典型樓控系統(tǒng)的比較及選型研究

桂仁才 / 鐘鐵軍 / 胡曉怡 / 李江山 / 史 進(jìn)

1. 中廣電廣播電影電視設(shè)計(jì)研究院，北京 100045 2. 河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 75024

典型樓控系統(tǒng)的比較及選型研究

桂仁才1/ 鐘鐵軍1/ 胡曉怡1/ 李江山1/ 史 進(jìn)2

1. 中廣電廣播電影電視設(shè)計(jì)研究院，北京 100045 2. 河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 75024

1 主流樓控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外主流樓控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)形式由于各自公司所開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議的差異而有所不同，各廠家樓控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)框架也各具特色，包括各種類(lèi)型的現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)等(如西門(mén)子Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線，倍福EtherCAT實(shí)時(shí)以太網(wǎng)，霍尼韋爾C-BUS協(xié)議等)。各種私有協(xié)議在一定程度上限制了BAS的發(fā)展，但隨著時(shí)間的推移，樓控行業(yè)做出了很大的努力，特別是LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線和BACnet協(xié)議的不斷發(fā)展，BAS的開(kāi)放性和集成性得到了很大提升。就網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的物理層面來(lái)講，各私有協(xié)議雖然都是以局域網(wǎng)技術(shù)和RS485總線為基礎(chǔ)來(lái)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，但在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、軟件和傳輸協(xié)議等方面各有不同。

2 主流樓控系統(tǒng)的通訊協(xié)議及現(xiàn)狀

目前主流應(yīng)用的樓控協(xié)議主要有：BACnet協(xié)議、Lontalk協(xié)議、通透以太網(wǎng)協(xié)議、KNEX協(xié)議。

1)BACnet協(xié)議：美國(guó)暖通空調(diào)和制冷工程師協(xié)會(huì)(ASHREA)匯集了業(yè)界內(nèi)的頂尖專家、花費(fèi)了將近10年的時(shí)間，頒布了關(guān)于樓控網(wǎng)絡(luò)的BACnet協(xié)議，使不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的樓控系統(tǒng)的核心設(shè)備能夠彼此互換互用、互聯(lián)互通。BACnet協(xié)議自1997年推出到2000年被引進(jìn)國(guó)內(nèi)，經(jīng)歷了十多年的時(shí)間，但制定BACnet協(xié)議用來(lái)提高樓控系統(tǒng)的開(kāi)放性這個(gè)初衷并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。目前階段，基于BACnet協(xié)議的樓控系統(tǒng)，核心設(shè)備DDC都是使用BACnet協(xié)議，但不同廠家的核心控制設(shè)備是不能彼此互換互用的，現(xiàn)有的樓控系統(tǒng)多數(shù)情況下都是這樣，換句話講，樓控系統(tǒng)的開(kāi)放性目前階段還不能令人滿意。圖1是基于BACnet協(xié)議的樓控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

2)LonWorks技術(shù)是一種工業(yè)控制網(wǎng)技術(shù)，也是一種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，其通信協(xié)議為L(zhǎng)ontalk協(xié)議?？煞奖愕貙?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器、傳感器、儀表等互聯(lián)。在樓控系統(tǒng)中，很多系統(tǒng)都使用Lontalk協(xié)議，使用LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，但基于Lontalk協(xié)議的控制總線一般作為樓控系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)，必須要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制器才能與位于管理網(wǎng)絡(luò)層的中央管理工作站相連接，即LonWorks網(wǎng)絡(luò)只能作為一個(gè)樓控系統(tǒng)的局部網(wǎng)絡(luò)，而不能充當(dāng)一個(gè)全局性的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。即便是如此，LonWorks系統(tǒng)的開(kāi)放性和BACnet應(yīng)用系統(tǒng)相比，還是屬于一種區(qū)域級(jí)的開(kāi)放系統(tǒng)，不是一個(gè)全局性的開(kāi)放系統(tǒng)。組建LonWorks系統(tǒng)，必須要使用ECHELON公司生產(chǎn)的神經(jīng)元芯片作為核心組件，目前除了ECHELON公司一家生產(chǎn)神經(jīng)元芯片以外，再?zèng)]有其他的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，這種情況也影響了系統(tǒng)的開(kāi)放性。圖2為基于LonWorks技術(shù)的的樓控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖4 KNX EIB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 基于LonWorks技術(shù)的的樓控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3)通透以太網(wǎng)的樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)如圖3所示，是將TCP/IP協(xié)議作為通信協(xié)議的一種樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)。通透以太網(wǎng)是指在樓控系統(tǒng)的管理域網(wǎng)絡(luò)和控制域網(wǎng)絡(luò)都使用以太網(wǎng)，使通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)約和實(shí)現(xiàn)良好的遠(yuǎn)程監(jiān)控。而且隨著IPv6技術(shù)的發(fā)展，接入到控制域網(wǎng)絡(luò)中的現(xiàn)場(chǎng)控制器DDC都能分配到一個(gè)真實(shí)有效的 IP 地址，可以便捷地接入Internet。近年來(lái)，基于通透以太網(wǎng)技術(shù)的樓控系統(tǒng)出現(xiàn)并得到了較快的發(fā)展，但在控制的實(shí)時(shí)性方面仍需加強(qiáng)。傳統(tǒng)的智能建筑技術(shù)多將BACnet協(xié)議和Lontalk協(xié)議并列為樓控系統(tǒng)的兩大協(xié)議，實(shí)際上，使用通透以太網(wǎng)的樓控系統(tǒng)的支持通信網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)發(fā)展緊密關(guān)聯(lián)。

