BACnet空調控制終端設計

劉翠風

（瑞士偉拓嘉業新技術（北京）有限公司，北京 100176）

0 引言

本文結合實際市場需求，提出一種基于PIC18F67K22的BACnet空調控制終端設計，系統硬件主芯片采用PIC18F67K22，操作系統采用Wago BACnet適配器，設計要求實現2個基本功能：1.實現自動加熱/制冷轉換、自動加濕/除濕轉換，并且保持溫濕度平衡；2.實現節能控制。當外界溫度低于或者高于一定值時，自動開啟室外通風閥門，且當設定時間內達不到指定溫度時，自動開啟室內2級電加熱設備,當外界溫度不滿足要求時，自動開啟回風閥，經過測試，該設計方案可以滿足應用的要求。

1 關于BACnet協議和MS/TP協議

1.1 BACnet協議

BACnet，即Building Automation and Control Network,是目前最具開放性和互操作性的通信協議，主要應用在樓宇自控的通訊協議中。

BACnet協議是1987年由美國供暖制冷及空調工程師協會提出的專用于樓宇自控網絡的數據通信協議。提供了樓宇自控系統實現互操作的方法。BACnet標準采用面向對象的技術，定義了一種具有屬性的“對象”來表示樓宇系統設備的功能，從而提供了一種標準的表示樓宇自控設備的方式。設備間的互操作則用“服務”來表示。它是一種真正的、非專用的開放式通信協議標準[1]。

1.1.1 BACnet的技術特點

BACnet數據通信協議主要用于建筑和智能家居行業，使用自動控制網絡的功能，系統組成單元使用相同的規則來定義，主要組成部分有數據實現途徑、使用的通信媒介、使用的功能及信息如何翻譯等。BACnet數據通信協議通常由5部分組成：5種局域網通信協議、相互通信的協議、信息數據的表示方式、建筑物自動控制設備功能。

BACnet是一種完全開放的計算機控制網絡，它規范的是樓宇內設備控制器之間的數據相互通信，可以很方便地實現計算機的智能空調控制、給排水自動控制、變配電和其他建筑設備系統的服務和協議[2]。

1.1.2 BACnet協議的優勢

1）BACnet是一個完全開放的網絡協議，可以應用在樓宇自控、智能空調等的控制方面，可自由應用。

2）BACnet已成為當今樓宇自控和智能家居控制的主流技術，為智能控制制造商提供了最優的控制方案，也為最終用戶提供了最方便、最舒適的控制效果。

3）BACnet作為樓宇自動控制系統，其發送的字節數大大減少，降 低了通信費用，滿足樓宇自動控制系統的需要[2]。

1.2 MS/TP協議

BACnet標準是在網絡層與物理層之間定義了一個網絡協議——MS／TP標準。MS/TP網絡是一個混合網絡，即在這種網絡中，存在兩種站點：主站點和從站點，這兩種站點的不對等的，兩種站點之間利用“令牌’機制進行傳輸[3]。令牌會傳遞給不同的主站點，主站點只有在得到令牌時，才能發送數據，否則只能接受數據或者處于監聽狀態。從站點永遠不會得到令牌，只能接受數據或者處于監聽狀態，只有在主站點發出邀請時才能發送響應數據。MS／TP網絡是一種非常靈活的網絡，它既可以在混合模式下運行，也可以在對等和主從模式下運行。在該網絡中，站點地址只用一個字節來表示。主站點的地址編碼只能分配為0～127，所以該系統最多可以帶127個設備終端。從站點地址編碼可以分配為0～254，且不能與主站點地址重復。另外，在所有地址分配中，0地址比較特殊，它通常分配給與MS/TP網絡直接連接的路由器(主站點)[4]。

2 硬件設計

2.1 電源設計

采用VR100和DRQ74-151進行電源轉換，預期效果很好。

2.2 數據收發設計

采用MAX1487，MAX1487是用于RS-485與RS-422通信的低功耗收發器，每個器件中都具有一個驅動器和一個接收器。通信傳輸線最多可掛128個收發器，MAX1487的驅動器有很高的傳輸速率，可以實現最高2.5Mbps。將DI與CPU的TXC相連，RO與CPU的RXD相連，通過DE和RE進行發送和接受，其工作溫度為0℃～70℃，接收器輸入具有失效保護特性，當輸入開路時，可以確保邏輯高電平輸出[5]。

2.3 邏輯設計

采用MICROCHIP推出的PIC18F67K22芯片，PIC18F87K22是12位A/D轉換器、采用nanoWatt XLP技術的64/80引腳高性能1Mb增強型閃存單片機。

3 系統調試

3.1 Wago BACnet適配器簡介

BACnet configurator是BACnet CPU的配置軟件，該軟件的功能是將下位機程序的控制點位信息發送到控制中心，并生成BACnet標準協議的文件。Wago BACnet 適配器軟件是一款功能強大的工具，可以用在復雜多樣化的BACnet控制器的配置和操作上，配置界面可以看到網絡的邏輯結構、控制器的地址、客戶的配置和實施到服務器。此外，使用瀏覽器可以實現查看BACnet工程的目的。

