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智能建筑中控制网络技术的发展探讨

发布时间:2019-11-28 15:25:55被阅次数:109 来源:
智能建筑中控制网络技术的发展探讨

  邓利文     [摘要]智能建筑发展对智能建筑物内的控制网络提出了更高的要求。本文分析了现场总线技术、现场总线+IP技术以及IPv6技术在智能建筑领域中的应用,指出智能建筑在控制精度、柔性控制方面的需求将促使IPv6在智能建筑内的成功应用。
[关键词]智能建筑;控制网络;IPv6;现场总线+IP;现场总线
Discussing the Development of Control Network in the Intelligent Building
Abstract:With the development of intelligent building, its control network is asked more demand.  This paper analyses the application of some network techniques such as Field Bus, Field bus +IP and IPv6 in the intelligent building. From the development trend of the network control technique, this paper indicates that the demand of control precision and control flexibility will push IPv6 to success in the intelligent building.     1. 引言
 智能建筑是现代建筑技术、计算机技术、通信技术、自动化控制技术完美结合的产物。智能建筑中涉及到的各子系统基本上是通过控制网络,把大楼内的各种电气设备连接起来,实现建筑物的智能化、网络化和最优化。
智能建筑的发展要满足节能、绿色环保。除了采用节能材料、节能设备达到节能目标以外,多系统集成、多系统协调管理也能从自动控制方面贡献智能建筑节能的指标。这种多系统控制要求控制系统具有更高的控制精度。
智能建筑的发展有从单体向建筑群智能化发展的趋势,在一些大中型城市,基本上每栋大楼都是智能大楼,建筑群的协调控制存在可能,比如景观照明,通过邻近建筑物群的泛光照明的协调控制以及柔性控制,可以实现内涵更为丰富的景观照明。 2.现场总线
目前,在智能建筑控制网络架构中,普遍采用如RS485、CAN或者LonWorks等现场总线技术将现场控制器DDC连接起来。通过专用的网关与上位机通信。RS485是一种较早的通信协议,是网络物理层的一种规范,一般采用查询方式访问被控节点,通讯距离理论上可达1.2km,传输速率为300—9.6kbps。RS48在一些低智能、低速率、低实时性要求中应用还是比较普遍,比如施耐德的多参数电力表PM810,通过RS485提供与楼宇控制系统的接口。LonWorks是智能建筑中比较常见的控制技术,包括从物理层到应用层的完整控制网络体系。采用CSMA/CD来避免数据碰撞,传输距离可达2.7 km,速率300—1.25Mbps。,在智能建筑中不同厂家的LonWorks产品能在同一网络中协调工作,很多公司比如Honeywell, Johnson Control, Siemens等都提供基于LonWorks技术的产品。
现场总线一般采用手拉手菊花链的方式布线,这对线缆要求比较高,现场总线的传输速度不高,一根总线驱动能力较差,控制节点有限。LonWorks虽然可以通过组网来扩展控制节点容量,但是网络设计和规划的合理性、系统组态参数设定得好坏,对系统性能影响很大。
3. 现场总线+IP
在现场总线控制架构下,当需要将现场总线网络的数据传递到上位监控机上时,查询方式或者CSMA/CD模式都不可避免的使网络接口变成整个网络的数据瓶颈,为了保证实时性,将不得不耗费网络带宽。有资料表明[8]200个变量在线实时更新(每秒轮训方式)的带宽占用在80%以上,这样的网络负荷已经接近极限。
