现场总线技术在楼宇自控系统中的应用及其系统集成研究

现场总线技术在自动化控制系统中的应用现场总线应该根据国民经济发展和市场需求,结合现场总线特点和我国国情,从长远出发确定现场总线的发展战略。

随着基于现场总线技术的全开放控制系统的诞生,将对传统的控制系统结构带来革命。

采用现场总线方式可以节省硬件数量与投资，可减少变送器的数量，不再需要单独的控制器、计算单元等;节省安装和维护费用等。

现场总线是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间实现双向串行多节点数字通信、完成测量控制任务的数据总线。

现场总线控制系统正逐渐把电气控制和过程控制合并起来,实现真正意义的集中控制。

1.场总线技术介绍1.1PROFIBUS(Process Field bus)现场总线以西门子公司为首的PROFIBUS现场总线协议满足开放性总线系统的要求,构成从传感器/执行器、现场级、单元级直至管理级的透明的通讯系统。

PROFIBUS是一个家族。

它有三个成员或三种类型,即-FMS,-DP和-PA，基本特点如下：1)PROFIBUS-FMS(Fieldbus MessageSpecification现场总线报文规范)。

此部分是完成控制器和现场器件之间的通信以及控制器之间的信息交换，适应于完成中等传输速度进行较大数据交换的循环和非循环通讯任务。

使用RS485时，通信速率为9.6k-500k波特，距离为1.6km-4.8km，最多可接122个节点，介质可为双绞线或光缆。

2)PROFIBUS-DP(Decentralized Pe—riphery分散型外围设备)是一种优化的通讯模块，适用于自动控制系统和外围设备之间的通信，对时间要求苛刻的场合。

RS-485双绞线或光缆，为9.6K-12M波特,最大站数126。

3)PROFIBUS-PA(Process Automa—tion过程自动化)，应用于过程自动化，用于对安全性要求高的场合及由总线供电的站点。

通信速率为31.25kbps，最大距离为≤1.9km。

总线控制在楼宇自控系统的应用性研究摘要楼宇自动化系统是利用计算机及其网络技术、自动控制技术和通信技术构建的高度自动化的综合管理和控制系统，将大楼内部各种机电设备连接到一个控制网络上，通过网络及计算机对其进行全自动综合监视、控制和管理，确保建筑物内的舒适、安全、高效、便利的居住环境和办公环境。

总结了现场总线控制及其特点，详细介绍了三种常见的总线控制技术的特性、优缺点及其在楼宇自控系统中的应用。

关键词总线控制；楼宇自控系统；应用现场总线技术自推广以来已在世界范围内应用于工业控制的各个领域。

现场总线的技术不仅可以应用于楼宇自控系统，还在诸多行业被运用，例如冶金、汽车制造、烟草机械、环境保护、石油化工、电力能源、纺织机械等各个行业。

1 常见的总线控制技术1.1 BACnetBACnet是世界上第一个楼宇自动控制网络的数据通信协议。

BACnet不是软件、硬件，也不是固件，它实际上是一种网络协议，即通信规则，为不同厂家生产的产品组成的系统之间进行信息交流提供平台和支持。

BACnet诠释了楼宇自控网络的功能，以及系统组成单元相互分享数据实现的途径、使用的通信媒介、可以使用的功能和信息如何翻译的全部规则。

BACnet采用Ethernet、ARCNET、MS/TP、PTP、LonTalk五种网络技术进行通信，可根据系统通信量和通信速度选择不同的网络技术。

BACnet是为实现不同系统的互联而制定的标准，它对智能建筑中各个系统间的信息交流进行组织和协调，充当着系统间的翻译。

基于BACnet构建的系统是开放的系统。

使用BACnet，用户可以自由选择生产厂商，购买性价比最好的产品，选择最好的技术，使系统扩充变得容易，投资获得保护。

1.2 CANBusCANBus最初是德国Boseh公司为汽车监测、控制系统而设计的，现在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。

CANBus具有以下优点：（1）CANBus信息传输采用短帧结构，每一帧仅8字节，故传输时间短、抗干扰性强。

现场总线CAN-bus在智能楼宇中的应用智能小区通常所谓的智能小区技术即是在住宅小区内采用4C 技术（Computer 计算机、AutomaticControl 自动控制、Communication 通讯、ICCard 智能卡），建立一个由服务管理中心、接入网和家庭智能化系统组成的信息集成网络系统，对各种信息实现全面、实时、有效地接收、传递、采集和监控。