圖3 采用通透以太網(wǎng)樓宇自動(dòng)化控制統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

表1 典型國(guó)內(nèi)外樓控系統(tǒng)比較研究

續(xù)表1

圖5 某網(wǎng)站2014年2月樓控排名情況

4)KNX:提出了家庭及樓宇自動(dòng)化的完整解決方案。KNX總線將所有的“總線設(shè)備”連接到KNX“介質(zhì)”上(介質(zhì)包括雙絞線、電力線纜等)，實(shí)現(xiàn)信息的交互。“總線設(shè)備”可以是傳感器或者執(zhí)行器，用于監(jiān)控樓宇內(nèi)相應(yīng)設(shè)備，如：照明系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、能耗管理系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、音/視頻控制系統(tǒng)和家居控制系統(tǒng)等。這些功能無(wú)需額外的控制中心，只需通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)就可以進(jìn)行監(jiān)控和發(fā)送信號(hào)。KNX總線協(xié)議遵循OSI模型協(xié)議規(guī)范，并進(jìn)行了合理的簡(jiǎn)化。圖4所示為基于KNX總線的EIB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

目前，生產(chǎn)廠商開(kāi)發(fā)的樓控系統(tǒng)一般使用一個(gè)全局性的通信協(xié)議，并在系統(tǒng)中配合局部區(qū)域性的控制總線通信協(xié)議構(gòu)建樓控系統(tǒng)，業(yè)界對(duì)不同全局性通信協(xié)議的應(yīng)用系統(tǒng)彼此之間的關(guān)系研究深度不夠，不能為生產(chǎn)廠商的樓控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)性的理論。不論是基于哪種全局性的通信協(xié)議構(gòu)建的樓控系統(tǒng)，其開(kāi)放性都不理想。因此，加深對(duì)樓控領(lǐng)域中的四大通信協(xié)議的研究，研究不同的應(yīng)用系統(tǒng)之間的關(guān)系，怎樣大幅度地提高樓控系統(tǒng)的開(kāi)放性，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

3 典型樓控系統(tǒng)廠家及其市場(chǎng)排名情況

某網(wǎng)站面向眾多行業(yè)領(lǐng)域提供品牌監(jiān)測(cè)、品牌資訊等服務(wù)的，包括智能建筑、綠色建筑、智慧城市、系統(tǒng)集成、弱電、安防知識(shí)與技術(shù)，并包含IT服務(wù)、解決方案、方案供應(yīng)商、物聯(lián)網(wǎng)等，圖5所示為某網(wǎng)站2014年2月份樓控產(chǎn)品的排名情況(總分=品牌識(shí)別+品牌實(shí)力+活躍力+口碑)。

4 典型國(guó)內(nèi)外樓控系統(tǒng)比較研究

經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外幾種典型構(gòu)架的樓控系統(tǒng)進(jìn)行比較研究, 得出了如表1所示結(jié)論。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)某知名網(wǎng)站給出的樓控產(chǎn)品排名情況及對(duì)典型樓控產(chǎn)品的比較研究，業(yè)主、設(shè)計(jì)人員等可根據(jù)智能化建筑和智能化小區(qū)的主體性質(zhì)、所處地位、使用功能和客觀環(huán)境等特點(diǎn)，結(jié)合表格的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，從工程實(shí)際和用戶信息需求考慮，選用合適的樓控產(chǎn)品以滿足建筑大樓的各項(xiàng)要求。

[1] 張少軍. 建筑智能化系統(tǒng)技術(shù)[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[2] 董春橋. BACnet 原理與應(yīng)用[M]. (第一版). 北京: 電子工業(yè)出版社, 2003.

[3] 桂仁才，張少軍. Honeywell艾頓樓控系統(tǒng)DDC程序的編寫(xiě)實(shí)踐[J]. 電氣應(yīng)用，2012(14).

[4] 桂仁才，張少軍，鄭杰. 卓靈樓控系統(tǒng)中的控制編程及通訊網(wǎng)絡(luò)研究[J]. 北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào) 2012(1)：67-72.

[5] 史進(jìn). 幾種主流應(yīng)用的典型樓控系統(tǒng)比較研究[D]. 北京建筑工程學(xué)院，2012(7).

Compare and Selection Research of Typical Building Automation System

Gui Rencai / Zhong Tiejun / Hu Xiaoyi / Li Jiangshan / Shi Jin

本文針對(duì)主流樓控技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、協(xié)議及某網(wǎng)站實(shí)驗(yàn)室的國(guó)內(nèi)外樓控系統(tǒng)的排名進(jìn)行了相應(yīng)的分析研究，并重點(diǎn)比較了國(guó)內(nèi)外典型樓控系統(tǒng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù),為樓控的產(chǎn)品選型提供了有力依據(jù)。

樓控 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 協(xié)議 比較研究 產(chǎn)品選型

The paper analyses the network architecture, protocol of mainstream BAS and the ranking of domestic and foreign BAS from a well-known website, it puts forward the conclusion by comparing with typical BAS which provides a strong argument for the selection of BAS product.

BAS, network architecture, protocol, comparative study, product selection