一、智能建筑開放式標(biāo)準(zhǔn)概述
作為海思兩大核心技術(shù)支柱，LonWorks技術(shù)與BACnet標(biāo)準(zhǔn)，我們有必要對它們的技術(shù)特點及應(yīng)用優(yōu)勢作充分的分析與判斷，以厘清海思的產(chǎn)品研發(fā)方向。
近年來，智能建筑從概念逐步走入人們的視野。樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)包容的設(shè)備和子系統(tǒng)數(shù)量越來越多，種類愈來愈復(fù)雜。不同廠商提供的不同的產(chǎn)品和系統(tǒng)通訊協(xié)議五花八門，從而形成了如通信速率、編碼格式、同步方式、通訊規(guī)程各不相同，造成這些產(chǎn)品和系統(tǒng)很難實現(xiàn)互操作，將影響到安全管理、節(jié)能管理、管理效率低下、維修困難、擴(kuò)展維護(hù)費用高，這就有必要推行開放式標(biāo)準(zhǔn)。
樓宇業(yè)主和管理者迫切需要降低費用提高效率，要求樓宇各子系統(tǒng)集成在一起，實現(xiàn)系統(tǒng)和設(shè)備集成和互操作必須有一種有效的方法實現(xiàn)系統(tǒng)和設(shè)備間的通訊。因此就需要系統(tǒng)具有真正的開放性。 所謂開放式系統(tǒng)即建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)的所有部件均以公認(rèn)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)制造。系統(tǒng)符合公認(rèn)的工業(yè)結(jié)構(gòu)，因而不同廠商的產(chǎn)品，可以組合從而實現(xiàn)互操作。開放式系統(tǒng)有兩個特點：
1)系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范是所有廠商共同遵守的；
2)同樣功能的部件雖由不同廠家生產(chǎn)，但可以互相替換，可以互操作。
目前國際上有兩種開放式標(biāo)準(zhǔn)：一種是LONMARK標(biāo)準(zhǔn)，另一種是BACnet標(biāo)準(zhǔn)。這兩種標(biāo)準(zhǔn)也得到我國有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)的推薦，如江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)“建筑智能化系統(tǒng)工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”DB32/181-1998中建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)(BAS)中3·1一般規(guī)定的3·1·10明確指出對于多個供應(yīng)商不同系統(tǒng)之間的集成宜采用美國ASHRAE學(xué)會制定的《BACnet》ANSI/ASHARE
SPC 135P標(biāo)準(zhǔn)。對分布式控制系統(tǒng)則宜采用LONMARK標(biāo)準(zhǔn)。
下面分別介紹這兩種標(biāo)準(zhǔn)，分析這兩種標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)特點，以及它們?nèi)绾螐母偁幾呦蚧パa的歷程。
二、LONMARK標(biāo)準(zhǔn)
LONMARK標(biāo)準(zhǔn)是以LonWorks技術(shù)為基礎(chǔ)的一套標(biāo)準(zhǔn)。LonWorks技術(shù)由美國Echelon公司90年代開發(fā)推出。
LONWORK技術(shù)實際上是一種測控網(wǎng)技術(shù)，或者更確切一點說是一種工控網(wǎng)技術(shù)，也叫現(xiàn)場總線技術(shù)。它方便地實現(xiàn)現(xiàn)場的傳感器、執(zhí)行器、儀表等聯(lián)網(wǎng)。
這種網(wǎng)絡(luò)不同于局域網(wǎng)LAN，而是一種工控網(wǎng)。因為它傳輸數(shù)據(jù)量較小的檢測信息、狀態(tài)信息和控制信息。Echelon公司叫做局部操作網(wǎng)LON(Local
Operating Network)采用LONTalk協(xié)議的LON網(wǎng)稱為Lonworks網(wǎng)。
Lonworks技術(shù)有以下特點：
Lonworks技術(shù)是一套開放式技術(shù)，其通訊協(xié)議LonTalk協(xié)議也是開放的，實現(xiàn)遵守該協(xié)議的各家產(chǎn)品互聯(lián)成為可能；
