现场总线技术在楼宇自控系统中的应用及其系统集成研究
现场总线技术在自动化控制系统中的应用
现场总线技术在自动化控制系统中的应用现场总线应该根据国民经济发展和市场需求,结合现场总线特点和我国国情,从长远出发确定现场总线的发展战略。
随着基于现场总线技术的全开放控制系统的诞生,将对传统的控制系统结构带来革命。
采用现场总线方式可以节省硬件数量与投资，可减少变送器的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等;节省安装和维护费用等。
现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间实现双向串行多节点数字通信、完成测量控制任务的数据总线。
现场总线控制系统正逐渐把电气控制和过程控制合并起来,实现真正意义的集中控制。
1.场总线技术介绍1.1PROFIBUS(Process Field bus)现场总线以西门子公司为首的PROFIBUS现场总线协议满足开放性总线系统的要求,构成从传感器/执行器、现场级、单元级直至管理级的透明的通讯系统。
PROFIBUS是一个家族。
它有三个成员或三种类型,即-FMS,-DP和-PA，基本特点如下：1)PROFIBUS-FMS(Fieldbus MessageSpecification现场总线报文规范)。
此部分是完成控制器和现场器件之间的通信以及控制器之间的信息交换，适应于完成中等传输速度进行较大数据交换的循环和非循环通讯任务。
使用RS485时，通信速率为9.6k-500k波特，距离为1.6km-4.8km，最多可接122个节点，介质可为双绞线或光缆。
2)PROFIBUS-DP(Decentralized Pe—riphery分散型外围设备)是一种优化的通讯模块，适用于自动控制系统和外围设备之间的通信，对时间要求苛刻的场合。
RS-485双绞线或光缆，为9.6K-12M波特,最大站数126。
3)PROFIBUS-PA(Process Automa—tion过程自动化)，应用于过程自动化，用于对安全性要求高的场合及由总线供电的站点。
通信速率为31.25kbps，最大距离为≤1.9km。
总线控制在楼宇自控系统的应用性研究
总线控制在楼宇自控系统的应用性研究摘要楼宇自动化系统是利用计算机及其网络技术、自动控制技术和通信技术构建的高度自动化的综合管理和控制系统，将大楼内部各种机电设备连接到一个控制网络上，通过网络及计算机对其进行全自动综合监视、控制和管理，确保建筑物内的舒适、安全、高效、便利的居住环境和办公环境。
总结了现场总线控制及其特点，详细介绍了三种常见的总线控制技术的特性、优缺点及其在楼宇自控系统中的应用。
关键词总线控制；楼宇自控系统；应用现场总线技术自推广以来已在世界范围内应用于工业控制的各个领域。
现场总线的技术不仅可以应用于楼宇自控系统，还在诸多行业被运用，例如冶金、汽车制造、烟草机械、环境保护、石油化工、电力能源、纺织机械等各个行业。
1 常见的总线控制技术1.1 BACnetBACnet是世界上第一个楼宇自动控制网络的数据通信协议。
BACnet不是软件、硬件，也不是固件，它实际上是一种网络协议，即通信规则，为不同厂家生产的产品组成的系统之间进行信息交流提供平台和支持。
BACnet诠释了楼宇自控网络的功能，以及系统组成单元相互分享数据实现的途径、使用的通信媒介、可以使用的功能和信息如何翻译的全部规则。
BACnet采用Ethernet、ARCNET、MS/TP、PTP、LonTalk五种网络技术进行通信，可根据系统通信量和通信速度选择不同的网络技术。
BACnet是为实现不同系统的互联而制定的标准，它对智能建筑中各个系统间的信息交流进行组织和协调，充当着系统间的翻译。
基于BACnet构建的系统是开放的系统。
使用BACnet，用户可以自由选择生产厂商，购买性价比最好的产品，选择最好的技术，使系统扩充变得容易，投资获得保护。
1.2 CANBusCANBus最初是德国Boseh公司为汽车监测、控制系统而设计的，现在已经成为一种国际标准，在电力、石化、空调、建筑等行业均有应用。
CANBus具有以下优点：（1）CANBus信息传输采用短帧结构，每一帧仅8字节，故传输时间短、抗干扰性强。
