第5章智能化建筑内控制信号网络.ppt

1、第第5 5章章 智能化建筑内控制信号网络智能化建筑内控制信号网络 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.1 控制信号网络传输特征5.1.1 噪声和抗干扰5.1.2 模拟控制信号传输方式5.1.3 数字控制信号传输方式5.2 BACnet网络协议5.2.1 BACnet的服务对象5.2.2 BACnet的体系结构5.2.3 BACnet的物理层和数据链路层协议5.3现场总线5.3.1 现场总线基本概念5.3.2 LonWorks总线5.3.3 CAN总线5.3.4 Modbus总线 本章导读 智能化建筑内的控制信号传输网有别于一般的信息网。本章首先就控制信号传输特征、控制信号传输的噪声和抗干扰、

2、控制信号传输的方式等基本问题进行了讨论。其次，对当前主流的控制信号传输网络协议体系和现场总线技术进行了介绍，内容包括BACnet标准、LonWorks总线、CAN总线、Modbus总线等。第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.1 5.1 控制信号网络传输特征控制信号网络传输特征 第5章 智能化建筑内控制信号网络 楼宇自动化系统（楼宇自动化系统（Building Automation System，BAS）是自动控制技术应用的一个分支，它的发展是随着自动控制技术的不断进步和完善而日趋成熟。随着现场总线技术FCS在工业控制领域的日趋成熟，FCS也被应用于BAS。BAS的技术目的：的技术目的：从技术

3、和应用角度，无论是BACnet通信协议还是Lonworks技术，都是追求开放的通信接口开放的通信接口和高速、可靠的高速、可靠的信息传输信息传输，以便及时地获取更多的信息从而对建筑设备进以便及时地获取更多的信息从而对建筑设备进行全面的监控与管理行全面的监控与管理。BAS的相关技术方法：的相关技术方法：同时数据库技术、多媒体技术数据库技术、多媒体技术等的发展是BAS在数据处理分析方面日益增强，人机界面人机界面更加友好从而为建筑物设备提供更为强大的控制与管理平台。5.1 5.1 控制信号网络传输特征控制信号网络传输特征 第5章 智能化建筑内控制信号网络 BAS的发展：的发展：随着工业以太网工业以太网

4、、基于基于WEB的控制方式的控制方式等新技术的涌现以及人们对节能管理节能管理、数据分析挖掘数据分析挖掘等高端需求的深化，BAS仍然在一个不断的自我完善与发展之中。对对BAS的相关讨论的相关讨论：BAS最为重要的含义在于不仅仅是某一台或者某一部分设备的自动化，而是放眼于整个系统，能够有效的把所有设备的信息整合起来，形成一个控制网络。因此因此BAS系统中系统中的通信显得尤为重要的通信显得尤为重要。5.1 5.1 控制信号网络传输特征控制信号网络传输特征 第5章 智能化建筑内控制信号网络 两种典型的网络结构在两种典型的网络结构在BAS中的应用：中的应用：（1）典型的两层网络架构：）典型的两层网络架构

5、：这种架构包括两层，下层是现场控制网络层现场控制网络层，作用是完成设备的实时控制；上层是信息管理层网络信息管理层网络；两层网络之间通过通信控制器连接。这种架构是现在大多数BAS采用的架构，例如Lonworks现场总线技术。（2）三层网络结构的）三层网络结构的BAS三层网络结构在上层的以太网网络和下层的现场总线网络层之间增加了中间层控制网络。这个中间层网络连接大型通用控制器，用于完成较为复杂的控制功能。5.1 5.1 控制信号网络传输特征控制信号网络传输特征 第5章 智能化建筑内控制信号网络 图5-1三层网络结构的BAS 5.1 5.1 控制信号网络传输特征控制信号网络传输特征 第5章 智能化建