为住户提供一个安全、舒适、便捷、节能、高效的生活环境。

小区智能化系统，通常包括智能家居系统、安全防范系统、一卡通系统、停车场智能管理系统、全自动远程集中抄表系统、物业收费自动查询催收系统、楼宇自控系统、火灾报警与消防联动控制系统等。

安防系统和消防系统是至关重要的，应符合相应的行业规范。

在整个小区系统越来越大、功能越来越多的情况下，各系统之间和系统内部起连接作用的通讯（Communication）系统环节的作用和重要性日益增强，并在很大程度上影响到整个小区系统的性能。

通讯系统也根据功能分为：监测控制通讯、音频与视频通讯、电信通讯、互联网等。

其中“监测控制通讯”的通讯方式是本文讨论的重点。

CAN-bus 总线以前绝大部分的智能楼宇系统的数字量、信号控制与采集的通讯都是采用RS-485 总线，但是由于RS-485 的总线效率低、系统的实时性差、通讯的可靠性低、后期维护成本高、网络工程调试复杂、传输距离不理想、单总线可挂接的节点少、应用不灵活等不足和缺陷逐渐体现出来，越来越不能适应大中型智能楼宇的控制需要，并且带来更多的成本和维护费用。

虽然许多工程师、生产厂商等提出了改进的方法和建议，但都不能从根本上解决RS-485 这些先天性的问题。

所以，采用更好性能的通讯系统的措施势在必行。

现场总线在楼宇监控系统中的应用现场总线是一种全分布控制系统，以LonWorks总线为基础设计的楼宇监控系统具有高度的开放性和互操作性等优点，在实际应用中，效果显著。

标签现场总线；LonWorks；楼宇；监控系统；智能节点自控技术是当前推动新技术、新产业革命的核心技术。

随着微电子技术的不断发展，工控系统已成为微电子技术应用领域最具活力的一个分支。

由于人们对系统的可靠性和灵活性不断提高，现场总线技术应运而生，从其诞生之日起便受到了广泛的关注和研究，应用范围不断扩大。

随着人们对居住环境要求的不断提高，更需要对居住环境加强管理，就这样，现场总线技术也被运用到只能楼宇控制系统中去。

目前，现场总线的标准尚未统一，存在着多种类型的现场总线，这其中，LonWorks总线由于其卓越的性能，被誉为通用控制网络，本文的设计主要是以LonWorks。

1 LonWorks总线概述现场总线是用于过程自动化和制造自动化最底层的智能现场设备或现场仪表互连的一种分散化、全数字化、双向多变量传输的串行通信网络，是现场通信网络与控制系统的集成。

目前，由于统一的国际标准未有建立，因此总线种类比较繁多，有40多种，其中影响比较大的主要有基金会现场总线、LonWorks、PROFIBUS、CAN总线。

其中，LonWorks由于支持节点数较多，最高可达3200个，被誉为通用控制网络，它采用了ISO/OSI模型的全部7层通信协议，其技术核心是综合通信、控制功能于一体的Neuron芯片，该芯片封装了LonTalk协议，并且集成了3个8位处理器，分别负责介质访问、网络处理及应用处理。

