用于樓宇自動化的分散式可編程控制系統(tǒng)
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一、BAS和LonWorks現(xiàn)場總線概述
樓宇自動化系統(tǒng)（Building Automation System,簡稱BAS），實(shí)際上是一套中央監(jiān)控系統(tǒng)。它通過對建筑物（或建筑群）內(nèi)的各種電力設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、冷熱源設(shè)備、防火、防盜設(shè)備等進(jìn)行集中監(jiān)控，達(dá)到在確保建筑內(nèi)環(huán)境舒適、充分考慮能源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的條件下，使建筑內(nèi)的各種設(shè)備狀態(tài)及利用率均達(dá)到最佳的目的。
LonWorks（Local Operating Networks）現(xiàn)場總線是美國Echelon公司推出的局部操作網(wǎng)絡(luò)，目前被廣泛地應(yīng)用在航空/航天、測量測控、能源管理、過程控制、無線通信、樓宇控制等領(lǐng)域。LonWorks平臺是一種開放的分布式控制系統(tǒng)，支持設(shè)備間的無網(wǎng)關(guān)的對等式和/或主從式通信。與以往和當(dāng)前的現(xiàn)場總線技術(shù)相比，LonWorks總線主要有以下突出的特點(diǎn)：
1.完整合理的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。面向?qū)ο蟮腖onTalk網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基于完整的ISO/OSI七層協(xié)議，并可在物理層使用如雙絞線、同軸電纜、光纖、無線電波、電力線以及紅外光波等等多種通信媒介，根據(jù)媒介的不同，具有從300b/s～1.25Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸率，滿足了不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)νㄐ潘俾实男枨?。另外，其通信的每幀有效字?jié)數(shù)可從0到228個字節(jié)不等，一個LonWorks網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)32000個，完全可以滿足不同樓宇控制網(wǎng)絡(luò)的要求。
通過Echelon公司的多種智能收發(fā)器可提供包括了典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)系統(tǒng)和任意自由拓?fù)?/strong>結(jié)構(gòu)，無需服務(wù)器的對等分布網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)真正的點(diǎn)對點(diǎn)通訊，為樓宇控制網(wǎng)絡(luò)的安裝應(yīng)用和擴(kuò)展提供了極大的方便。并且只需常見的安裝測試工具，就可訪問所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
正是LonWorks具有的這個特點(diǎn)，當(dāng)其應(yīng)用在所控的機(jī)電設(shè)備分布非常分散的場合，LonWorks技術(shù)就優(yōu)于傳統(tǒng)的BA聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和組態(tài)布線方式。
2.總線的開放性和設(shè)備間的可操作性強(qiáng)。LonTalk協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施和符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的對象使得不同供應(yīng)商系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互操作性成為可能。眾多廠商特別是行業(yè)領(lǐng)先的廠商的支持確?？梢蕴峁┎煌?yīng)商和不同市場的解決方案。
3.降低樓控自動化系統(tǒng)開發(fā)和使用成本。有內(nèi)嵌LonTalk協(xié)議和物理層收發(fā)器的集成電路可供選擇，降低了開發(fā)難度，縮短了開發(fā)時間和成本；單一協(xié)議帶來的開發(fā)、安裝和測試工具的簡化；低成本的雙絞線自由拓?fù)?；可使用低成本的組件；互操作性帶來的價格競爭使用戶得到更低成本優(yōu)惠。