Lonworks技術(shù)的關(guān)鍵芯片Neuron
Chip(神經(jīng)元芯片)有很高的集成度，內(nèi)部有3個8位CPU(CPU1，
CPU2，
CPU3)。CPU1負(fù)責(zé)媒體訪問控制，
CPU2、CPU3負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通訊。除此之外內(nèi)部還有RAM、E2PROM、ROM，以及I/O接口等；
Lonworks技術(shù)支持多種通訊介質(zhì)。包括雙絞線、電力線、同軸電纜、光纖、無線射頻、紅外線等，甚至多種介質(zhì)能在同一網(wǎng)絡(luò)中混合使用；
Lonworks技術(shù)產(chǎn)品門類齊全。有四大類50多種硬件、軟件模塊，先進(jìn)的開發(fā)設(shè)備和手段為用戶開發(fā)帶來方便。
1993年在世界范圍推廣，其發(fā)展速度極快，到1995年已經(jīng)有2500家生產(chǎn)商使用并且安裝了200多萬個節(jié)點(每個節(jié)點包括一個神經(jīng)元芯片，平均可以有5個測控點)。其發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其它任何一種現(xiàn)場總線(如CANBUS、ProfiBus等)。其應(yīng)用在智能建筑中(大型賓館、飯店、寫字樓、現(xiàn)代高檔住宅)的建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)(BAS)、工業(yè)自動化、航空航天技術(shù)等領(lǐng)域。但有50%以上的節(jié)點用于建筑物自動化領(lǐng)域。世界各大樓宇自控公司及工業(yè)控制公司一致認(rèn)為Lonworks技術(shù)是當(dāng)前“最先進(jìn)的”、“有非常大的潛在能力的”，“該技術(shù)將引起控制市場方向性變化”，并表示要用這新技術(shù)改造自己的產(chǎn)品。因而在世界各地形成了大量OEM生產(chǎn)商(重要的OEM約1000家以上)，生產(chǎn)出大量Lonworks技術(shù)產(chǎn)品。其中多數(shù)是為樓宇自控系統(tǒng)配套的產(chǎn)品。由于不同的OEM雖然都按Lonworks技術(shù)制造產(chǎn)品，但由于在一些技術(shù)細(xì)節(jié)上不統(tǒng)一，因而不能互操作。為了解決這個問題，
180家重要的OEM組成了LONMARK可互操作協(xié)會，編制了一系列LONMARK標(biāo)準(zhǔn)，使每個技術(shù)細(xì)節(jié)都有標(biāo)準(zhǔn)文件的嚴(yán)密規(guī)定。凡產(chǎn)品按該規(guī)定生產(chǎn)，就可以結(jié)合在一起，互相通訊和工作。同類產(chǎn)品，不同廠家生產(chǎn)，可以相互替換，總之，實現(xiàn)了互操作。
LonTalk協(xié)議分有暖通空調(diào)組、家用設(shè)備組、照明組、工業(yè)組、本征安全組、網(wǎng)絡(luò)管理組、石油組、冷凍技術(shù)組、出入控制組。每個組都在制定一系列LONMARK標(biāo)準(zhǔn)，稱為功能概述Functional
Profile，詳細(xì)地描述了應(yīng)用層接口。包括網(wǎng)絡(luò)變量、組態(tài)特點、缺省值以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、加電狀態(tài)等，把產(chǎn)品功能標(biāo)準(zhǔn)化。
1996年3月第一次公布的暖通空調(diào)編制標(biāo)準(zhǔn)，包括有溫度檢測、二氧化碳檢測、風(fēng)門執(zhí)行器、屋頂單元控制、變風(fēng)量控制。其后又陸續(xù)編制出溫控制器、冷凍機(jī)、單元通風(fēng)器、墻掛式檢測器、閥門執(zhí)行器、報警及報警管理、數(shù)據(jù)記錄及趨勢分析等。
根據(jù)LONMARK標(biāo)準(zhǔn)，美國Honeywell公司繼1995年應(yīng)用了Lonworks技術(shù)生產(chǎn)了50000臺變風(fēng)量箱控器以后，近期向市場投放了能夠互操作的暖通空調(diào)控制產(chǎn)品。
Lonworks技術(shù)的通訊協(xié)議LonTalk協(xié)議1995年被美國國家標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ASHRAE135- 1995 BACnet采納為建筑物自動化中的傳感器、執(zhí)行器和控制器之間的網(wǎng)絡(luò)化操作奠定了基礎(chǔ)。LONMARK標(biāo)準(zhǔn)是在實時控制領(lǐng)域(簡稱控制域)中的一個開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。
