BACnet协议在楼宇自控系统中的应用浅析

BACnet协议在楼宇自控系统中的应用浅析

雷剑海

（金华市机关物业管理中心321017）

摘要：随着社会经济的发展，科学技术的进步，人们对工作、生活环境要求的提高，楼宇智能化系统的应用越来越广泛。人们日常都会接触到电力、照明、空调、给排水、通信、防灾、防盗、停车等设备，实现这些设备的自动化、智能化运行，势必能够极大提升人们的生活质量。楼宇智能化就是对这些设备进行集中监视、控制和管理的一套系统，而控制协议是楼宇智能化实现的基础。本文针对控制协议在楼宇自控系统中的应用进行简要分析。

关键词：智能化；楼宇自控；控制协议

楼宇智能化控制系统是一个综合性工程，它实现了建筑物的设备自动化（BA）、通信自动化（CA）、办公自动化（OA）、安全保卫自动化（SAS）和消防自动化（FAS）。近年来，自动化技术和通讯技术的交叉运用促使建筑楼宇自控技术不断发展，楼宇智能化在我国新建建筑中开始广泛应用，达到高效管控设备、合理分配公共资源、提升环境舒适度、节约能源的目的。

一、控制协议的选择

楼宇自控系统设备众多，各厂家都有着自己的楼宇设备和控制系统，其通信协议不同，硬件接口不同，不同厂商之间设备不能兼容，无法混合使用。这也促使了通用楼宇控制协议的诞生，目前应用较为广泛的协议分别为基于TCP/IP的LonTalk、BACnet、KNX等协议，基于总线的ModBus、RS485、RS232等协议。楼宇自动控制系统通过上述的一个或多个通讯协议来实现各类控制功能。

目前国内所用的主流楼宇自控协议有两种，分别为Lonworks和BACnet，它们的可靠性与稳定性得到了国内外业界人士的广泛认可。其中BACnet被称为最具开放性的协议，它是楼宇自控网络协议领域唯一的ISO标准（IS016484—5），任何厂家都可以按照BACnet标准开发与BACnet兼容的控制器或接口，在这一标准协议下实现相互交换数据的目的，不同厂家的楼宇设备实现互兼容、互操作，给用户提供了更多的选择空间，给系统升级、维护提供了更大的灵活性。

在智能楼宇集成方面，BACnet协议相比Lonworks协议具有数据传输速率更高、数据吞吐量更大、互联网扩展更灵活、服务和管理功能更强大的优点，BACnet协议是构建智能建筑无缝集成系统的一种理想选择。

二、BACnet协议的体系结构

BACnet是一种针对智能建筑的开放性的网络协议，遵循OSI模型体系结构BACnet体系结构层次图。从硬/软件、数据传输率、系统兼容和网络应用等几方面考虑，BACnet协议支持五种组合类型的数据链路/物理层规范。其中主从/令牌传递协议是专门针对楼宇自控设备设计的数据链路规范。BACnet在物理介质上支持双绞线、同轴电缆和光缆，在拓扑结构上支持星型和总线拓扑。BACnet没有严格规定网络拓扑结构，其中网段是多个物理网段通过中继器连接形成的段落区间，网络是多个网段通过网桥连接而成的，每个网络都形成一个MAC地址域。BACnet/Internet网络将使用不同局域网技术的多个网络用路由器互联起来形成的网际网，在BACnet拓扑中设备之间只存在一条逻辑通路，无需广域网的最优路由算法，其次BACnet具有单一的局部地址空间，所以BACnet参照OSI模型制定了简化的网络层协议，向应用层提供不确认无连接的数据单元传送服务，每个BACnet设备都被一个网络号码和一个MAC地址唯一确定。

BACnet网络层通过路由器将两个或多个异类BACnet局域网(不同的数链层)的连接，并通过协议报文进行路由器的自动配置、路由表维护和拥塞控制。BACnet路由器与每个网络的连接处称为一个“端口”。路由表中包含端口所连接网络的MAC地址和网络号、端口可到达网络的网络号列表及与这些网络的连接状态等内容。

