BA
系统通讯协议:
BACnet
目录
一
.
I
SO/OSI
开放系统模型
二
.BACnet
简况
三
.BACnet
协议的基本思路
四
. BACnet
的具体规定
一.
ISO/OSI
开放系统模型
楼宇自动化系统
(
BAS
,
Building Automation System
)
出现于
20
世纪
70
年代末期。
由
于各个生产厂家开发的都是自己专有的通信协议(
Proprietary Communication protocols
)
,因
此,不同厂家控制设备之间的通信需要
"
网关
"
(
gateways
)来解决;这使得应用工程师和用
户在同一个
BAS
系统中选用不同厂家的产品变的非常复杂和昂贵,应用工程师、用户的选
择范围和灵活性受到很大限制,
甚至被
"
琐在
"
一个供应商的产品上,
*终是用户的系统性能
和投资效益受到损失。
社会需求推动着技术向前发展。
人们期待着开放的、
统一的通信协议,
亦即不同厂家
的
产品能够采用共同的
"
语言
"
和
"
语法
"
轻松的进行
"
交谈
"
。
*终的目标则是希望形成一个
"
即插
即用
"
(
plug-and-play
)的环境,使得
BAS
系统可以容易地进行组态和变更。
国际标准化组织
ISO
于
1984
年发布的
"
开放系统互连模型
"
(
OSI
,
Open
Systems
Interconnection
model
)
,是推进通信协议标准化的重要一步。
ISO/OSI
把通信协议在数据通
信中的任务分解为一种七层结构:
1
.
1
物理联接(
Physical link
)
网络设备和网络之间实际的硬件联接。本层规定界面的物理特性(比如机械部件
和联
结)
,电力特性(比如电压水平)和功能特性(比如安装和拆装物理联接)
。
1
.
2
数据联接(
Data link
)
规定数据如何编码,如何从每一种网络设备中传出传进。网桥(
Bridges
)工作于此层。
1
.
3
网络(
Network
)
规定整个网络的路由,开关和电子访问。路由器(
routers
)工作哟于此层。路由器中保持一
个网络中相棱邻路由器和网段(
segment
)的表。路由器联接网段,
控制
"
交通
"
。
1
.
4
传输(
Transport
)
保证网络节点和设备之间的数据传输。
1
.
5
进程(
Session
)
在网络节点和设备之间进行
"
会话
"
时做通信控制。
1
.
6
表达(
Presentation
)
翻译数据以便它可被某种应用所理解。
1
.
7
应用(
Application
)
通过电子邮件或文件传递形式访问网络。本层规定软件应用访问网络的步骤和方
法,
比如文件传输,虚拟终端过程,信息传递等。
Lonworks
产品和
BACnet
(
Building Automation and Control Network
)
标准都以
ISO/OSI
模型为基础,
都朝着使不同厂家产品能够通信而无需中间网关的方向努力,
但采用的途径不
同。
二.
BACnet
简况
早在
1987
年,
ASHRAE
(
American Society of Heating refrigerating and Airconditi-oning
Engineers
美国
采暖冷冻空调工程师
协会)成立了
SPC135
委员会
(
Standard
Project
Committee
)
,致力于将
OSI
模型应用于
BAS
系统,以实现不同产品的通讯。首先,为了解
决如何收集和标识信息,
SPC135
采用
"
面向对象
"
(
object orientation
)的方法来组织协议,
"
对象
"
提供了一个标识或名称就可以指向一组相关信息的方式,
简化了数据传输。
其次,
OSI
的七层协议模型被简化为四层,
即只规定
BA
在通讯系统中应用*多的物理连接层、
数据联
接层、网络层和应用层,从而保证了一定的灵活性,也降低了对软件的要求和费用。
BACnet
标准发展简况如下:
1991
年
8
月,
**稿公开审查;
1994
年
3
月,**稿公开
审查;
1995
年
3
月,第三稿公开审查;
1995
年
9
月,成为正式标准(
ASHRAE135-1995
)
;
1995
年
12
月,
通过
ANSI
(
American National Standards Institute
)
认证,
成为美国国家标准。
如今,
BACnet
系统得到了较为广泛的应用,安装了数以千计的系统,遍及至少
14
个
国家。其中,金门
450
工程是目前应用
BACnet
标准的*大项目。它位于美国旧金山金门大
道
450
号,面积
133000m2
,共
22
层。其通讯网络的特点是:以应用以太网
Ethernet
为主干
网,所有工作站和现场控制器都与以太网相连。单元子网和控制器遵守
BACnet
协议或专有
协议,但非
BACnet
协议的子网和设备,有与主干网相连的
BACnet
现场控制器来管理,并
且所有系统信息必须是
BACnet
对象。这个工程实例证明:
BACnet
系统可以达到预期的目
的。在实际建筑物和实际项目的条件下,不同厂家的
EMS
产品被安装在一起,组合在一个
以太主干网里,
工作站为网络的一部分,
运行一个同意的操作界面软件包。
*终结果是:有
多个厂家的产品组合为一个包括整个建筑物的集成系统,
操作员日常工作于一个统一的系统
界面上。
BACnet
技术还在不断发展过程中,
ASHRAE
的委员会定期对一些有建设性的新增加的
部分进行讨论,
并补充修改标准。
现在
BACnet
标准委员会正在开发一个测试标准,
为
HV
AC
的应用创建特殊设备对象类型,并探索在
TCP/IP
网络上使用
BACnet
的方法。
三.
