建筑弱電應用技術(shù)1計算機網(wǎng)絡和建筑智能化系統(tǒng)集成課件

1、建筑弱電應用技術(shù)課題1 計算機網(wǎng)絡與建筑智能化 系統(tǒng)集成主 編：喻建華 陳旭平副主編：沈永躍1課題1 計算機網(wǎng)絡與建筑智能系統(tǒng)集成1.1 計算機網(wǎng)絡概述 11.2 局域網(wǎng) 21.3 建筑智能化系統(tǒng)集成概述 31.4 管理網(wǎng)絡層 421.1 計算機網(wǎng)絡概述1.5 控制網(wǎng)絡層 51.6 現(xiàn)場網(wǎng)絡層 61.7 工程案例 7課題1 計算機網(wǎng)絡與建筑智能系統(tǒng)集成3【知識點】 計算機網(wǎng)絡概述;局域網(wǎng);建筑智能化系統(tǒng)集成概述;管理網(wǎng)絡層、控制網(wǎng)絡層以及現(xiàn)場網(wǎng)絡層。【能力目標】1.了解計算機網(wǎng)絡的組成與類型;2.了解建筑智能化系統(tǒng)集成的原則及方式;3.熟悉管理網(wǎng)絡層、控制網(wǎng)絡層以及現(xiàn)場網(wǎng)絡層的有關(guān)概念。課題1

2、 計算機網(wǎng)絡與建筑智能系統(tǒng)集成4 隨著科學技術(shù)的進步，計算機及其網(wǎng)絡技術(shù)以及現(xiàn)代控制技術(shù)得到了廣泛應用。它們在推動人類社會進步的同時，也改變著人們工作、學習和生活的方式，從而促使人們對社會的信息化、工作與生活的自動化、居住環(huán)境的舒適化與安全化的要求越來越高，并使智能建筑以及與之配套的建筑智能化系統(tǒng)得到飛速發(fā)展。 智能建筑的特征是復雜性、集成化、開放性和先進性。它將各種與信息相關(guān)的建筑設備通過建筑內(nèi)的網(wǎng)絡系統(tǒng)(綜合布線系統(tǒng))連接起來，并保持這些設備與建筑的協(xié)調(diào)，從而構(gòu)成舒適的信息化空間，以適應人們在信息社會中快節(jié)奏和開放性的需要。課題1 計算機網(wǎng)絡與建筑智能系統(tǒng)集成5 為了解決各個子系統(tǒng)之間以及

3、硬件設備之間的互連和互操作性問題，構(gòu)成智能建筑的各個子系統(tǒng)應具有開放式結(jié)構(gòu)，所采用的協(xié)議和接口都要標準化和規(guī)范化。也就是說，軟件與硬件的連接方式、交換信息的內(nèi)容和格式、子系統(tǒng)之間的互控和聯(lián)動功能、各子系統(tǒng)的擴展方法等方面都必須標準化和規(guī)范化，以便將各自分離的設備、功能和信息處理等集成到相互關(guān)聯(lián)、統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)之中，達到資源的充分共享，并實現(xiàn)集中和便利的管理，這就是智能建筑系統(tǒng)集成問題。課題1 計算機網(wǎng)絡與建筑智能系統(tǒng)集成61.1 計算機網(wǎng)絡概述 1.1.1 計算機網(wǎng)絡的含義 計算機網(wǎng)絡是由兩臺以上的計算機按照約定的協(xié)議，通過媒體連接而成的集合。 計算機網(wǎng)絡的功能非常廣泛，但概括起來有如下兩個

4、方面的基本功能： （1） 通信 即在計算機之間傳遞數(shù)據(jù)。這是計算機網(wǎng)絡最基本的功能，它使地理上分散的計算機能連接起來互相交換數(shù)據(jù)，就像電話網(wǎng)使得相隔兩地的人們互相通話一樣。 （2） 資源共享 包括硬件、軟件和信息資源的共享。這是計算機網(wǎng)絡最具吸引力的功能，它極大地擴充了單機的可用資源，并使獲得資源的費用大為降低、時間大為縮短。 在上述基本功能的基礎上可產(chǎn)生出許多其他的功能。71.1.2 計算機網(wǎng)絡的分類 （1） 按所用的通信手段可分為有線網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡、光纖網(wǎng)絡和人造衛(wèi)星網(wǎng)絡等。 （2） 按應用角度可分為專用網(wǎng)絡、公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡和綜合業(yè)務數(shù)據(jù)網(wǎng)絡（ISDN）等。 （3） 按網(wǎng)絡覆蓋范圍的大小可分

5、為局域網(wǎng)(LAN)、城域網(wǎng)（MAN)和廣域網(wǎng)（WAN)。局域網(wǎng)覆蓋范圍一般在10 km以內(nèi)，屬于一個部門或單位，不租用電信部門的線路；城域網(wǎng)的覆蓋范圍一般為一個城市或地區(qū)，從幾千米到上百千米；廣域網(wǎng)的覆蓋范圍更大，一般從幾十千米到幾百千米，可覆蓋一個地區(qū)、一個國家甚至全球。廣域網(wǎng)一般要租用電信部門的線路。1.1 計算機網(wǎng)絡概述81.1.3 計算機網(wǎng)絡的基本組成 計算機網(wǎng)絡是一個復雜的系統(tǒng)，不同的網(wǎng)絡組成不盡相同。但不論是簡單的網(wǎng)絡還是復雜的網(wǎng)絡，基本上都是由計算機與外部設備、網(wǎng)絡連接設備、傳輸介質(zhì)、網(wǎng)絡協(xié)議以及網(wǎng)絡軟件等組成。 （1） 計算機與外部設備 計算機網(wǎng)絡中的計算機包括主機、服務器、工

