体系结构的体系结构 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.2 5.2 BACnetBACnet网络协议网络协议 BACnet的层次 对应于OSI的层次 BACnet应用层 应用层 BACnet网络层 网络层 IEEE802.2 MS/TP PTP 数据链路层 Ethernet Arcnet LonTalk EIA485 EIA232 物理层 图5-5 BACnet的OSI模型 BACnet作为一种

14、开放性协议，它仍然采用OSI模型的“分层”通信体系结构。BACnet标准协议体系结构为一个包含4个层次的分层体系结构，这四个层次相对于OSI模型中的物理层、数据链路层、网络层和应用层，如图5-5所示。 5.2.3 5.2.3 BACnetBACnet的物理层和数据链路层协议的物理层和数据链路层协议 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.2 5.2 BACnetBACnet网络协议网络协议 (1) ISO 8802-3类型1定义的逻辑链路控制（LLC）协议，加上ISO 8802-3介质访问控制（MAC）协议。(2) ISO 8802-2类型1定义的逻辑链路控制（LLC）协议，加上ARCNET（A

15、TA/ANSI 878.1）。(3)主从/令牌传递（MS/TP）协议加上EIA-485协议。(4)点对点（PTP）协议加上 EIA-232协议。(5) LonTalk协议。拓扑结构上，支持星型和总线型拓扑物理介质上，支持双绞线、同轴电缆、光缆。5.3.1 5.3.1 现场总线基本概念现场总线基本概念 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.35.3现场总线现场总线 IEC对现场总线(Fieldbus)一词的定义为：现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。现场总线是当今自动化领域发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它作为

16、工业数据通信网络的基础，沟通了生产过程现场级控制设备之间及其与更高控制管理层之间的联系。 5.3.2 5.3.2 LonWorksLonWorks总线总线 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.35.3现场总线现场总线 Lonworks 总线技术由美国Echelon 公司开发,是适合楼宇自动化系统的局域网络。采用LonTalk 通信协议,提供OSI模型定义的7 层服务,协议采用短帧报文,可靠性高,实时性好。 晶体振荡器电源存储器I/O电路及A/D、D/ALonworks收发器传感器/执行器网络介质(双绞线等)Neuron图5-6 Lonworks基本控制节点原理图 LonTalkLonTalk

17、协议协议 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.35.3现场总线现场总线 图5-7 Lonworks连接图 5.3.2 5.3.2 LonWorksLonWorks总线总线5.3.3 CAN5.3.3 CAN总线总线 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.35.3现场总线现场总线 CAN网络（Controller Area Network）是现场总线技术的一种，它是一种架构开放、广播式的新一代网络通信协议，称为控制器局域网现场总线。CAN网络原本是德国Bosch公司为欧洲汽车市场所开发的。CAN的通信介质访问为带有优先级的CS-MA/CA。采用多主竞争方式结构 。CAN的传输信号采用短帧结构（

18、有效数据最多为个字节），和带优先级的CS-MA/CA通信介质访问控制方式 CANCAN总线网络总线网络 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.35.3现场总线现场总线 图5-8 CAN总线网络 5.3.3 CAN5.3.3 CAN总线总线监控PC 机1监控PC机NCAN接口接口接口CANCAN5.3.4 5.3.4 ModbusModbus总线总线 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.35.3现场总线现场总线 Modbus协议已经成为开放式的，有众多支持厂商的广泛应用的工业协议。 标准的Modbus口是使用RS-232C兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由Modem组网。 Modbus/TCP协议是Modbus/RTU协议的扩展，它定义了Modbus/RTU协议如何在基于TCP/IP的网络中传输和应用。Modbus/TCP跟Modbus/RTU协议一样简单灵活。 ASCIIASCII帧帧 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.35.3现场总线现场总线 5.3.4 5.3.4 ModbusModbus总线总线RTURTU帧帧 第5章 智