現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在樓宇自動(dòng)化系統中的應用

1 BAS 概述
1.1 BAS 含義
樓宇自動(dòng)化系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“BAS 系統”）是智能建筑的重要組成部分，是通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )系統、綜合布線(xiàn)系統、集成化系統等，控制建筑物的照明，空調通風(fēng)，給排水，變配電，安防等設備，是一個(gè)既復雜又綜合的系統。
1.2 BAS 領(lǐng)域的幾種現場(chǎng)總線(xiàn)
目前，用于BAS 系統的現場(chǎng)總線(xiàn)主要有以下幾種：分別為LonWorks、BACnet、CAN，EIB 和Profibus 等。
2 各種現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)分析
2.1 LonWorks
LonWorks 技術(shù)是廣泛應用于BAS 系統中。在供配電系統、空調系統、熱源系統尤為突出。LonWorks 主要具備優(yōu)勢：
⑴兼容性強?？梢酝ㄟ^(guò)通信電纜、網(wǎng)線(xiàn)、電線(xiàn)、光纜以及無(wú)線(xiàn)的方式進(jìn)行傳輸。
⑵拓撲方式自由，可自主組合。主要包括樹(shù)型、總線(xiàn)型、星型等多種連接方式。
⑶方便操作，任一節點(diǎn)都可進(jìn)行管理。網(wǎng)絡(luò )中各節點(diǎn)的權限相同，管理員可在任一節點(diǎn)對系統進(jìn)行控制和管理。
⑷方便維護及管理。LonTalk 協(xié)議是LonWorks 的核心部分，其固化于Neuron 芯片中，免去開(kāi)發(fā)的時(shí)間。
⑸采用熟悉的編程程序。LonWorks 采用熟悉的Neuron C 語(yǔ)言，方便程序員的編制和開(kāi)發(fā)。
LonWorks 的缺點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：
⑴時(shí)效性不強。
⑵數據流處理能力不強。
⑶系統較封閉。
2.2 CAN 總線(xiàn)
CAN 總線(xiàn)初是德國Bosch 公司為汽車(chē)監控控制系統設計提出的，現在它已經(jīng)成為一種標準，在電力、石化、空調、建筑等行業(yè)均有應用。
CAN 的優(yōu)點(diǎn)是：
⑴采用8 字節的短幀傳送。
⑵具有多種錯誤校驗方式。
⑶采用無(wú)損壞的仲裁技術(shù)。
⑷CAN 芯片不但價(jià)格低而且供應商多。
CAN 的缺點(diǎn)是：
⑴CAN 總線(xiàn)容量較小，多可掛接110 個(gè)節點(diǎn)。
⑵CAN 總線(xiàn)技術(shù)比較簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)難度較低。
2.3 Profibus 總線(xiàn)
Profibus 是上具有較大影響的總線(xiàn)標準之一，其產(chǎn)品已被普遍接受。
Profibus 由Profibu-FMS，Profibus-DP 及Profibus-PA 三部分組成。其中，FMS 主要用于非控制信息的傳輸，適用于紡織、樓宇自動(dòng)化、可編程控制器、低壓開(kāi)關(guān)等：PA 主要用于過(guò)程自動(dòng)化的信號采集及控制；DP 是制造業(yè)自動(dòng)化主要應用的協(xié)議內容，是滿(mǎn)足用戶(hù)快速通信的方案，其傳輸速度為12Mbit/s，適用于分散外設間的高速數據傳輸。
Profibus-DP 使用ISO/ OSI 模型中物理層、鏈路層和用戶(hù)層接口，第3 層到第7 層都未加描述。這種體型結構確保了數據傳輸的快速和有效進(jìn)行，使得Profibus-DP 適于現場(chǎng)級的高速數據傳輸。
Profibus-FMS 對第1，2 和7 層均加以定義，包含了應用協(xié)議并向用戶(hù)提供了可廣泛選用的強有力的通訊服務(wù)。Profibus-DP 和Profibus-FMS 使用相同的傳輸技術(shù)和總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議，因而兩套系統可以在同一根電纜上操作。Profibus-PA 數據傳輸采用擴展的Profibus-DP協(xié)議，能夠滿(mǎn)足過(guò)程工業(yè)安全的要求使用分段式藕合器可將Profibus-PA 設備方便地集成到Profibus-DP 網(wǎng)絡(luò )。
Profibus 的優(yōu)點(diǎn)：
⑴自由的拓撲方式。Profibus 支持樹(shù)型、線(xiàn)型和環(huán)形的連接方式。
⑵傳輸容量大。Profibus 總線(xiàn)上每段可連接32 個(gè)站點(diǎn)，如果使用中繼器的情況，即可達到126 個(gè)站點(diǎn)。
⑶傳輸距離長(cháng)。
⑷傳輸速度快。
Profibus 的缺點(diǎn)：
⑴傳輸流量有限。每幀的有效字節不超過(guò)246 個(gè)。
⑵協(xié)議復雜，開(kāi)發(fā)難度和費用較高。
2.4 三種不同的現場(chǎng)總線(xiàn)性能對比
通過(guò)OSI 網(wǎng)絡(luò )層次、介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制方式、通信介質(zhì)、速率、大節點(diǎn)數、拓撲網(wǎng)絡(luò )、開(kāi)發(fā)成本和工作方式等方面，分析LonWorks、CAN 總線(xiàn)以及Profibus 在工程中的應用情況。