6、筑内控制信号网络 在BAS产品的设计、开发过程中，越来越多的厂商在上层协议方面更多的倾向于遵循开放性的开放性的BACnet标准。BAS网络可以分为控制网络架构和信息网络架构。在控制网络架构层面上分布了若干被监控的弱电子系统。目前用户对系统集成的要求越来越高，也越来越迫切。各弱电子系统来自不同厂商的产品，为了使这些产品可以集成到一个平台下，需要一个开放的通信协议。BACnet就是这样一个标准。5.1 5.1 控制信号网络传输特征控制信号网络传输特征 第5章 智能化建筑内控制信号网络 BACnet是各设备厂商遵守的协议是各设备厂商遵守的协议，是专门为楼宇控制制定的标准，它对DDC的数字/模拟量、输

7、入输出量都加以定义使其外部特性同一，目的是解决控制设备与被控设备间的通信问题，而与CPU的选择无关，对实现该标准的技术手段无任何要求，也就是说也就是说BACnet标准标准的应用对硬件不加以限制的应用对硬件不加以限制。但为了保证有效的互操作，BACnet不仅仅定义了通信过程，也定义了控制设备内不仅仅定义了通信过程，也定义了控制设备内部数据的格式部数据的格式。从实现的复杂程度来讲，BAC标准是比较复杂的通信协议，但针对某一个特定功能的控制设备不需要实现但针对某一个特定功能的控制设备不需要实现全部的全部的BACnet标准标准。5.1 5.1 控制信号网络传输特征控制信号网络传输特征 第5章 智能化建

8、筑内控制信号网络 随着总线技术的应用，在底层技术上各个厂商广泛应用Lonworks技术。楼宇自动化是对智能建筑内所有的动力设备、楼宇设备进行自动监测和控制的系统，它通常是由中央管理站、通信控制器、DDC、传感器和执行器等组成的分散式控制系统，也是一个开放的网络通信系统。BACnet定义的是设备的外部特性，而定义的是设备的外部特性，而LonWorks定义的定义的是控制器内部的指令集是控制器内部的指令集。Lonworks的核心内容是Lonworks通信协议，各种产品只要严格按照Lonworks协议操作并通过Lonworks认证，原则上都可以实现互通、互操作，而不受来自不同厂家生产的影响。LonWo

9、rksLonWorks技术技术 5.1.1 5.1.1 噪声和抗干扰噪声和抗干扰 在理想情况下，一个系统的性能仅由系统得结构来决定。然而在许多场合，系统却达不到额定的性能指标，有的甚至不能正常工作。究其原因常常是噪声干扰造成的。所谓噪声是指系统中出现的非期望电信号。噪声对系统产生的不良影响称之为干扰。在检测系统中，噪声干扰会使测量指示产生误差；在控制系统中，噪声干扰可能导致误操作。第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.1 5.1 控制信号网络传输特征控制信号网络传输特征 串模干扰和共模干扰串模干扰和共模干扰 第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.1 5.1 控制信号网络传输特征控制信号网络传输

10、特征 5.1.1 5.1.1 噪声和抗干扰噪声和抗干扰图5-2 串模干扰和共模干扰 串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声，它串联在信号源回路中，与被测信号相加输入系统。共模干扰是指系统的两个信号输入端上所共有的干扰电压，也称为共态干扰。5.1.2 5.1.2 模拟控制信号传输方式模拟控制信号传输方式 1 1、模、模拟量的采集量的采集模拟量的采集是通过模拟量输入通道经滤波、采样、量化、编码后输入现场控制器的过程。2 2、模、模拟量的量的输出出 模拟量的输出通道时楼宇自控系统实现控制输出的关键，通过输出通道，把把计算机算机输出的数字信号通出的数字信号通过D/AD/A转换成模成模拟信号来信号来驱动

11、相相应的的执行机构行机构。模拟量的输出可为电压信号，也可为电流信号。工业上的标准信号范围是05V，15V，010mA和420mA等。一般电压信号实现简单，但是容易受到地电平等干扰，不适宜远距离传输；电流不易受到噪声的干扰，比较适合远距离传输，不过在接收端需要变换为电压信号。第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.1 5.1 控制信号网络传输特征控制信号网络传输特征 5.1.3 5.1.3 数字控制信号传输方式数字控制信号传输方式 现场控制器数字量的采集和输出现场控制器数字量的采集和输出第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.1 5.1 控制信号网络传输特征控制信号网络传输特征 数字量的采集主要是对

