現場總線技術在樓宇自動化系統中的應用

1 BAS 概述
1.1 BAS 含義
樓宇自動化系統（以下簡稱“BAS 系統”）是智能建筑的重要組成部分，是通過計算機網絡系統、綜合布線系統、集成化系統等，控制建筑物的照明，空調通風，給排水，變配電，安防等設備，是一個既復雜又綜合的系統。
1.2 BAS 領域的幾種現場總線
目前，用于BAS 系統的現場總線主要有以下幾種：分別為LonWorks、BACnet、CAN，EIB 和Profibus 等。
2 各種現場總線技術分析
2.1 LonWorks
LonWorks 技術是廣泛應用于BAS 系統中。在供配電系統、空調系統、熱源系統尤為突出。LonWorks 主要具備優勢：
⑴兼容性強?？梢酝ㄟ^通信電纜、網線、電線、光纜以及無線的方式進行傳輸。
⑵拓撲方式自由，可自主組合。主要包括樹型、總線型、星型等多種連接方式。
⑶方便操作，任一節點都可進行管理。網絡中各節點的權限相同，管理員可在任一節點對系統進行控制和管理。
⑷方便維護及管理。LonTalk 協議是LonWorks 的核心部分，其固化于Neuron 芯片中，免去開發的時間。
⑸采用熟悉的編程程序。LonWorks 采用熟悉的Neuron C 語言，方便程序員的編制和開發。
LonWorks 的缺點有以下幾點：
⑴時效性不強。
⑵數據流處理能力不強。
⑶系統較封閉。
2.2 CAN 總線
CAN 總線初是德國Bosch 公司為汽車監控控制系統設計提出的，現在它已經成為一種標準，在電力、石化、空調、建筑等行業均有應用。
CAN 的優點是：
⑴采用8 字節的短幀傳送。
⑵具有多種錯誤校驗方式。
⑶采用無損壞的仲裁技術。
⑷CAN 芯片不但價格低而且供應商多。
CAN 的缺點是：
⑴CAN 總線容量較小，多可掛接110 個節點。
⑵CAN 總線技術比較簡單，開發難度較低。
2.3 Profibus 總線
Profibus 是上具有較大影響的總線標準之一，其產品已被普遍接受。
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、樓宇自動化、可編程控制器、低壓開關等：PA 主要用于過程自動化的信號采集及控制；DP 是制造業自動化主要應用的協議內容，是滿足用戶快速通信的方案，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行，使得Profibus-DP 適于現場級的高速數據傳輸。
Profibus-FMS 對第1，2 和7 層均加以定義，包含了應用協議并向用戶提供了可廣泛選用的強有力的通訊服務。Profibus-DP 和Profibus-FMS 使用相同的傳輸技術和總線訪問協議，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協議，能夠滿足過程工業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 網絡。
Profibus 的優點：
⑴自由的拓撲方式。Profibus 支持樹型、線型和環形的連接方式。
⑵傳輸容量大。Profibus 總線上每段可連接32 個站點，如果使用中繼器的情況，即可達到126 個站點。
⑶傳輸距離長。
⑷傳輸速度快。
Profibus 的缺點：
⑴傳輸流量有限。每幀的有效字節不超過246 個。
⑵協議復雜，開發難度和費用較高。
2.4 三種不同的現場總線性能對比
通過OSI 網絡層次、介質訪問控制方式、通信介質、速率、大節點數、拓撲網絡、開發成本和工作方式等方面，分析LonWorks、CAN 總線以及Profibus 在工程中的應用情況。

表1 現場總線性能比較

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，可在任一節點進行調整，通過LonWorks 總線將各節點聯系起來。
入侵報警系統作為小區的首條防線，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入該區域時，能及時進行報警。同時，前端設備具備防破壞報警功能，以防不法分子進行惡意破壞，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，可在控制室通過系統操作，及時分析緊急情況，并聯動視頻監控系統對入侵區域進行監控。
家庭的安防是安全防護的第二道防線，在家庭內部設置安防節點，連接各種探測器進行安防探測。在LonWorks 智能節點與探測器的連接中，可以采用總線制的方式進行連接，通過對報警設備的編碼進行報警設備的識別。
出入口控制系統：在小區的出入口、停車場出入口正常都設置道閘，如出現非法操作時，可在控制室及時了解情況，并通過無線電等方式通知安保人員。
玻璃破碎探測器：主要安裝于住戶的窗戶，玻璃門等地方，通過玻璃破摔聲音的震動信號引發傳感器的動作，同時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，紅外探測器通過探測到人體的溫度來確定有人非法侵入，紅外/ 微波雙鑒器探測到人體的溫度和移動來確定有人非法侵入，并將探測到的信號傳輸給報警控制主機進報警。管理人員也可以通過程序來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比較多的位置或家庭內部，以便在遇到意外情況時可按下緊急呼救按鈕向保安部門或其他人進行緊急呼救報警。
報警揚聲器和警鈴：安裝在易于被聽到的位置，在探測器探測到意外情況并發出報警時，報警探測器能通過報警揚聲器和警鈴來發出報警聲。
報警指示燈：主要安裝在住戶大門外的墻上，當報警發生時，可讓來救援的保安人員通過報警指示燈的閃爍迅速找到報戶。
3.2 安防節點的功能
每個家庭設置一個安放節點，通過LonWorks 總線與控制網絡相連接?？刂凭W絡通過對每個節點進行編碼，使得每個節點具有的編碼，從而方便識別與控制。通過控制室的操作，可任意切換布防和撤防的狀態、同時每個節點具有復位功能。甚至于可以對節點進行編程，設置布放開始時間和撤防時間、報警類型(立即報警、延時報警或24 小時報警等)等功能。一旦家庭前端探測器探測到報警信號時，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，并把信號通過LonWorks 傳輸到控制中心，通過報警揚聲器或警鈴發送報警信號，同時通過入侵報警系統的主界面可識別報警位置。當布放成功時，該節點的指示燈應為紅色，而撤防狀態時，則節點指示燈為綠色。