基于LonWorks的楼宇自动化系统集成与实施
日期：2006-6-17 0:36:24 来源：本文摘自《PLC&FA》
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建筑设备自动化系统(BAS)的目标是对水、电、热、空调、通风、电梯、高低压配电、停车场等楼宇设备系统进行自动监测、控制和科学管理以达到舒适、安全、高效、节能，并使设备损耗降低，延长使用寿命。BAS对控制系统有严格的要求:为延长建筑物及其设备寿命，尽可能采用最先进的控制网络技术,即现场总线控制系统(FCS);对主要监控对象如供热、通风及空调系统、给排水系统、照明、电梯、变配电、安全、消防及计量管理等子系统实施集成协调运作，使系统安全、节能、高效，便于维护;受楼宇设备多样化、技术复杂性和市场竞争等方面影响，要达到最优的性能价格化，BAS的控制网络必须具有开放性和互操作性，将智能建筑中属于不同技术领域的电话通信、计算机网络、建筑设备自控、消防保安、电视系统等所有分离的系统、设备、功能和信息有机地整合成为一个相互关联、统一协调的整体，所有的硬件平台、软件平台、网络平台和数据库平台整合成为一个满足用户功能需要的完整系统。此外，还要考虑智能建筑的上层管理，即楼宇自动化与OA、CNA的关系，建立楼宇自动化管理系统(BMS)，做到各子系统的信息共享、统一管理和协调工作。监控的对象包括暖通空调、照明、给排水、变配电、电梯、安全、消防等诸多设备系统。文章以某重点工程改造为背景，从BAS系统设计、集成和实施角度对相关技术问题作某些探讨。
BAS的显著特点是测控点非常分散并且被控设备种类繁多。从一个探头、一盏灯、一部电梯、一台空调机，测控点几乎遍布建筑物的每个角落。包括空调机、新风机、冷冻机、风机盘管、锅炉、换热设备、发电机组、电梯、照明配电、水泵、火灾报警、保安监控等门类众多的大量机电设备。为达到全面协调控制，保证经济运行和便于科学管理，BAS系统一般采用集散控制系统(DCS)结构[1]，如图1所示。它由现场执行级、监控级和管理级构成:现场执行级直接负责现场控制;监控级用于对现场级进行监控;管理级实施相关系统协调与信息共享。DCS的“控制分散，信息集中”结构[2]极大分散了系统的危险，使系统的可靠性、灵活性和可扩展性都有较大提高;进一步分散了监控、控制功能，使系统配置、反应速度有明显改善。
2.1 FCS的特性描述
FCS以单个的传感器和执行器为通信节点，信号点可分散分布，不受距离限制，其测量和控制精度不受距离影响，通过现场总线(FieldBus)技术，使现场传感器和执行器等通过两线制网络互连，进行全数字、双向、多站的数字通信。其优点主要表现在[3][4]:全数字化,所有传感器/变换器、执行器、控制器的信号均数字化，取代了传统的模拟量信号;采用开放式系统结构与标准的通信协议，使产品设备有交互操作与互换性;采用通信线供电;通信线延伸到生产现场，构成设备仪表互连的现场通信网络;采用先进的过程控制软件;分散的功能块，有利于向综合自动化发展。
2.2 基于FieldBus的 DCS 系统结构
在大型建筑中采用DCS体系结构，在现场执行级采用FieldBus控制技术，如LonWorks、BACnet、Profibus等等。DCS具有丰富的监控管理功能，FCS可以实现信号串行双向快速传输，抗干扰能力强，结合FCS与DCS两者优点的DCS系统结构如图2所示，它进一步完善了整个系统的控制、管理、决策等功能。
3 LonWorks的技术性能分析
3.1 LonWorks网络的开放与集成能力
LonWorks网络采用了ISO/OSI参考模型的七层协议，有很好的开放性。通过路由器和网关，可以构建巨大的网络，实现可扩展的系统。其数据包打入IP数据包中，可实现LonWorks网络与Internet的无缝连接。所定义的网络变量标准使不同厂商的设备具有良好的互操作性。
1 引言
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建筑设备自动化系统(BAS)的目标是对水、电、热、空调、通风、电梯、高低压配电、停车场等楼宇设备系统进行自动监测、控制和科学管理以达到舒适、安全、高效、节能，并使设备损耗降低，延长使用寿命。BAS对控制系统有严格的要求:为延长建筑物及其设备寿命，尽可能采用最先进的控制网络技术,即现场总线控制系统(FCS);对主要监控对象如供热、通风及空调系统、给排水系统、照明、电梯、变配电、安全、消防及计量管理等子系统实施集成协调运作，使系统安全、节能、高效，便于维护;受楼宇设备多样化、技术复杂性和市场竞争等方面影响，要达到最优的性能价格化，BAS的控制网络必须具有开放性和互操作性，将智能建筑中属于不同技术领域的电话通信、计算机网络、建筑设备自控、消防保安、电视系统等所有分离的系统、设备、功能和信息有机地整合成为一个相互关联、统一协调的整体，所有的硬件平台、软件平台、网络平台和数据库平台整合成为一个满足用户功能需要的完整系统。