现场总线CAN-bus在智能楼宇中的应用
现场总线CAN-bus在智能楼宇中的应用智能小区通常所谓的智能小区技术即是在住宅小区内采用4C 技术（Computer 计算机、AutomaticControl 自动控制、Communication 通讯、ICCard 智能卡），建立一个由服务管理中心、接入网和家庭智能化系统组成的信息集成网络系统，对各种信息实现全面、实时、有效地接收、传递、采集和监控。
为住户提供一个安全、舒适、便捷、节能、高效的生活环境。
小区智能化系统，通常包括智能家居系统、安全防范系统、一卡通系统、停车场智能管理系统、全自动远程集中抄表系统、物业收费自动查询催收系统、楼宇自控系统、火灾报警与消防联动控制系统等。
安防系统和消防系统是至关重要的，应符合相应的行业规范。
在整个小区系统越来越大、功能越来越多的情况下，各系统之间和系统内部起连接作用的通讯（Communication）系统环节的作用和重要性日益增强，并在很大程度上影响到整个小区系统的性能。
通讯系统也根据功能分为：监测控制通讯、音频与视频通讯、电信通讯、互联网等。
其中“监测控制通讯”的通讯方式是本文讨论的重点。
CAN-bus 总线以前绝大部分的智能楼宇系统的数字量、信号控制与采集的通讯都是采用RS-485 总线，但是由于RS-485 的总线效率低、系统的实时性差、通讯的可靠性低、后期维护成本高、网络工程调试复杂、传输距离不理想、单总线可挂接的节点少、应用不灵活等不足和缺陷逐渐体现出来，越来越不能适应大中型智能楼宇的控制需要，并且带来更多的成本和维护费用。
虽然许多工程师、生产厂商等提出了改进的方法和建议，但都不能从根本上解决RS-485 这些先天性的问题。
所以，采用更好性能的通讯系统的措施势在必行。
现场总线在楼宇监控系统中的应用
现场总线在楼宇监控系统中的应用现场总线是一种全分布控制系统，以LonWorks总线为基础设计的楼宇监控系统具有高度的开放性和互操作性等优点，在实际应用中，效果显著。
标签现场总线；LonWorks；楼宇；监控系统；智能节点自控技术是当前推动新技术、新产业革命的核心技术。
随着微电子技术的不断发展，工控系统已成为微电子技术应用领域最具活力的一个分支。
由于人们对系统的可靠性和灵活性不断提高，现场总线技术应运而生，从其诞生之日起便受到了广泛的关注和研究，应用范围不断扩大。
随着人们对居住环境要求的不断提高，更需要对居住环境加强管理，就这样，现场总线技术也被运用到只能楼宇控制系统中去。
目前，现场总线的标准尚未统一，存在着多种类型的现场总线，这其中，LonWorks总线由于其卓越的性能，被誉为通用控制网络，本文的设计主要是以LonWorks。
1 LonWorks总线概述现场总线是用于过程自动化和制造自动化最底层的智能现场设备或现场仪表互连的一种分散化、全数字化、双向多变量传输的串行通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成。
目前，由于统一的国际标准未有建立，因此总线种类比较繁多，有40多种，其中影响比较大的主要有基金会现场总线、LonWorks、PROFIBUS、CAN总线。
其中，LonWorks由于支持节点数较多，最高可达3200个，被誉为通用控制网络，它采用了ISO/OSI模型的全部7层通信协议，其技术核心是综合通信、控制功能于一体的Neuron芯片，该芯片封装了LonTalk协议，并且集成了3个8位处理器，分别负责介质访问、网络处理及应用处理。
传输介质采用双绞线、同轴电缆、光纤、红外线和电力线等，通信速率在300bPs~l.5MbPs之间。
它具有如下特点：1.1 支持的网络结构广泛。
现有的网络结构都可以使用，并且多种网络结构还可以自由组合，这使得网络构建更加灵活。
1.2 开放性与互操作性。
LonTalk网络协议是开放的，对任何用户都是平等的。
现场总线技术在楼宇自动化温度测控系统中的应用
现场总线技术在楼宇自动化温度测控系统中的应用目前，智能建筑得以迅猛发展，其关键是楼宇自动化系统BAS 技术，其中楼宇温度测控的子系统用以实现室内温度的合理调节。
目前，国内大都采用以单片机为核心组成区域控制系统，但由于这种系统在本质上采用了RS232、RS422/RS485 等专用通信协议而形成“自动化孤岛”。
