第一節(jié) 產品技術發(fā)展現(xiàn)狀

在國外，智能建筑已獲得巨大發(fā)展，開始人們只認識到大型公共建筑智能化的必要性，故出現(xiàn)智能型寫字樓、辦公樓與綜合樓等，并廣泛用于商業(yè)、工業(yè)、交通業(yè)、科研、政府辦公與醫(yī)院等場合。今日智能建筑以其強勁的生命力與突出的經濟效率，迅速向縱橫發(fā)展。在發(fā)達國家。俞來俞多的單身貴族與職業(yè)婦女置身競爭而無暇處理家務，為適應這種社會發(fā)展的需要，智能住宅應運而生。其主要特點是：

通過自動防火、門禁與防盜系統(tǒng)保證安全性；通過中央監(jiān)控系統(tǒng)保證家庭環(huán)境的健康與舒適；通過計算機通信網絡寬帶技術，使通信、咨詢與社會服務實現(xiàn)智能化；應用多媒體等高技術，提供了學習、娛樂與工作的良好環(huán)境并實現(xiàn)了自動管理家務。家務勞動完全自動化，自動烹調、水電煤氣自動節(jié)能運行與自動計費、商品咨詢與購物不出門。學習電腦，醫(yī)護也靠電腦，自我空氣對流、日照、氣味、風雨聲與鳥鳴，使人如置身于大自然中。

如何將樓宇自動控制系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)進行有效、合理的集成呢？這就迫切需要有一個各廠商均認可并共同遵守的同一開放的通信協(xié)議。目前，在樓宇自動控制方面，被各廠商普遍認同并漸顯主流成熟的標準有兩個：

（1）BACnet和LONMARK標準。BACnet標準是信息管理域方面為實現(xiàn)不同的系統(tǒng)互聯(lián)而制定的，上層通過以太網主干線，采用標準國際網協(xié)議，提供系統(tǒng)高速通信，用于解決數(shù)據傳輸量較大的系統(tǒng)間的集成。LONMARK標準是1991年由美國Echelon公司以Lon Works技術為基礎推出的，Lon Works網絡控制技術使得分散控制技術更趨成熟，用于解決數(shù)據傳輸量較小的現(xiàn)場控制器之間的集成。BACnet和LONMARK是兩項標準，它們既有重疊的地方，又有不同的地方，在智能大廈樓宇自控系統(tǒng)中，兩項標準互相補充，互為依托，一個理想的系統(tǒng)應同時兼容上述兩個標準。

（2）集散型樓宇自動化系統(tǒng)的構成（實現(xiàn)）目前，技術上較成熟，同時兼容上述兩項標準的集散型樓宇自動化系統(tǒng)的制造公司較多，比較著名的有美國Honeywell（EXCEL5000系統(tǒng)）、美國江森（METASYS系統(tǒng)）和美國希比公司（I/A系統(tǒng)）等。

在智能大廈中，采用開放的技術標準 規(guī)劃 樓宇自動控制系統(tǒng)，既符合國際上的主流趨勢，又較適合中國的國情，所以在國內的建筑市場中有著強大的生命力，它的發(fā)展為今后更大力度的推動智能大廈技術向更深層次的發(fā)展打下堅實的基礎。

目前，智能大廈實現(xiàn)系統(tǒng)的設備集成和互操作，追求真正的開放性。所謂開放式標準即建筑自動化系統(tǒng)的所有部件均以公認的工業(yè)標準技術制造。系統(tǒng)符合公認的工業(yè)結構，因而不同的廠商的產品，可以組合從而實現(xiàn)互操作。它有兩個特點：

1、系統(tǒng)的技術規(guī)范是所有廠商共同遵守的；

2、同樣功能的部件雖由不同廠家生產，但可以互相替換，可以互操作。

目前，國際上有兩種開放式標準：一種是LONMARK標準，另一種是BACnet標準。這兩種標準也得到我國有關部門（標準制定管理）的推薦，如江蘇省地方標準“建筑智能化系統(tǒng)工程設計標準”DB32/181-1998中建筑設備自動化系統(tǒng)（BAS）規(guī)定采用《BACnet》標準。下面分別介紹這兩種標準。