表1 現場(chǎng)總線(xiàn)性能比較

圖1 小區安防系統結構圖
3 基于LonWorks 在安防中的設計
3.1 安防節點(diǎn)的設計
智能建筑系統中的安全防范系統結構如圖1 所示。該系統為分布式智能控制系統，可在任一節點(diǎn)進(jìn)行調整，通過(guò)LonWorks 總線(xiàn)將各節點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)。
入侵報警系統作為小區的首條防線(xiàn)，在小區圍護裝置上設置紅外對射探測器，在有人員或者物品進(jìn)入該區域時(shí)，能及時(shí)進(jìn)行報警。同時(shí)，前端設備具備防破壞報警功能，以防不法分子進(jìn)行惡意破壞，試圖入侵該小區。入侵報警系統前端設備具有定位功能，當前端設備報警時(shí)，可在控制室通過(guò)系統操作，及時(shí)分析緊急情況，并聯(lián)動(dòng)視頻監控系統對入侵區域進(jìn)行監控。
家庭的安防是安全防護的第二道防線(xiàn)，在家庭內部設置安防節點(diǎn)，連接各種探測器進(jìn)行安防探測。在LonWorks 智能節點(diǎn)與探測器的連接中，可以采用總線(xiàn)制的方式進(jìn)行連接，通過(guò)對報警設備的編碼進(jìn)行報警設備的識別。
出入口控制系統：在小區的出入口、停車(chē)場(chǎng)出入口正常都設置道閘，如出現非法操作時(shí)，可在控制室及時(shí)了解情況，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)電等方式通知安保人員。
玻璃破碎探測器：主要安裝于住戶(hù)的窗戶(hù)，玻璃門(mén)等地方，通過(guò)玻璃破摔聲音的震動(dòng)信號引發(fā)傳感器的動(dòng)作，同時(shí)把報警信號傳輸到系統控制中心。
紅外探測器和紅外/ 微波雙鑒器：用十區域防護，通常安裝在房間和主要通道的墻上或大花板上。當有人非法侵入后，紅外探測器通過(guò)探測到人體的溫度來(lái)確定有人非法侵入，紅外/ 微波雙鑒器探測到人體的溫度和移動(dòng)來(lái)確定有人非法侵入，并將探測到的信號傳輸給報警控制主機進(jìn)報警。管理人員也可以通過(guò)程序來(lái)設定紅外探測器和紅外/ 微波雙鑒器的等級和靈敏度。
緊急呼救按鈕：主要安裝在人員流動(dòng)比較多的位置或家庭內部，以便在遇到意外情況時(shí)可按下緊急呼救按鈕向保安部門(mén)或其他人進(jìn)行緊急呼救報警。
報警揚聲器和警鈴：安裝在易于被聽(tīng)到的位置，在探測器探測到意外情況并發(fā)出報警時(shí)，報警探測器能通過(guò)報警揚聲器和警鈴來(lái)發(fā)出報警聲。
報警指示燈：主要安裝在住戶(hù)大門(mén)外的墻上，當報警發(fā)生時(shí)，可讓來(lái)救援的保安人員通過(guò)報警指示燈的閃爍迅速找到報戶(hù)。
3.2 安防節點(diǎn)的功能
每個(gè)家庭設置一個(gè)安放節點(diǎn)，通過(guò)LonWorks 總線(xiàn)與控制網(wǎng)絡(luò )相連接?？刂凭W(wǎng)絡(luò )通過(guò)對每個(gè)節點(diǎn)進(jìn)行編碼，使得每個(gè)節點(diǎn)具有的編碼，從而方便識別與控制。通過(guò)控制室的操作，可任意切換布防和撤防的狀態(tài)、同時(shí)每個(gè)節點(diǎn)具有復位功能。甚至于可以對節點(diǎn)進(jìn)行編程，設置布放開(kāi)始時(shí)間和撤防時(shí)間、報警類(lèi)型(立即報警、延時(shí)報警或24 小時(shí)報警等)等功能。一旦家庭前端探測器探測到報警信號時(shí)，由傳感器將信號傳輸到前端控制器，控制器收到信號后，識別信號種類(lèi)，并把信號通過(guò)LonWorks 傳輸到控制中心，通過(guò)報警揚聲器或警鈴發(fā)送報警信號，同時(shí)通過(guò)入侵報警系統的主界面可識別報警位置。當布放成功時(shí)，該節點(diǎn)的指示燈應為紅色，而撤防狀態(tài)時(shí)，則節點(diǎn)指示燈為綠色。