BACnet
协议的基本思路
BACnet
标准的目的是:为计算机控制暖通空调和制冷系统及其它楼宇系统规定通讯服
务和协议,从而使不同厂家的产品可以在同一个系统内协调工作。
为了达到这个目的,
BACnet
标准的制定者采用了与
LonTalk
协议不同的思路和实现途
径:统一和灵活兼顾。
LonTalk
协议对
ISO/OSI
模型的全部七层都做了规定,而
BACnet
标
准仅对
ISO/OSI
模型中,
BAS
系统应用*多的四层做了规定,即物理连接层、数据联接层、
网络层和应用层。对中间的
4
、
5
、
6
层未作规定,从而保证了协议的灵活性。各楼宇自动化
厂商在不破坏标准基本结构的前提下可增加其专有功能。例如,
BACnet
在以下方面未做具
体规定:
●
每个设备除*低要求外还应具备怎样的
BACnet
功能;
●
某一设备的何种功能可使其它设备对其访问;
●
应用程序接口(
APIS
)
;
●
在某一设备内的数据表示;
●
设备平台(如操作系统和特定硬件)
。
BACnet
标准对
BACnet
设备必须具备什么功能可被网络访问未做规定,因此可以创建
一个设备并保护其设计的专有部分。
比如你开创了一种温度控制算法,
你的
BACnet
温度控
制设备允许其他
BACnet
设备利用你的控制算法设定温度,
但温度控制算法可以是不公开的。
又如,
BACnet
标准未规定应用程序接口
(
APIS
)
,
于是在建立
BACnet
软件库上就有更大的
自由度。
其次,
在
BACnet
标准做了规定的
4
层中,
物理层和数据联接层又采纳了
5
种标准或协
议,它们大多是应用范围广泛的行业标准或国家标准。
BACnet
标准为设备设计师在选择设备具有多少
BACnet
特性方面也提供了灵活性,
BACnet
标准为此规定了
6
个级别。
1
级*低,
6
级*高,
完成的应用服务*多。一个控制系
统的各组成部分因复杂程度不同,
从而具有不同的功能,
并不需要所有设备具有
BACnet
标
准规定的全部功能。例如,
ALC
系统的符合等级为
3
级。
*后要说明的是,
BACnet
与常用的网络协议(如
Ethernet
和
TCP/IP
)有很大区别,它
侧重于监控设备之间的通讯数据结构。
而
Ethernet
和
TCP/IP
则强调网络设备间的数据传输。
两者差别表明
Ethernet
和
TCP/IP
对于
BACnet
是非竞争性的协议;
事实上,
Ethernet
和
TCP/IP
可以在
BACnet
设备之间传诵
BACnet
信息。
综上所述,
BACnet
标准采用统一和灵活相结合的思路。这在目前仍是专有协议占主导
地位的情况下,
尤其具有实践意义。
它为实现不同厂家产品的互操作提供了一个可行的途径。
ps
(不常用)
;动力线载波等方式。
4 ARCNET
和
IEEE 802.2 ARCNET
(
Attached Resources Computer network
,
附属资源计算机
网络)是一种开放
标准,它是一种高速的对等令牌传递局域网。
ARCNET
运行于以下四
种介质:
●
2.5Mbps
同轴电缆;
●
2.5Mbps
双绞线;
●
光纤;
●
EIA485
。
IEEE802.2
规定了
LLC
协议,保证数据通过通信联接能够可靠地进行传送。
5 Ethernet Ethernet
是由数据设备公司,
英特尔公司和施乐公司共同开发的高速局域网,
数据
传输速率可达
100Mbps
,是国际标准
ISO8803-3
的基础。
Ethernet
运行于
4
中介质:
●
密网
(Tvhicknet)
,同轴电缆,很少使用;
●
疏网(
Thinet
)
,同轴电缆
10base5,
*便宜,
1-10
台计算机;
●
10baseT
,双绞线,星型组态,昂贵,但使用广泛;
●
光纤,昂贵,但使用广泛。
根
据
ASHRAE
的
新
闻
发
布
,
ASHRAE
已
经
批
准
了
BACnet/IP
(
135A
)
作
为
135-1995BACnet
标准的补充,
这意味着
Internet
协议已经正式成为
BACnet
标准所采纳的第
六种通信协议。
这使得用户可以在世界上任何一个地方通过
Internet
监控自己的设备和系统,
制造厂商可以制造直接拥有
Internet
能力的自动化和控制设备。
四.