此外，还要考虑智能建筑的上层管理，即楼宇自动化与OA、CNA的关系，建立楼宇自动化管理系统(BMS)，做到各子系统的信息共享、统一管理和协调工作。监控的对象包括暖通空调、照明、给排水、变配电、电梯、安全、消防等诸多设备系统。文章以某重点工程改造为背景，从BAS系统设计、集成和实施角度对相关技术问题作某些探讨。
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
2 BAS的结构分析
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BAS的显著特点是测控点非常分散并且被控设备种类繁多。从一个探头、一盏灯、一部电梯、一台空调机，测控点几乎遍布建筑物的每个角落。包括空调机、新风机、冷冻机、风机盘管、锅炉、换热设备、发电机组、电梯、照明配电、水泵、火灾报警、保安监控等门类众多的大量机电设备。为达到全面协调控制，保证经济运行和便于科学管理，BAS系统一般采用集散控制系统(DCS)结构[1]，如图1所示。它由现场执行级、监控级和管理级构成:现场执行级直接负责现场控制;监控级用于对现场级进行监控;管理级实施相关系统协调与信息共享。DCS的“控制分散，信息集中”结构[2]极大分散了系统的危险，使系统的可靠性、灵活性和可扩展性都有较大提高;进一步分散了监控、控制功能，使系统配置、反应速度有明显改善。
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图1 三层结构的集散控制系统
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2.1 FCS的特性描述
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FCS以单个的传感器和执行器为通信节点，信号点可分散分布，不受距离限制，其测量和控制精度不受距离影响，通过现场总线(FieldBus)技术，使现场传感器和执行器等通过两线制网络互连，进行全数字、双向、多站的数字通信。其优点主要表现在[3][4]:全数字化,所有传感器/变换器、执行器、控制器的信号均数字化，取代了传统的模拟量信号;采用开放式系统结构与标准的通信协议，使产品设备有交互操作与互换性;采用通信线供电;通信线延伸到生产现场，构成设备仪表互连的现场通信网络;采用先进的过程控制软件;分散的功能块，有利于向综合自动化发展。
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2.2 基于FieldBus的 DCS 系统结构
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在大型建筑中采用DCS体系结构，在现场执行级采用FieldBus控制技术，如LonWorks、BACnet、Profibus等等。DCS具有丰富的监控管理功能，FCS可以实现信号串行双向快速传输，抗干扰能力强，结合FCS与DCS两者优点的DCS系统结构如图2所示，它进一步完善了整个系统的控制、管理、决策等功能。
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图2 利用现场总线技术的DCS系统构成
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3 LonWorks的技术性能分析
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3.1 LonWorks网络的开放与集成能力
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LonWorks网络采用了ISO/OSI参考模型的七层协议，有很好的开放性。通过路由器和网关，可以构建巨大的网络，实现可扩展的系统。其数据包打入IP数据包中，可实现LonWorks网络与Internet的无缝连接。所定义的网络变量标准使不同厂商的设备具有良好的互操作性。
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