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BACnet系统设计概要

常青树  发表于 2008/12/13 7:24:30      1113 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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"BACnet"标准是楼宇自控系统内的一种通信协议。该协议是美国ASHRAE协会于1995年制定颁布的行业标准,同年被美国ANSI批准为国家标准,随后引起世界各国的广泛关注并得到积极支持和拥护。该标准有望正式成为ISO国际标准。 

1 BACnet系统中的相关问题
  BACnet标准为楼控系统的设计、集成和设备接口提供了一种规范。也就是说,BACnet定义了一种楼控设备相互通信所采用的通用语言,从而确保用户可以自由选购符合 BACnet标准的楼控产品以及灵活配置自己的楼控系统。但是,必须牢记,在设计BACnet系统时应首先考虑几个重要问题,包括BACnet设备的选择、系统结构的确定等。

  系统结构选择的关键,是确定是否需要网关将非BACnet系统或设备接入BACnet系统,以及确定如何设计这个BACnet网关。同时,不能忘记控制系统运行的基本顺序、控制系统的外在形式和内部特性。

  设计BACnet系统时不能简单地说,"系统将使用BACnet通信协议",必须指明其结构、系统的预期表现。

  BACnet详细定义了控制系统的通信标准,如指定的几种LAN通信协议的许多细节。这些细节包括报文结构、通信服务、对象和对象的属性。BACnet允许专用服务和对象在BACnet局域网中传递,前提是不干扰标准BACnet功能的实现。

  尽管BACnet阐明了一个工程项目控制系统中的所有通信问题,但它并未表述更多其它非通信类的关键问题。一个完善的设计必须表述系统的外貌和表现如哪些物理点与系统相连、受控设备的运行顺序、系统结构等。这些问题在目前的传统设计中都有描述,因而也应该包括在BACnet系统的设计中。编程和安装工具是BACnet系统设计中的重要部分,要针对每个供货商的设备和系统加以表述。如果供应商产品的相关工具齐全清晰,则调试使用和将来扩展都会顺畅。如果设计好了易于使用的图形化工具,将会节省调试和安装的时间。一个通用的操作系统,如Windows或WindowsNT,将会使所有工具运行在一台计算机上,不会造成系统运行性能上的失误。

  BACnet标准未阐明的其它所有问题已经在完善的传统和专用系统的设计中得到了很好地解决。

2 BACnet系统结构的选择
  我们可以用多种方法来构造一个BACnet系统。第一种方法是,全面采用一个厂商的产品。这种方法的优点是产品来源单一,责任清楚,而且与后续系统的兼容性好。同时,允许用户将来增加其它厂商的设备。但是,这种方法未充分利用BACnet标准带来的好处。第二种方法是,来自一个厂商的系统可能配有与其它控制器的接口,如冷冻机控制器接口、锅炉控制器接口。这种系统构成的优点是责任归属清楚,同时无需定制上述几个关键设备的专用硬件接口。采用上述方式构造的系统,只利用了BACnet的协议兼容性,它是在一个项目中应用BACnet设备的主要理由之一。几个厂商的产品着具有BACnet协议兼容性,则这些产品相互通信无需另加专用硬件。这些硬件往往包含特别定制而又很少使用的软件。

(1)BACnet可以将暖通空调系统(HVAC)与其它楼控系统联接,如消防系统、出入控制系统、保安系统。这种结构利用了最佳供应商的系统,BACnet使得他们可以直接集成而无需开发和安装定制模块。当通过BACnet局域网互联时,所有信息可在不同系统间直接传送。
(2)构造BACnet系统的方法是选用不同厂商的产品。这种模式具有最佳的性能价格比。但是,设计文件必须清楚地说明谁负责各个部件的集成,谁负责使用所有与各个部件相关的软件安装和编程工具。如果这些内容不明确定义,系统在安装调试阶段就会出漏洞,造成系统不能完全运行和实现所有功能。
(3)BACnet系统结构是上层基于BACnet技术和产品,下层基于非BACnet技术和产品。这意味着系统在上层可以与其它BACnet对接,但需要一个网关设备在非BACnet协议和BACnet协议间完成数据翻译的工作。总之,网关会使系统设计变得复杂。同时由于涉及到增加额外的硬件和安装,编程时间、成本也会上升。

