现场总线技术在楼宇自动化系统中的应用

1 BAS 概述
1.1 BAS 含义
楼宇自动化系统（以下简称“BAS 系统”）是智能建筑的重要组成部分，是通过计算机网络系统、综合布线系统、集成化系统等，控制建筑物的照明，空调通风，给排水，变配电，安防等设备，是一个既复杂又综合的系统。
1.2 BAS 领域的几种现场总线
目前，用于BAS 系统的现场总线主要有以下几种：分别为LonWorks、BACnet、CAN，EIB 和Profibus 等。
2 各种现场总线技术分析
2.1 LonWorks
LonWorks 技术是最广泛应用于BAS 系统中。在供配电系统、空调系统、热源系统尤为突出。LonWorks 主要具备优势：
⑴兼容性强。可以通过通信电缆、网线、电线、光缆以及无线的方式进行传输。
⑵拓扑方式自由，可自主组合。主要包括树型、总线型、星型等多种连接方式。
⑶方便操作，任一节点都可进行管理。网络中各节点的权限相同，管理员可在任一节点对系统进行控制和管理。
⑷方便维护及管理。LonTalk 协议是LonWorks 的核心部分，其固化于Neuron 芯片中，免去开发的时间。
⑸采用熟悉的编程程序。LonWorks 采用熟悉的Neuron C 语言，方便程序员的编制和开发。
LonWorks 的缺点有以下几点：
⑴时效性不强。
⑵数据流处理能力不强。
⑶系统较封闭。
2.2 CAN 总线
CAN 总线最初是德国Bosch 公司为汽车监控控制系统设计提出的，现在它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。
CAN 的优点是：
⑴采用8 字节的短帧传送。
⑵具有多种错误校验方式。
⑶采用无损坏的仲裁技术。
⑷CAN 芯片不但价格低而且供应商多。
CAN 的缺点是：
⑴CAN 总线容量较小，最多可挂接110 个节点。
⑵CAN 总线技术比较简单，开发难度较低。
2.3 Profibus 总线
Profibus 是国际上具有较大影响的总线标准之一，其产品已被普遍接受。
Profibus 由Profibu-FMS，Profibus-DP 及Profibus-PA 三部分组成。其中，FMS 主要用于非控制信息的传输，适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等：PA 主要用于过程自动化的信号采集及控制；DP 是制造业自动化主要应用的协议内容，是满足用户快速通信的最佳方案，其传输速度为12Mbit/s，适用于分散外设间的高速数据传输。
Profibus-DP 使用ISO/ OSI 模型中物理层、链路层和用户层接口，第3 层到第7 层都未加描述。这种体型结构确保了数据传输的快速和有效进行，使得Profibus-DP 适于现场级的高速数据传输。
Profibus-FMS 对第1，2 和7 层均加以定义，包含了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通讯服务。Profibus-DP 和Profibus-FMS 使用相同的传输技术和总线访问协议，因而两套系统可以在同一根电缆上操作。Profibus-PA 数据传输采用扩展的Profibus-DP协议，能够满足过程工业安全的要求使用分段式藕合器可将Profibus-PA 设备方便地集成到Profibus-DP 网络。
Profibus 的优点：
⑴自由的拓扑方式。Profibus 支持树型、线型和环形的连接方式。
⑵传输容量大。Profibus 总线上每段可连接32 个站点，如果使用中继器的情况，即可达到126 个站点。
⑶传输距离长。
⑷传输速度快。
Profibus 的缺点：
⑴传输流量有限。每帧的有效字节不超过246 个。
⑵协议复杂，开发难度和费用较高。
2.4 三种不同的现场总线性能对比
通过OSI 网络层次、介质访问控制方式、通信介质、速率、最大节点数、拓扑网络、开发成本和工作方式等方面，分析LonWorks、CAN 总线以及Profibus 在工程中的应用情况。

表1 现场总线性能比较

图1 小区安防系统结构图
3 基于LonWorks 在安防中的设计
3.1 安防节点的设计
智能建筑系统中的安全防范系统结构如图1 所示。该系统为分布式智能控制系统，可在任一节点进行调整，通过LonWorks 总线将各节点联系起来。
入侵报警系统作为小区的首条防线，在小区围护装置上设置红外对射探测器，在有人员或者物品进入该区域时，能及时进行报警。同时，前端设备具备防破坏报警功能，以防不法分子进行恶意破坏，试图入侵该小区。入侵报警系统前端设备具有定位功能，当前端设备报警时，可在控制室通过系统操作，及时分析紧急情况，并联动视频监控系统对入侵区域进行监控。
家庭的安防是安全防护的第二道防线，在家庭内部设置安防节点，连接各种探测器进行安防探测。在LonWorks 智能节点与探测器的连接中，可以采用总线制的方式进行连接，通过对报警设备的编码进行报警设备的识别。
出入口控制系统：在小区的出入口、停车场出入口正常都设置道闸，如出现非法操作时，可在控制室及时了解情况，并通过无线电等方式通知安保人员。
玻璃破碎探测器：主要安装于住户的窗户，玻璃门等地方，通过玻璃破摔声音的震动信号引发传感器的动作，同时把报警信号传输到系统控制中心。
红外探测器和红外/ 微波双鉴器：用十区域防护，通常安装在房间和主要通道的墙上或大花板上。当有人非法侵入后，红外探测器通过探测到人体的温度来确定有人非法侵入，红外/ 微波双鉴器探测到人体的温度和移动来确定有人非法侵入，并将探测到的信号传输给报警控制主机进报警。管理人员也可以通过程序来设定红外探测器和红外/ 微波双鉴器的等级和灵敏度。
紧急呼救按钮：主要安装在人员流动比较多的位置或家庭内部，以便在遇到意外情况时可按下紧急呼救按钮向保安部门或其他人进行紧急呼救报警。
报警扬声器和警铃：安装在易于被听到的位置，在探测器探测到意外情况并发出报警时，报警探测器能通过报警扬声器和警铃来发出报警声。
报警指示灯：主要安装在住户大门外的墙上，当报警发生时，可让来救援的保安人员通过报警指示灯的闪烁迅速找到报警用户。
3.2 安防节点的功能
每个家庭设置一个安放节点，通过LonWorks 总线与控制网络相连接。控制网络通过对每个节点进行编码，使得每个节点具有独一无二的编码，从而方便识别与控制。通过控制室的操作，可任意切换布防和撤防的状态、同时每个节点具有复位功能。甚至于可以对节点进行编程，设置布放开始时间和撤防时间、报警类型(立即报警、延时报警或24 小时报警等)等功能。一旦家庭前端探测器探测到报警信号时，由传感器将信号传输到前端控制器，控制器收到信号后，识别信号种类，并把信号通过LonWorks 传输到控制中心，通过报警扬声器或警铃发送报警信号，同时通过入侵报警系统的主界面可识别报警位置。当布放成功时，该节点的指示灯应为红色，而撤防状态时，则节点指示灯为绿色。