在商业领域中获得巨大成功的TCP/IP网络技术很容易让人们联想到在工业、民用等领域中的应用。有资料表明[7],在拥有6000个I/O的典型控制系统中,通信负荷为10M以太网的5%左右,通过TCP/IP来向上传输现场总线收集的设备数据,就可以有效解决网络接口的数据瓶颈问题。TCP/IP网络和控制网络技术完美结合,保留各自优点、相互补充,是目前IP技术进入智能建筑领域的最常见的应用方式。
LonWorks+IP就是这种现场总线+IP技术之一,一些公司推出了相应的解决方案,如HoneyWell的CARE,Circon公司的Network Integrator等等。日本的Roppongi Hills项目采用LonWorks+IP解决方案控制了大约16,500个LonWorks设备[3]。 4. IPv6网络
由TCP/IP协议构架的Internet互联网络无论是工作上还是生活上都给我们带来了巨大的影响,第一代互联网IPv4由于需求的迅猛增长,其地址资源面临枯竭,预计在2010年左右IPv4地址将全部用完。IPv6是下一代Internet协议,拥有巨大的地址空间,其在安全性、QoS等多方面都有潜在的优势。目前美国以及欧洲对于IPv6的发展以研究和实验为主,日本和韩国等亚洲国家在IPv6的商业以及业务开展方面处于领先地位。2003年,中国启动下一代互联网示范工程(CNGI),标志中国IPv6进入实质性发展阶段。如今,中国已经建成世界上第一个同时也是规模最大的纯IPv6网络(CERNET2)。
IPv6丰富的地址资源,足可以为地球上每一个电子设备分配唯一的IP地址,将底层设备控制网络替代为TCP/IP网络,将Internet延伸至终端设备成为可能。TCP/IP技术采用数据交换、存储转发来传输数据,可以建立点对点的连接,不会出现碰撞,传输速率大幅度提高。事实上,20世纪90年代中后期,在工业领域以施耐德公司为代表的一些国内外工控公司,纷纷在其控制系统中采用以太网,推出基于以太网的现场仪器仪表,以太网完全能用于现场控制网络。作为以太网升级换代的IPv6也完全可以在智能建筑领域内应用,楼宇控制系统通过计算机网络直接和基于IPv6设备进行双向通讯。
在智能建筑工程中,不同的弱电系统需要有不同的现场总线,标准不一,重复布线,这对工程施工和维护也带来诸多的不便。采用IPv6技术后,布线采用统一的网络线,规范了智能建筑布线,IPv6自动地址配置功能使不同厂家生产的不同产品都能在网络中任意挂接。设备耦合度高,组网简单,设备集成的空间和容量以及控制距离都得到大幅提升。基于IPv6技术的智能建筑控制系统可以根据需要实现设备任意组态,设备的协调控制、端对端控制变得更加简单而有效。我们来看看北京奥运中心区的照明系统[6],该系统灯具数量多,分布广;控制复杂,精度要求高;维护难度大。采用现场总线模式根本不可能满足管理和控制的需要,即使采用现场总线+IP(比如LonWorks+IP)也很难满足动态的、灵活的照明场景定制需求,只有将每个控制节点IP化,才能提高控制精度以及柔性控制能力。 5. 结束语
网络设备制造商在IPv6发展上已经先行一步,目前几乎所有的网络设备如路由器、交换机甚至网卡都支持IPv6,但是终端设备商、应用服务商以及运营商仍在驻足观望,等着基于IPv6“杀手级应用“的出现。IPv6技术在智能领域内的成功应用将引起这个领域的变革,中国企业也可以抓住市场重新洗牌的机会,推出拥有自主知识产权的楼宇控制系统。IPv6技术在智能建筑中对控制精度、柔性控制的驾驭能力,将赋予它在智能建筑领域内广阔的应用前景。对此,我们将拭目以待。  
参考文献:
1.张杰、张勇等,基于IPv6的网络家电远程控制系统的设计与实现,微计算机信息,2006.11
2.将炼等,IPv6在智能建筑中的发展和应用,低压电器,2005.11
3.刘永生等,LonWorks+IP智能建筑集成解决方案 智能建筑与城市信息,2005.2
4.马春光等,一种TCP/IP网络与LonWorks网络的集成方案,计算机工程,2003.5
5.陈锋,IPv6技术发展现状及前景综述,辽宁行政学院学报,2007.5
6.黄吉文,奥运中心区照明运营管理系统(IPv6),电气应用, 2007.2
7.李国厚,以太网在工业控制中的应用综述,可编程控制器与工厂自动化,2006.4
8.刘继线,Lonworks网络数据接口研究,中国工控网,2005.4  

 

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