6、作站和客戶機等。計算機在網(wǎng)絡中的作用主要是處理數(shù)據(jù)。計算機外部設備包括終端、打印機、大容量存儲系統(tǒng)、電話等。1.1 計算機網(wǎng)絡概述9 （2） 網(wǎng)絡連接設備 網(wǎng)絡連接設備用來進行計算機之間的互聯(lián)并完成計算機之間的數(shù)據(jù)通信。它負責控制數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收或轉(zhuǎn)發(fā)，包括信號轉(zhuǎn)換、格式變換、路徑選擇、差錯檢測與恢復、通信管理與控制等。計算機網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡連接設備有很多種，主要包括網(wǎng)絡接口卡（NIC)、集線器(HUB)、路由器(Router)、網(wǎng)關(guān)（Gateway）等。此外,為了實現(xiàn)通信，調(diào)制解調(diào)器、多路復用器等也經(jīng)常在網(wǎng)絡中使用。1.1 計算機網(wǎng)絡概述10 （3） 傳輸介質(zhì) 計算機之間要實現(xiàn)通信,必須先用傳輸

7、介質(zhì)將它們連接起來。傳輸介質(zhì)構(gòu)成網(wǎng)絡中兩臺設備之間的物理通信線路，用于傳輸數(shù)據(jù)信號。網(wǎng)絡中的傳輸介質(zhì)一般分為有線和無線兩種。有線傳輸介質(zhì)是指利用電纜或光纜等來充當傳輸通路的傳輸介質(zhì)，包括同軸電纜、雙絞線、光纜等；無線傳輸介質(zhì)是指利用電波或光波等充當傳輸通路的傳輸介質(zhì)，包括微波、紅外線、激光等。1.1 計算機網(wǎng)絡概述11 （4） 網(wǎng)絡協(xié)議在計算機網(wǎng)絡技術(shù)中，一般把通信規(guī)程稱為協(xié)議(Protocol)。所謂協(xié)議，就是在設計網(wǎng)絡系統(tǒng)時預先作出的一系列約定(規(guī)則和標準)，數(shù)據(jù)通信必須完全遵照約定來進行。網(wǎng)絡協(xié)議是通信雙方共同遵守的一組通信規(guī)則，是計算機工作的基礎,如應按什么格式組織和傳輸數(shù)據(jù)，如何區(qū)分

8、不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)，傳輸過程中出現(xiàn)差錯時應如何處理等。現(xiàn)代網(wǎng)絡系統(tǒng)的協(xié)議大都采用層次型結(jié)構(gòu)，這樣就把一個復雜的網(wǎng)絡協(xié)議和通信過程分解為幾個簡單的協(xié)議和過程，同時也極大地促進了網(wǎng)絡協(xié)議的標準化。一般來說，網(wǎng)絡協(xié)議一部分由軟件實現(xiàn)，另一部分由硬件實現(xiàn)；一部分在主機中實現(xiàn)，另一部分在網(wǎng)絡連接設備中實現(xiàn)。1.1 計算機網(wǎng)絡概述121.1.4 TCP/IP協(xié)議TCPIP的原意為傳輸控制協(xié)議網(wǎng)際協(xié)議，它是Internet的基礎數(shù)據(jù)通信協(xié)議，也是用于多個網(wǎng)絡設備之間信息交換的基礎協(xié)議。其他一切在Internet上運行的網(wǎng)絡協(xié)議都必須在TCPIP的基礎上運行。TCPIP協(xié)議實際上是一個協(xié)議族，TCP和IP是其中最

9、著名的兩個協(xié)議，其他協(xié)議包括用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP)、互聯(lián)網(wǎng)控制報文協(xié)議(ICMP)以及地址解析協(xié)議(ARP)等。在TCPIP中定義了分組組成以及路由器怎樣將每個分組傳送到其目的地。連接到互聯(lián)網(wǎng)上的每臺計算機都必須遵守TCPIP協(xié)議的約定，運行TCPIP軟件，使用TCPIP格式，這樣才能在互聯(lián)網(wǎng)上通信，并且保證計算機收到的分組仍然是源端發(fā)送的TCPIP格式分組。1.1 計算機網(wǎng)絡概述131.1.5 網(wǎng)絡軟件同計算機一樣，網(wǎng)絡的工作也需要網(wǎng)絡軟件的控制。網(wǎng)絡軟件一方面控制網(wǎng)絡的工作，分配、管理網(wǎng)絡資源，協(xié)調(diào)用戶對網(wǎng)絡資源的訪問；另一方面則幫助用戶更容易地使用網(wǎng)絡，完成網(wǎng)絡協(xié)議規(guī)定的功能。1.1

10、計算機網(wǎng)絡概述141.2.1 局域網(wǎng)(LAN)的組成與分類 局域網(wǎng)的組成包括硬件和軟件兩大部分，如表1.1所示。1.2 局域網(wǎng)表1.1 局域網(wǎng)的組成15圖1.1所示是一個最簡單的辦公室局域網(wǎng)的構(gòu)成。 圖1.1 一個簡單網(wǎng)絡的構(gòu)成 1.2 局域網(wǎng)16由于圖中的計算機相互間均為平等關(guān)系，不存在特殊地位的計算機，因此它是對等網(wǎng)。如果在網(wǎng)絡中為了集中統(tǒng)一地管理所有的用戶，專門設置一臺(或幾臺)具有管理作用的特殊計算機，稱為服務器，其他的計算機須聽命于該服務器。網(wǎng)絡中的用戶資料和資源的訪問控制等數(shù)據(jù)都保存在該服務器上。其他計算機需先登錄到服務器上，只有經(jīng)過服務器驗證和允許后，才能獲得網(wǎng)絡中的功能(網(wǎng)絡所

11、提供的服務)，即成為服務器的客戶，這些計算機稱為客戶機。這種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡稱為客戶服務器網(wǎng)絡(Client/Server，簡寫為CS)。1.2 局域網(wǎng)17此外，還有一種基于服務器的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。例如，在Internet中，用戶用瀏覽器訪問或近或遠的Web站點服務器。其關(guān)系也類似于客戶服務器結(jié)構(gòu)，只是服務器所管理的對象的要求要簡單些。服務器(Sever)只需向網(wǎng)頁瀏覽者(Browse用戶)提供網(wǎng)頁(一種文件格式的內(nèi)容)即可，不需要對用戶開放服務器的其他資源，如打印機、文件夾或為訪問的用戶建立的數(shù)據(jù)庫等。而用戶端對一般用戶也不進行身份認證，只要安裝瀏覽器即可訪問。這種結(jié)構(gòu)稱為“Web瀏覽”(BS結(jié)構(gòu))。要

