基于現(xiàn)場(chǎng)總線的智能建筑淺談?wù)撐?/h1>

所屬欄目：智能科學(xué)技術(shù)論文 發(fā)布日期：2012-03-09 09:58 熱度：

　　智能建筑是傳統(tǒng)建筑工程和新興信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，智能建筑運(yùn)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)，將建筑物的結(jié)構(gòu)(建筑環(huán)境結(jié)構(gòu))、系統(tǒng)(智能化系統(tǒng))、服務(wù)(住用、用戶需求服務(wù))和管理(物業(yè)運(yùn)行管理)四個(gè)基本要素進(jìn)行優(yōu)化組合，以建筑為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ�設(shè)備、辦公自動(dòng)化及網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，用最優(yōu)的設(shè)計(jì)，向人們提供一個(gè)投資合理、高效率的幽雅舒適、便利快捷、高度安全的環(huán)境空間。
　　
　　1 智能建筑系統(tǒng)的組成論文
　　智能建筑系統(tǒng)的組成由四大部分組成：樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)、通信自動(dòng)化系統(tǒng)(CAS)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)(OAS)和結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)(SCS)。
　　1.1樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)
　　樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)采用傳感器技術(shù)、圖形圖象技術(shù)、計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代通信技術(shù)對(duì)建筑的電力、空調(diào)、電梯、冷水機(jī)組、熱力站、給排水、消防系統(tǒng)、保安監(jiān)控、出入門(mén)控制等設(shè)備實(shí)行全自動(dòng)的綜合監(jiān)控管理。包括樓宇自動(dòng)化管理、出入管理、磁卡識(shí)別系統(tǒng)、保安監(jiān)控系統(tǒng)、防火系統(tǒng)以及各種設(shè)備控制與監(jiān)視系統(tǒng)等。它們建立在綜合布線系統(tǒng)之上，將完成如下基本功能：各類(lèi)參數(shù)的實(shí)時(shí)控制和監(jiān)視、各種動(dòng)力設(shè)備的起停控制與監(jiān)視、各種設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示、設(shè)備非正常狀態(tài)的報(bào)警、動(dòng)力設(shè)備的節(jié)能控制。BAS按建筑設(shè)備和設(shè)施的功能劃分為十個(gè)子系統(tǒng):1)變配電控制子系統(tǒng);2)照明控制子系統(tǒng);3)通風(fēng)空調(diào)控制子系統(tǒng);4)交通運(yùn)輸控制子系統(tǒng);5)給排水設(shè)備控制子系統(tǒng);6)停車(chē)庫(kù)自動(dòng)化子系統(tǒng);7)消防自動(dòng)化子系統(tǒng);8)安保自動(dòng)化子系統(tǒng);9)公共廣播與背景音樂(lè)系統(tǒng);10)多媒體音像系統(tǒng)。
　　1.2通信自動(dòng)化系統(tǒng)(CAS)
　　通信自動(dòng)化系統(tǒng)(CAS)提供建筑內(nèi)外的一切語(yǔ)言和數(shù)據(jù)通信，CAS是在保證建筑物內(nèi)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像傳輸?shù)幕�礎(chǔ)上，同時(shí)與外部通信網(wǎng)(如電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)、衛(wèi)星以及廣電網(wǎng))相連，與世界各地互通信息的系統(tǒng)。主要包括：1)以程控交換機(jī)為核心的電話，傳真等為主的通訊網(wǎng)絡(luò)。2)建筑內(nèi)的局域網(wǎng)，把建筑內(nèi)的各種終端、微機(jī)、工作站、主計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)庫(kù)等聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。3)與國(guó)內(nèi)外建立遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。
　　CAS按功能劃分為八個(gè)子系統(tǒng):1)固定電話通信系統(tǒng)，設(shè)PABX或采用公網(wǎng)的集中小交換機(jī);2)聲訊服務(wù)通信系統(tǒng)(語(yǔ)音信箱和語(yǔ)音應(yīng)答系統(tǒng));3)無(wú)線通信系統(tǒng)，具備選擇呼叫和群呼功能;4)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，樓頂安裝衛(wèi)星收發(fā)天線和VAST通信系統(tǒng)，與外部構(gòu)成語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信的目的;5)多媒體通信系統(tǒng);6)視訊服務(wù)系統(tǒng);7)有線電視系統(tǒng);8)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