BACnet
的具体规定
ISO
模型中的应用层是用来规定一种步骤,似的软件应用可以访问下层的网络服务
BACnet
标准在应用层的具体规定体现在下述
3
方面内容:
●
BACnet
的对象(
Objects
)
●
BACnet
的服务(
Services
)
●
BACnet
的功能组(
Functional Groups
)
"
对象
"
是用来规定一种数据结构,这个结构既有
数据的存储,也包括在这个对象内处
理和记录数据的一系列过程。
BACnet
具有以下
13
类
对象:
●
模拟量和数字量的输入和输出
●
模拟量和数字量的值
●
日历
●
命令
●
设备
●
事件注册
●
文件
●
组
●
循环
●
多重输入和输出
●
通知级别
●
程序
●
时间表
因此,对象是用一种统一的方式来表达某些功能。每个对象具有一系列特性,例如
"
模拟量
的输入
"
这个
BACnet
的对象,具有当前值、传感器类型、发生地点、报警极限等一系列的
标准特性。
"
服务
"
即使用和提供者之间的相互作用,
BACnet
规定了
5
中服务:
●
报警和事件的服务
a
数值的改变
(
COV
)
b
内在的(含有报警的对象)
c
算法的改变
●
文件访问服务
-
用来在
BACnet
设备内处理文件
●
对象访问服务
-
用来处理
BACnet
对象
/
点的特性
●
远程设备管理服务
-
用于管理
BACnet
节点,询问设备所含内容
●
虚拟终端服务
-
建立与另一个
BACnet
设备的应用程序服务器的联系,
目的在于交换数据。
"
功能组
"
是应用服务和标准对象类型的组合体,用于支持某一楼宇自控功能的通讯要求,
BACnet
规定了
13
个功能组:
●
时钟
●
手持工作站
●
PC
工作站
●
事件初始化
●
事件应答
●
COV
事件初始化
●
COV
事件应答
●
文件
●
重新初始化
●
虚拟操作界面
●
虚拟终端
●
设备通信
●
时间管理
一个控制系统的各个组成部分具有各自不同的功能,
这些功能的复杂程度不同,
所以并不需
要所有设备都具有
BACnet
规定的全部功能。
为了帮助客户和工程人员确定不同
BACnet
产品之间的互操作性,
需要控制厂商建立一个针
对某一设备的
BACnet
协议符合等级的说明,
即
PICS
(
Protocol Implementation Confor- mance
Statement
)
,它包括:
●
厂商的具体情况和对其
BACnet
设备的描述
●
设备符合
BACnet
表住的级别
●
全部所支持的功能组
●
所支持的所有标准的和专有的应用服务,设备启动或响应一个服务请求的能力
●
列出所支持的全部标准和专有对象类型
●
对每个所支持的对象类型
--
所支持的可选择性
--
应用
BACnet
服务,哪些特性能被写入
--
应用
BACnet
服务,是否可动态创建或删除此对象
--
对特性数据的数值范围的限制
●
所支持的数据联接层的选项
●
是否支持分段请求
●
是否支持分段响应
因此,对于生产厂商来说,生产符合
BACnet
标准的设备要做以下
4
个方面的工作:
1
.
以
BACnet
对象的形式,编写代表设备功能的程序;
2
.
编写生产和解释
BACnet
通讯信息(服务)的代码;
3
.
为设备选择适宜的网络技术;
4
.
编写描述设备符合
BACnet
设备等级的说明,即
PICS
。