应用现场总线控制系统FCS 将系统的分散控制转换到现场控制，形成开放性的控制网络。
本文应用LonWorks 现场总线技术设计了基于主机的Neuron 智能节点，并通过单总线（1-Wire）数字温度传感器DS18B20 与智能节点构成温度测控网络，有效地实现了对室内温度的实时监控与调节。
1 LonWorks 技术 1.1LonWorks 技术要点LonWorks 技术是由美国Echelon 公司推出的局部操作网络，它包含所有设计、配置和维护网络所需要的技术：3120/3150Neuron 芯片、NeuronC 编程语言、LonTalk 协议、LonWorks 收发器、LonBuilder 和NodeBuilder 开发工具等。
LonWorks 网络系统由智能节点组成，节点包括神经元芯片、传感器、控制设备、收发器和电源等。
节点之间通信支持双绞线、电力线、光纤和红外线等多种介质，遵守ISO/OSI 的7 层模型协议，并按照规范的LonTalk 协议进行通信，其通信速率在300bps~1.5Mbps 范围之间。
1.2Neuron 芯片Neuron 芯片有3120 与3150 两大系列，是Lon-Works 技术的核心。
它既进行通信的管理，同时还具有输入、输出和控制的能力。
其内部框图如图1 所示，内有3 个8 位流水线作业的CPU。
介质访问控制CPU 处理LonTalk7 层协议的第1~第2 层，包括驱动通信子系统硬件和执行MAC 算法。
网络CPU 处理LonTalk 协议的第3 层~第6 层，包括处理网络变量寻址事务、权限证实、背景。
基于LonWorks现场总线的楼宇自控及其系统集成设计
１ Ｂ Ｓ及 其 集 成模 式 Ａ
１ １ 楼字 自控 系统 ．
技术 、 通信技术 、 信息技术有机结合起来 ， 通过对
大楼 内的 水 、 、 、 调 、 风 、 梯 、 低 压 配 电 热 空 通 电 高
电 、 车场 等 系 统监 测 、 制 和科 学 管理 ， 现 舒 停 控 实
由于 受到楼 宇 设 备 多样 化 、 术 复 杂 性 和 市 技
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现场总线技术在自动化控制系统中的应用探析
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现场总线技术在楼宇自动化系统中的应用
现场总线技术在楼宇自动化系统中的应用发布时间：2021-07-26T11:15:17.387Z 来源：《科学与技术》2021年3月第9期作者：赵重阳[导读] 集散控制系统，自动化仪表等自动控制设备的应用，赵重阳中国汽车工业工程有限公司天津 300113 摘要：集散控制系统，自动化仪表等自动控制设备的应用，离不开现场总线技术，现场总线的发展也推动了自动控制技术的重大变革。
随着现场总线技术应用越来越普及，能够应用现场总线技术的新型产品也越来越多。
现场总线技术覆盖的领域十分广泛，在运动自动控制，过程自动控制、楼宇自动化等领域都有着非常重要的作用。
尤其在大型工业厂区的楼宇自控中，现场总线通讯必不可少。
关键词:现场总线；底层网络；开放性；一、楼宇自动化概况楼宇自动化系统（BAS系统）是智能建筑非常重要的组成部分，由控制器，信号采集装置，被控设备，上位机等多个部分组成。
通过分散布置在建筑物中的控制器来控制建筑物的照明，空调通风，给排水，能源，安防等设备，是一个既复杂又综合的系统。
楼宇自动化系统主要分为工业厂房楼宇自动化和民用建筑楼宇自动化两部分。
工业厂房的自动化系统主要侧重于空调通风系统、冷冻水和冷却水系统、压缩空气系统、能源监控系统等与生产紧密相关的设备的控制与监控。
而民用楼宇自动化则更多侧重于对与生活息息相关的设备进行控制。
如安防系统，智能家居系统等等。
工业厂房和民用楼宇的自控系统，虽然侧重点不同，但二者的控制架构是极为相似的。
在楼宇自动化的控制架构中，现场总线扮演着一个极为重要的角色。
由于建筑设施往往面积较大，楼层较多，各个被控设备之间距离较远，所在区域的功能也不尽相同，为了使其系统化，集成化，往往需要现场总线将分布在建筑设施中不同地点的控制器和被控设备连接成控制网络。
使其成为一个整体，并进行集中的控制和监控。