12、構(gòu)建這類網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，可以用UNIX(Linux)或Windows服務器等作為網(wǎng)站服務器，普通用戶只要安裝微軟公司的IE瀏覽器，再加上接入到Internet的通信線路即可，使用起來極為簡單。1.2 局域網(wǎng)181.2.2 局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu) 拓撲結(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡站點間互聯(lián)的方式，也指網(wǎng)絡形狀。局域網(wǎng)常見的拓撲結(jié)構(gòu)有星形、環(huán)形、總線形和樹形等，如圖1.2所示。其中樹形拓撲結(jié)構(gòu)是總線形拓撲結(jié)構(gòu)的一般化，或者說總線形是樹形拓撲結(jié)構(gòu)的特例。目前局域網(wǎng)中廣泛應用的是星形拓撲結(jié)構(gòu)。1.2 局域網(wǎng)19圖1.2 網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)（a）星形;（b）總線形;（c）環(huán)形;（d）樹形;（e）網(wǎng)形 1.2 局域網(wǎng)20局域網(wǎng)常見的拓撲結(jié)

13、構(gòu)如表1.2所示。表1.2 局域網(wǎng)常見的拓撲結(jié)構(gòu)1.2 局域網(wǎng)211.2.3 網(wǎng)絡互聯(lián)設備 常用的局域網(wǎng)的互聯(lián)設備有中繼器、集線器、交換機、路由器和網(wǎng)關(guān)。 （1） 中繼器(Repeater)中繼器又稱重發(fā)器,它實質(zhì)上是數(shù)字信號的再生放大器，用于將通信電纜上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號經(jīng)過放大和整形后，再發(fā)送到其他電纜段上。因此，使用中繼器擴展的網(wǎng)絡，不管范圍增加多大，該網(wǎng)絡在邏輯上和物理上都是同一網(wǎng)絡整體。但考慮到網(wǎng)絡的傳輸延遲和負載情況，不能無限制使用中繼器進行網(wǎng)絡擴展。中繼器按照接口個數(shù)可分為雙口中繼器和多口中繼器。1.2 局域網(wǎng)22（2） 集線器(HUB)集線器又稱集中器,它實質(zhì)上是多口的中繼器，作為

14、中心節(jié)點用于連接多條傳輸介質(zhì)構(gòu)成局域網(wǎng)。當連接集線器的某條傳輸介質(zhì)發(fā)生故障時,不會影響到其他節(jié)點間的正常通信。集線器的端口數(shù)從4口、8口、16口到24口，甚至32口。（3） 交換機(交換器)(Switch)通常所說的局域網(wǎng)交換機擁有許多端口，每個端口都有自己的專用帶寬，可以連接不同網(wǎng)段的設備。交換機各個端口之間的通信是同時的、并行的，因此能大大提高信息的吞吐量。為了實現(xiàn)交換機之間的互聯(lián)或與高檔服務器的連接，局域網(wǎng)交換機一般擁有一個或幾個高速端口，如100 M以太網(wǎng)端口、FDDI端口等。1.2 局域網(wǎng)23（4） 路由器(Router)路由器是一種網(wǎng)絡互聯(lián)設備，用于局域網(wǎng)之間、局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間以

15、及廣域網(wǎng)之間的連接，它可提供路由選擇、流量控制、數(shù)據(jù)過濾和子網(wǎng)隔離等功能；可連接不同類型的局域網(wǎng)并完成它們之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。（5） 網(wǎng)關(guān)(Gateway)網(wǎng)關(guān)又稱高層協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)器，用于連接不同類型且差別較大的網(wǎng)絡系統(tǒng)，也可用于屬于同一物理網(wǎng)而在邏輯上不同的網(wǎng)絡間的互聯(lián)，還可用于網(wǎng)絡和大型主機系統(tǒng)的互聯(lián)或者不同網(wǎng)絡應用系統(tǒng)間的互聯(lián)。1.2 局域網(wǎng)241.2.4 智能建筑計算機網(wǎng)絡構(gòu)成示例智能建筑計算機網(wǎng)絡構(gòu)成如圖1.3所示。圖1.3 智能建筑計算機網(wǎng)絡構(gòu)成示例 1.2 局域網(wǎng)25隨著現(xiàn)代通信、計算機網(wǎng)絡、自動控制等技術(shù)的發(fā)展，建筑智能化系統(tǒng)逐漸增多，監(jiān)控對象也越來越多。為了實現(xiàn)各智能化系統(tǒng)之間信息共

16、享以及相互協(xié)調(diào)、互控和聯(lián)動的功能，需要將各個分離的系統(tǒng)有機地集成在一個相互關(guān)聯(lián)、統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)之中，這種解決方案就是系統(tǒng)集成。系統(tǒng)集成是以計算機網(wǎng)絡為核心，綜合配置建筑內(nèi)各智能化系統(tǒng)，全面實現(xiàn)對通信網(wǎng)絡系統(tǒng)CNS、信息網(wǎng)絡系統(tǒng)INS、建筑管理系統(tǒng)BMS(安全防范系統(tǒng)SAS、建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)BAS、火災自動報警系統(tǒng)FAS)等的綜合管理。實現(xiàn)系統(tǒng)集成的關(guān)鍵在于解決各系統(tǒng)之間的互聯(lián)性和互操作性，這就需要解決各系統(tǒng)之間的接口、協(xié)議、應用軟件等問題。1.3 建筑智能化系統(tǒng)集成概述261.3.1 DCS集散控制模式智能建筑的控制方式和結(jié)構(gòu)先后經(jīng)歷了CCS集中控制模式（圖1.4）、DCS集散控制模式（圖1