传输介质采用双绞线、同轴电缆、光纤、红外线和电力线等，通信速率在300bPs~l.5MbPs之间。

它具有如下特点：1.1 支持的网络结构广泛。

现有的网络结构都可以使用，并且多种网络结构还可以自由组合，这使得网络构建更加灵活。

1.2 开放性与互操作性。

LonTalk网络协议是开放的，对任何用户都是平等的。

现场总线技术在楼宇自动化温度测控系统中的应用目前，智能建筑得以迅猛发展，其关键是楼宇自动化系统BAS 技术，其中楼宇温度测控的子系统用以实现室内温度的合理调节。

目前，国内大都采用以单片机为核心组成区域控制系统，但由于这种系统在本质上采用了RS232、RS422/RS485 等专用通信协议而形成“自动化孤岛”。

应用现场总线控制系统FCS 将系统的分散控制转换到现场控制，形成开放性的控制网络。

本文应用LonWorks 现场总线技术设计了基于主机的Neuron 智能节点，并通过单总线（1-Wire）数字温度传感器DS18B20 与智能节点构成温度测控网络，有效地实现了对室内温度的实时监控与调节。

1 LonWorks 技术 1.1LonWorks 技术要点LonWorks 技术是由美国Echelon 公司推出的局部操作网络，它包含所有设计、配置和维护网络所需要的技术：3120/3150Neuron 芯片、NeuronC 编程语言、LonTalk 协议、LonWorks 收发器、LonBuilder 和NodeBuilder 开发工具等。

LonWorks 网络系统由智能节点组成，节点包括神经元芯片、传感器、控制设备、收发器和电源等。

节点之间通信支持双绞线、电力线、光纤和红外线等多种介质，遵守ISO/OSI 的7 层模型协议，并按照规范的LonTalk 协议进行通信，其通信速率在300bps~1.5Mbps 范围之间。

1.2Neuron 芯片Neuron 芯片有3120 与3150 两大系列，是Lon-Works 技术的核心。

它既进行通信的管理，同时还具有输入、输出和控制的能力。

其内部框图如图1 所示，内有3 个8 位流水线作业的CPU。

介质访问控制CPU 处理LonTalk7 层协议的第1~第2 层，包括驱动通信子系统硬件和执行MAC 算法。

网络CPU 处理LonTalk 协议的第3 层~第6 层，包括处理网络变量寻址事务、权限证实、背景。

现场总线技术在楼宇自动化系统中的应用发布时间：2021-07-26T11:15:17.387Z 来源：《科学与技术》2021年3月第9期作者：赵重阳[导读] 集散控制系统，自动化仪表等自动控制设备的应用，赵重阳中国汽车工业工程有限公司天津 300113 摘要：集散控制系统，自动化仪表等自动控制设备的应用，离不开现场总线技术，现场总线的发展也推动了自动控制技术的重大变革。

随着现场总线技术应用越来越普及，能够应用现场总线技术的新型产品也越来越多。

现场总线技术覆盖的领域十分广泛，在运动自动控制，过程自动控制、楼宇自动化等领域都有着非常重要的作用。

尤其在大型工业厂区的楼宇自控中，现场总线通讯必不可少。

关键词:现场总线；底层网络；开放性；一、楼宇自动化概况楼宇自动化系统（BAS系统）是智能建筑非常重要的组成部分，由控制器，信号采集装置，被控设备，上位机等多个部分组成。

通过分散布置在建筑物中的控制器来控制建筑物的照明，空调通风，给排水，能源，安防等设备，是一个既复杂又综合的系统。

楼宇自动化系统主要分为工业厂房楼宇自动化和民用建筑楼宇自动化两部分。

工业厂房的自动化系统主要侧重于空调通风系统、冷冻水和冷却水系统、压缩空气系统、能源监控系统等与生产紧密相关的设备的控制与监控。

而民用楼宇自动化则更多侧重于对与生活息息相关的设备进行控制。

如安防系统，智能家居系统等等。

工业厂房和民用楼宇的自控系统，虽然侧重点不同，但二者的控制架构是极为相似的。

在楼宇自动化的控制架构中，现场总线扮演着一个极为重要的角色。

由于建筑设施往往面积较大，楼层较多，各个被控设备之间距离较远，所在区域的功能也不尽相同，为了使其系统化，集成化，往往需要现场总线将分布在建筑设施中不同地点的控制器和被控设备连接成控制网络。

