建筑物自動(dòng)化的三種總線技術(shù)

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摘要：中國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T16-92《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第26章《建筑物自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）》所規(guī)定的模擬和數(shù)字混合的集散型系統(tǒng)（TDS），已面臨更新為全數(shù)字系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。就像工業(yè)自動(dòng)化一樣，建筑物自動(dòng)化市場在技術(shù)接受期曲線上，通常落后于商業(yè)領(lǐng)域技術(shù)應(yīng)用會(huì)有幾年之久……

關(guān)鍵詞：建筑物 自動(dòng)化 總線技術(shù)

　　中國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T16-92《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》第26章《建筑物自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）》所規(guī)定的模擬和數(shù)字混合的集散型系統(tǒng)（TDS），已面臨更新為全數(shù)字系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。就像工業(yè)自動(dòng)化一樣，建筑物自動(dòng)化市場在技術(shù)接受期曲線上，通常落后于商業(yè)領(lǐng)域技術(shù)應(yīng)用會(huì)有幾年之久，因此，在商業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)成功運(yùn)用多年的個(gè)人計(jì)算機(jī)和以太網(wǎng)通信，現(xiàn)在卻成為BAS更新途徑的熱門話題。PC-Based Control和以太網(wǎng)技術(shù)，已經(jīng)開始全面進(jìn)入BAS領(lǐng)域。2000年3月，Honewell公司推出的全數(shù)字化閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)DVM，就用PC-Based Video Server，類似于商業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的個(gè)人計(jì)算機(jī)式視頻服務(wù)器，取代了傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字混合的CCTV閉路電視矩陣切換器和磁帶錄象設(shè)備；DVM系統(tǒng)中，經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換接口把所有攝像機(jī)的視頻信號(hào)直接連入以太網(wǎng)通信，每20臺(tái)攝像機(jī)使用1臺(tái)Video Server。這種第三代保安監(jiān)控電視的全數(shù)字化CCTV以太網(wǎng)系統(tǒng)，已經(jīng)在澳大利亞悉尼機(jī)場使用。

　　PC機(jī)技術(shù)日新月異的進(jìn)步，使BAS的中央站功能不斷增強(qiáng)；PC機(jī)的商業(yè)軟件，如ODBC、API等等，已成為BAS的標(biāo)準(zhǔn)軟件；基于PC機(jī)技術(shù)的分站不斷發(fā)展。信息領(lǐng)域的以太網(wǎng)技術(shù)對(duì)工業(yè)自動(dòng)化和建筑物自動(dòng)化各個(gè)層面的影響，從上到下。BAS管理層的以太網(wǎng)正在下植到自動(dòng)化層和更低的現(xiàn)場層。BAS三層結(jié)構(gòu)將會(huì)成為以太網(wǎng)"一網(wǎng)到底"的三層網(wǎng)絡(luò)。完成這項(xiàng)"通體透明網(wǎng)絡(luò)"革新的主要技術(shù)，就是以太網(wǎng)現(xiàn)場總線。以太網(wǎng)現(xiàn)場總線，也可稱為以太網(wǎng)I/O（Input/Output），是控制技術(shù)和信息技術(shù)的完美結(jié)合，性能發(fā)揮到極致，它或許能夠解決工業(yè)自動(dòng)化長期爭論不休的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)化問題，是商業(yè)技術(shù)影響工控技術(shù)的一個(gè)范例。

　　以總線為脈絡(luò)，分析計(jì)算機(jī)總線、測控總線和網(wǎng)絡(luò)總線在BAS技術(shù)發(fā)展中分別擔(dān)綱的角色，可以加深對(duì)BAS未來發(fā)展的了解。

　　1、總線BUS

　　總線一詞，源于計(jì)算機(jī)技術(shù)?？偩€是各種信號(hào)線的集合（包括地址、數(shù)據(jù)、控制、電源等），是各種信息傳輸?shù)耐?，有匯總的涵義。微軟百科詞典定義總線為：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件之間用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊唤M硬件連線（導(dǎo)線）。IBM公司將其簡稱為用于傳輸信號(hào)或功率的一根或多根導(dǎo)體。在建筑物自動(dòng)化中，BAS總線可解釋為用來連接中央站分站、現(xiàn)場設(shè)備或者各種系統(tǒng)的那些具有導(dǎo)電性的通路，以完成數(shù)據(jù)或信號(hào)的傳輸。