17、.5）和FCS現(xiàn)場總線控制模式（圖1.6）三個階段。目前廣泛采用的集散型計算機控制系統(tǒng)又稱為分布式控制系統(tǒng)(Distributed Control System，簡稱DCS)，它的特征是集中管理、分散控制，即以分布在現(xiàn)場被控設備處的多臺微型計算機控制裝置(即DDC)完成對被控設備的實時監(jiān)測和控制，以安裝于中央監(jiān)控室的中央管理計算機完成集中操作、顯示、報警、打印與優(yōu)化控制，從而形成分級分布式控制。近年來出現(xiàn)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(Field Bus Control System，簡稱FCS）則是新一代分布式控制系統(tǒng)。1.3 建筑智能化系統(tǒng)集成概述27圖1.4 集中型控制系統(tǒng)（CCS）體系結(jié)構(gòu) 1.3

18、 建筑智能化系統(tǒng)集成概述28圖1.5 集散型控制系統(tǒng)（DCS）體系結(jié)構(gòu) 1.3 建筑智能化系統(tǒng)集成概述29圖1.6 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）體系結(jié)構(gòu) 1.3 建筑智能化系統(tǒng)集成概述301.3.2 建筑智能化系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)建筑智能化系統(tǒng)一般采用分布式系統(tǒng)和多層次的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模、功能要求及選用產(chǎn)品的特點來確定采用單層、兩層或三層的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，但不同網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)均應滿足分布式系統(tǒng)集中監(jiān)視操作和分散采集控制(分散危險)的原則。三層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)包括管理網(wǎng)絡層、控制網(wǎng)絡層和現(xiàn)場設備網(wǎng)絡層，如圖1.7所示。管理網(wǎng)絡層完成系統(tǒng)集中監(jiān)控和各種系統(tǒng)的集成；控制網(wǎng)絡層完成建筑設備的自動控制；現(xiàn)場設備網(wǎng)絡層完成末

19、端設備控制和現(xiàn)場儀表設備的信息采集和處理。1.3 建筑智能化系統(tǒng)集成概述31圖1.7 建筑智能化系統(tǒng)的三層網(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1.3 建筑智能化系統(tǒng)集成概述32西門子公司的Apogee控制管理系統(tǒng)是典型的三層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，如圖1.8所示。 (1) 管理級網(wǎng)絡MLN（Management Level Network）：支持Client/Server結(jié)構(gòu)，采用高速以太網(wǎng)連接，速率可達10M/100Mbps，運行TCP/IP協(xié)議。操作員可以在任何擁有足夠權(quán)限的工作站實施監(jiān)測設備狀態(tài)、控制設備啟停、修正設定值、改變末端設備開度等操作。1.3 建筑智能化系統(tǒng)集成概述33圖1.8 Apogee控制管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

20、 1.3 建筑智能化系統(tǒng)集成概述34(2) 樓宇級網(wǎng)絡BLN（Building Level Network）：每條樓宇級網(wǎng)絡最多可連接99個DDC控制器，如最常用的模塊式樓宇控制器（MBC）和模塊式設備控制器（MEC）。樓宇級網(wǎng)絡是工業(yè)級的Peer to Peer網(wǎng)絡，使用24AWG雙絞屏蔽線，最快支持115 kbps的通信速率。模塊式樓宇控制器（MBC）和模塊式設備控制器（MEC）工作于樓宇級網(wǎng)絡（BLN）上?？刂破骺梢元毩⒐ぷ骰蚵?lián)網(wǎng)以完成復雜的控制、監(jiān)視和能源管理功能。MBC對分散的樓層級網(wǎng)絡（FLN）裝置和其他現(xiàn)場系統(tǒng)（如制冷機、鍋爐、消防設施、人身安全設施、安防設施和照明設備）進行中央

21、監(jiān)視和控制。MEC可以連接樓層級網(wǎng)絡（FLN）設備并提供中央監(jiān)控功能。1.3 建筑智能化系統(tǒng)集成概述35(3) 樓層級網(wǎng)絡FLN（Floor Level Network）：每條樓層級網(wǎng)絡最多可連接32個點擴展模塊（PXB）或終端設備控制器（TEC）。樓層級網(wǎng)絡最快支持38.4 kbps的通信速率。 點擴展模塊提供有效的方法來控制和監(jiān)視遠程信息點。終端設備控制器（TEC）是對變風量(VAV)、定風量(CAV)、雙風道、風機盤管、通風單元等末端裝置提供控制的控制器的統(tǒng)稱。終端設備控制器可獨立或聯(lián)網(wǎng)工作,以完成復雜的HVAC控制、監(jiān)視和能量分配。典型的終端設備控制器包括終端盒控制器(Terminal

22、 Box Controller)、定風量控制(Constant Volume Controller)、雙風道控制器(Dual Duct Controller)等。1.3 建筑智能化系統(tǒng)集成概述36管理網(wǎng)絡層又稱中央管理工作站，具有監(jiān)控系統(tǒng)的運行參數(shù),檢測可控的子系統(tǒng)對控制命令的響應情況,顯示和記錄各種測量數(shù)據(jù)、運行狀態(tài)、故障報警等信息,數(shù)據(jù)報表和打印等功能。1.4.1 管理網(wǎng)絡層的結(jié)構(gòu)管理網(wǎng)絡層中服務器與操作站之間大多數(shù)都采用客戶機/服務器（Client /Server）或瀏覽器/服務器（Browser/Server）的體系結(jié)構(gòu)。 客戶機和服務器指的是一個通信中所涉及的兩個應用。主動啟動通信的

