BACnet和LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
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BACnet是Building Automation and Control Network 的簡稱，是一種為樓宇自控網(wǎng)絡(luò)制定的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。1995年6月，美國暖通空調(diào)工程師協(xié)會(huì)(American Society of Heating, Refrigeration, and Air-conditioning Engineers，ASHRAE)經(jīng)過8年半時(shí)間，正式通過全球首個(gè)樓宇自控行業(yè)通訊標(biāo)準(zhǔn)——BACnet。同年12月成為美國國家標(biāo)準(zhǔn)，并且還得到歐盟委員會(huì)的承認(rèn)，成為歐盟標(biāo)準(zhǔn)草案。
BACnet是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通訊和數(shù)據(jù)交換協(xié)議。各廠家按照這一協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)與樓宇自控網(wǎng)兼容的控制器與接口，最終達(dá)到不同廠家生產(chǎn)的控制器都可以相互交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)互操作性。根據(jù) 2005 年的資料，目前世界上已有數(shù)百家國際知名的廠家支持 BACnet ，其中包括樓宇自控系統(tǒng)廠家、消防系統(tǒng)廠家、冷凍機(jī)廠家、配電照明系統(tǒng)廠家和安保系統(tǒng)廠家等。
BACnet協(xié)議采用符合OSI（Open System Interconnection，開放式系統(tǒng)互聯(lián)）模型的分層體系結(jié)構(gòu)，由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成。BACnet考慮到樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)的環(huán)境和控制要求，在確定通信體系所劃分的層數(shù)時(shí)，去掉OSI七層模型中的表示層、會(huì)話層和傳輸層，構(gòu)成了一個(gè)包含四個(gè)層次的分層體系結(jié)構(gòu)，這四個(gè)層次與OSI模型中的層次對(duì)應(yīng)關(guān)系(如表1所示)。
在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層提供了可供選項(xiàng)的范圍，允許根據(jù)需要進(jìn)行選擇AREnet為令牌總線網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸速率2.5-20Mbps,有良好的實(shí)時(shí)性。MS/TP(Master-Slave/Token Ring Passing)是一種主從/令牌傳遞數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)，允許使用便宜的EIA-485硬件，而PTP(peer-to-peer)通信機(jī)制聯(lián)絡(luò)(如利用電話線撥號(hào)連接)通過使用EIA-232信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，PTP包括數(shù)據(jù)連接建立、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)連接終止三部分。
表1 BAC net協(xié)議與OSI模型的相應(yīng)層
2. LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)
LonWorks由美國Echelon公司于20世紀(jì)90年代初期開發(fā)出來，是一種完全分散控制的局部操作網(wǎng)技術(shù)。目前，已為數(shù)千家控制工程公司采用，樓宇自控行業(yè)中的巨頭們已經(jīng)加入到這個(gè)行列之中，正在生產(chǎn)和開發(fā)基于LonWorks通信技術(shù)的產(chǎn)品。
LonWorks網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由神經(jīng)元芯片、收發(fā)器、固件和I／O接口電路組成。神經(jīng)元芯片是這種智能節(jié)點(diǎn)的核心，它由媒體訪問控制處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器和應(yīng)用處理器組成，這就使得節(jié)點(diǎn)既能管理網(wǎng)絡(luò)通信，又具有控制功能。