　　以應(yīng)用范圍來分，BAS總線可劃分為計(jì)算機(jī)總線、測控總線和網(wǎng)絡(luò)總線、。計(jì)算機(jī)總線用于上位管理計(jì)算機(jī)和中央站內(nèi)部部件的連接。測控總線用于中央站與分站的連接，分站與現(xiàn)場設(shè)備的連接，現(xiàn)場設(shè)備之間的連接。網(wǎng)絡(luò)總線則是將上位管理計(jì)算機(jī)和中央站、瀏覽器等視為節(jié)點(diǎn)而共同連接在一起的一條多分支線路，將數(shù)據(jù)置于網(wǎng)絡(luò)總線中，數(shù)據(jù)將會(huì)經(jīng)所有的節(jié)點(diǎn)檢測后，由其指定地址的節(jié)點(diǎn)接收。BAS管理層的以太網(wǎng)就是網(wǎng)絡(luò)總線。當(dāng)以太網(wǎng)下植到自動(dòng)化層和現(xiàn)場層以后，以太網(wǎng)又扮演著測控總線的角色，在這種背景下，我們借用"網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)"的概念，不免也可以說"網(wǎng)絡(luò)就是控制器"，因?yàn)樗袀鞲衅?、?zhí)行器、分站、中央站已經(jīng)遍布以太網(wǎng)中，以太網(wǎng)被賦予完成分布式控制兼有普通信息存取的能力，人們可以隨心所欲使用以太網(wǎng)，無論是進(jìn)行實(shí)時(shí)控制還是傳遞管理信息。

　　2、標(biāo)準(zhǔn)化Standardization

　　作為信息傳輸通路的總線，追求標(biāo)準(zhǔn)化，是各種總線的共同目標(biāo)；只有標(biāo)準(zhǔn)總線，才能夠支持更多的性能不同的產(chǎn)品的連接，完成更多更好的系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)更完善的控制和管理，因此，總經(jīng)以其有匯集性能的特點(diǎn)，尤其需要標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)總線的形成，主要有兩種方法，一種是由非商業(yè)的或政府組織所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)，目的在于使某一種類型總線開發(fā)和使用規(guī)范化，例如RS232C；這種正規(guī)的合法的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是在對(duì)已有方法、途徑及技術(shù)開發(fā)進(jìn)行仔細(xì)研究的基礎(chǔ)上起草，并經(jīng)正式批準(zhǔn)后產(chǎn)生，這種標(biāo)準(zhǔn)通常包括著一些國際標(biāo)準(zhǔn)。另外一種方法，是有某一家公司先行開發(fā)出一種總線技術(shù)，由于成功，得到其它公司模仿和廣泛使用，以至一偏離該總線就會(huì)產(chǎn)生不兼容問題，導(dǎo)致產(chǎn)品在市場中受到限制，例如現(xiàn)場總線LonTalk Bus；這類事實(shí)上的總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是基于市場需求產(chǎn)生而形成的，無需正式批準(zhǔn)，這種標(biāo)準(zhǔn)通常包括大量流行的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　3、計(jì)算機(jī)總線Computer Bus

　　中國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T16-92第26章BAS，對(duì)中央站硬件、組態(tài)、系統(tǒng)軟件的規(guī)定（26.4.26.5）非常簡單，僅是基于采用計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控中心的一般原則，如應(yīng)設(shè)置CPU、CIU、CRT、打印機(jī)等規(guī)定，對(duì)上位管理計(jì)算機(jī)則僅限于優(yōu)化控制與管理某些功能要求。但是，近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展很快，系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、存儲(chǔ)系統(tǒng)、處理器技術(shù)、輸入輸出系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，都是如此，其中，計(jì)算機(jī)總線技術(shù)與工業(yè)自動(dòng)化、建筑物自動(dòng)化關(guān)系密切，計(jì)算機(jī)總線是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)信息總通道，性能優(yōu)劣，對(duì)BAS上位管理計(jì)算機(jī)和工作站的影響是至關(guān)重要的。因?yàn)椴捎孟冗M(jìn)的計(jì)算機(jī)總線，可以提高工作站的帶寬，改變工作站的兼容性和開放性，并能提高工作站的可靠性，這對(duì)控制系統(tǒng)無疑是最重要的性能。例如，使用PCI總線技術(shù)的PC機(jī)，每年停機(jī)時(shí)間可以小于315秒中，可靠性高達(dá)99.99%，因此，BAS用戶已經(jīng)開始關(guān)心工作站的計(jì)算機(jī)總線，2000年9月山西省太原市某國際貿(mào)易中心大廈BAS招標(biāo)文件中，明確提出中央站應(yīng)該使用計(jì)算機(jī)33MHz三總線結(jié)構(gòu)PCI（外部設(shè)備互聯(lián)總線），說明用戶不僅關(guān)心各種功能模塊設(shè)置，還要求提供工控級(jí)別的總線來保證工作站性能。隨著基于PC機(jī)控制的技術(shù)進(jìn)展，計(jì)算機(jī)總線對(duì)BAS的影響會(huì)更加重要。因?yàn)锽AS將逐漸最終成為由一臺(tái)PC機(jī)控制幾條現(xiàn)場總線的系統(tǒng)。

　　3．1 計(jì)算機(jī)總線的發(fā)展歷史

　　1970年，DEC公司首先推出了稱為Unibus的總線，把PDP11小型計(jì)算機(jī)上所有的部件、設(shè)備都連接在一起。它是一種單總線結(jié)構(gòu)。

　　1981年，IBM公司在第1臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)IBMPC/XT上推出了XT總線，也是單總線，1984年，采用16位CPU的IBMPC/AT出臺(tái)，AT總線在XT總線結(jié)構(gòu)上，增加了一組輸入/輸出總線，形成雙總線結(jié)構(gòu)。