23、應用稱為客戶機，而被動等待通信的應用稱為服務器。一個服務器常?？梢蕴幚矶鄠€客戶機。1.4 管理網(wǎng)絡層37C/S模式的優(yōu)點：（1） C/S模式有很強的實時處理能力。與B/S模式相比，C/S結(jié)構(gòu)更適合于對數(shù)據(jù)庫進行實時處理和大批量的數(shù)據(jù)更新。（2） C/S模式的面向?qū)ο蠹夹g(shù)十分完善，并且有很多與之配套的開發(fā)工具，而且這些開發(fā)工具已經(jīng)做得非常完善。（3） 由于C/S模式必須安裝客戶機軟件，系統(tǒng)相對封閉，這反而使它的保密性能優(yōu)于B/S模式。1.4 管理網(wǎng)絡層38B/S模式的優(yōu)點：（1） Web支持底層的TCP/IP協(xié)議，使Web網(wǎng)與目前使用的幾乎所有局域網(wǎng)都可以做到無縫連接，從而解決了異構(gòu)網(wǎng)絡間的連接

24、問題；（2） 由于Web采用了“瘦客戶”技術(shù)，使系統(tǒng)的開放性得到很大的改善；（3） 界面統(tǒng)一（全部為瀏覽器方式），操作相對簡單。由上述可知，由于對實時性的要求，目前系統(tǒng)架構(gòu)還多采用客戶機/服務器方式，在需要遠程監(jiān)控的場所可在系統(tǒng)中增加Web服務器，即增加B/S模式。1.4 管理網(wǎng)絡層39現(xiàn)在許多新型系統(tǒng)的操作站主機就是普通PC機，采用Windows NT或Windows XP操作系統(tǒng)，以太網(wǎng)卡插在PC機內(nèi)。在這種情況下，如果操作站的臺數(shù)比較多，可以采用客戶機/服務器的方式，即一臺或多臺計算機作為服務器使用，為網(wǎng)絡提供資源，而其他計算機是客戶機（操作站），使用服務器提供的資源。服務器和客戶機之間

25、通?？梢圆捎肁RCNet或Ethernet連接，但用以太網(wǎng)連接的比較多。這是由于Ethernet有較多的網(wǎng)絡適配器、網(wǎng)絡交換機（SWITCH HUB）可供選擇，更為重要的是其價格便宜。本來，相對于采用“載波偵聽多路訪問/沖突檢測”技術(shù)的以太網(wǎng)，采用“令牌傳遞”技術(shù)的ARCNet 本質(zhì)上具有較好的實時性。但由于技術(shù)的進步，以太網(wǎng)的速度大大提高，再配合通信優(yōu)先級等措施，已完全可滿足實時性的要求。ARCNet、Ethernet所使用的電纜不能互換。1.4 管理網(wǎng)絡層40以太網(wǎng)最早由Xerox（施樂）公司創(chuàng)建，并在1980年由DEC、Intel和Xerox三家公司聯(lián)合開發(fā)成為一個標準。以太網(wǎng)是應用最為

26、廣泛的局域網(wǎng)，包括標準以太網(wǎng)（10 Mbps）、快速以太網(wǎng)（100 Mbps）、千兆以太網(wǎng)（1000 Mbps）和10 G以太網(wǎng)，它們都符合IEEE802.3系列標準。在管理網(wǎng)絡層采用以太網(wǎng)已成為各樓控產(chǎn)品廠家的共識，在解決了實時性和抗干擾等問題后，工業(yè)以太網(wǎng)將來甚至可能統(tǒng)治控制網(wǎng)絡層和現(xiàn)場網(wǎng)絡層。以太網(wǎng)能夠在自動控制領(lǐng)域迅速發(fā)展的原因是它的成本低、傳輸速率快、技術(shù)成熟、應用廣泛，且有豐富的硬件、軟件資源。1.4 管理網(wǎng)絡層411.4.2管理網(wǎng)絡層的配置管理網(wǎng)絡層的配置應符合下列規(guī)定： （1） 宜采用10BASET/100BASET方式，選用雙絞線作為傳輸介質(zhì)；（2） 服務器與客戶機（操作站）

27、之間的連接宜選用交換式集線器；（3） 管理網(wǎng)絡層的服務器和至少一個客戶機（操作站）應位于監(jiān)控中心內(nèi)。 交換式集線器也稱為以太網(wǎng)交換機，以其為核心設備連接站點或者網(wǎng)段，符合結(jié)構(gòu)化組網(wǎng)的要求。10BASET/100BASET以集線器HUB為中心構(gòu)成的網(wǎng)絡是物理上為星形而邏輯上為共享型拓撲結(jié)構(gòu)的以太網(wǎng)，10BASET/100BASET使用以太網(wǎng)交換機后，就構(gòu)成了交換型以太網(wǎng)。1.4 管理網(wǎng)絡層42在交換型以太網(wǎng)中，交換機的各端口（站與站、站與網(wǎng)段或者網(wǎng)段與網(wǎng)段）之間同時可以形成多個數(shù)據(jù)通道，端口之間幀的輸入和輸出已不再受到媒體訪問控制協(xié)議CSMA/CD的約束,于是，系統(tǒng)總帶寬就不再是只有10 Mbp

28、s（10BASET環(huán)境）或100 Mbps（100BASET環(huán)境），而是與交換機所具有的端口數(shù)有關(guān)?？梢哉J為，若每個端口為10 Mbps，則整個系統(tǒng)帶寬可達10n Mbps，其中n為端口數(shù)。1.4 管理網(wǎng)絡層43交換型以太網(wǎng)與共享型以太網(wǎng)相比有以下優(yōu)點：（1） 每個端口上可以連接站點，也可以連接一個網(wǎng)段，均獨占10 Mbps（或100 Mbps）帶寬；（2） 系統(tǒng)最大帶寬可以達到端口帶寬的n倍，其中n為端口數(shù)；（3） 交換機連接了多個網(wǎng)段，網(wǎng)段內(nèi)通信都是獨立的，被隔離的；（4） 被交換機隔離的獨立網(wǎng)段上數(shù)據(jù)流信息不會在其他端口上廣播，具有一定的數(shù)據(jù)安全性；（5） 若端口支持全雙工傳輸方式，則端