二、多种现场总线的优缺点现场总线是用来传输自动化领域底层数据的通信网络。
只要是对OSI 7层模型中的应用层、数据链路层和物理层三层有定义的总线系统则可以被称为现场总线。
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现场总线技术在楼宇自控系统中的应用及其系统集成研究
发表时间：2018-08-31T09:54:44.720Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第9期作者：陆冬健
[导读] 现场总线技术能够对楼宇自控系统实施全面化控制，该技术具有较强的安全性、开放性、灵活性。
上海梁鸿通讯工程有限公司
摘要：随着科学技术的飞速发展，楼宇自动化系统应运而生，它属于一个多功能、自动化设备，具有较为复杂的系统结构，功能十分全面，在多个领域得到广泛的应用。
现场总线技术能够打破以往传统技术中的弊端，成为真正全方位控制的主要技术，将其应用到大中型楼宇自控系统当中，能够实现一体化的管理体系，发挥出更加强大的作用和效果。
基于此，本文将对总线技术在楼宇系统中的应用和系统集成进行分析。
关键词：现场总线技术；楼宇自控系统；系统集成
引言：现场总线技术能够对楼宇自控系统实施全面化控制，该技术具有较强的安全性、开放性、灵活性，在我国石油、化工、电力、机械制造等多个领域中得到十分广泛的应用。
将该技术融入到楼宇自控系统当中，能够使楼宇设备效率得到进一步提升，具有低污染、低能耗、可持续性强的等优势。
1.现场总线技术在楼宇自控系统中的应用设计
某工程主要为大型综合办公楼，总建筑面积为40000m2，地上十五层，地下两层，地上首层为大厅和信息消防中心，第二层至第十五层为各种类型的办公用房，顶层为水箱间；地下一层为餐厅，地下二层为车库。
1.1系统总体结构设计
根据该工程的相关方案要求，将系统总体设计为三级结构，中间层为监控层，对楼宇自动化系统中的各个子系统进行监控，并且将管理层放置到大楼的信息中心当中。
在本工程实施中，对中间控制层与现场控制层构建了自动化网络，通过ControlNet接口模块与中央管理层信息网络相互连接，以此来实现一体化的楼宇管理体系。
1.2总线技术的硬件配置
1.2.1现场控制层的配置
在现场控制层当中，采用ControlLogix控制器进行控制，该控制器能够构建出多性能的控制平台，与以往传统的PLC相比来看，具有更加强大的性价比优势。
在该平台中，支持过程控制、顺序控制、传动控制、任意组合等功能，能够为民用场合控制带来极大的便利，使控制器能够按照用户的需求对信息进行自由转换[1]。
1.2.2中间控制层的配置
对于中间控制层的配置，主要采用DELL PowerEdge 1850机架的方式，将通信接口与ControlNet相互连接，在该平台当中，可以采用组态软件设计，包括打印、显示、记录、系统参数设置等多个部分。
在控制网络与信息网络相连接方面，主要通过ControlNet接口与中央管理层相互连接，以此来实现两个网络之间在数据的传输和融合。
1.3物理网络设计
在物理网络的安装和设计方面，包括线缆选择、拓扑结构、屏蔽电缆等方式。
在本工程进行组网规划的过程中，在结构上采用的是自由拓扑模式。
由于该系统自身较大，加之线路的铺设较长，在实际运行的过程中可能会产生相互干扰现象，因此采用屏蔽双绞线的方式。
为了提升网络的可靠性，对各个屏蔽线进行连接的方式为：每个网段中的屏蔽线路均包括与地面接触，如若不能够保障全部与地面接触，则至少需要与地面接触一次，以此来保障线路安全。
2.系统集成分析
所谓的系统集成主要是指在总体的系统环境当中，为了提升系统的协调性，可以将各个子系统之间相互关联，将各项技术联系在一起，构建一个系统集成，实现信息和资源上的重组和共享，营造出更加高效、舒适、便利的生活环境。
2.1基于ControlNet总线的体系结构
在现场控制层当中，以现场控制设备为网络节点，构建现场控制网段，利用现场总线将众多测量仪表连接在一起，并根据公开、规范的原则制定通信协议，以此来实现远程监控计算机与现场仪表之间的信息传输，实现数据的沟通与共享。
在本工程当中，将总线网段与现场设备相互连接，共同构成了楼宇系统中的底层，也被称为是现场控制层[2]。
