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探索新时期网络环境下楼宇自动化控制技术的发展
摘要：随着我国经济的快速发展，高层建筑越来越多，其科技含量也越来越多，很多高层楼宇建筑设备采用了自动化控制技术，本文基于笔者多年的工作实践，详细的阐述了广泛采用的自动化控制的网络系统技术，同时探索了新时期以太网技术在楼宇设备自动化控制过程中的应用。
关键词：楼宇自动化系统，BACnet，现场总线，LonWorks 1 楼宇自动化控制系统 智能建筑是计算机技术、网络技术、通信技术等集成化发展而来的产物，智能建筑包括楼宇自动化系统、通信自动化系统和办公自动化系统三个组成部分，实现了楼宇设备的自动化管理 [1] 。楼宇内部设备主要包括安防设备、电梯、消防设备、照明设备和空调等其他辅助设备，作为智能建筑的最为重要的组织部分，楼宇自动化系统能够将楼宇内部各种设备连接在一起，并且输出在控制网络上，通过计算机网络、自动化控制技术和通信系统高度集成在一起，实施综合管理和控制，为人们提供一个舒适的、安全的办公生活环境，同时实现绿色节能的效果[2] 。
2 网络环境 下楼宇自动化控制的总线技术 2.1 BACnet 作为第一个诞生的楼宇自动控制网络通信协议，BACnet 代表了智能建筑自动化控制的发展趋势。严格意义上来讲，BACnet 不是一种现场 总线，其是一种通信规则，是一种网络协议。该协议采用了开放性的接口标准，其可以满足不同的厂家生产的设备连接器、设备接口等软硬件资源应用需要 [3] 。
BACnet 协议中融合了 PTP、ARCNET、Etherent、LonTalk 和 MS／TP 五种网络通信技术，这样就可以保证不同的厂家生产的设备能够互相连接，以便满足不同楼宇自动化设备实现集成控制的技术要求，根据不同的通信需求 和响应速度选择不同的网络技术，可以达到各种档次的效果。但是，BACnet 也存在一些缺点，其应用于智能传感器和执行情况的过程中存在一定的缺陷，尽管如此，但是 BACnet 依然得到了广泛的普及和应用，已经成为楼宇自动化控制领域的国际
标准技术。
2.2 LonWorks 技术 1999 年，即 BACnet 楼宇设备自动化控制技术诞生之后，美国 Echelon 公司提出了一种更加先进的现场总线技术——LonWorks。该技术采用了网络 7 层参考模型（ISO/OSI）的所有协议，使用面向对象的开发设计原则，具有非常强大的开放性接口标准，一经推出，便得到了许多计算机生产商、仪器仪表生产商、软件开发公司和系统集成商的权利推广和使用，在楼宇自动化控制领域得到了广泛的普及应用 [4] 。具体的，LonWorks 技术具有以下三种非常明显额优势：
（一）采用标准协议，网络架构设计灵活，组网更加方便 LonWorks 技术采用了网络 7 层参考模型（ISO/OSI）协议，能够支持星型、总线型、网状型等多种网络架构，对于布线现场较为复杂的楼宇，其可以灵活组网，以便有效的满足需求。
（二）支持多种信息传输介质 LonWorks 技术能够支持多种传输介质，具体包括光纤、微波、双绞线等，通信速率分布于 300kbps——1.25Mbps 之间，其传输距离与网络拓扑架构和传输介质有关系，分布于 500m——2700m 之间。
（三）完善的开发工具 LonWorks 技术采用面向对象的开发设计原则，其为系统集成商提供了友好的系统接口，有效的提高了楼宇设备的连接集成和控制。
但是，LonWorks 技术处理数据的能力有限，并且实时性较差。
2.3 CAN 技术 CAN 技术最初设计的目的是监控德国 Bosch 公司的汽车组成设备，目前，其应用领域逐渐拓宽，发展到了楼宇设备自动化控制过程中，CAN 技术在楼宇设备自动化控制过程中，具有很多优点：
（一）可靠性、实时性好。CAN 技术使用短帧传输方式，每帧仅仅 8 个字节，传输时间短，具有很强的抗干扰性。
（二）CAN 技术使用多种校验错误的方式，具有极其强大的差错控制能力，如果熊一旦发生故障，其发生故障的节点能够自动离线，不会影响总线上其他的设备控制节点的运行。
（三）CAN 技术使用无损坏的仲裁技术。
（四）用户的投资成本低。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，CAN 技术应用简单，开发设计费用低廉。
但是，作为局域网使用的技术之一，CAN 技术也存在不足之处，比如 CAN总线上最多可以连接的节点不能够超过 110 个，无法满足大型高层建筑的控制需求，为了解决该问题，目前采用中继器扩展节点个数。
3 新型以太网在楼宇设备自动化控制过程中的应用 基于局域网的楼宇设备自动化控制系统，一直以来都基于价格便宜，带宽高、性能好和维护方便等优势，牢牢的控制着楼宇设备自动化控制市场。但是，随着网络技术的快速发展，目前，针对楼宇实现局域网的控制已经无法满足楼宇设备管理者的需求，为了有效的客服传统网络控制难以共享传输媒体和半双工传输的弱点，实现路独占带宽的高性能需求，能够有效的实时双向手法数据，降低网络数据碰撞 [5] 。
目前，以太网技术的高速发展，构成以太网的传输线路已经从传统的铜线发展到了光纤，数据传输速率称倍数级上升，能够有效的满足人们远程控制楼宇设备的需求，即使在不同的城市，依然能够通过客户端软件登陆监控系统，查看设备运行现状。基于以太网技术的楼宇设备自动化控制系统具有以下优点：
图 1 基于以太网的楼宇设备控制系统框架图 （一）实现管理层到现场设备控制层的“一网到底”，有效地满足人们的需求，实现了通信协议的统一和兼容。
（二）基于以太网技术的自动化控制系统具有很好的扩展性能，并且能够集Web 服务器 工作站 数据库服务器 网关 网关 网关 视频服务器 消防设备 安防设备 给排水设备 空调设备 供配电设备 电梯 以太网 监控终端
成智能建筑中的相关系统，比如办公自动化系统和通信自动化系统，更加方便管理员维护和管理。
但是，基于以太网技术的楼宇设备自动化控制系统也存在一些缺点：一是目前开发基于以太网的控制系统产品的难度较大；二是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；三是以太网的实时性、可靠性等方面还有待进一步完善。
参考文献 [1] 梅英,戴瑜兴. 基于 BACnet 的楼宇自控系统工程设计[J]. 智能建筑电气技术. 2008 [2] 李权威,秦俊. 基于 CAN 总线的分布式智能火灾监控系统的设计与实现[J]. 消防科学与技术. 2006 [3] 姚胜兴. LonWorks 现场总线技术在楼宇自动化系统中的应用研究[D]. 湖南大学 2005 [4] 张洋. 楼宇自动化控制网络技术研究[D]. 长春理工大学 2007 [5] 付秋芳,白蔚君,陈琳. 楼宇自动化系统中的网络通信协议 BACnet 和 Lon Works[J]. 暖通空调. 2002
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