目前，我国的城市建设正在向现代化、智能化、安全化的方向发展。楼宇智能化、安全化的水平不仅是衡量一个建筑或小区是否现代化、国际化的重要标准，而且也是衡量一个区域或一个国家科技水平的重要标准。在中国经济高速发展的基础上，当今的中国正在迎来一个“数字城市”、“数字社区”建设与发展的热潮。
1 概述
长期以来，控制系统的开发商和集成商寻求一种一体化的解决办法，即将所有的监测控制功能，如环境监测、保安、安全、供配电、给排水等集成于一个控制系统中，换句话说，就是将控制系统通过一条通用的控制总线连成一个控制网络。但是由于各公司、团体各自独立去解决各自的需要，因而出现了各种彼此不兼容的控制总线，如现场总线、设备总线、传感器总线和各种控制系统，形成各种控制网络“孤岛”。随着计算机和控制系统联网的要求以及微处理器技术的发展，在各种不同的控制系统或网络之间采用网关或网桥连接起来，组成一个网络，已经成为现实可能。
系统集成需要了解系统结构、协议、开发工具及现场安装维护工具，系统集成的难易程度对系统成本有直接影响。从系统集成的角度要求首先是协议的一致性，即不同厂商的设备要能够在同一系统中协调运作(互操作)；还有应用层接口的一致性，即应用对象和配置参数均采用标准的应用层界面；此外要采用一体化的开发和安装调试工具，即节点设计、节点互连、网络分析均采用系统级的安装调试工具来解决。从开发的系统(实验室系统)到现场系统的移植都保持系统结构的一致性。
目前较流行的控制总线主要有以下几种：BACnet、LonWorks、Profibus、FF、CAN、Hart。对于建筑物自动化BA而言，选择的标准是：LonWorks适用于信息量较小、传送速率小于1．25Mbps的BA场合；对于传送速率要求高、数据网络信息量大的BA，则采用BACnet或者Profibus更为合适。
在所有的智能建筑集成技术中，BACnet标准以其先进的技术、完善的体系结构和开放的理念迅速得到了广泛的推广和应用，并正式成为建筑智能化系统领域中的唯一ISO标准(1SO16484-5)。从BACnet标准的应用趋势来看，BACnet标准必将给智能建筑产业带来深刻的革命。
LonWorks即局部操作网络(Local Operating Network)，由美国Echelon公司推出，是实时测控网络，最大的优点是其完全的开放性并具有高可靠性和低成本的优点，用于现场DDC之间的互操作，适合楼宇自动化应用。
BACnet和LonWorks的提出是为了在不同层面解决控制系统的互联互操作问题。
2 LonWorks技术
2．1 LonWorks技术组成
LonWorks技术由以下三个核心部分组成：
2．1．1 MCl43150或MCl43120NEURON神经元芯片
LonWorks技术的核心是Neuron芯片MCl43120和MCl43150。Neuron芯片有一个非常通用的通信口，它由五个引脚组成，利用这五个引脚可以配置成各种通信介质接口(网络收发器)。神经元芯片的编程语言NeuronC，它是从ANSIC中派生出来的，并对ANSIC进行了删减和增补，一个运行Neuron C应用程序的节点，最多可以说明62个网络变量。一个网络变量可是Neuron C变量或结构，其最大长度可达31个字节。最多31个字节的数组可以被嵌入在一个结构里并作为一个网络变量来传播。Echelon公司已经为使用LonWorks技术和上述两种芯片设计出了一套完整的开发工具和软件。许多OEM公司，如VACOM公司，为LonWorks技术的具体应用、方便用户更快地将此技术应用于楼宇自动化和工业控制工程项目中，设计了多种通用或专用的基于Neuron芯片的智能检测和控制节点。这些都为LonWorks技术的普及和应用提供了极为方便的条件。MCl43120和MCl43150两个芯片都实现了与OSI参考模型兼容的LonTalk通信协议。它们之间的不同之处在于它们的存储器配置的类型及容量，前者主要用于造价较低、范围较小的应用场合，而后者可应用于较复杂的应用环境和具有较高要求的系统中。两个芯片内部都包括三个处理器，两个用于通信，一个用于执行应用程序。Neuron芯片所提供的各种I／O接口，都可以很简单地用高级语言来调用，以实现各种传感器、执行器、定时及计数等设备的连接。
2．1．2 LonTalk通信协议
它是LonWorks采用的协议，遵循ISO／OSI全部7层模型，提供全部七层服务。作为LonWorks技术核心的Neuron神经元芯片中有3个8位的CPU，第一个CPU为介质访问控制处理器，处理LonTalk协议的第一层和第二层，它包括驱动通讯子系统硬件和执行冲突避免算法；第二个CPU为网络处理器，处理LonTalk协议的第三层到第六层，它进行网络变量的处理、寻址、事物处理、证实、背景诊断、软件计时器、网络管理和函数路径选择等，它还控制网络通讯口，物理的发送和接数据包；第三个CPU为应用处理器，实现LonTalk协议的第七层，执行用户编写的代码所调用的操作系统服务。