29、口上媒體段的長度不受CSMA/CD制約，并可延伸距離。1.4 管理網(wǎng)絡層44交換機工作時，實際上允許多組端口間的通道同時工作，它的功能就不僅僅包括一個網(wǎng)橋的功能，而是可以認為具有多個網(wǎng)橋的功能。在管理體制允許,建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)BAS、火災自動報警系統(tǒng)FAS和安全防范系統(tǒng)SAS共用一個控制中心或三個控制中心相距不遠的情況下，BAS、SAS、FAS可統(tǒng)一組網(wǎng)。構(gòu)成的建筑管理系統(tǒng)BMS如圖1.9所示，圖中各子系統(tǒng)以BAS為核心，運行在BAS的中央監(jiān)控計算機上（不另設BMS工作站），并能夠滿足基本功能，且實現(xiàn)起來相對簡單，造價較低。具體一點說，就是BMS集成建立在某一家BAS的網(wǎng)絡平臺上，并通過通信接

30、口模塊（或網(wǎng)關(guān)）將不同專業(yè)的廣義BAS子系統(tǒng)集成到這個網(wǎng)絡平臺上，以實現(xiàn)第三方系統(tǒng)與BAS的互連。1.4 管理網(wǎng)絡層45圖1.9 BMS集成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 1.4 管理網(wǎng)絡層46例如,可以利用西門子公司樓宇控制系統(tǒng)軟件Apogee Insight作為系統(tǒng)集成平臺，在該平臺上將各電子信息系統(tǒng)組成一個相互關(guān)聯(lián)、完整、協(xié)調(diào)的集成網(wǎng)絡系統(tǒng)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)信息的共享和合理分配。 FAS采用Cerberus消防系統(tǒng)。由于生產(chǎn)BA系統(tǒng)的西門子公司擁有與第三方系統(tǒng)的公司產(chǎn)品匹配成熟的網(wǎng)關(guān)技術(shù)，故標準網(wǎng)關(guān)采用RS485接口將消防系統(tǒng)接入Apogee，并進行數(shù)據(jù)交換。 本例中，對安保系統(tǒng)采用了兩級集成，即由安防集成系統(tǒng)

31、將視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電子巡查系統(tǒng)和出入口控制系統(tǒng)集成在一起，再由安防集成系統(tǒng)通過RS232通信接口方式與BMS進行大集成。在BMS集成平臺上對安防各子系統(tǒng)的控制和管理均通過安防小集成轉(zhuǎn)發(fā)服務來完成，這樣可保證安防系統(tǒng)的相對獨立，提高系統(tǒng)可靠性。 1.4 管理網(wǎng)絡層47控制網(wǎng)絡層的功能是實現(xiàn)建筑設備的自動控制，它由通信總線和控制器組成。通信總線的通信協(xié)議多采用TCP/IP、BACnet、LonTalk和ModBus等國際標準。1.5.1控制網(wǎng)絡的通信協(xié)議1ModBusModBus由美國Modicon公司開發(fā)，事實上是一種工業(yè)標準。很多生產(chǎn)廠商的照明、供配電、柴油發(fā)電機、鍋爐、冷水機等控制系統(tǒng)以及一些

32、PLC控制器都采用ModBus現(xiàn)場總線。ModBus協(xié)議支持傳統(tǒng)的RS232、RS422、RS485和以太網(wǎng)設備，可以方便地在各種網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)內(nèi)進行通信，各種設備（PLC、控制面板、變頻器、I/O設備等）都能使用ModBus協(xié)議來啟動遠程操作，同樣的通信能夠在串行鏈路和TCP/IP以太網(wǎng)絡上進行，而網(wǎng)關(guān)則能夠?qū)崿F(xiàn)各種使用ModBus協(xié)議的總線或網(wǎng)絡之間的通信。1.5 控制網(wǎng)絡層482BACnet標準BACnet標準是由ASHRAE(美國暖通空調(diào)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，由建筑設備監(jiān)控系統(tǒng)的生產(chǎn)商、用戶參與制定的一個開放性標準。它也是由ASHRAE學會綜合

33、幾個局域網(wǎng)LAN的協(xié)議而制定的，并盡可能采用了LAN網(wǎng)絡不同時期成熟的技術(shù)。BACnet標準的目的是為計算機控制暖通空調(diào)和制冷系統(tǒng)及其他系統(tǒng)規(guī)定通信服務和協(xié)議，從而使不同廠家的產(chǎn)品可以在同一個系統(tǒng)內(nèi)協(xié)調(diào)工作。1.5 控制網(wǎng)絡層49BACnet標準具有以下特點：（1） 采納了5種標準或協(xié)議(Ethernet、ARCnet、MSTP、PTP、LonTalk），它們大多數(shù)是應用廣泛的行業(yè)標準或國家標準。（2） BACnet協(xié)議與常用的網(wǎng)絡協(xié)議(如Ethernet和TCPIP)有很大區(qū)別，它側(cè)重于監(jiān)控設備之間的通信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而Ethernet和TCPIP則強調(diào)網(wǎng)絡設備間的數(shù)據(jù)傳輸，且Ethernet和

34、TCPIP可以在BACnet設備之間傳送BACnet信息。因此在信息管理方面，在上層網(wǎng)之間的互連采用BACnet標準是最佳的方案。1.5 控制網(wǎng)絡層50BACnet作為世界上第一個樓宇自動控制網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)通信協(xié)議,它代表了智能建筑發(fā)展的主流趨勢。BACnet不是軟件或硬件，也不是固件，嚴格地說，BACnet并不是現(xiàn)場總線，而是一種網(wǎng)絡協(xié)議。BACnet詳細闡述了系統(tǒng)組成單元之間相互分享數(shù)據(jù)時實現(xiàn)的途徑、使用的通信介質(zhì)、可以使用的功能以及信息如何翻譯等全部規(guī)則。相對其他現(xiàn)場總線，BACnet標準最大的優(yōu)點是可以與Ethernet、LonWorks等網(wǎng)絡進行無縫集成。但BACnet主要應用于解決不同