12、开关状态量通过数字量输入通道送到现场控制器现场控制器的传递过程，输入的通道包括调理调理电路、输入缓冲器和地址译码电路、输入缓冲器和地址译码。数字量信号的输出是指由控制器控制器CPUCPU发出控制信号，对现场的控制元件进行驱动。数字量的输出由输出锁存器、输出驱动电路及输出口地址译码电路组成。测控系统的公共数字传输通道称为总线总线，有片内总线、仪表内部总线和仪表外部总线之分。注意：这部分是针对现场控制器而言注意：这部分是针对现场控制器而言5.1.3 5.1.3 数字控制信号传输方式数字控制信号传输方式 1 1、基、基带传输和和调制制传输对数字信号不加调制，以其基本形式进行的传输，称之为基带传输。对

13、于更远距离的数据传输，由于噪声的影响，基带传输已无能为力，因此需要采用对基带信号加以调制的方法来进行传输。这一过程涉及到调制和解调,关键设备是调制解调器。2 2、并行、并行传输和串行和串行传输将并行数据通将并行数据通过某种机制某种机制转换为串行数据串行数据，经由通信介质逐位发送出去，而在接收方通过某种机制将串行数据恢复为并行数据的串行通信方式，可以大量地节约电缆导线。第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.1 5.1 控制信号网络传输特征控制信号网络传输特征 5.2 5.2 BACnetBACnet网络协议网络协议 第5章 智能化建筑内控制信号网络 针对楼宇自控系统用户的上述普遍需求，也为了促进

14、楼宇自控系统走上健康、稳定、持续发展的道路，美国采暖、美国采暖、制冷和空调工程师协会制冷和空调工程师协会ASHRAEASHRAE(American Society of Heating,Refrigerating and Air-Conditioning Engineers)专门研究制定一个BAS系统生产商和用户都能普遍接受的技术标准。要求这个标准技术先进、真正开放、易于扩展，并且容易实现。ASHARE于1995年6月正式制定和发布了世界上第一个楼宇自动控制系统技术标准BACnetBACnet。它符合当今世界开放、互联、共享、合作开放、互联、共享、合作的技术发展趋势，代表着21世纪智能建筑中B

15、AS系统的主流技术和发展方向。5.2.1 5.2.1 BACnetBACnet的服务对象的服务对象第5章 智能化建筑内控制信号网络 在楼宇自控系统中，各种设备之间如果要进行数据交换，为了能够实现设备的互操作，所交换的数据所交换的数据必须使用一种所有设备都能理解的”共同语言“。BACnet的最为成功之处在于采用了面向对象的技术，定义了一组具有属性的对象（对象（ObjectObject）来表示任意的楼宇自控来表示任意的楼宇自控设备的功能设备的功能，从而提供了一种标准的表示楼宇自控设备的方式。在BACnet中，所谓对象就是在网路设备之间传输的一组数所谓对象就是在网路设备之间传输的一组数据数据结构据数

16、据结构，对象的属性就是数据结构中的信息，设备可以从数据结构中读取信息，可以向数据结构写入信息，这些就是对对象属性的操作。5.2.1 5.2.1 BACnetBACnet的服务对象（的服务对象（1 1）第5章 智能化建筑内控制信号网络 5.2 5.2 BACnetBACnet网络协议网络协议 对象名称应用实例模拟输入模拟输入 Analog InputAnalog Input传感器输入传感器输入模拟输出模拟输出 Analog OutputAnalog Output控制输出控制输出模拟值模拟值 Analog ValueAnalog Value设定点或其它模拟控制系统参数设定点或其它模拟控制系统参数数字输入数字输入 Binary InputBinary Input开关输入开关输入数字输出数字输出 Binary OutputBinary Output继电器输出继电器输出数字值数字值 Binary ValueBinary Value数字控制系统参数数字控制系统参数时序表时序表 CalendarCalendar为按事件执行程序定义的日期列表为按事件执行程序定义的日期列表命令命令 CommandCom