BA系統(tǒng)設(shè)計問題五例

文｜福建東政智能科技有限公司 孟 諾

1 BA系統(tǒng)通信協(xié)議的選擇

目前，BA系統(tǒng)大都采用現(xiàn)場總線控制技術(shù)，而對于通信協(xié)議的選擇，時下流行的主要考慮因素是系統(tǒng)的接入節(jié)點數(shù)量、通信的速率、通信的距離、接線的方式以及現(xiàn)場已有的網(wǎng)絡(luò)。例如，在中、大型建筑中，以太網(wǎng)就是一種普遍設(shè)立的通用方式。樓控系統(tǒng)的管理主機與現(xiàn)場管理控制器（例如Honeywell公司所采用的WEB600）的通信大都順應(yīng)其建筑的固有方式而采用TCP/IP的方式；現(xiàn)場控制器與設(shè)備控制器的通信則是各廠家采用不同的方式，例如早期的RS-485/422、RS-232，時下流行的LonWorks、BACnet、C-bus等。上述考慮因素與負荷率的關(guān)系大都沒有直接具體的實驗數(shù)據(jù)支持，只是概念上的關(guān)聯(lián)。在這種情況下，談通信協(xié)議與負荷率的關(guān)系是有難度的，因此業(yè)內(nèi)在BA系統(tǒng)的設(shè)計中通常這樣考慮：BA系統(tǒng)的通信大都使用兩種通信協(xié)議相互補足共同搭建，它們分別是LonWorks和BACnet網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。

LonWorks是一種具有強勁實力的現(xiàn)場總線技術(shù)，它采用了ISO/OSI模型的全部七層通信協(xié)議，采用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)置，通信速率從300bps至15Mbps不等，直接通信距離可達到2700m（78kbps，雙絞線），支持雙絞線、同軸電纜、光纖、射頻、紅外線、電源線等多種通信介質(zhì)，并開發(fā)有相應(yīng)的本安防爆產(chǎn)品，被譽為通用控制網(wǎng)絡(luò)。LonWorks可以方便地實現(xiàn)現(xiàn)場的傳感器、執(zhí)行器、儀表等的聯(lián)網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò)不同于局域網(wǎng)，而是一種工控網(wǎng)，這是因為它所傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)量較小的檢測信息、狀態(tài)信息和控制信息。鑒于智能大樓面積大，所控機電設(shè)備（如空調(diào)機組、水泵）分布分散，如果仍舊采用傳統(tǒng)的BA聯(lián)網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，那么實現(xiàn)現(xiàn)場DDC控制器通信連接的布線將十分復雜；而若采用支持LonWorks技術(shù)的DDC，就可隨現(xiàn)場情況任意選擇通信網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)組態(tài)靈活方便——由此可見LonWorks技術(shù)的優(yōu)勢所在。但是，業(yè)者在具體工程設(shè)計中會也明顯感到LonWorks技術(shù)的一些不足：LonWorks盡管在物理形式上可自由拓撲，但每個LonWorks節(jié)點需要連接到信道（CHANNEL）上，因而必須進行網(wǎng)絡(luò)分段（SEGMENT），在系統(tǒng)配置上必須增加路由器（ROUTER），以致提高了系統(tǒng)管理復雜度，實際上在邏輯上增加了控制系統(tǒng)分級數(shù)——管理分級數(shù)越多，系統(tǒng)不可靠度值就越高，網(wǎng)絡(luò)延時會隨之加大，負荷率和系統(tǒng)穩(wěn)定性也會隨之降低。

BACnet網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是由美國暖通空調(diào)制冷工程師學會（ASHRAE）發(fā)起制定并得到美國國家標準局（ANSI）的批準，由樓宇自動化系統(tǒng)的生產(chǎn)商、用戶參與制定的開放性標準，是綜合幾個局域網(wǎng)LAN的協(xié)議，盡可能采用了LAN網(wǎng)絡(luò)不同時期成熟的技術(shù)而制定的。

BACnet共有四層協(xié)議，包括應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層、物理層。該標準規(guī)定LonTalk與其他四種通信方式并列為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層的基本結(jié)構(gòu)。BACnet采用五種網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)（Ethernet、ARCnet、MS/TP、PTP、LonTalk）進行通信，選擇多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的目的是為了可以針對系統(tǒng)通信速度和通信量需求不同的網(wǎng)絡(luò)，采用不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與其系統(tǒng)要求相適應(yīng)。