35、廠家的樓宇自控系統(tǒng)間的通信問題，不太適用于智能傳感器、執(zhí)行器等末端設備。BACnet控制方式如圖1.10所示，其局域網(wǎng)接口見表1.3。1.5 控制網(wǎng)絡層51圖1.10 BACnet控制方式 1.5 控制網(wǎng)絡層52表1.3 BACnet標準的局域網(wǎng)（LAN）接口1.5 控制網(wǎng)絡層533LonWorks 在20世紀80年代后期，埃施朗公司(Echelon)開始開發(fā)LonWorks技術(shù)平臺， LonWorks技術(shù)已經(jīng)成為控制網(wǎng)的通用標準，有幾千家公司以它為基礎來開發(fā)產(chǎn)品，包括ABB、BTE、Carrier、Schneider、Honeywell、JohnsonControls等。為了保證來自于眾多廠

36、家的產(chǎn)品是真正開放的并且滿足LonWorks的技術(shù)要求，使眾多廠家的產(chǎn)品能在一個LonWorks分布式控制網(wǎng)絡系統(tǒng)中實現(xiàn)即插即用，在1994年由全球12家著名工業(yè)集團發(fā)起，由150家公司參加，成立了LonMark互操作性協(xié)會。凡是經(jīng) LonMark協(xié)會測試滿足LonMark標準要求的產(chǎn)品才能標上專用標志，即LonMark標志,表示此類產(chǎn)品在LonWorks控制網(wǎng)絡上的互操作性。1.5 控制網(wǎng)絡層54LonWorks技術(shù)具有一個完整的開發(fā)系統(tǒng)平臺，包含著一整套設計、配置和支持控制的軟、硬件開發(fā)工具，LonWorks技術(shù)的組成包括硬件部分的神經(jīng)元(NEURON)芯片、LonTalk通信協(xié)議、Lon

37、Works路由器、網(wǎng)絡開發(fā)工具和節(jié)點開發(fā)工具。LonWorks技術(shù)的核心是神經(jīng)元芯片，它是智能的、高效率的多處理器芯片，具備通信與控制功能。在每個神經(jīng)元芯片里都固化了LonTalk協(xié)議，覆蓋了ISOOSI標準全部的七層通信協(xié)議。神經(jīng)元芯片由三個8 bit的中央處理器CPU組成。1.5 控制網(wǎng)絡層55LonWorks技術(shù)已經(jīng)在樓宇自動化、供配電、空調(diào)控制、消防監(jiān)控等領(lǐng)域獲得廣泛應用。具體地說，LonWorks具有以下優(yōu)點： （1） 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)靈活，組網(wǎng)方便，支持總線形、星形、樹形、自由拓撲形等多種網(wǎng)絡拓撲形式。（2） 支持多種傳輸介質(zhì)，包括雙絞線、同軸電纜、電力線、光纖、無線射頻等。（3） 完善的

38、開發(fā)工具，提供完善的系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，采用開放的Neuron C語言。（4） 無主的網(wǎng)絡系統(tǒng)。LonWorks網(wǎng)絡中各節(jié)點的地位相同，網(wǎng)絡管理可設在任一節(jié)點處，并可安裝多個網(wǎng)絡管理器。 （5） 開發(fā)LonWorks網(wǎng)絡節(jié)點的時間較短，易于維護。 1.5 控制網(wǎng)絡層56LonWorks采用的LonTalk協(xié)議固化在Echelon公司的Neuron芯片中，節(jié)省了開發(fā)LonWorks網(wǎng)絡節(jié)點的時間，也方便維護。同其他現(xiàn)場總線一樣，LonWorks也有自身的缺點。首先，LonWorks在實時性、處理大量數(shù)據(jù)的能力上有些欠缺；其次，由于LonWorks依賴于Echelon公司的Neuron芯片，所以它的完全

39、開放性也受到一些質(zhì)疑。盡管如此，它在樓宇自動化領(lǐng)域獲得了廣泛的應用，世界上有兩萬多家OEM廠商生產(chǎn)LonWorks相關(guān)產(chǎn)品，其種類已達3500多種。LonWorks總線控制方式如圖1.11所示，它與BACnet總線的比較見表1.4。1.5 控制網(wǎng)絡層57圖1.11 LonWorks總線控制方式 1.5 控制網(wǎng)絡層58表1.4 LonWorks與BACnet總線比較表1.5 控制網(wǎng)絡層59在智能建筑領(lǐng)域目前主要流行LonWorks和BACnet技術(shù)，前者適用于信息量較小、傳送速率小于1.25 Mbit/s的場合,后者對傳送速率要求較高,數(shù)據(jù)網(wǎng)絡信息量大的更為適宜。隨著工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，TCP

40、/ IP在控制網(wǎng)絡、現(xiàn)場網(wǎng)絡中的應用也日益廣泛。1.5 控制網(wǎng)絡層601.5.2 控制器(分站)控制網(wǎng)絡層的控制器（分站）一般采用直接數(shù)字控制器(DDC)、可編程邏輯控制器(PLC)或兼有 DDC、PLC特性的混合型控制器HC（Hybrid Controller ）。DDC控制器和PLC控制器雖然都能完成控制功能，但兩者還是有一些差別。DDC控制器比較適用于以模擬量為主的過程控制，追求控制精度；PLC控制器比較適用于以開關(guān)量控制為主的工廠自動化控制，追求開關(guān)動作響應時間。由于民用建筑的環(huán)境控制（冷熱源系統(tǒng)、暖通空調(diào)系統(tǒng)等）主要是過程控制，所以除有特殊要求外，建議采用DDC控制器。每個控制器（分