在中央管理层当中，也被称为是信息层，一般使由以太网等具有较快传输速度的网段共同构成，也被称为是信息网络。
在中央管理层当中，以PC机为中央监控主机和平台，对整体系统进行管理、检测、优化等。
在中间监控层方面，通常会设立工程师站与操作员站，具有桥梁和纽带的作用，不但能够对管理层发布的指令进行接收，对现场设备进行有效的控制，而且还能够将信息指令转达到中央控制室当中，并给将信息存储到实时数据库当中，对其进行集中优化和现实，以此来对现场设备进行有效的监督与控制。
2.2系统软件架构
根据系统相关技术研究与客户方的修，在本工程的软件架构当中，能够实现将信息网络数据与控制网络的融合与交换。
通过上文中中央管理层中所使用的组态软件可知，在中间监控层当中，仍然可以使用此项技术对现场实时数据进行储存。
由此可见，该组态软件仍然能够起到承上启下的作用，将上级信息网络与现场控制网络之间相互连接。
在具体实施的过程中，将两个核心问题相互连接，以此来解决两个方面的问题。
一是对数据信息进行实施采集，将组态软件融入到实时数据库当中。
二是通过“上位机”组态软件对数据信息进行交换，并且对其进行远程监控，上述问题的解决能够使系统的运行效率得到更加显著的提升。
2.3组态监控软件的设计
为了使软件功能得到充分发挥，使其在硬件设备当中得到更加良好的应用，促进系统运行的效率，本工程中采用RSView32组态软件，对楼宇系统进行组态设计。
2.3.1项目建立
首先需要在系统中创建一个项目，该项目的位置存储到硬盘的一个文件夹当中即可，在该文件夹当中，当处于默认状态下时，可以将项目中的所有的信息均存储到该文件夹当中。
将组态软件打开以后，单击其中的“文件”按钮，然后点击“创建项目”，再单击“打开”，便完成了对项目的创建[3]。
2.3.2RSView32通讯配置
RSView32通讯配置属于与硬件设备之间相联系的软件，对于RSView32的使用主要与驱动程度相连接。
在本文所研究的系统当中，在节点编辑器当中，选择“OPC服务器”中的数据信息，对节电名称进行编辑，然后单击“启用”，点击“接收”，再选择“关闭”命令，便完成了通讯配置操作，这时推出节点编辑界面即可。
2.3.3标记数据库设置
在本工程中，建立数据源与变量之间相互对应的数据链路，标记的主要作用是对本机当中变量进行名称的编辑，可以由可编辑控制器或者服务器对外部数据进行标记，该标记也被称之是设备标记，选择“设备”作为标记数据源，将其设置为一个节点，标记内容为从何种取得的数值，然后在数据源中构建一个数据链路，而内存当中的标记将无法与服务器之间相互关联，在启动的过程中，其数值将被作为初始值进行设置和定义。
将标记存储到数据库当中，可以被标记为逻辑控制、活动记录、图形显示等。
2.4上位机监控界面设计
在上位机监控界面的设计方面，其基本要求主要为生动、友好，尽最大力量满足用户方提出的要求。
本文将对楼宇自动化控制系统当中的上位机显示界面进行设计。
在主界面当中，通过选择对应的各项功能进行窗口切换，通过VB插件实现对上位机当中各项功能的切换，功能主要包括状态显示、历史曲线、工程参数、集中显示等等，在Tabbed Dialog控件当中，提供了一组选项卡，选项卡的功能在于每次只能够激活其中一个控件，而其他的控件将被隐藏起来，每次对该空间进行激活以后，便能够相应的弹出一个界面，为使用者的操作提供极大的便利。
结束语：综上所述，本文对某综合办公楼中楼宇系统设计进行分析，在ControlNet总线的基础上，对其在楼宇自动系统中的应用进行分析后得出，系统控制工程的构建包括系统组态、软硬件配置、设备选型、系统调试等多个方面，需要对其进行大量的开发和研究才能够完成。
将现场总线技术应用到楼宇系统当中，能够使楼宇系统功能得到有效的扩展和延伸，充分符合我国提倡的可持续发展的目标。
参考文献
[1]王松青，童明俶. LonWorks与BACnet现场总线技术及其在楼宇自动化系统中的应用[J]. 电器与能效管理技术，2014，（9）：35-39.
[2]周竹. ControlNet现场总线技术在楼宇自控系统中的应用[J]. 现代建筑电气，2015，01（12）：1-4.
[3]姚胜兴. LonWorks现场总线技术在楼宇自动化系统中的应用研究[D]. 湖南大学，2015.。