（1）LONMARK標準

LONMARK標準是以Lon Works技術為基礎的一套標準。Lon Works技術由美國Echelon公司90年代開發(fā)推出。Lon Works技術實際上是一種測控網技術，或者更確切一點說是一種工控網技術，也叫現(xiàn)場總線技術。它方便地實現(xiàn)現(xiàn)場的傳感器、執(zhí)行器、儀表等聯(lián)網。

LonWorks技術支持多種通訊介質。包括雙絞線、電力線、同軸電纜、光纖、無線射頻、紅外線等，甚至多種介質能在同一網絡中混合使用；LONMARK協(xié)議分有暖通空調組、家用設備組、照明組、工業(yè)組、安全組、網絡管理組、石油組、冷凍技術組、出入控制組。每個組都在制定一系列LONMARK標準，稱為功能概述Functional Profile，詳細地描述了應用層接口。包括網絡變量、組態(tài)特點、缺省值以及網絡節(jié)點、加電狀態(tài)等，把產品功能標準化。

LonWorks技術的通訊協(xié)議LonTalk協(xié)議1995年被美國國家標準ANSI／ASHRAE135-1995BACnet采納為建筑物自動化中的傳感器、執(zhí)行器和控制器之間的網絡化操作奠定了基礎。LONMARK標準是在實時控制領域（簡稱控制域）中的一個開放系統(tǒng)標準。

（2）BACnet標準

BACnet網絡通訊協(xié)議是由ASHRAE（美國暖通空調制冷工程師學會）發(fā)起制定并得到ANSI（美國國家標準局）的批準，由樓宇自動化系統(tǒng)的生產商、用戶參與制定的一個開放性標準，由ASHRAE學會綜合幾個局域網LAN的協(xié)議而制定的，他們盡可能采用了LAN網絡不同時期成熟的技術而制定的。因此廠家可以按照BACnet標準開發(fā)與BACnet兼容的控制器或接口，可在這一標準協(xié)議下實現(xiàn)相互交換數(shù)據的目的。BACnet比LONMARK有更為量大的數(shù)據通訊，運作高級復雜的大信息量，是可以實現(xiàn)不同廠家的樓宇自動化系統(tǒng)之間互連的通訊技術。BACnet和LONMARK是兩項標準，這兩個標準既有重疊的地方，又有不同的地方。兩項標準互相補充，互為依托。BACnet用于多個供應商不同系統(tǒng)之間的集成。LONMARK是解決真正的開放的分布式控制的一種有效的方法。

（3）兩種標準之間的關系

這兩個標準均是開發(fā)性標準，兩者互相滲透，交叉實時控制域的LONMARK標準和信息管理域的BACnet標準盡管目標不盡一致，但兩套標準有重疊的地方。編寫B(tài)ACnet標準中的許多成員也是編寫LONMARK標準的成員。所以，他們正在把兩者重疊的部分想辦法理順和統(tǒng)一起來。

在實時控制域方面，尤其在設備級適于采用LONMARK標準，而在信息管理域方面、在上層網之間互聯(lián)適用BACnet標準，這二者之間不是競爭而是互補。

第二節(jié) 產品工藝特點或流程

樓宇自動化控制系統(tǒng)的原理樓控系統(tǒng)采用的是基于現(xiàn)代控制理論的集散型計算機控制系統(tǒng)，也稱分布式控制系統(tǒng)（Distributed control systems簡稱DCS）。它的特征是“集中管理分散控制”，即用分布在現(xiàn)場被控設備處的微型計算機控制裝置（DDC）完成被控設備的實時檢測和控制任務，克服了計算機集中控制帶來的危險性高度集中的不足和常規(guī)儀表控制功能單一的局限性。安裝于中央控制室的中央管理計算機具有CRT顯示、打印輸出、豐富的軟件管理和很強的數(shù)字通信功能，能完成集中操作、顯示、報警、打印與優(yōu)化控制等任務，避免了常規(guī)儀表控制分散后人機聯(lián)系困難、無法統(tǒng)一管理的缺點，保證設備在最佳狀態(tài)下運行。以下介紹與分布控制系統(tǒng)相關的幾個概念。