41、站）在管理網(wǎng)絡層故障時應能繼續(xù)獨立工作。在設計網(wǎng)絡時，監(jiān)控點數(shù)(硬件點)應留有裕量，不宜小于10%。1.5 控制網(wǎng)絡層611.5.3 控制網(wǎng)絡的配置管理網(wǎng)絡層由于各服務器和工作站通常數(shù)量較少且布置較集中，故比較適合于采用星形或邏輯總線形的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。但控制網(wǎng)絡層中被控設備往往數(shù)量較多且布置較分散，從布線方便的角度考慮，應優(yōu)先采用總線拓撲網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，并且使用雙絞線作為傳輸介質(zhì)?？刂凭W(wǎng)絡層可包括并行工作的多條通信總線，每條通信總線可通過網(wǎng)絡通信接口與管理網(wǎng)絡層（中央管理工作站）連接，也可通過管理網(wǎng)絡層服務器的RS232通信接口或內(nèi)置通信網(wǎng)卡直接與服務器連接；控制器（分站）之間的通信應為對等式（peer

42、 to peer）直接數(shù)據(jù)通信；控制器（分站）可與現(xiàn)場網(wǎng)絡層的智能現(xiàn)場儀表和分布式智能輸入輸出模塊進行通信。1.5 控制網(wǎng)絡層62現(xiàn)場設備網(wǎng)絡層用來完成對末端設備的控制和現(xiàn)場儀表設備的信息采集和處理。一般中型及以上系統(tǒng)的現(xiàn)場網(wǎng)絡層都由通信總線連接微控制器、分布式智能輸入輸出模塊和傳感器、電量變送器、照度變送器、執(zhí)行器、閥門、風閥、變頻器等智能現(xiàn)場儀表組成。現(xiàn)場網(wǎng)絡層內(nèi)的通信多采用TCP/ IP、BACnet、LonTalk和ModBus等國際標準?，F(xiàn)場網(wǎng)絡層是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS思想的體現(xiàn)，現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展則為FCS提供了必要的技術(shù)手段。1.6 現(xiàn)場網(wǎng)絡層631.6.1 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)現(xiàn)

43、場總線技術(shù)的出現(xiàn)導致了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，形成了新型的網(wǎng)絡集成式全分布控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS(Fieldbus Control System)。這是繼集中式控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)DCS后的新一代控制系統(tǒng)。1現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)現(xiàn)場總線系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。傳統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)采用一對一的設備連接，按控制回路分別進行連接。位于現(xiàn)場的測量變送器與位于控制室的控制器之間，控制器與位于現(xiàn)場的執(zhí)行器、開關(guān)之間均為一對一的物理連接。DCS系統(tǒng)雖然在一定程度上實現(xiàn)了分散控制，但并不是徹底的分散，控制功能是通過各個集中的過程控制站如DDC或者PLC來完成，許多方面的性能與FCS相比有較大

44、的差距。1.6 現(xiàn)場網(wǎng)絡層642現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的主要特點可以歸納如下:(1) 系統(tǒng)的開放性現(xiàn)場總線系統(tǒng)對相關(guān)標準具有一致性、公開性，強調(diào)對標準的共識與遵從。通信協(xié)議一致公開，各不同廠家的設備之間可實現(xiàn)信息交換，通過現(xiàn)場總線可構(gòu)筑自動化領(lǐng)域的開放互連系統(tǒng)。(2) 互操作性和互用性系統(tǒng)的開放性決定了它具有互操作性和互用性?；ゲ僮餍灾富ミB設備間、系統(tǒng)間信息的傳送與溝通;而互用性則意味著不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設備可實現(xiàn)相互替換。1.6 現(xiàn)場網(wǎng)絡層65(3) 現(xiàn)場設備的智能化和功能自治性現(xiàn)場總線將傳感測量、控制等功能分散到現(xiàn)場設備中完成，僅靠現(xiàn)場設備即可完成自動控制的基本功能，

45、并可隨時診斷設備的運行狀態(tài)。(4) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性現(xiàn)場總線構(gòu)成了一種新的全分散型控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，從根本上改變了現(xiàn)有DCS集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。(5) 對現(xiàn)場環(huán)境的適應性作為網(wǎng)絡底層的現(xiàn)場總線對現(xiàn)場環(huán)境有較強的適應性，是專門為現(xiàn)場環(huán)境設計的，它支持雙絞線、同軸電纜、光纜、無線和電力線等，具有較強的抗干擾能力，能采用兩線制實現(xiàn)供電與通信。1.6 現(xiàn)場網(wǎng)絡層663現(xiàn)場總線系統(tǒng)的優(yōu)點傳統(tǒng)的現(xiàn)場控制技術(shù)(如BITBUS、RS485、RS422等)的不足之處主要有:主從結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡上只能有一個主節(jié)點，其余為從節(jié)點，無法構(gòu)成多主結(jié)構(gòu)或冗余系統(tǒng)，其潛在的危害是

46、一旦主節(jié)點出現(xiàn)故障則整個系統(tǒng)將處于癱瘓狀態(tài);數(shù)據(jù)通信方式為命令響應型，在許多實時性要求較高的場合，這是致命的弱點;錯誤處理能力不強，不能提供類似LAN的網(wǎng)絡管理(Network Management)功能，從而不能對整個系統(tǒng)進行實時、有效、方便的監(jiān)控和維護。而由于現(xiàn)場總線的上述特點，特別是現(xiàn)場總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化，使得控制系統(tǒng)從設計、安裝、投運到正常生產(chǎn)以及檢修維護都體現(xiàn)出如下優(yōu)越性：1.6 現(xiàn)場網(wǎng)絡層67(1) 分布式的FCS系統(tǒng)更好地體現(xiàn)了DCS系統(tǒng)“信息集中，控制分散”的思想，具有高度的分散性，可以由現(xiàn)場設備組成自治的控制回路?，F(xiàn)場設備具有相當?shù)闹悄芑c功能自主性，可完成控制的基本功能，并可以隨時診斷設備的運行情況。(2) FCS提高了系統(tǒng)的準確性和可靠性。現(xiàn)場總線設備的智能化、數(shù)字化從根本上提高了測量與控制的精確度，減少了傳送誤差。由于免去了D/A與A/D變換，使儀表精度也得到極大的提高。FCS的結(jié)構(gòu)比DCS簡化，有的F