　　1.3辦公自動(dòng)化系統(tǒng)(OAS)
　　辦公自動(dòng)化系統(tǒng)(OAS)由高性能的傳真機(jī)、各種終端、微機(jī)、文字處理機(jī)、主計(jì)算機(jī)、聲像設(shè)備等現(xiàn)代化辦公設(shè)備與相應(yīng)的軟件組成。主要用于文字處理、辦公服務(wù)、公文文檔等綜合管理，以及電子票務(wù)、電子郵件、電視會(huì)議以及電子數(shù)據(jù)交換等。
　　1.4結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)(SCS)
　　SCS又稱(chēng)綜合布線系統(tǒng)(PremisesDistributionSystem，簡(jiǎn)稱(chēng)PDS)，它是建筑物或建筑群內(nèi)部之間的傳輸網(wǎng)絡(luò)。它把建筑物內(nèi)部的語(yǔ)音交換、智能數(shù)據(jù)處理設(shè)備及其廣義的數(shù)據(jù)通信設(shè)施相互連接起來(lái)，并采用必要的設(shè)備同建筑物外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)或電話局線路相連接。其系統(tǒng)包括所有建筑物與建筑群內(nèi)部用以連接以上設(shè)備的電纜和相關(guān)的布線器件論文。
　　
　　2智能建筑的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
　　20世紀(jì)80年代后期起,伴隨著計(jì)算機(jī)可靠性提高,價(jià)格大幅下降,出現(xiàn)了由多個(gè)計(jì)算機(jī)遞階構(gòu)成的集中、分散相結(jié)合的分布式控制系統(tǒng)(DistributedControlSystem,簡(jiǎn)稱(chēng)DCS)。DCS是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種綜合控制系統(tǒng)。DCS在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用,也開(kāi)始應(yīng)用到樓宇自動(dòng)化控制領(lǐng)域,但是DCS存在一些缺點(diǎn),如系統(tǒng)互換與互操作性差等。20世紀(jì)90年代后期,出現(xiàn)了基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)(FieldControlSystem,簡(jiǎn)稱(chēng)FCS),FCS克服了DCS的缺點(diǎn),它是一種全數(shù)字化的、全分散的、可互操作和開(kāi)放式互連的新一代控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。目前,現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)成為自動(dòng)化技術(shù)中的一個(gè)熱點(diǎn),備受?chē)?guó)內(nèi)外自動(dòng)化設(shè)備制造商與用戶的關(guān)注。FCS極大地簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)繁瑣且技術(shù)含量較低的布線工作量,使其系統(tǒng)檢測(cè)和控制單元的分布更趨合理。與傳統(tǒng)的DCS(分布式控制系統(tǒng))相比,FCS具有可靠性高、可維護(hù)性好、成本低、實(shí)時(shí)性好、實(shí)現(xiàn)了控制管理一體化的結(jié)構(gòu)體系等優(yōu)點(diǎn)。隨著建筑業(yè)的智能化和信息化需求的迅速增長(zhǎng),出現(xiàn)了一些專(zhuān)門(mén)針對(duì)智能建筑的總線和通信協(xié)議,如美國(guó)的BACnet和EBus、日本的HBS、歐洲的EIB等。其中,以LonWorks、EIB在國(guó)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛,它們?cè)谥悄芙ㄖ�中的�?yīng)用各有側(cè)重。
　　2.1LonWorks總線
　　LonWorks是一種具有強(qiáng)勁實(shí)力的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),它是由美國(guó)Ecelon公司推出并與摩托羅拉、東芝公司共同倡導(dǎo),于1990年正式公布而形成的。它采用了ISO/OSI模型的全部七層通訊協(xié)議,采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置,其通訊速率從300bps～15Mbps不等,直接通信距離可達(dá)到2700m(78kbps,雙絞線),支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電源線等多種通信介質(zhì),并開(kāi)發(fā)相應(yīng)的本安防爆產(chǎn)品,被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。