1、直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）直接數(shù)字控制系統(tǒng)（Direct Digital Control簡稱DDC）。計算機通過模擬量輸入通道（AI）和開關量輸入通道（DI）采集實時數(shù)據，然后按照一定的規(guī)律進行計算，最后發(fā)出控制信號，并通過模擬量輸出通道（AO）和開關量輸出通道（DO）直接控制生產過程。因此DDC系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，是計算機在工業(yè)生產過程中最普遍的一種應用方式。DDC系統(tǒng)中的計算機直接承擔控制任務，因而要求實時性好、可靠性高和適應性強。

（1）直接數(shù)字控制系統(tǒng)的組成直接數(shù)字控制系統(tǒng)主要由過程輸入通道、過程控制計算機、過程輸出通道三部分組成。過程輸入通道由模擬量輸入和數(shù)字量輸入兩部分組成。模擬量輸入通道由變送器、采樣開關、放大器、A／D轉換器和接口電路組成。其中變送器的作用是將非電量信號變換成標準電信號，可將溫度、壓力、流量變換成0-10mA或4-20mA的直流電信號，它是通過A／D轉換器來實現(xiàn)的。—數(shù)字量輸入通道由開關觸點、光電耦合器和接口電路組成，反映生產過程的通／斷狀態(tài)的觸點信號，經過光電耦合器和接口電路變換成數(shù)字信號送給計算機。過程控制計算機直接承擔運算和控制任務，首先通過過程輸入通道采集被控對象的各種參數(shù)信號，再根據預定的控制規(guī)律（如PID）進行運算，然后向被控對象發(fā)出控制信號，再通過輸出通道直接控制調節(jié)閥等執(zhí)行機構。過程輸出通道由模擬量輸出和數(shù)字量輸出兩部分組成。前者把計算機輸出的數(shù)字控制信號轉換成模擬電壓或電流信號，再經過放大器去驅動調節(jié)閥等執(zhí)行器實現(xiàn)對生產過程的控制。這一部分由接口電路、D／A轉換器，放大器和執(zhí)行器組成。后者把計算機輸出的開關信號，經放大器去驅動電磁閥和繼電器執(zhí)行器，它由接口電器、光電耦合器、放大器和執(zhí)行器組成。

（2）直接數(shù)字控制系統(tǒng)的基本算法按照偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進行控制，是連續(xù)系統(tǒng)中技術成熟、應用最為廣泛的一種基本規(guī)律，將PID控制規(guī)律離散化并在計算機上實現(xiàn)，可以方便地利用已積累的成熟技術，而且可以在被控對象的數(shù)學模型或參數(shù)不很清楚的情況下，經過在線整定達到滿意的效果。因此，將模擬調節(jié)規(guī)律離散化的數(shù)字PID算法，已被工業(yè)過程計算機控制系統(tǒng)普遍采用，成為DDC系統(tǒng)的基本算法。

2、分布式控制系統(tǒng)的體系結構分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control Systems簡稱DCS）20世紀于70年代中期出現(xiàn)并迅速發(fā)展起來，它將計算機技術、控制技術、圖形顯示技術和通信技術匯集于一體，可對分散在現(xiàn)場的設備進行控制，又可方便地集中管理、操作，與以往的控制系統(tǒng)相比，既避免了單臺計算機集中控制的不足，又克服了常規(guī)儀表人機交互困難的缺點。分布式控制系統(tǒng)的多臺微型計算機取代了集中控制系統(tǒng)的單臺計算機，從體系結構上分散了危險性，提高了可靠性。其基本結構功能主要有現(xiàn)場控制站、數(shù)據采集站、工程師站、操作員站、監(jiān)控計算機和管理計算機通過數(shù)據通信網絡被有機地結合起來，組成分級分布控制系統(tǒng)。