三、BACnet標(biāo)準(zhǔn)
BACnet網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議是由ASIIRAE(美國暖通空調(diào)制冷工程師學(xué)會)發(fā)起制定并得到ANSI(美國國家標(biāo)準(zhǔn)局)的批準(zhǔn)，由樓宇自動化系統(tǒng)的生產(chǎn)商、用戶參與制定的一個開放性標(biāo)準(zhǔn)，由ASHRAE學(xué)會綜合幾個局域網(wǎng)LAN(注意！不是工控網(wǎng))的協(xié)議而制定的，他們盡可能采用了LAN網(wǎng)絡(luò)不同時期成熟的技術(shù)而制定的。
我們特別要強(qiáng)調(diào)的這是管理信息域(簡稱信息域)方面的一個標(biāo)準(zhǔn)。
美國BACnet和德國FND為不同廠商生產(chǎn)的建筑物的自動化系統(tǒng)，集成為整體系統(tǒng)而提出的方法，規(guī)定了通訊協(xié)議。
1995年6月BACnet成為ASHRAE
B5-90標(biāo)準(zhǔn)，并于同年12月成為美國國家標(biāo)準(zhǔn)，并得到歐共體的承認(rèn)，成為歐共體的標(biāo)準(zhǔn)草案。
由于網(wǎng)絡(luò)及通訊技術(shù)的發(fā)展，業(yè)主對集成技術(shù)提出了更高的要求，要求建筑物自動化系統(tǒng)與高一級的企業(yè)管理系統(tǒng)加強(qiáng)聯(lián)系，提高管理效率。這就是說要在信息管理網(wǎng)一級上互連，是解決不同廠家的自動化系統(tǒng)如何集成。因此廠家可以按照BACnet標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)與BACnet兼容的控制器或接口，可在這一標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議下實現(xiàn)相互交換數(shù)據(jù)的目的。BACnet比LONMARK有更為量大的數(shù)據(jù)通訊，運作高級復(fù)雜的大信息量。是可以實現(xiàn)不同廠家的樓宇自動化系統(tǒng)之間互連的通訊技術(shù)。例如要使Honeywell公司的一套系統(tǒng)與其它公司的一套系統(tǒng)進(jìn)行通訊交換信息，即可通過BACnet把它們連成一個整體并在一個工作站上可以實現(xiàn)對這兩個系統(tǒng)的全部監(jiān)控。
BACnet和LONMARK是兩項標(biāo)準(zhǔn)，這兩個標(biāo)準(zhǔn)既有重疊的地方，又有不同的地方。兩項標(biāo)準(zhǔn)互相補充，互為依托。BACnet用于多個供應(yīng)商不同系統(tǒng)之間的集成。LONMARK是解決真正的開放的分布式控制的一種有效的方法
BACnet一共有四層協(xié)議包括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層、物理層
該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定LONTALK與其他四種通訊方式并列為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層的基本結(jié)構(gòu)。BACnet采用五種網(wǎng),,絡(luò)技術(shù)進(jìn)行通訊(Ethernet、ARcnet、MS/TP、PTP、LONTALK).選擇多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的原因是對于不同要求的系統(tǒng)采用不同的通訊速度和通訊量的網(wǎng)絡(luò)，采用不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)適用于不同的要求。其中，PTP(POINTTOPOINT)是BACnet獨有的，由BACnet制定的通訊協(xié)議，它提供了通過Modem和電話線的聯(lián)網(wǎng)通信。采用現(xiàn)代Modem協(xié)議，也支持EIA-RS232標(biāo)準(zhǔn)直接用電纜連接，速度限制在9.6K-56.0K之間。
MS/TP也是BACnet獨有的，使用EIA-485標(biāo)準(zhǔn)，這是一個屏蔽雙絞線局域網(wǎng)，速度可達(dá)76.0Kbps。