　　2.1.1LonTalk協(xié)議
　　LonTalk協(xié)議是LonWorks技術(shù)的通信協(xié)議，采用短幀報(bào)文,可靠性高、實(shí)時(shí)性好。LonTalk協(xié)議使用網(wǎng)絡(luò)變量與其他節(jié)點(diǎn)通信。網(wǎng)絡(luò)變量可以是任何單個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng),也可以是結(jié)構(gòu)體,并都有一個(gè)由應(yīng)用程序說(shuō)明的數(shù)據(jù)類(lèi)型。網(wǎng)絡(luò)變量的概念大大簡(jiǎn)化了復(fù)雜的分布式應(yīng)用的編程,降低了開(kāi)發(fā)人員的工作量。該協(xié)議提供一套通信服務(wù)，使裝置中的應(yīng)用程序能在網(wǎng)絡(luò)中對(duì)其他裝置接受或發(fā)送數(shù)據(jù)而無(wú)需知道網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�、名稱(chēng)、地址或其他裝置的功能。該協(xié)議能有選擇的提供端對(duì)端的報(bào)文確認(rèn)、報(bào)文證實(shí)和優(yōu)先級(jí)確認(rèn)，是一個(gè)分層的以數(shù)據(jù)包為基礎(chǔ)的對(duì)等的通信協(xié)議，使用類(lèi)似于以太網(wǎng)所用的“CSMA”算法來(lái)處理網(wǎng)上報(bào)文沖突。
　　LonTalk協(xié)議支持總線型、星型、自由拓?fù)涞榷喾N拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),極大地方便了控制網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。LonTalk協(xié)議支持包括雙絞線、電力線、無(wú)線、紅外線、同軸電纜和光纖在內(nèi)的多種傳輸介質(zhì)。Lon2Talk采用一種基于載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/介質(zhì)訪問(wèn)控制(CSMA/MAC)的算法,提供介質(zhì)訪問(wèn)協(xié)議,使得可以根據(jù)預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量發(fā)送優(yōu)先級(jí)報(bào)文和動(dòng)態(tài)調(diào)整時(shí)間槽的數(shù)目,稱(chēng)為帶預(yù)測(cè)的P2persis2tentCSMA算法。通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)帶寬,使網(wǎng)絡(luò)能在極高網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量出現(xiàn)時(shí)繼續(xù)運(yùn)行,而在業(yè)務(wù)量較小時(shí)期不降低網(wǎng)絡(luò)速度。最大通信速率為1.25Mb/s(有效距離為130m),支持非屏蔽雙絞線(UTP)的通信距離達(dá)2700m(通信速率為728.125kb/s)。
　　2.1.2神經(jīng)元芯片
　　LonWorks技術(shù)的神經(jīng)元芯片內(nèi)部裝有3個(gè)微處理器:MAC處理器完成介質(zhì)訪問(wèn)控制;網(wǎng)絡(luò)處理器完成OSI的3～6層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議;應(yīng)用處理器完成用戶現(xiàn)場(chǎng)控制應(yīng)用。它們之間通過(guò)公用存儲(chǔ)器傳遞數(shù)據(jù)。
　　在控制單元中需要采集和控制功能,為此,神經(jīng)元芯片特設(shè)置11個(gè)I/O口。這些I/O口可根據(jù)需求不同來(lái)靈活配置與外圍設(shè)備的接口,如RS232、并口、定時(shí)/計(jì)數(shù)、間隔處理、位I/O等。
　　神經(jīng)元芯片還有一個(gè)時(shí)間計(jì)數(shù)器,從而能完成Watchdog、多任務(wù)調(diào)度和定時(shí)功能。神經(jīng)元芯片支持節(jié)電方式,在節(jié)電方式下系統(tǒng)時(shí)鐘和計(jì)數(shù)器關(guān)閉,但狀態(tài)信息(包括RAM中的信息)不會(huì)改變。一旦I/O狀態(tài)變化或網(wǎng)線上信息有變,系統(tǒng)便會(huì)激活。其內(nèi)部還有一個(gè)最高1.25Mbps、獨(dú)立于介質(zhì)的收發(fā)器。由此可見(jiàn),一個(gè)小小的神經(jīng)元芯片不僅具有強(qiáng)大的通信功能,更集采集、控制于一體。在理想情況下,一個(gè)神經(jīng)元芯片加上幾個(gè)分離元件便可成為DCS系統(tǒng)中一個(gè)獨(dú)立的控制單元。
　　2EIB總線論文
　　EIB（EuropeanInstallationBus），是電氣布線領(lǐng)域使用范圍最廣的行業(yè)規(guī)范和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)�，F(xiàn)已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC14543-3，并于2007年正式成為中國(guó)國(guó)標(biāo)GB/Z20965-2007。