（1）分布式控制系統(tǒng)的數(shù)據通信網絡數(shù)據通信網絡是分布式控制系統(tǒng)的支柱。整個分布式控制系統(tǒng)的結構，實質上是一個網絡結構，現(xiàn)場控制站、數(shù)據采集站、工程師站、操作員站、監(jiān)控計算機等都是這個網絡上的“節(jié)點”，都含有CPU和網絡接口，它們都有自己特定的網絡地址（節(jié)點號），可以通過網絡發(fā)送和接收數(shù)據，網絡中的各節(jié)點處于平等地位，既能共享資源，又不相互依賴，形成既有統(tǒng)一指揮，又使危險分散的功能結構，網絡的架構區(qū)具有極大的伸縮性，可擴性很強，可以滿足分布式控制系統(tǒng)擴充與升級的需要，十分靈活、方便。

①控制網絡特點分布式控制系統(tǒng)的通信網絡不同于通用計算機網絡，與一般的通信網絡比較，它有如下特殊要求：有高可靠性和安全性，要求傳遞的信息絕對準確、可靠，為此常采用冗余技術、后備措施和自診斷功能。如：控制站采用雙CPU板，雙I／0板等。具有良好的實時性。對環(huán)境適應性強。

②網絡拓撲結構建筑設備自動化系統(tǒng)常用的有總線網和環(huán)網，在兩種結構中任意兩節(jié)點通信可直接通過網絡進行，各節(jié)點處于平等地位。

③網絡通信協(xié)議組成建筑設備自動化系統(tǒng)，必須有一種大家都能接受并且共同遵守的工作語言來實現(xiàn)相互之間的對話，這就是數(shù)據通信協(xié)議標準。用于建筑自動化控制網絡的BACnet協(xié)議由物理層、數(shù)據鏈路層、網絡層和應用層組成，或相當于開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI）的第一、二、三、七層協(xié)議。其中：ARCnet為令牌總線網，數(shù)據傳輸速率為2.5-20bit／s，有良好的實時性。MS／TP是一種主／從令牌傳遞數(shù)據鏈路層技術，允許使用EIA-485硬件。BACnet實現(xiàn)了不同生產廠家自控系統(tǒng)之間進行通信的技術，即從一個“島”到另一個“島”之間進行相互聯(lián)系的技術。

（2）現(xiàn)場總線技術的應用——分布式控制系統(tǒng)的進一步分散化

①現(xiàn)場總線概況現(xiàn)場總線（Fieldbus）是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。不同的現(xiàn)場總線遵循的協(xié)議不同，接口標準不同，各具特色?，F(xiàn)場總線技術具有如下一些特點：第一、以數(shù)字信號取代4-20mA的模擬信號，極大地提高了信號轉換的精度和可靠性，因此現(xiàn)場總線具有很高的性能價格比。第二、現(xiàn)場總線把處于設備現(xiàn)場的智能儀表（智能傳感器、智能執(zhí)行器）連成網絡，使控制、報警、趨勢 分析 等功能分散到現(xiàn)場儀表，使控制結構進一步分散化，導致控制系統(tǒng)體系結構的變化。第三、符合同一現(xiàn)場總線標準的不同廠家的儀表、裝置可以聯(lián)網，實現(xiàn)互操作，不同標準通過網關或路由器也可互聯(lián)，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是一個開放式系統(tǒng)。

