楼宇自控系统典型产品及工程实例

楼宇自动化BuildingAutomationSystem主讲李炎锋2009年9月北京第4章楼宇自控系统典型产品及工程实例主流楼控厂家网络架构概述一般来讲，目前国内主流品牌BAS的网络架构形式受到不同公司所开发系统应用的网络传输协议的不同也存在各自的特色。在楼宇自动控制界没有出台统一标准的网络传输协议之前，各个楼宇自控设备厂商都在开发自己的私有网络传输协议。如霍尼韦尔公司的C-BUS协议等。各个公司发展私有协议的结果，在一定程度上限制了BAS系统向开放和通用的方向发展。为了改变这个局面，增加系统的开放性、通用性以及实现标准的统一，楼宇自控界，也做了大量的努力。于是也就形成了目前以LonWorks现场总线与BACNet协议为主，同时还有一些私有协议并存的局面。就网络的物理层面来讲，每家厂商大都是以局域网技术和RS485工业总线为基础来构建网络，但由于系统之间的差异，各个厂家又有不同的网络拓扑结构。从软件和传输协议方面来说，每个公司也有每个公司不同的软件系统以及相关的网络协议。举例来说:奥莱斯美国奥莱斯公司ALC(AUTOMATEDLOGICCORPORATION)采用的是WebCTRL系统。同时其通讯协议是BACnet协议。ALC的系统是比较完全的BACnet系统，在其网络结构中的两层中，都支持BACnet协议。艾顿美国艾顿公司ALERTON。采用的是BACtalk系统。其通讯协议也采用了BACnet协议。在管理层即第一层，艾顿公司的BACtalk系统支持BACnet/IP协议。在控制器网层即第二层，支持MS/TP主从/令牌网络。霍尼韦尔美国霍尼韦尔公司HONEYWELL。霍尼韦尔公司采用的是Excel5000系统。该系统在第一层网络的网络结构采用以太网，支持TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）协议。在第二层网络中，支持私有协议（ProprietaryCommunicationProtocols）的C-BUS总线，同时，在经过XCL5010拓展后同样可支持自由拓扑结构（LonWorks总线），或者在C-BUS上使用区域管理器Q7750与LonWorks总线相连。江森自控美国江森公司JOHNSONCONTROLS。江森自控公司目前的系统是Metasys系统。Metasys系统采用两级的网络结构，第一级为N1通信网络；第二级为支持私有N2协议的控制器层网络。两级网络之间通过网络控制器NCU实现相互通信。目前，江森自控公司也开发了适用于LonWorks总线的VE800系统，可以通过FTT10LonWorks总线扩展支持LonTalk协议的设备，另外具有支持第三方LonMark设备的能力。美国奥莱斯公司ALC的系统结构特点可以体现在以下两个层面ALC系统的开放性完全的BACnet协议WebCRL系统典型的BACnet协议的网络架构以网络结构来看WebCRL系统二层式的网络结构如下：图6-1ALC公司WebCRL系统的网络架构示意图管理层网(BACnet/IPandEthernet)管理层网支持BACnet/IP及BACnet/Ethernet通讯协议，可运行于大楼局域网、校园网或是互联网上。可运行于10/100Mbyte的网络速度。BACnet/IP通讯协议，允许BACnet数据以IP的形式在企业网内传输。如果将Ethernet看作是企业网的物理网络标准，则也可以认为IP是一种数据格式，数据被封装在IP包中在世界范围内的各种类型网络里进行传输。IP不仅仅应用于Internet，同时应用于在公司的企业网，万维网和虚拟网（VPNs）。以下是可运行于该层内具体设备。ME-LGR、LGR及LGE以上的设备属于路由控制器系列。LGE配有RJ45通讯接口支持10Mbyte的通讯速率，另支持一控制器层网络接口用于联接至控制器层网，负责其间路由功能。路由控制器LGR及ME-LGR具有LGE相同功能,但其具备10/100Mbyte自适应网络速度的网口。