與LonWorks相比，BACnet有更大的數(shù)據(jù)通信量，可以運作高級復雜的大量信息。BACnet是可以實現(xiàn)不同廠家的樓宇自動化系統(tǒng)之間互連的通信技術(shù)。例如要使Honeywell或JOHNSON等公司的一套BA系統(tǒng)與其他公共安全及消防系統(tǒng)進行通信，交換信息，只需通過BACnet把它們連成一個整體，即可在一個工作站上實現(xiàn)對這些系統(tǒng)的全部監(jiān)控功能。

LonWorks標準是實時控制域方面，為建筑物自控系統(tǒng)中傳感器與執(zhí)行器之間的網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn)產(chǎn)品互操作性制定的標準，是控制現(xiàn)場傳感器與執(zhí)行器之間實現(xiàn)互操作的網(wǎng)絡(luò)標準。因此，LonWorks適用于智能型大樓中的HVAC、電力供應(yīng)、照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、保安系統(tǒng)之間的通信、互操作，對于這些應(yīng)用，LonWorks可以提供一種較為經(jīng)濟的方法，因為該協(xié)議在這種類型的應(yīng)用上效果最佳。

BACnet標準是信息管理域方面為實現(xiàn)不同系統(tǒng)的互聯(lián)而制定的標準，有更強大的過程處理、組織處理能力，適用于大型智能建筑。若大型智能建筑被分為若干區(qū)域，則很可能有幾個不同的系統(tǒng)（不同廠家的系統(tǒng)）存在，而在這種情況下，如果希望可以在一個用戶界面內(nèi)進行整個系統(tǒng)的操作，BACnet是最經(jīng)濟、最理想的選擇。

總之，在實時控制域方面，尤其是在設(shè)備級上，適合采用LonWorks標準；而在信息管理域方面，在上層網(wǎng)之間的互聯(lián)中適合采用BACnet標準。LonWorks與BACnet之間不是競爭而是互補的關(guān)系，因此筆者認為一個理想的系統(tǒng)應(yīng)能同時容納這兩個標準。

2 BA系統(tǒng)設(shè)計深化過程中需要注意的問題

BA系統(tǒng)的深化設(shè)計，一般可分為兩種情況：一是指系統(tǒng)改造的深化設(shè)計，一是指系統(tǒng)未施工的深化設(shè)計。

對于系統(tǒng)改造項目，首先要了解原設(shè)計的總線設(shè)計情況，新系統(tǒng)的總線通信方式與舊系統(tǒng)有什么區(qū)別，是否可以不調(diào)整總線。其次，要考察原系統(tǒng)的DDC分布情況。不同品牌或者同一品牌不同系列DDC的容量都是不一樣的，這使得現(xiàn)場DDC的分布情況錯綜復雜。此外，在系統(tǒng)容量方面還要對今后的擴容加以考慮（也許原先的設(shè)計根本就沒有這方面的內(nèi)容）。

對于系統(tǒng)未施工，第一次實施的項目，其深化設(shè)計則應(yīng)按《智能建筑設(shè)計標準》（GB 50314-2006）實施，主要考慮內(nèi)容是現(xiàn)場環(huán)境是否能滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求。

3 B/S結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

傳統(tǒng)的Client/Server（C/S）結(jié)構(gòu)是兩層的模式，即在服務(wù)器一側(cè)放置數(shù)據(jù)存取模塊，在客戶機一側(cè)集中了用戶界面和應(yīng)用程序模塊，用戶界面和應(yīng)用程序模塊在設(shè)計時混為一體。隨著Internet的廣泛應(yīng)用，Browser/Server（B/S）結(jié)構(gòu)應(yīng)運而生，成為眾多廠家競相采用的一種技術(shù)。B/S結(jié)構(gòu)其實也是一種C/S結(jié)構(gòu)，它以Web Server為服務(wù)器軟件，以瀏覽器為客戶端軟件。但有別于一些BAS系統(tǒng)在C/S結(jié)構(gòu)下提供的假B/S架構(gòu)，真正完全的B/S架構(gòu)能夠保證系統(tǒng)中可以接受的Browser客戶端的數(shù)量沒有實質(zhì)性的限制。相對于C/S結(jié)構(gòu)，B/S具有許多獨特的優(yōu)點：

◆ B/S具有一種跨平臺的，一點對多點或多點對多點的應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)，這減少了開發(fā)人員在客戶端的工作量，使他們可以把注意力集中到怎樣合理地組織信息、提供客戶服務(wù)上來；

◆ B/S具有統(tǒng)一的瀏覽器客戶端軟件，這不僅節(jié)省了開發(fā)和維護的工作量，而且方便了用戶的使用；

◆ 在B/S結(jié)構(gòu)中，客戶端只需設(shè)置操作系統(tǒng)和Web瀏覽器，數(shù)據(jù)的查詢、處理和表示都由服務(wù)器完成，也就是說，和C/S結(jié)構(gòu)相比，B/S的客戶端變得非常精簡；