芯片附有固件，該固件實(shí)現(xiàn)LonTalk通信協(xié)議和所有的任務(wù)調(diào)度。LonTalk協(xié)議遵循世界標(biāo)準(zhǔn)組織（International Organization for Standardization，ISO）提出的開放式互聯(lián)參考模型OSI，具有完整的七層協(xié)議，管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通信，分配節(jié)點(diǎn)地址，運(yùn)行內(nèi)含的沖突檢測(cè)／回避算法，控制物理的／電氣的連接等。LonTalk協(xié)議對(duì)應(yīng)于OSI參考模型各相應(yīng)層所提供的服務(wù)見表2。在鏈路層，采用了可預(yù)測(cè)的CSMA算法：每個(gè)發(fā)送出的包都含有接收節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須向發(fā)送節(jié)點(diǎn)的回發(fā)應(yīng)答幀，這使得50％或更多的待發(fā)包成為可以預(yù)測(cè)的。由于能夠預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷，就可根據(jù)通信流量的多少動(dòng)態(tài)地改變介質(zhì)存取時(shí)延；而且還提供了一種優(yōu)先權(quán)選擇，使得具有高優(yōu)先權(quán)的數(shù)據(jù)幀可在沒有競(jìng)爭的條件下進(jìn)行傳送，這就使整個(gè)系統(tǒng)無論在輕載下還是在重載下都處于優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)，保證了控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性要求。在頂層，采用了“網(wǎng)絡(luò)變量”作為用戶的應(yīng)用程序接口。這是一種面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，它使應(yīng)用程序中的網(wǎng)絡(luò)通信程序變成了一種簡單的參數(shù)設(shè)置，極大地方便了每個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用程序與整個(gè)系統(tǒng)的信息交換：用戶只需要定義網(wǎng)絡(luò)變量并對(duì)將要實(shí)現(xiàn)通信的節(jié)點(diǎn)中的網(wǎng)絡(luò)變量進(jìn)行邏輯連續(xù)連接就可以了。
表2 LonTalk 7層協(xié)議
LonWorks網(wǎng)絡(luò)，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(yīng)的收發(fā)器。這使得同一網(wǎng)絡(luò)中的信號(hào)可以在不同的媒體之間傳輸，因而可以根據(jù)需要組網(wǎng)，不同媒體之間以路由器進(jìn)行連接。在多種媒體使用的收發(fā)器中，特別值得一提的是電力線收發(fā)器。利用電力線載波傳輸網(wǎng)絡(luò)信息是一個(gè)很好的設(shè)想，然而只有采用特殊的通信技術(shù)才能使其成為現(xiàn)實(shí)，因?yàn)殡娏€信道特性變化大、干擾強(qiáng)，無法實(shí)現(xiàn)可靠的信息傳輸。為此，Echelon公司采用擴(kuò)頻傳送技術(shù)，成功地實(shí)現(xiàn)了數(shù)百米到數(shù)千米距離內(nèi)的可靠通信，傳輸速率達(dá)10kbps。
如上所述，Neuron芯片除了具有控制功能之外，還帶有媒體訪問控制處理器和網(wǎng)絡(luò)處理，并且LonTalk協(xié)議固化在芯片的ROM中，這就使得LonWorks的微型節(jié)點(diǎn)無需中央主機(jī)參與，就可以進(jìn)行相互通信，從而實(shí)現(xiàn)了無中心結(jié)構(gòu)的完全分散式控制模式，將控制功能分散到了現(xiàn)場(chǎng)級(jí)儀表。當(dāng)然，在這種無中心結(jié)構(gòu)達(dá)到網(wǎng)絡(luò)中，如果用戶需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行“集中管理”，又可方便地在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計(jì)一個(gè)或多個(gè)由PC機(jī)或其他計(jì)算機(jī)構(gòu)成的“網(wǎng)絡(luò)管理者”節(jié)點(diǎn)，通過它可以執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)管理功能，如定義新節(jié)點(diǎn)、更換舊節(jié)點(diǎn)等，也可以作為操作站運(yùn)行用戶的應(yīng)用程序，方便用戶管理與操作。
LonTalk是一個(gè)完全符合OSI模型的開放式通信協(xié)議，具有良好的互操作性，這使不同制造商生產(chǎn)的基于LonWorks技術(shù)的新一代智能通信產(chǎn)品能夠彼此合作，聯(lián)網(wǎng)工作。為避免眾多制造商以不同的含義來解釋LonWorks技術(shù)，保證他們的產(chǎn)品能夠方便地集成到一起，以便構(gòu)成一個(gè)真正開放的系統(tǒng)，還建立了LonWorks互操作協(xié)會(huì)，制定了LonWorks標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)已成為事實(shí)上的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，按此標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的產(chǎn)品都有一個(gè)LonMark商標(biāo)，這個(gè)標(biāo)志表明該產(chǎn)品經(jīng)過了LonMark測(cè)試并且合格，帶有了產(chǎn)品的互操作性，這樣，LonWorks技術(shù)就使互操作性變成了一個(gè)即插即用的具體手段，正如購買家用電器時(shí)，不必懷疑它的電壓等級(jí)是否能夠與住宅內(nèi)的電壓等級(jí)相匹配一樣。這就使來自不同供應(yīng)商的不同產(chǎn)品能夠集成到一起，形成一個(gè)真正開放式的系統(tǒng)，以利于整座建筑物的維護(hù)、擴(kuò)展、更新和原有工程的升級(jí)改造。
評(píng)論