　　EIB最大的特點(diǎn)是通過(guò)單一多芯電纜替代了傳統(tǒng)分離的控制電纜和電力電纜，并確保各開(kāi)關(guān)可以互傳控制指令，因此總線電纜可以以線型、樹(shù)型或星型鋪設(shè)，方便擴(kuò)容與改裝。元件的智能化使其可以通過(guò)編程來(lái)改變功能，既可獨(dú)立完成諸如開(kāi)關(guān)、控制、監(jiān)視等工作，也可根據(jù)要求進(jìn)行不同的組合。與傳統(tǒng)安裝方式比較，EIB不增加元件數(shù)量而實(shí)現(xiàn)了功能倍增，從而具有了高度的靈活性。它的開(kāi)放性更使得不同公司基于EIB協(xié)議開(kāi)發(fā)的電氣設(shè)備可以完全兼容，并為后續(xù)公司進(jìn)入EIB市場(chǎng)提供可能。
　　EIB系統(tǒng)既是一個(gè)面向使用者、體現(xiàn)個(gè)性的系統(tǒng)又是一個(gè)面向管理者的系統(tǒng)，使用者可根據(jù)個(gè)人的喜好任意修改系統(tǒng)的功能，達(dá)到自己所需要的效果，并可通過(guò)操作探測(cè)器（如按鈕開(kāi)關(guān)等）來(lái)控制系統(tǒng)的動(dòng)作；另一方面，EIB系統(tǒng)還提供基于Windows的軟件平臺(tái)，管理者（如小區(qū)物業(yè)中心、大樓管理中心、車(chē)庫(kù)管理處等）將安裝此套軟件的計(jì)算機(jī)連接至EIB系統(tǒng)即可對(duì)EIB系統(tǒng)進(jìn)行控制并進(jìn)行管理，從而達(dá)到集中管理的功能。
　　3結(jié)束語(yǔ)
　　智能建筑的特點(diǎn)是測(cè)控點(diǎn)分散,幾乎遍及建筑物各個(gè)角落,而且被控設(shè)備種類(lèi)多,包括暖通空調(diào)、電梯、給排水、安防、照明、變配電等,這些設(shè)備往往本身配有控制系統(tǒng),將這些控制子系統(tǒng)融合為一個(gè)綜合的BAS就需要用到通信協(xié)議或現(xiàn)場(chǎng)總線。
　　LonWorks最大的優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)放性、分散性和互換性。一個(gè)具有LonMark標(biāo)志的節(jié)點(diǎn)(Node)可以互操作。由于LonWorks是低速現(xiàn)場(chǎng)總線(最大傳輸速率為1.25Mb/s),對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備的計(jì)算能力以及信息處理能力相對(duì)較弱,主要用于數(shù)據(jù)采集和控制信號(hào)的輸出,因此LonWorks適合于子系統(tǒng)級(jí)的遠(yuǎn)距離現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和實(shí)時(shí)控制。在智能建筑中,主要應(yīng)用于建筑物自控系統(tǒng)中傳感器與執(zhí)行器之間的網(wǎng)絡(luò)化、互操作性,實(shí)現(xiàn)一種成本低、對(duì)分散設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)互操作的測(cè)控系統(tǒng),如安全防范子系統(tǒng)、智能消防子系統(tǒng)、智能抄表子系統(tǒng)、暖通空調(diào)子系統(tǒng)、給排水子系統(tǒng)等。
　　EIB通常被稱(chēng)為電氣安裝總線,其應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域?yàn)殡姎獍惭b系統(tǒng)工程。面對(duì)智能化建筑中大量的線纜敷設(shè),傳統(tǒng)的電氣安裝技術(shù)存在安裝調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)、維護(hù)昂貴、線路變更困難等問(wèn)題,而EIB總線具有分布性、開(kāi)放性、互操作性等優(yōu)點(diǎn),能夠減少線纜數(shù)量,使設(shè)計(jì)、施工和安裝方便、快捷,系統(tǒng)易于擴(kuò)展。EIB在智能建筑中主要應(yīng)用于智能照明子系統(tǒng),如各種燈具的開(kāi)關(guān)量和調(diào)光控制等,在智能家居(如窗簾控制、電話控制)和安全防范子系統(tǒng)(如門(mén)磁開(kāi)關(guān)、各種探測(cè)器)等實(shí)時(shí)性要求不高的領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。
　　目前,建筑電氣幾種總線技術(shù)均發(fā)展迅速,在智能建筑領(lǐng)域各占有一部分市場(chǎng),在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里將引領(lǐng)建筑電氣總線技術(shù)的發(fā)展。隨著樓宇自動(dòng)化要求日益增多,不同的建筑電氣總線在一段時(shí)間內(nèi)并存且各自不斷完善,但也將相互滲透和互為補(bǔ)充,總的發(fā)展趨勢(shì)是統(tǒng)一的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)。

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