BACnet信息數(shù)據(jù)的表示方式定義了318種標(biāo)準(zhǔn)“對象類型”，通過不同對象的組合實現(xiàn)DDC不同的控制功能。
這些對象類型有模擬輸入/輸出、二進(jìn)制輸入/輸出、環(huán)路控制、程序等。
BACnet的服務(wù)功能則用于訪問和管理這些對象發(fā)出的信息及其他一些功能。
BACnet定義了35種服務(wù)功能分為6組。這6足足分別為：報警和事件、文件訪問、對象訪問、遠(yuǎn)程設(shè)備管理、虛擬終端以及安全保護(hù)。
BACnet目前尚有待進(jìn)一步完善。如BACnet支持傳統(tǒng)的暖通空調(diào)系統(tǒng)，但不十分適合加上其它監(jiān)控系統(tǒng)。
ASHRAE最近組織了一個“常設(shè)標(biāo)準(zhǔn)方案委員會”-SSPC135，繼續(xù)對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善和擴(kuò)充。SSPC的另一個任務(wù)是加強(qiáng)BACnet與國際互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的應(yīng)用。
四、LonWorks與BACnet兩種標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系
這兩個標(biāo)準(zhǔn)均是開發(fā)性標(biāo)準(zhǔn)，兩者互相滲透，交叉實時控制域的LonWorks技術(shù)和信息管理域的BACnet標(biāo)準(zhǔn)盡管目標(biāo)不盡一致，但兩套標(biāo)準(zhǔn)有重疊的地方。編寫BACnet標(biāo)準(zhǔn)中的許多成員也是編寫LoNMARK標(biāo)準(zhǔn)的成員。所以，他們正在把兩者重疊的部分想辦法理順和統(tǒng)一起來。
LonWorks技術(shù)是實時控制域方面，為建筑物自控系統(tǒng)中傳感器與執(zhí)行器之間的網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)互操作性產(chǎn)品制定的標(biāo)準(zhǔn)；是控制現(xiàn)場傳感器與執(zhí)行器之間實現(xiàn)互操作的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。因此，適合智能型大樓中HVAC、電力供應(yīng)、照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、保安系統(tǒng)之間進(jìn)行通訊、互操作，此時，LonWorks技術(shù)可以提供一種較為經(jīng)濟(jì)的方法，因為該協(xié)議對這種類型的運用效果最佳。
BACnet標(biāo)準(zhǔn)是信息管理域方面為實現(xiàn)不同的系統(tǒng)互聯(lián)而制定的標(biāo)準(zhǔn)。
BACnet有比LonWorks技術(shù)更為大量的數(shù)據(jù)通訊，運作高級復(fù)雜的大信息量，有更強(qiáng)大的過程處理、組織處理能力。適于大型智能建筑，大型智能建筑其分為若干區(qū)域，此時很有可能幾個不同的系統(tǒng)(不同廠家的)存在。如果希望可以在一個用戶界面進(jìn)行整個系統(tǒng)的操作，BACnet是最經(jīng)濟(jì)、最理想的選擇。
江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)“建筑智能化系統(tǒng)工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”DB32/181-1998中建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)(BAS)中3·1一般規(guī)定的3·1·10明確指出對于多個供應(yīng)商不同系統(tǒng)之間的集成宜采用美國ASHRAE學(xué)會制定的《BACnet》ANSI/ASHARE SPC 135P標(biāo)準(zhǔn)。對分布式控制系統(tǒng)則宜采用LonWorks技術(shù)。
總之，在實時控制域方面，尤其在設(shè)備級適于采用LonWorks技術(shù)，而在信息管理域方面、在上層網(wǎng)之間互聯(lián)適用BACnet標(biāo)準(zhǔn)，這二者之間不是競爭而是互補。
海思Modbus轉(zhuǎn)LonWorks網(wǎng)關(guān)
埃施朗USB-LON接口卡
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