除此之外还具备通讯协议集成功能，可经由以太网、RS485或RS232接口和第三方设备进行通讯协议转换及集成。另外ME-LGR还配有扩展接口可连接带I/O点数的控制器扩展板，进行建筑物内的机电设备的监视及控制。WebPRTL为集成网关家族成员。配有RJ45通讯接口及10Mbyte的网络速度，具备通讯协议集成功能，可经由以太网、RS485或RS232接口和第三方设备进行通讯协议转换及集成。ALC针对工业通讯协议标准如Modbus、J-Bus、Lon等及各厂家私有通讯协议已开发完成各种不同型号的WebPRTL产品，有45种型号可供选择。WebCTRLServerALC提供的WebCTRL软件于安装及运行于服务器后，该服务器将支持BACnet/IP、BACnet/Ethernet的通讯协议可直接和系统其它控制器通讯，交换数据。而该服务器也同时将收到的相关系统数据转换成Web标准网页，以HTTP协议传送给支持浏览器操作(Client)的设备，如电脑、WAP、PDA、手机等。网络服务器WebCTRLServer软件，负责和系统中各控制器及网络工作站通讯及资料交换。SiteBuilder系统数据库架构工具，快速建立系统结构。Eikon图形编译程序工具，用于编写各设备控制程序。ViewBuilder及外挂于MSFrontpage的绘图组件用于动态图面设计，执行控制及数据显示。网络工作站支持网络浏览器的工作站，无需奥莱斯任何工作站软件。透过浏览器，提供全功能的图形操作接口，使用者管理，控制器记忆体下载，日程表管理，群组管理，趋势图，控制器管理，警报管理等等。控制器层网(BACnet/ARCnet)在路由器下支持主控制器网使用BACnet/ARCnet/EIA485（ElectronicIndustriesAssociation电子工业联合会）总线结构，支持BACnet/ARCnet以及BACnet/MS/TP通讯协议。ARCnet协议下网络速度为156Kbaud，MS/TP通讯协议下，网速为9600baud-76.8kbaud。可支持最多99台控制器。在这主控制器网上可支持以下三大类控制器以及现场操作显示器和各类现场传感器和执行器等。路由控制器LAC公司路由器的基本型具备以太网及现场控制网接口。以太网接口可联接至当今广泛使用的广域或区城网络即以太网(EthernetandTCP/IP)，在此网络中可直接及自动地和其它近端或远程的路由控制器及服务器进行通讯。现场控制器网络接口支持现场控制器网络，为一总线式结构(Bus)，在此网络上可联接不同I/O点数的直接数字控制器(DDC)。二合一复合型路由器另备有第三方协议集成通讯口，用于第三方机电设备数字通讯集成。三合一复合型路由器具有现场控制器处理能力，可连接带I/O点数的控制器，进行建筑物内的机电设备的监视及控制，是高效能的以太网应用型现场控制器。ME-Lines、M-Lines、MX-Lines及Mnx-Line具多样不同I/O点数组合的多应用型主控制器，ME-Lines及M-Lines是可支持扩展模块的控制器，MnX-Lines是不支持扩展的。可扩展的主控制器可支持5(或6)块的扩展板即MX-Lines，可提供带不同I/O点数组合的扩展板。因此根据所需组合及不同应用可组合成各式带不同点数的控制箱体，从小点数至大点数都可组成。一般常应用于大点数设备如制泠/热主机系统组、电力监视、灯光回路控制、电梯、消防、供水系统及其它一般型应用。控制器层网络接口支持开放通讯协议BACnet，可设置为156Kbps的ARCnet网络或9600-76.8Kbps的MS/TP网络。SE-Line具固定I/O点数组合，适合应用于空调箱设备控制用，不论是预泠、等风量或变风量空调箱。ZN-Line提供各种具不同固定I/O点数的单元控制器，适合应用于各式末端小型设备控制及变风量箱用。