4.LonWorks技術(shù)核心的載體是神經(jīng)元芯片（Neuron Chip），它和通信收發(fā)器（例如FT-X1）一起成為一個高效低成本的收發(fā)器基準(zhǔn)。通常的神經(jīng)元芯片采用8位總線，最高主頻10MHz，當(dāng)需要完成復(fù)雜的測控功能的時候，還可以采用MCU或者PC作為主機(jī)來處理測控，這樣神經(jīng)元芯片僅需完成總線通訊的功能。
借助開放并且基于標(biāo)準(zhǔn)的LonWorks平臺，可以使廠商、繼承商和用戶三方都得到更多的好處，所以，盡管目前受到各種條件限制使得LonWorks技術(shù)優(yōu)勢還不能完全發(fā)揮出來，但是它確實(shí)給樓宇自控系統(tǒng)的開發(fā)配置提供了一個很好的選擇，目前，LonWorks己經(jīng)發(fā)展成為應(yīng)用于樓宇自動化系統(tǒng)中的居于領(lǐng)導(dǎo)地位的現(xiàn)場總線。并且，中國建設(shè)部智能建筑推廣中心也已把LonWorks技術(shù)作為推薦采用的控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能建筑中推廣應(yīng)用。
二、SUPCON OptiSYS PCS400系列分散式可編程控制系統(tǒng)的概述
浙江浙大中控信息技術(shù)有限公司成立于1999年，是中控科技集團(tuán)下屬子公司，致力于智能樓宇、智能交通、水務(wù)工程、校園網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)領(lǐng)域，是一家集開發(fā)、設(shè)計(jì)和工程技術(shù)服務(wù)為一體的高新技術(shù)企業(yè)。依托浙江大學(xué)多學(xué)科的綜合優(yōu)勢，多年來在工業(yè)自動化國家工程研究中心的支持下，加快信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的步伐，以SUPCON為主品牌的系列產(chǎn)品已經(jīng)在國內(nèi)的自動化行業(yè)中確立了領(lǐng)先的地位。
中控信息自主開發(fā)的SUPCON OptiSYS PCS400系列分散式可編程控制系統(tǒng)主要包括基于LONWORKS總線的PCS400系列可編程控制器以及AdvBMS監(jiān)控系統(tǒng)軟件、AdvOPC系列OPC數(shù)據(jù)集成服務(wù)器軟件。它面向以分散型數(shù)據(jù)采集與控制為主的公用工程自動化項(xiàng)目，能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯控制、順序控制、過程控制、數(shù)據(jù)采集等控制任務(wù)，可廣泛應(yīng)用于智能樓宇、智能交通、給排水、水文水利、環(huán)境保護(hù)、工業(yè)自動化、農(nóng)業(yè)自動化等領(lǐng)域。SUPCON是主品牌，OptiSYS是Optimization和System的合成，表示最優(yōu)化的系統(tǒng)，PCS是Programmable Control System的縮寫。
除了前面所述LonWorks總線共有的特點(diǎn)之外， PCS400系列還具有以下技術(shù)特征：
（1） 符合LonMark標(biāo)準(zhǔn)，提供標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量和功能塊，采用SUPCON LonWorks專用協(xié)議Slave功能，16個地址可選；
（2） 目前由浙江浙大中控信息技術(shù)有限公司研發(fā)生產(chǎn)的PCS400系列產(chǎn)品線完備。比如電源模塊分為20W、36W和48W不等，控制器模塊也有不同用戶程序空間和數(shù)據(jù)空間的選擇。數(shù)字量及模擬量輸入輸出模塊除點(diǎn)數(shù)不同的之外，其余區(qū)分可見表1；
（3） 控制器模塊CPU采用32位ARM7處理器，并且模塊除了1個FT3150 LonWorks總線接口之外，還有1個RS232接口，1個可選的RS485接口和1個10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口；
（4） 隨系統(tǒng)可提供的編程開發(fā)軟件和OPC SERVER軟件；控制器模塊全面支持TCP/IP協(xié)議，可以直接接入以太網(wǎng)。
另外，PCS400系列沿用SUPCON JX系列集散控制系統(tǒng)的高可靠性、模塊化設(shè)計(jì)和完善的制造工藝，具有極高的可靠性和完善的系統(tǒng)功能；22.5mm/45mm的統(tǒng)一厚度，所有模塊均能通過總線連接器直接安裝在DIN導(dǎo)軌上面，接線端子可以直接連接外部線纜（0.2～2.5mm2），無需增加轉(zhuǎn)接端子，節(jié)省安裝空間；監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用純B/S模式設(shè)計(jì)，既可本地監(jiān)控，又能實(shí)現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)和瀏覽器的遠(yuǎn)程監(jiān)控；具有OPC、DDE等開放性數(shù)據(jù)接口，內(nèi)置VBA語言，集成能力強(qiáng)、擴(kuò)展方便。