②LonWorks技術LonWorks是一種完全分布式控制的局部操作網（Local Operating Network—LON）技術。LonWorks網絡節(jié)點由神經元芯片、收發(fā)器、固件和I／O接口電路組成。神經元芯片（Neuron chip）是這種智能節(jié)點的核心，它由媒體訪問控制處理器、網絡處理器和應用處理器組成，這就使得節(jié)點既能管理網絡通信，又具有控制功能。芯片附有固件，該固件實現(xiàn)LonTalk通信協(xié)議和所有的任務調度。LonTalk協(xié)議遵循世界標準組織ISO提出的開放式互聯(lián)參考模型OSI，具有完整的7層協(xié)議，管理網絡節(jié)點的通信，分配節(jié)點地址，運行內含的沖突／檢測回避算法，控制物理／電氣的連接等。Neuron芯片除了具有控制功能外，還帶有媒體訪問控制處理器和網絡處理器，LonTalk協(xié)議固化在芯片的ROM中，使得LonWorks的微型節(jié)點無需中心結構的完全分布式控制模式，將控制功能分散到了現(xiàn)場級儀表。LonWorks網絡，可以采用多種通信媒體，如雙絞線、電力線、同軸電纜、光纜、無線電、紅外線，并且提供與上述多種媒體相適應的收發(fā)器，這使得同一網絡中的信號可以在不同的媒體之間傳輸，因而可以根據需要組網，不同媒體之間以路由器進行連接。LonMark是為了避免眾多制造商以不同的含義來解釋LonWorks技術，保證不同的產品能夠方便地集成一起，以便構成一個真正開放的系統(tǒng)，而制定的一個 行業(yè) 標準。

③分布式控制系統(tǒng)的進一步分散化傳統(tǒng)的分布式控制系統(tǒng)在現(xiàn)場控制站這一級依然是一個集中式結構，而現(xiàn)在的分布式控制系統(tǒng)是在原有分布式控制系統(tǒng)的基礎上，采用LonWorks現(xiàn)場總線的建筑設備自動化系統(tǒng)發(fā)展起來的新系統(tǒng)。標準LAN為原有的分布式控制系統(tǒng)，使用BACnet協(xié)議，以利于實現(xiàn)多種供應商的不同類型的子系統(tǒng)之間的通信信息交換，把具有控制功能的各個島連成一個整體。新增的LonWorks現(xiàn)場總線使用LonTalk協(xié)議，把控制功能進一步分散到現(xiàn)場級儀表，標準LAN與現(xiàn)場總線之間的路由器相聯(lián)。這樣BACnet和LonMark兩項標準互相補充，互為依托，構成一個完全分散的、真正開放的建筑設備自動化系統(tǒng)。

第三節(jié) 國內外技術未來發(fā)展趨勢 分析

最近幾年，新樓宇的興建已經將各種各樣的智能設備于 規(guī)劃 之初就已設計整體樓宇網絡數(shù)字化，整體的樓宇數(shù)字化概念已不是一個空談，經樓宇自動控制廠商的不斷研發(fā)更新，已經出現(xiàn)在建筑當中。這些廠商不但提供智能設備、樓宇自控子系統(tǒng)如門禁、閉路電視、電梯、空調暖通、安防、周界報警和消防等智能產品，也因為建筑業(yè)主集成度的要求越來越高，用以凈化環(huán)境，陶冶情趣的數(shù)字化景觀系統(tǒng)自動控制也加入樓宇自動控制的一環(huán)。

雖然這許許多多的智能產品正在導致樓宇子系統(tǒng)的逐漸更新，但真正的整體的樓宇數(shù)字化系統(tǒng)仍然少見。而評估樓宇數(shù)字化除了從系統(tǒng)集成來看，也可從監(jiān)控軟件的友善操作、子系統(tǒng)集成度來看外,亦可從遠程監(jiān)控及被控設備的智能程度來評估數(shù)字化的程度