BACnet应用层即BACnet应用实体，通过API为上层应用程序服务，并与对等应用层实体通信。应用实体由两部分组成：用户单元和应用服务单元。ASE是一组特定内容的应用服务，而用户单元支持本地API、保存事务处理上下文信息、产生请求ID、记录ID对应的应用服务响应、维护超时重传机制所需的计数器以及将设备行为要求映射为对象。BACnet应用层提供证实和非证实两种类型的服务。BACnet定义了四种服务原语：请求、指示、响应和证实，它们通过应用层协议数据单元传递。由于BACnet建立在无连接的通信模式上，所以OSI模型提供端到端服务的传输层部分简化功能也由应用层实现，分别为可靠的端到端传输和差错校验、报文分段和流量控制、报文重组和序列控制。

三、BACnet协议的优点

BACnet是一种网络协议，即通信规则，对包括以太网在内的诸多网络均可提供支持，具有良好的兼容性和适用性。全球经营和生产楼宇设备和楼宇控制设备的主要厂商都支持BACnet协议。它有着如下优点：（1）开放性。BACnet是完全开放的楼宇自控网。它独立于任何制造商，也不需要专用芯片，并得到众多制造商的支持。（2）规范性。BACnet有完整规范的数据表示和交换方法，通信过程采用统一的数据表示方法以及信息交换方法。它实现了控制网络和信息网络的信息集成，使建立综合应用数据库成为可能，保证了数据的一致性、完整性和互操作性。（3）可操作性。BACnet产品采用图形化操作界面，用户体验良好，系统的集成与拓展性能较好。比如在集成方面，BACnet产品可完成多个子系统的统一集成，即使处在相同的人机界面下，也可各自对机电设备实施监管，提升工作效率。（4）经济性。用户可以从众多厂商中选择适应性最好、价格最低、服务最优的产品和集成商，避免采用专用协议设备和系统的垄断，减少投资和运行管理费用。

四、BACnet协议的不足

作为一种新兴的楼宇自控网络标准，BACnet也存在着不足之处，主要表现在如下两方面：（1）BACnet最初的标准主要针对空调系统的控制，后来补充了对照明、消防等系统的控制标准，但对于智能楼宇的大系统来说，还没有完全实现对所有系统的完善控制，互操作性还存在不足。（2）BACnet主要目地之一就是实现不同设备间数据通信的统一，关于更高层次的控制方法和理论方面的研究工作还涉及得较少。而真正的互操作性不仅体现在通信标准上的统一，更重要的应该是控制对象行为上的协调一致，智能的完成各种动作，满足动态变化的、日益复杂的用户需求。这就需要引入更深层的控制理论。

五、BACnet协议的应用前景

开放、兼容、灵活、获得广泛支持并且专门针对智能建筑的通信协议或现场总线已经成为智能建筑领域的一个发展方向。而BACnet协议正是这样一种具有开拓性的技术，并能使不同厂商的设备能够互联、互换和互操作，打造无缝连接的楼宇自动化系统。充分满足了业主、用户和集成商的需求并提供了多种网络互联和接入Internet的方案，为智能建筑内部各系统之间的集成提供了便利条件，使智能建筑搭乘信息高速公路变得轻而易举。

BACnet标准是楼宇自控领域唯一的ISO标准，已在北美和欧洲等先进发达国家得到了全面的推广和应用。随着BACnet标准应用范围的不断扩展，该标准必将在全球范围内得到推广和应用，这是大势所趋，同时必将在全球范围内形成一个规模巨大的产业和市场。预言近几年内亚太地区将是BACnet标准产品需求增长最快的地区，因此在我国大力推广和应用BACnet标准是完全必要的，也是急需的。

参考文献

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[4]郭锐,张玉润，张亮.楼宇自动化控制网络数据通信协议BACnet[J].《电子技术应用》,2003,29(12):55-57.