由于LonTalk协议是在芯片内部的，所以用户不必担心它的一致性。这样用户可以不必花费大量的时间，来建立其内部的标准。正是由于它的这一特性，使得它可以以很小的代价，适应于各种不同的应用场合。
2．1．3 网络开发工具(Lonbuild)和节点开发工具(Nodebuilder)
应用程序装载很简单，可以节约大量调试时间，容易实现各种新产品的开发与应用。应用层协议的数据称为网络变量，它可以是任何单个的数据项，也可以是结构数据。应用程序的设计者只需使用关键字“Network”来定义这些变量，那么在网络中的仟何节点都可与之相联系。例如，一个网络变量定义为“Output”，一旦此变量在节点中被赋于一个新值，在Neuron芯片内的固件就会自动地将其发送出去。这意味着应用程序设计者不必关心缓冲管理、报文初始化、报文分析和错误处理等。
2．2 LonWorks的技术特点
LonWorks技术有如下特点：
(1)采用LonTalk通信协议，该协议遵循国际标准化组织ISO定义的开放系统互联OSI全部七层模型，网络协议开放可以实现互操作。每一层都是面向控制网络的，并和OSI参考模型一致。LonTalk协议是嵌入Neuron芯片内部固件中的，它是使用LonWorks技术组网的基础。Echelon公司提供的开发系统可以帮助我们利用各种基于Neuron芯片的智能节点很容易地使用LonTalk协议组成一个智能分布式控制网络。LonTalk协议提供各种服务以加强可靠性，如16位CRC，对接收方端到端的应答，Watchdog定时器，片内E2PROM内容的校验和保护、失败报文的通告以及每个节点分组错误的记录等。另外协议还提供鉴别服务以满足发送者的有效识别，在鉴别服务中，通过由收发方使用的传输关键字来实现数据的保护；
(2)LonWorks技术满足各种现场总线、设备总线、传感器总线和其他网络的要求，适用于控制领域的各方面应用，如楼宇自动化、工厂自动化、工业过程自动化、家庭自动化和设备自动化等。可在任何通信介质下通信，包括双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、射频电缆和红外线，并且多种介质可以在同一网络中混合使用；
(3)网络操作系统结构可以使用主从式、对等式或客户机／服务器式结构；
(4)提供总线型、星型、环型、混合型等网络拓扑结构。LonWorks技术提供了“一个网络”的解决办法，同时也提供了与现存各种控制网络连接的解决办法；
(5)改善了CSMA，采用一种新的称之为Predic“vep-persistentCSMA，可以在负载较轻时使介质访问延迟最小化，而在负载较重时使冲突的可能最小化；
(6)网络通信采用面向对象的设计方法，LonWorks技术将其称之为“网络变量”，不但节省了大量的设计工作量，同时增加了通信的可靠性；
(7)通信的每帧有效字节数可以从0到288个字节；
(8)在konTalk协议中网络流量的预测和避免拥塞的方法，使得在最坏情况下的响应时间得到了控制。为报文提供优先级的方式，可以大大提高优先级的报文的响应时间，其支持高达78Kbps／2700m、1．25Mbps／130m的传输速率，并可支持各种实时的应用；
(9)一个测控网络丘的节点数，可达32000个。
2．3 LonWorks的设计和实施
采用konWorks网络使得从封闭的依赖于单个厂商的控制系统到完全可以互操作的智能楼宇自动化系统的转变成为现实。作为智能楼宇自动化产品的开发者，或系统集成者，可以以LonWorks技术为依托，开发LonWorks兼容的通用智能控制节点，各种专用节点，以及各种智能传感器、执行器；也可以从LonWorks兼容的不同OEM厂商的硬件和软件中按照应用的要求配置，灵活选用，完全没有必要依赖于单一的货源。
LonWorks的开放性和互操作性使得不同厂商的产品很容易集成于一个功能齐全、结构灵活、容易安装、维护和扩充的一体化的智能建筑管理控制系统。
在实施楼宇自动化系统时，一般遵循下列步骤：建立控制逻辑——选择控制节点和其他设备一一网络结构设计一一布线一一安装调试。