1、監(jiān)控軟件數(shù)字化

監(jiān)控軟件數(shù)字化指針，可從軟件設計的友善操作程度及系統(tǒng)集成的靈活程度評估樓宇自動控制已經數(shù)字符化的程度。在軟件設計的友善操作程度，許多廠商開發(fā)圖像式的操作接口，使系統(tǒng)操作更方便更簡便了，例如JINCH TECH的BA智能化圖形控制系統(tǒng)(即MACS)采用友善的人機接口整合了完整監(jiān)控軟件，以電子地圖，動態(tài)圖標等各種圖像式操作取代文字式的操作方式，應用包括有大樓監(jiān)控系統(tǒng)、空調控制系統(tǒng)、門禁防盜系統(tǒng)、停車管制系統(tǒng)、影像監(jiān)控系統(tǒng)、電力管制系統(tǒng)及其它系統(tǒng),也可應用在各種樓宇的智能辦公、大樓監(jiān)控、智能通訊傳輸、智能消防、智能安保、門禁考勤、遠程監(jiān)控等。

在系統(tǒng)集成的靈活程度方面，MACS則采用前端資料收集器設置和修改控制程序，以分布式管理方式支持多個管理端，各管理端亦可以權限安全管理設定控制各個不同的子系統(tǒng)，透過各管理端控制各系統(tǒng)間的聯(lián)動，聯(lián)動的設計則可自行編輯事件聯(lián)動的條件讓系統(tǒng)自動執(zhí)行聯(lián)動不需要人工操作，并且可設定定時條件自動執(zhí)行固定時間的聯(lián)動事件。

2、遠程監(jiān)控數(shù)字化

基于網際網絡的樓宇設備遠程監(jiān)控方式采用Internet來實現(xiàn)信息交互、綜合與共享，真正做到局域和遠程信息的實時監(jiān)控，除了資料資源的綜合共享也發(fā)展各式影像遠程監(jiān)控，將全局事件快速的處理和一體化作業(yè)。將傳統(tǒng)的樓宇自動系統(tǒng)延伸到網際網絡上，管理監(jiān)控人員即可在千里之外也可以完成他的職責。因此遠程監(jiān)控數(shù)字化在樓宇自動化的發(fā)展中是當前必備的功能之一，不但可以完成監(jiān)控職責，而且更增添了更多的便利性，例如采用MACS的物業(yè)管理人員可以通過網際網絡可以持續(xù)了解樓宇的運轉情況、可控制電力燈光設備、遠程影像可實時了解安保狀況，立即采取措施避免事故發(fā)生，更可達到節(jié)能節(jié)約減少運行管理費用。因此遠程監(jiān)控數(shù)字化代表著樓宇自動化的發(fā)展方向。

3、被控設備數(shù)字化

樓宇自動化隨即影響著所控制設備的智能化，樓宇自動控制的設備，若未能相對的具備智能化功能，樓宇自動控制的機能則發(fā)揮的有限，因此智能化設備因應而生，與樓宇自動控制系統(tǒng)結合，發(fā)展出更高效能的樓宇自動控制機能。例如:如照明、電梯等透過特別設計，除了可透過系統(tǒng)控制節(jié)約外，被控的照明與電梯等采用先進的節(jié)電技術，亦可獲得良好的節(jié)電節(jié)能效果，可以大比例地減少樓宇的能耗。

智能建筑的發(fā)展是科學技術和經濟水平的綜合體現(xiàn)，它已成為一個國家、地區(qū)和城市現(xiàn)代化水平的重要標志之一。在我國步入信息社會和國內外在加速建筑信息高速公路的今天，智能建筑變成為城市中的“信息島”或“信息單元”，它是信息社會最重要的基本設施之一。

在我國，目前各級政府亦高度重視，在科研、資金和政策等方面積極地進行支持和引導，使智能建筑的發(fā)展朝著系統(tǒng)集成化、綜合化管理以及智能城市化方向，健康而規(guī)范化的方向發(fā)展。


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