  既然有多种系统结构存在,那么针对特定项目如何选择系统结构就变得很重要。在确定系统结构前,必须首先想清楚该系统的目标是什么,以确定局域网技术。BACnet标准允许使用5种LAN技术进行系统通信,它们是"以太网(Ethernet)"、"ARCNET"、"主从/令牌传递(MS/TP)"、"点对点(PTP)"和Eche1on公司的"LonTalk"。

  Ethernet和ARCNET通常用作系统的骨干网。它们是计算机网络中标准的局域网类型,可快速传送大量数据。MS / TP和LonTalk由于安装成本低,通常用于连接现场控制器,PTP用于计算机和MODEM的点对点相连。

3 BACnet系统中局域网类型的选择
  采用何种LAN类型作为骨干网,是构造BACnet系统要解决的首要问题。这种决定受多种因素的影响,如:已有何种网络或将要安装何种网络,以及业主是否想使用通常的计算机网络作为自动化系统骨干网。要考虑的内容还包括计算机网络的可靠性,以及这种可靠性对控制系统性能的影响程度。不同LAN类型,其安装成本也不同,是选用同轴电缆,还是选用双绞线连接也必须考虑。如在校园区范围的系统,选用已有的LAN将大大降低成本,同时可以满足快速高效的安装。

  控制系统其它部分LAN类型的选择就没那么复杂了,通常可以留给供应商来决定。MS/TP是用于控制单元间双绞线连接的一种低成本LAN类型;LonTalk支持多种传输介质,供应商或设计者可方便地加以选择(注:不要将LonTalk与Echelon公司的LonWorks相混淆。LonWorks是一个完整的协议规范,而LonTalk仅仅是系统的传输媒介。LonTalk是BACnet标准的组成部分,而LonWorks不是);计算机直接连接可通过PTP,局域网实现。设计者应该详细说明PTP连接点的位置,并指明是否需要调制解调器(MODEM)。通常一个系统需要一个MODEM。

  不同厂商系统间的接口是确定LAN类型的最后一个问题。一个厂商可能在其控制接口中使用MS / TP技术,而另一个厂商可能使用ARCNET。为了使两个LAN集成,必须在其间加一个路由器。这是一个简单的细节问题。重要的是,在BACnet对系统设计时必须明确规定谁负责提供这个路由器。

4 BACnet系统中的服务
  服务是一个BACnet设备从另一个BACnet设备获得信息或命令另一个设备执行某种动作或通知一个或多个设备发生了某种事件的方法和手段。换句话说,服务控制了BACnet局域网中的活动,并保证报文和命令到达预定地点。一个服务可以从一个BACnet设备中读取一条信息,而另一个服务可以指示一个BACnet设备先关闭,然后再启动。

  但是,如果一个BACnet设备支持某种服务而另一个设备却不支持这种服务,那么这两个设备就不能使用这种特定的服务进行相互通信。这一点可能很重要,也可能不重要,取决于何种服务不被支持。如果两个设备支持另一种可起到类似作用的服务,就可以使用共同支持的服务实现需要的通信功能。例如,一个设备可能支持"读多个属性"服务,而另一个设备可能不支持(读多个属性服务就是使用一条命令从一个设备中读取多个BACnet对象和属性)。一个设备可以通过多次发送"读属性"服务来实现"读多个属性"服务的功能。可是,由于多次重复"读属性"服务,BACnet局域网上的通信活动会有所增加。

  如果要求系统中的每个BACnet设备都支持所有的BACnet服务,那是不可能的。BACnet标准对系统中所有部件,从操作站到控制器甚至智能传感器都进行了阐述。许多服务需要在高层网络实现,但在控制器这一层网络却不必实现这些服务。在底层网络实现某些服务直接关系到CPU处理能力和存储器的选择,因而直接影响到这些产品的成本。

  大多数设计需要一个通用的方法,来确定系统每一准所需要的服务。这就是BACnet标准定义了6个通用的一致性等级的原因。每个一致性等级都有一个必须实现的最少的服务数量。

5 BACnet系统中的对象和对象属性
  BACnet将系统中的每个物理点和软件值定义为一个"对象(Object)"。最常用的对象是"模拟输入"、"模拟输出"、"模拟值"、"数字输入"、"数字输出"和"数字值"。所有对象都有与之关联的属性,如当前值、描述、状态、单位等等。每个对象都有必备属性和可选属性。每种对象类型的相关要求和定义,在BACnet标准的附录C中有详细说明。