(1)建立控制逻辑，即定义监控对象，确定监控点，以及监控对象与其他设备的通信方式。楼宇自动化系统一般监控对象包括暖通空调、照明、保安门禁、火灾报警、能源监测等，以及和大厦信息管理系统的接口。控制逻辑是根据应用系统的监控要求确定的，例如公共地段的照明按时间开关，办公室照明在有人进入时打开，公共门禁和HVAC按时间程序开关，保安系统使用动目标传感器等。监控对象的性质和监控要求决定了监控点的数目和类型(模拟量输入AI，模拟量输出AO，数字量输入DI，数字量输出DO等)，以及这些输入输出之间的关系。
(2)选择控制节点及其它设备。在确定好控制逻辑之后，就可以开始选择节点。选择节点主要考虑采用何种节点以适合应用要求。为简单起见，我们将节点分为两大类：通用节点和专用节点。通用节点是可以通过使用NeuronC编程监测控制多个输入／输出点，如VACOM-威世达公司的各种模拟量、开关量、数字量I／0节点。专用控制节点是已经定义为某种专用的输入／输出(如DI、DO、AI、AO)，如VACOM-威世达公司的电梯楼层显示节点、呼梯节点及轿箱节点、电动门锁控制节点、能量计费节点等。通信类型。即采用何种通信媒体(双绞线自由拓扑结构、信道电源线、供电线、无线)，要根据实际的需要和可能考虑。一般来说，双绞线自由拓扑结构成本较低；信道电源线在需要使用电池或备用电源时比较适合；供电线在装修改造的工程中可能比较经济；无线在无法使用其他通信媒体时(例如无法连线时)提供解决办法。在考虑通信类型时，还需要考虑是否需要采用路由器、网桥或重发器。
(3)网络结构设计，即确定每一个控制节点的位置，网络中使用节点的数量，及路由器、网桥和重发器的数量、网络的构型、即是否要有多个域(Domain)、子网 (Subnet)、组 (Group)，哪些节点属于哪个域和组，还有人机界面，是否采用主监控PC等。
(4)布线、安装、调试。布线是一项复杂的工程，楼宇自动化系统与结构化布线技术的结合使布线更加规范化。采用双绞线自由拓扑结构收发器的LonWorks节点很容易使用结构化布线的普通双绞线或屏蔽双绞线作为其通信媒体。除了网络布线外，电源、传感器、变送器、执行器的输入／输出连线、空调控制线、门锁、照明设备控制线等都需要加以确定。在确定设备位置和布线要求后，制定布线计划和细节，即可实施布线、安装。调试过程是反复多次进行的过程，包括节点程序的调试、设备功能调试及网络联调。使用开发系统及网络安装调试工具进行网络模拟调试，无疑可以减少现场安装调试的工作量，从而节省调试成本。
3 BACnet(BuaaingAutomationandControlNetwork)
3．1 BACnet标准
LonWorks为系统集成留下太多余地，要实现楼宇自动化系统各种产品“即插即用”的互操作，仅仅LonWorks是不够的。为此还推出了用于BA控制设备网络数据通讯的协议BACnet，它定义了物理层、链路层、网络层和应用层这四层所提供的服务。同时国际上包括空调暖通制冷行业著名公司在内的150家公司组织了一个独立行业协会——国际互操作性协会，负责定义、发表、确认产品的互换性。
BACnet标准是1995年由美国采暖制冷空调学会(ASHRAE)正式公布的楼宇自控数据通信协议标准，用于解决系统间的集成。该标准的基本目标有两个，一是在技术上定义一个开放的楼宇自控系统结构，实现不同系统间的互联(interconnect)和互操作(interoperability)；二是在应用上可以使用户(业主)可以自由选择自控厂商和系统集成商，寻求具有最优竞争力的产品和服务，使系统维护和升级不局限于特定的厂商，从而保护用户的投资。
从BACnet标准实现的目标来看，BACnet标准就是定义了一个开放的技术平台或环境，所有楼宇自控厂商不需要得到授权或委托，均可以直接进入这个开放的平台或环境，并参与竞争。在BACnet标准定义的平台或环境中，竞争是完全公平的，没有其他专有(Proprietary)标准的限制，从而促进楼宇自控产业有序地健康发展。
该通信协议标准规定了所有数据在网络中传输的一系列准则，包括使用何种线缆、如何发布指令、怎样得到温度信号、怎样发出警报等，该通信协议标准分为应用层、网络层、数据链路层和物理层4层技术规范，其技术的先进性与兼容性体现在下列方面：
(1)采用对象(Object)的概念。BACnet标准中定义了18种对象类型，如模拟输入、模拟输出、数字输入、数字输出、命令、设备、文件、回路等。每个对象又有许多不同的属性(Properties)，如描述、单位、现时数值、范围等，对于未定义的设备(如消防、照明、安保类)，BACnet提供添加新对象类的机制，从而具有良好的扩充性；
(2)用服务(Service)来完成某一设备从另一设备获得信息，或是命令另一元件进行所需活动，网络信息的交流与获取通过应用服务(Application Service)来完成，标准中规定了6类35种服务，并且服务有优先级之分。报警与事故、文件传输、对象情况、远程设备管理、虚拟末端，这6大类服务几乎包括了目前楼宇自控系统中所有的信息交换方式；