ALC网络系统设计及安装说明网络系统设备要求导线介质：镀锡铜线AWG22绝缘介质：泡沫橡胶（氟化乙丙稀）绞率：1绞/2英寸（平均5绞/英尺）屏蔽介质：铝制AWG24屏蔽线/聚酯薄膜电阻：15.2ohm/1000英尺电容：12.5pF/英尺特性电阻：100ohm重量：12磅/1000英尺使用温度：-40---150摄氏度耐压：300VAC认证：UL-NECCL2P控制器组网规则1、网段概念图6-2网段示意图2、穿越概念图6-3穿越示意图3、三种网络模型图表6-4第一类网络模型图表6-5第二类网络模型图表6-6第三类网络模型复合结构：使用REP485一端构建通讯总线，另一端进行网络分支发展4、网络设计应用图表图表6-7网络设计应用图表webctrl楼宇自控系统优势ALC所生产的WEBCTRL系统是一套结构简单、有效、功能强大的产品，可以满足楼宇自动控制和系统集成的需要，使楼宇控制及管理变的更有效率。产品是按照严格的工业技术标准，系统具有如下特点。结合IT技术，成就全功能互联网平台运做在市场上常见需要使用两台服务器，其中一台为系统服务器，另一台为网页服务器（WEBSERVER）的系统，大多是以数据嫁接方式实现的系统，这样的系统对浏览器提供的功能是非常有限的。主流开发语言JAVA，系统支持多操作系统软件及数据库格式WEBCTRL是一个基于JAVA语言设计而成的系统，而并不是只采用某一特定公司如MICROSOFT或INTEL标准而设计的。具同时多通讯协议支持WebCTRL是一个用于楼宇自控，可在工作站运行的人机接口套装软件，它具有支持多种标准及私有通信协议的能力。采用标准上位机资料共享接口越来越多的案例显示，楼宇自控系统信息需要和其他“企业大型主机”或“被批准第三方”的信息系统实现信息分享。开放标准的集成平台ALC是促进标准开放协议BACnet的先驱之一，致力于BACnet标准的应用，实现了整个系统有底层至顶层全部符合BACnet标准，为目前市场上具备最完整的BACnet标准产品的厂商之一。最佳化的能源管理精确可靠的控制实现舒适的空调环境在于精确而可靠的控制实现，而正确的控制程序编制是其成功的要件。ALC的图形编写程序工具-EIKON软件创造了一个环境把复杂的程序设计简化了，也避免了对复杂的计算机程序编码了解的过程。结构性强便于管理组织化的功能管理及显示ALC的系统具备强大及完善的功能如操作者管理、结构化的警报设定及管理、结构化的日程管理、群组管理、趋势图管理、设备状态及控制参数的管理、图形化程序的动态显示及独特的热敏楼层平面图等。ALC软件系统:ALC公司的软件系统由四个主要软件构成ALC/WebCTRL的软件系统数据库架构工具SiteBuilder图形化编程工具EICON图形界面设计工具ViewBuilder及外挂组件操作系统WebCTRLServer美国艾顿公司BACtalkBAS系统网络架构及组件的主要内容如下管理层1、EnvisionforBACtalk服务器和客户端2、WEBtalk图表6-8WEBtalk以Web形式发布BACtalk数据图表6-9艾顿系统网络结构示意图系统集成层1、MS/TP2、BACtalk模块化控制器设备名称设备类型可连接VLC数目支持网络类型网络传输速率是否可扩展模块BCMBCM-ETH模块化设计的网络控制器64BACnet以太网、一条BACnetMS/TP网络BACnetMS/TP9.6-76.8kbps否BCM-MS/TP模块化设计的网络控制器64一条BACnetMS/TP网络BACnetMS/TP9.6-76.8kbps否BTI/BTI100MS/TPLAN网络控制器65Internet、WAN、BACnetMS/TP,支持四条MS/TP网络BACnet以太网10/100Mbps、BACnetMS/TP9.6-76.8kbps否VLXMS/TPLAN网络控制器10BACnetMS/TP网络BACnet以太网10/100Mbps是。可扩展8个EXP模块，最多扩展176个I/O点表格6-1艾顿网络控制器比较图表6-