◆ 通過B/S結(jié)構(gòu)，可以透明地跨越不同的網(wǎng)絡(luò)、計算機平臺，無縫地聯(lián)合使用數(shù)據(jù)庫、超文本等多種形式的信息；

◆ B/S運行下的Internet易于設(shè)置、使用和管理。

C/S結(jié)構(gòu)則比較適合于一些中小規(guī)模的系統(tǒng)。在客戶端數(shù)量不是很多的情況下，C/S模式確是一個成熟的運行環(huán)境，具有很好的可靠性和保密性。但隨著業(yè)務(wù)規(guī)模的不斷擴大，客戶端數(shù)量的增加與區(qū)域范圍的延伸，C/S結(jié)構(gòu)會顯得力不從心。而B/S模式因為前端只需瀏覽器，不會出現(xiàn)因客戶端的增加而引起工作量急劇上升，影響系統(tǒng)可靠性的情況。如果要考慮與外部Internet連接，可以建立一道防火墻，這樣可以大大提高B/S結(jié)構(gòu)的可靠性和保密性。

4 DDC供電方式的選擇

對BA系統(tǒng)中的DDC供電方式的選擇主要是由現(xiàn)場施工方考慮。筆者個人推薦統(tǒng)一由監(jiān)控中心UPS進行供電的方式，該供電方式可以實時地保證BA系統(tǒng)正常穩(wěn)定的工作，同時可以避免因受市電電壓不穩(wěn)或者突然性掉電的影響而導致設(shè)備的損壞。

建筑設(shè)備動力電源供電方式的優(yōu)點在于成本低，基本上是就地取電，可以省去布線的工序、節(jié)省材料和工費資金；缺點是BA系統(tǒng)的供電沒有保障，電壓不穩(wěn)定，抵御系統(tǒng)浪涌電壓的能力低，或經(jīng)常掉電，容易導致設(shè)備損壞。

BA系統(tǒng)監(jiān)控中央站UPS供電方式的優(yōu)點是BA系統(tǒng)的供電能夠得到有力的保障，不怕停電；由于加入了UPS設(shè)備，濾除了供電的雜波干擾，有效地抑制了供電系統(tǒng)的浪涌電壓，能夠更好地保護BA系統(tǒng)設(shè)備；同時由于集中供電，屬于專供模式，設(shè)備的電源易于控制，便于檢修。缺點在于前期投入大，成本高。

5 BA系統(tǒng)設(shè)計中如何體現(xiàn)綠色節(jié)能

BA系統(tǒng)的綠色節(jié)能可以從以下方面著手：

◆ 提高室內(nèi)溫濕度控制的精度，根據(jù)室外溫濕度和季節(jié)變化的情況，改變室內(nèi)溫度的設(shè)定——一方面，這可以使智能建筑更加貼近人們的需要，充分發(fā)揮空調(diào)設(shè)備的功能；另一方面，空調(diào)系統(tǒng)溫度控制精度越高，不但舒適性越好，節(jié)能效果也越明顯；

◆ 利用變風量與變水量等控制技術(shù)，實現(xiàn)水泵與風機的最佳狀態(tài)點控制和最佳啟停時間控制，降低能耗；

◆ 做好春季過渡模式、秋季過渡模式的劃分，在過渡季盡量采用新風，當溫度出現(xiàn)反復時，由于系統(tǒng)沒有制冷、制熱的能力，所以只保持最小新風量的供給；

◆ 采用等效溫度和區(qū)域控制法；

◆ 準確利用能源管理軟件，建立能源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)能耗跟蹤、節(jié)能的遠程及就地控制；

◆ 在系統(tǒng)中增加電子空氣凈化機（在進風口、回風口、出風口安裝不同形式的電子空氣凈化機）；

◆ 減少設(shè)備的無功運行，對各種設(shè)備的運行時間進行自動的歷史記錄并提示定期保養(yǎng)維護時間，從而延長設(shè)備使用壽命；

◆ 盡量縮短冷凍機等冷熱源設(shè)備的運行時間，減少其運行臺數(shù)，降低其輸出功率，避免設(shè)備的無功運行，使冷熱源系統(tǒng)處于最佳節(jié)能運行狀態(tài)；

◆ 在空氣處理過程中，避免冷熱量相互抵消，采用變新回風方法，最大限度利用新風。

除此以外，實現(xiàn)BA系統(tǒng)綠色節(jié)能的手段還包括空調(diào)系統(tǒng)的間歇工作、最佳啟停控制、熱回收，照明設(shè)備與電動窗簾的聯(lián)動控制，以及太陽能技術(shù)和地熱源、江水源熱泵等，在此就不一一贅述了。