(3)灵活的网络标准，BACnet网络模型中的数据链路层、物理层可以采用5种不同的技术，它们是以太网、ARCNET、MS／TP(Master-Slave／Token-Passing)、PTP(PointTOPoint)、LonTalk。其中MS／TP使用RS-485硬件接口标准，传输速度在1~77Kbps之间，价格便宜。P17网络使用RS-232标准，采用Modem和电话线等通信机制在两点之间传输信息，它包括数据链路建立、数据交互、数据链接终止三部分。
3．2 BACnet标准的特点
BACnet标准从正式诞生到成为ISO标准，用了不到10年的时间。这充分说明了BACnet标准符合楼宇自控领域发展的规律，代表着楼宇自控领域的发展方向。归纳起来，BACnet标准具有如下基本特点：
(1)专用于楼宇自控网络，具有高效的特点。BACnet标准是专门为楼宇自控网络定制的标准，定义了许多楼宇自控系统所特有的特性和功能。与其他标准相比，BACnet标准具有高效的优点；
(2)完全开放，技术先进。BACnet标准是由非盈利学会制定的标准，具有完全的开放性和广泛的参与性，从而使BACnet标准可以博采众长，不断注入新技术，始终代表楼宇自控领域的最高技术水平；
(3)可扩展性。BACnet标准虽然从体系结构上定义了不同的局域网络，但BACnet标准可以扩展到其他任意通信网络。例如，BACnet／IP标准可以实现与Internet的无缝互联；
(4)具有良好的伸缩性。BACnet标准没有限制BACnet系统中设备节点的数量，BACnet集成系统可以由几个设备节点构成一个极小的自控系统，也可以形成一个规模极大的超级大系统；如美国GAS集成的GEMnet系统，该系统具有11个楼宇自控系统，集成总建筑面积达180万m 2，横跨3个州；
(5)应用领域不断扩展。BACnet标准最初仅用于暖通空调设备系统，由于BACnet标准具有良好的互联性、互操作性及扩展性，在开放模式环境下，该标准的应用领域不断扩展。目前该标准已广泛应用于楼宇设备的各个领域，如给排水系统、照明系统、安保系统等。
3．3 BACnet标准的应用
BACnet系统集成是BACnet标准在工程项目中的具体应用，它涉及到BACnet自控网络组成、BACnet自控产品选型和资源配置等。这些具体内容在BACnet标准没有明确规定，但定义了用于描述互联和互操作的基本概念和原理。因此，BACnet系统集成方法因不同的厂商可以有不同的集成方法，尤其在自控产品选型和资源配置方面存在较大的区别。但只要掌握了BACnet标准定义的基本概念和原理，就可以较为容易地进行BACnet系统集成。
4 结束语
BACnet和LonWorks的提出是为了在不同层面解决控制系统的互联互操作问题。
LonWorks技术体现了控制网络技术发展的最新趋势，它对控制领域各种不同应用的适应性，它提供的一体化解决办法，它的无中心真正分布式控制模式，它的开放性、互操作性，已被工业界广泛接受，成为控制网络的实际主流标准，使得基于LonWorks平台开发真正一体化的智能建筑管理控制系统，不但是现实可行的，而且是具有广阔前景的。
在所有的智能建筑集成技术中，BACnet标准以其先进的技术、完善的体系结构和开放的理念迅速得到了广泛的推广和应用，并正式成为建筑智能化系统领域中的唯一ISO标准(1SO16484-5)。从BACnet标准的应用趋势来看，BACnet标准必将给智能建筑产业带来深刻的革命。
面对上述智能建筑集成技术领域的两大主流技术，我们可按下述标准具体选用：
(1)数据网络信息量较小、传送速率小于1．25Mbps的BA场合选用LonWorks；
(2)数据网络信息量大、传送速率要求高的BA场合采用BACnet；
(3)若自控系统规模不是很庞大，最好不用全面采用LonWorks技术，在不同程度上部分采用。这种取长补短的混合模式在当前是切合工程实际的，可以实现技术的平稳过渡。
参考文献
1 ANSI／ASHRdkE Standardl35-21301：BACnet-AData CommunicationProtocol for Building AutomationandControl Networks．ASHRAE，Atlanta，Georgia，USA，2001
2 董春桥． 智能楼宇BACnet原理与应用．电子工业出版社．2003；4
3 陈龙．智能小区及智能大楼的系统设计．中国建筑工业出版社．2001；1
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