楼宇自动化领域的现场总线研究综述
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作者: 王宇
摘 要］由于诱人的市场商机和不同的应用领域的存在,世界一些大公司或公司联盟纷纷提出自己的现场总线协议标准。据不完全统计,目前国际上有40种宣称为开放型的现场总线标准。这些协议是根据国际标准化组织(ISO)的计算机网络开放式互联系统的OSI参考模型来制定的。
［关键词］现场总线；OSI参考模型；网络
［中图分类号］F274［文献标识码］A［文章编号］1005-6432（2011）41-0046-01
1 前 言
在这些现场总线中不乏优异的现场总线,如CAN,Modbus,Profibus,Lonworks,BACnet,DeviceNet等。其中Lonworks,BACnet,CAN,EIB等现场总线在楼宇自动化领域获得了较广泛的应用。尽管基于现场总线的FCS克服了DCS的许多缺点,但还是有一些不尽如人意的地方,最明显的缺点：多种现场总线并存而互不兼容,导致FCS的可互操作性只能在同一种现场总线系统中实现。后面将对FCS的缺点作进一步说明。
2 Lonworks
美国Wchelom公司1991年推出了LON(Local Operrationg Networks)技术,又称Lonworks技术。它得到了众多计算机厂家、系统集成商、仪器仪表以及软件公司的大力支持,已经在楼宇自动化、工业自动化、电力系统供配、消防监控、停车场管理等领域获得广泛应用。具体地说Lonworks具有以下优点：
①网络结构灵活、组网方便。它支持多种网络拓扑形式,包括总线形、星形、树形、自由拓扑形等,这样可适应复杂的现场环境,方便现场布线；
②支持多种传输介质。包括双绞线、同轴电缆、电力线、光纤、无线射频等；两种传输速率：78bps和125Mbps,最大传输距离由网络拓扑形式和传输介质决定,一般可从800m到2700m。可接入的节点最多为32385个；
③完善的开发工具。提供完善的系统开发环境,采用开放的NEURONC语言,它是ANSIC语言的扩展；
④无主的网络系统。Lonworks网络中各节点的地位相同,网络管理可设在任一节点处,并可安装多个网络管理器；
⑤开发LonWorks网络节点的时间较短,也易于维护。LonWorks采用的LonTMk协议固化在Echelon公司的Neuron芯片中,这样可以节省开发LonWorks网络节点的时间,也方便维护。同其他现场总线一样,LonWorks也有自身的缺点。首先,LonWorks的实时性、处理大量数据的能力有些欠缺；其次,由于LonWorks依赖于Echelon公司的Neuron芯片,所以它的完全开放性也受到一些质疑。尽管LonWorks存在一些不足,但是LonWorks的FCS还是在楼宇自动化领域获得了广泛的应用。世界上有2万多家OEM厂商生产LonWorks相关产品,其中种类已达3500多种。目前世界上已安装有500多万个LonWorks节点,LonTMk协议也被接纳为欧洲CENTC247,CEN TC205的一部分。自1996年以来,LonWorks也开始在国内获得大量的应用。在建设部的支持下,国内一些研究所和企业开始陆续开发出基于LonWorks的楼宇自动化控制系统,并在一些新建智能大厦和建设部智能化小区试点工程中得到应用。
3 BACnet
BACnet是作为世界上第一个楼宇自动控制网络的数据通信协议,它代表了智能建筑发展的主流趋势。BACnet不是软件或硬件,也不是固件,严格地说,BACnet并不是现场总线,而是一种网络协议,即通信规则。为不同商家产品的系统之间进行信息交流提供平台和支持。BACnet详细阐述了系统组成单元相互分享数据实现的途径、使用的通信介质、可以使用的功能以及信息如何翻译的全部规则。BACnet采用了Ethernet,ARCNET,MS/TP,PTP,LonTalk五种网络技术进行通信。可根据系统通信和通信速度选择不同的网络技术。相对其他现场总线,BACnet标准最大的优点是可以与Ethernet,LonWorks等网络进行无缝集成。不过BACnet主要为解决不同厂家的楼宇自控系统相互间的通信问题设计,并不太适用于智能传感器、执行器等末端设备。BACnet标准已在全球得到了广泛的应用,全球生产和经营楼宇设备和楼宇自控设备的主要厂商均支持BACnet标准。BACnet在不到10年的时间内就从一个行业学会标准迅速成为楼宇自控领域中唯一的ISO标准。虽然我国是WTO和ISO成员国,但是BACnet在我国建筑领域中的应用范围还是相对较小,而且在工程中采用的BACnet产品和技术也基本上全部是从国外引进的,还没有真正意义上的国产化BACnet相关产品。
4 CAN
CAN总线最初是德国Bosch公司为汽车监控控制系统设计提出的,现在它已经成为一种国际标准,在电力、石化、空调、建筑等行业均有应用。CAN具有以下优点：
①采用8字节的短帧传送,故传输时间短、抗干扰性强；②具有多种错误校验方式,形成强大的差错控制能力，而且在严重错误的情况下,节点会自动离线,避免影响总线上其他节点；③采用无损坏的仲裁技术；④CAN芯片不但价格低而且供应商多。
CAN缺点是：CAN总线上最多可挂接110个节点,这不完全能满足整个智能建筑的需要。不过可以通过利用中继器进行扩展,相对其他一些现场总线,CAN总线技术比较简单,CAN相关产品的开发费用也远远低于其他现场总线技术产品的开发费用。因此,很早国内就有一些企业推出了基于CAN总线的楼宇自控的相关产品。如狮岛、索龙集团开发出了S 2000楼宇自控系统。
5 EIB
EIB是欧洲安装总线(European Installation Bus)的缩写。它在1990年被提出,经过十多年的发展,成为欧洲最有影响的建筑智能化现场总线标准,在欧洲得到了近300家厂商的支持。1999年EIB被引进中国的智能化建筑领域,并在上海同济大学建立了EIB认证技术培训中心。在短短的几年里,国内的会展中心、博物馆、办公大楼、别墅等场所的灯光、窗帘、空调等控制和安防系统方面获得了广泛应用,如厦门国际会展中心、大连国贸中心、浙江人民大会堂等。国内的EIB项目基本上被ABB公司和SIMENS公司所垄断。
6 结 论
大多数现场总线只是用其中的一层、二层和七层协议,于是现场总线呈现杂乱纷呈的局面。目前这么多种现场总线,每种总线有自己的特点和实施需求,我们必须结合实际大楼建设的需求和资金情况,选取合理的总线。
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