以上借予LonWorks總線以及自身擁有的技術(shù)特點(diǎn)，使得PCS400完全可適應(yīng)在BAS等公用工程中的應(yīng)用。
表1：
數(shù)字量輸入模塊 開關(guān)量輸入（支持有源和無源2種）
AC220V開關(guān)量輸入
數(shù)字量輸出模塊 24VDC輸出，200mA，內(nèi)配電
繼電器輸出（觸點(diǎn)容量：AC220V或DC24V，2A）
24VDC輸出，500mA，外配電
模擬量輸入模塊 模擬量萬能輸入(Pt100、Pt1000、0～20mA、0～10VDC)
常規(guī)模擬量（0～20mA、0～10VDC）輸入
熱電阻（Pt100、Pt1000）輸入
熱敏電阻（NTC5K、10K、20K）輸入
熱電偶輸入
模擬量輸出模塊 模擬量電壓輸出（0～10VDC）
模擬量電流輸出(0～20mA)
模擬量電壓/電流輸出（0～10VDC、0～20mA）
三、應(yīng)用PCS400的BAS的結(jié)構(gòu)和解決方案
BAS有其自身顯著的特點(diǎn)，其一般測控點(diǎn)較多，高層建筑一般都在1000點(diǎn)以上，樓群控制多達(dá)幾千點(diǎn)；測控點(diǎn)分散，遍布建筑物的各個角落；被控設(shè)備種類較多，包括新風(fēng)機(jī)組、空調(diào)機(jī)組、冷源及冷卻系統(tǒng)、熱源及熱交換系統(tǒng)、給排水設(shè)備、照明及配電、安全防范和火災(zāi)報警等，而且這些設(shè)備和系統(tǒng)中有些本身又帶有了控制系統(tǒng)，這就需要一種低成本的、具有高度分散控制功能的、可以實(shí)現(xiàn)互操作的測控系統(tǒng)，對建筑物內(nèi)所有機(jī)電設(shè)備進(jìn)行全面監(jiān)視控制。
常見的應(yīng)用PCS400系列分散式控制系統(tǒng)。
這個網(wǎng)絡(luò)采用開放分布式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，主要由大量分散在智能建筑物內(nèi)部的各現(xiàn)場設(shè)備子系統(tǒng)以及對它們進(jìn)行測量、監(jiān)視、控制、管理和協(xié)調(diào)的LonWorks智能節(jié)點(diǎn)（合成在分散式控制器和分散式模塊中）構(gòu)成。在BAS的LonWorks網(wǎng)絡(luò)的智能節(jié)點(diǎn)中，通常包含溫度檢測、相對濕度檢測、二氧化碳檢測、風(fēng)門執(zhí)行器、變風(fēng)量控制、風(fēng)機(jī)盤管控制以及恒溫控制器、冷凍機(jī)、單元通風(fēng)器、墻掛式檢測器、閥門執(zhí)行器、報警及報警管理、數(shù)據(jù)記錄及趨勢分析等。
不同于以往的集中控制系統(tǒng)中心，PCS監(jiān)控站并不是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換的中心，而只是操作人員對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)視與控制的界面，主要完成系統(tǒng)監(jiān)控的功能，包括監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、監(jiān)視系統(tǒng)故障報警、控制設(shè)備啟?；蜷y門開啟度等。由于系統(tǒng)為無中心控制方式，PCS監(jiān)控站可隨時變換位置。而網(wǎng)絡(luò)管理功能則由PCS工作站來完成，包括配置設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)、選擇監(jiān)控方式、定義和更換節(jié)點(diǎn)等。
四、結(jié)束語
基于LonWorks總線技術(shù)的SUPCON OptiSYS PCS400系列分散式可編程控制系統(tǒng)在應(yīng)用中完全實(shí)現(xiàn)了開放分布式的無主系統(tǒng)過渡；大大節(jié)省了電線布線費(fèi)用和時間；提高了傳輸?shù)目煽啃?，并且降低了系統(tǒng)配置、調(diào)試和維護(hù)的難度；現(xiàn)場采集的物理信號以數(shù)字量傳輸，控制信號現(xiàn)場處理，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。因此，完全可以勝任智能建筑領(lǐng)域的應(yīng)用要求。同時也可廣泛地應(yīng)用于智能交通、水務(wù)工程、環(huán)境保護(hù)、工廠監(jiān)控等領(lǐng)域。
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