3.2 Wago BACnet適配器軟件安裝

3.2.1 軟件安裝

下載Wago BACnet configurator,按照說明安裝軟件即可。

3.2.2 硬件連接

硬件使用的適配器，按照標示分別連接到計算機和產品，如圖1所示。

3.2.3 電腦設置

查看控制面板所有控制面板項網絡和共享中心，然后選擇本地連接的屬性，雙擊其中的internet協議版本（TCPIPV4），會出現輸入IP地址的對話框，選擇手動輸入IP地址，文中所用的IP地址為：192.168.92.69，子網掩碼：255.255.255.0，默認網關：192.168.92.1，首選DNS服務器：192.168.92.2，按確定鍵，再次按確定鍵后退出。

打開IE，輸入http://192.168.92.68/，路由器的界面會打開，其中有4項波特率可選，選擇其中一個，但必須保證跟產品中的設置保持一致。

3.2.4 Wago BACnet軟件的使用

雙擊Wago打開軟件，如果配置正確，軟件會自動識別所連接的適配器和產品，如圖2所示，BASRTP-B為所連接的適配器，AEX-BAC[10101]為所連接的產品，10101為其地址。產品對應的文件夾有3項：Device，inputs和Values。

3.2.5 測試實例

連接產品，通電，設置好相關的參數，圖2為主要輸出功能信息,其中,設定參數如下：

U1：室外溫度傳感器，U2：回風溫度傳感器，U3：供風溫度傳感器，U4：濕度傳感器，1A：室外模擬信號執行器，2A：回風模擬信號執行器，1d：室內制冷2級，2d：室內制冷3級，3d：室外數字信號執行器，4d：回風數字信號執行器，5d:加濕器，6d：除濕。實現控制功能如下：

1）設定2個回路：loop1為溫度回路，采集室內溫度，即供風溫度U3，手動設置一個設定點，當設定點高于供風溫度時，控制器實現加熱功能，提高供風溫度，當設定點低于供風溫度時，控制器實現制冷功能。為了避免加熱和制冷的頻繁轉換，設定一個2℃的死區值，并設定2分鐘的轉換延時。設loop2為濕度回路，采集室內濕度，手動設置一個設定點，當設定點高于室內濕度時，控制器實現加濕功能，提高室內濕度，當設定點低于室內濕度時，控制器實現除濕功能。為了避免加濕和除濕的頻繁轉換，設定一個2%的死區值，并設定2min的轉換延時。

2）加熱/制冷控制可以進一步實現節能控制，即采集室外溫度和回風溫度，例如制冷狀態下，當室外溫度比供風溫度低5℃（為預先設定值，可更改）時，室外風閥1A和3d打開，回風閥2A和4d關閉，由室外提供供風，如果5min（為預先設定值，可更改）后供風溫度還沒有達到預定的溫度，室內制冷2級開啟，如果還不能滿足要求，室內制冷3級開啟，當室外溫度與供風溫度的差不滿足要求時，室外風閥1A和3d關閉，回風閥2A和4d打開，由室內提供制冷控制。加熱狀態下與制冷同理，使用相關的加熱設備。

3）通過上述參數的讀和寫，實現對現場產品的監控，通過更改設定點，預先設定參考值，并根據其與當前值的差來控制現場風機、電加熱、制冷、加濕、除濕等設備。

4 結束語

本文實現了對空調系統的實時監控，通過上位機可視化操作界面，實現對室內溫濕度控制以及其它狀態量的實時跟蹤，操作方便，便于管理。該控制系統可應用在空氣系統（電加熱、串級控制、濕度控制、變速風機控制）、水系統（2管制或者4管制風機盤管、濕度控制、壓力控制）、散熱器控制和冷庫控制、水系統（散熱器、地采暖和冷輻射系統）、獨立的房間控制（酒店客房、會議室等）。同時，本文也反映了樓宇自動控制的最新流行趨勢，控制設計師可以根據實際情況，設計出符合樓宇系統客戶實際需要的操作地址，在wago中體現出來，更方便觀察和使用，實現最佳控制。上述的測試實例只是很小的一部分，可以根據客戶的要求設計更復雜更完善的控制方案。建筑物業主可以靈活地選擇設備和系統，而不受產品廠商的限制。

[1]梅英,戴瑜興.基于BACnet的樓宇自控系統工程設計[J].低壓電器,2008(4):5.

[2]董春利.BACnet樓宇自控協議及其應用案例[J].儀器儀表標準化與計量,2009(6):44-45.

[3]喬融.基于MS/TP和以太網的BACnet服務性能仿真與評估[D].重慶:重慶大學,2007.

[4]李蘭輝,耿恒山.基于BACnet 協議的樓宇自控系統[Z].2008 年研究生學術交流會.

[5]王瑞華,王普,尹金玉,等.基于TCP/IP的樓宇自控網BACnet[J].測控技術,2003,22(4):39.