建筑物自動化的三種總線技術

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摘要：中國行業(yè)標準JGJ/T16-92《民用建筑電氣設計規(guī)范》第26章《建筑物自動化系統(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)自動化一樣，建筑物自動化市場在技術接受期曲線上，通常落后于商業(yè)領域技術應用會有幾年之久……

關鍵詞：建筑物 自動化 總線技術

　　中國行業(yè)標準JGJ/T16-92《民用建筑電氣設計規(guī)范》第26章《建筑物自動化系統(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)自動化一樣，建筑物自動化市場在技術接受期曲線上，通常落后于商業(yè)領域技術應用會有幾年之久，因此，在商業(yè)領域已經(jīng)成功運用多年的個人計算機和以太網(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，已經(jīng)開始全面進入BAS領域。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)領域應用的個人計算機式視頻服務器，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備；DVM系統(tǒng)中，經(jīng)過信號轉換接口把所有攝像機的視頻信號直接連入以太網(wǎng)通信，每20臺攝像機使用1臺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)在澳大利亞悉尼機場使用。

　　PC機技術日新月異的進步，使BAS的中央站功能不斷增強；PC機的商業(yè)軟件，如ODBC、API等等，已成為BAS的標準軟件；基于PC機技術的分站不斷發(fā)展。信息領域的以太網(wǎng)技術對工業(yè)自動化和建筑物自動化各個層面的影響，從上到下。BAS管理層的以太網(wǎng)正在下植到自動化層和更低的現(xiàn)場層。BAS三層結構將會成為以太網(wǎng)"一網(wǎng)到底"的三層網(wǎng)絡。完成這項"通體透明網(wǎng)絡"革新的主要技術，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），是控制技術和信息技術的完美結合，性能發(fā)揮到極致，它或許能夠解決工業(yè)自動化長期爭論不休的現(xiàn)場總線標準化問題，是商業(yè)技術影響工控技術的一個范例。

　　以總線為脈絡，分析計算機總線、測控總線和網(wǎng)絡總線在BAS技術發(fā)展中分別擔綱的角色，可以加深對BAS未來發(fā)展的了解。

　　1、總線BUS

　　總線一詞，源于計算機技術?？偩€是各種信號線的集合（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：計算機系統(tǒng)中各部件之間用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊唤M硬件連線（導線）。IBM公司將其簡稱為用于傳輸信號或功率的一根或多根導體。在建筑物自動化中，BAS總線可解釋為用來連接中央站分站、現(xiàn)場設備或者各種系統(tǒng)的那些具有導電性的通路，以完成數(shù)據(jù)或信號的傳輸。

　　以應用范圍來分，BAS總線可劃分為計算機總線、測控總線和網(wǎng)絡總線、。計算機總線用于上位管理計算機和中央站內(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)場設備的連接，現(xiàn)場設備之間的連接。網(wǎng)絡總線則是將上位管理計算機和中央站、瀏覽器等視為節(jié)點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)絡總線中，數(shù)據(jù)將會經(jīng)所有的節(jié)點檢測后，由其指定地址的節(jié)點接收。BAS管理層的以太網(wǎng)就是網(wǎng)絡總線。當以太網(wǎng)下植到自動化層和現(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)絡就是計算機"的概念，不免也可以說"網(wǎng)絡就是控制器"，因為所有傳感器、執(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)，無論是進行實時控制還是傳遞管理信息。

　　2、標準化Standardization

　　作為信息傳輸通路的總線，追求標準化，是各種總線的共同目標；只有標準總線，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，尤其需要標準化。標準總線的形成，主要有兩種方法，一種是由非商業(yè)的或政府組織所產(chǎn)生的標準，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)的合法的技術標準，是在對已有方法、途徑及技術開發(fā)進行仔細研究的基礎上起草，并經(jīng)正式批準后產(chǎn)生，這種標準通常包括著一些國際標準。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，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產(chǎn)生不兼容問題，導致產(chǎn)品在市場中受到限制，例如現(xiàn)場總線LonTalk Bus；這類事實上的總線技術標準，是基于市場需求產(chǎn)生而形成的，無需正式批準，這種標準通常包括大量流行的工業(yè)標準。

　　3、計算機總線Computer Bus

　　中國行業(yè)標準JGJ/T16-92第26章BAS，對中央站硬件、組態(tài)、系統(tǒng)軟件的規(guī)定（26.4.26.5）非常簡單，僅是基于采用計算機作為監(jiān)控中心的一般原則，如應設置CPU、CIU、CRT、打印機等規(guī)定，對上位管理計算機則僅限于優(yōu)化控制與管理某些功能要求。但是，近年來計算機技術發(fā)展很快，系統(tǒng)軟件、應用軟件、存儲系統(tǒng)、處理器技術、輸入輸出系統(tǒng)和計算機結構，都是如此，其中，計算機總線技術與工業(yè)自動化、建筑物自動化關系密切，計算機總線是計算機系統(tǒng)信息總通道，性能優(yōu)劣，對BAS上位管理計算機和工作站的影響是至關重要的。因為采用先進的計算機總線，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，這對控制系統(tǒng)無疑是最重要的性能。例如，使用PCI總線技術的PC機，每年停機時間可以小于315秒中，可靠性高達99.99%，因此，BAS用戶已經(jīng)開始關心工作站的計算機總線，2000年9月山西省太原市某國際貿(mào)易中心大廈BAS招標文件中，明確提出中央站應該使用計算機33MHz三總線結構PCI（外部設備互聯(lián)總線），說明用戶不僅關心各種功能模塊設置，還要求提供工控級別的總線來保證工作站性能。隨著基于PC機控制的技術進展，計算機總線對BAS的影響會更加重要。因為BAS將逐漸最終成為由一臺PC機控制幾條現(xiàn)場總線的系統(tǒng)。

　　3．1 計算機總線的發(fā)展歷史

　　1970年，DEC公司首先推出了稱為Unibus的總線，把PDP11小型計算機上所有的部件、設備都連接在一起。它是一種單總線結構。

　　1981年，IBM公司在第1臺個人計算機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，AT總線在XT總線結構上，增加了一組輸入/輸出總線，形成雙總線結構。