  设计文件及相关系统图应该罗列出系统中要实现的每个物理连接,如同传统设计中的点表一样。这些列表应该包括与物理连接点相关的软件参数,如报警服警极限、设定值等等。列表中的每一项,在BACnet系统中都被视为一个对象,该对象具有与之相关的属性。而且,每个对象的必备属性必须得到包含该对象的BACnet设备的支持。

  当连接和集成两个以上的厂家提供的控制器时,对象非常重要的作用就会显现出来。如果楼控系统要与冷冻机上的BACnet控制器通信,应该首先确定要在冷冻机控制器和楼控系统之间传送的所有对象。严格确定和设计控制器将要收发的所有对象,可确保系统安装运行顺利实现。相关厂商也会根据系统设计中提出的对象要求,在它们产品的接口中提供相应的对象操作支持。当进行系统级集成时,也应该采取上述步骤和措施。

  设计文件可能忽略可选属性的支持。在很多情况下,这样做是合适的,因为被忽略的可选属性并不需要。但是,如控制功能的实现需要可选属性,则设计文件应将这些可选属性支持纳入每个对象类型的定义中。如果可选属性不是控制功能需要的,但系统中的BACnet设备却支持这些可选属性那也无妨,它们不会降低系统的性能。

6 BACnet系统中的专用服务与对象
  BACnet标准允许生产商定义自己专用的服务和对象,也就是说,各生产商在不影响BACnet标准通信功能的前提下,可以在自己生产的系统内增添特别功能。然而,当某种系统功能依赖专用服务和对象时,就意味着其它生产商不能启用这种功能。

  系统设计者必须决定是否将专用服务和对象用于一个工程项目。如果将专用服务和对象用干系统功能的实现,则设计文件应该要求专用服务和专用对象的提供者提交专用功能的设计文档,以便于其它生产商也能在系统中根据该文档实现该专用服务和对象,从而最终实现完全的系统集成。

7 BACnet系统中的网关
  同关负责将非BACnet协议信息变换成与BACnet兼容的信息。每个网关必须同时与BACnet局域网和非BACnet局域网相连接。同关将非BACnet系统中的信息转换成BACnet对象中的属性,这种转换处理必须针对具体应用,通过编程实现。一般来说,项目不同所定义的需要转换的每个对象也不相同。通过正确连接和配置,网关才能将非BACnet系统或部件集成到BACnet系统中。

  设计文件在处理网关时必须阐明相关问题。问题之一是偶关饱流量。情急转换过程需要一定的时间,该时间也将依据流过的对象数量而变化。阿关两侧的LAN类型也会影响流量。如果非BACnet系统将要传送大量数据,则在BACnet系统侧应采用高速BACnet局域网(如以大网或ARCNET网)。

  准确定义将要传送给BACnet系统的对象和属性是一项至关重要的工作。网关往往针对特定项目而专门配置。如果一条信息未被定义为一个具备相关属性的BACnet对象,那么它就不可能被传送到BACnet系统中去。

8 评估工具
  确保系统安装顺利的第二个环节,是审核产品的技术数据资料。审核每个产品是否都能满足设计要求。系统中的各部件或组成部分都满足设计要求,才能最终通过调试和培训,确保一个完善的高性能的系统得以实现。

  BACnet系统中的产品性能资料,应该包含BACnet标准规定的"协议实现一致性声明(PICS)",PICS明确了产品的性能。PICS首先是产品描述,但也详述设备的LAN类型(数据链路层可选择)和一致性等级。PICS还包含支持的服务个数、对象类型,以及在设计文件要求时还包含专用服务和对象的描述。PICS还包含"支持的功能组"。功能组是实现特定功能而需要的特定服务的组合。最后,PICS还包含支持的字符集、特别功能、路由能力和属性范围限制。

  一个设备的PICS向设计者表明了该设备是如何实现BACnet标准的。当审核BACnet产品性能资料时,产品的标准数据性能表很重要。PICS相对于 BACnet部件和系统,也具有类似的重要性。

  总之,BACnet的灵活性要求在设计工程项目时除了要满足常规要求外,还要审核几个BACnet系统中特有的问题。

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