使其成为一个整体，并进行集中的控制和监控。

二、多种现场总线的优缺点现场总线是用来传输自动化领域底层数据的通信网络。

只要是对OSI 7层模型中的应用层、数据链路层和物理层三层有定义的总线系统则可以被称为现场总线。

现场总线技术及控制系统应用与集成张劲松[文章摘要]本文介绍了现场总线的概念，说明了现场控制系统FCS作为新一代网络集成式全分布控制系统的特点及其优势，从应用的角度分析了现场总线的技术特点，针对应用现场总线的一些问题进行了探讨。

并介绍了如何实现DCS与FCS的网络集成问题。

[关键词]现场总线、现场控制系统、网络集成、现场总线应用概述：随着控制、计算机、通信、网络、信息等技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，逐步形成了以网络集成自动化系统为基础的企业信息系统。

现场总线的出现标志着工业控制技术领域新时代的开始。

现场总线是90年代初期兴起的一种先进工业控制技术，和DCS相比是一种全数字化、全分散式、全开放、可互操作和开放式互联网络的新一代控制系统；是计算机技术，通信技术和控制技术的综合与集成;它将通信线一直延伸到生产现场生产设备，用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络，它将传统的DCS三层网络结构变成两层网络结构“工作站现场总线智能现场仪表”，降低了成本，提高了可靠性，实现了控制管理一体化的结构体系。

目前各类现场总线产品有40多种，本文将从应用的角度出发，对现场总线系统进行分析之后，针对应用现场总线系统时工程中关心的有关问题开展讨论，介绍了如何实现DCS与FCS的网络集成问题。

集中式主从式分布式图1 控制系统的发展进程1、现场总线简介现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络。

由于现场总线用全数字的双向通信代替了传统4-20mA模拟信号，将点对点接线方式改用一根通信电缆同时连接多台设备，并且还能通过总线对设备供电。

因此现场总线能够极大地简化布线和降低初装成本。

现场总线使现场级的控制得到加强，实现控制功能的彻底分散。

它通过一套标准的通信协议，将现场设备和控制系统完善地结合在一起，以一种现场设备和控制系统都能理解和运用的数字化语言，进行良好的信息沟通，进而实现设备之间的相互操作。

Lonworks现场总线在楼宇设备自动化系统中的应用摘要：本文在分析LonWorks 技术及楼宇自动化系统集成模式基础上，以中央空调系统为例着重讨论了LonWorks 技术在楼宇自动化系统集成中的应用，采用LonWorks现场总线技术能很快捷方便地对智能建筑进行数据采集和控制网络。

关键词智能建筑楼宇自动化系统空调LonWorks技术智能建筑的核心是以建筑物为平台，兼备信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等，集结构、系统、服务、管理及其优化组合为一体，向人们提供安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境。

当前智能建筑主要由楼宇自动化系统、通信自动化系统和办公自动化系统组成。

其中，楼宇自动化系统是智能建筑中最基本且为最重要的组成部分。

楼宇自动化系统( Building Automation System简称BAS) 是集微电子技术、电力电子技术、计算机技术与自动化控制技术于一身的楼宇控制系统, 是现代高层建筑中一项重要的电气控制系统。

楼宇自动化系统利用各种电气设备及网络将建筑物内部各种设备连接成为一个网络，通过对网络上各种参数的调节、控制，以提供便捷、安全、节能环保等各种环境。

BAS 包括以下几部分: 冷热源系统的监控; 空调新风机组的监控; 通风设备的监控; 给、排水系统的监控; 供配电设备的监控以及电梯系统的监视等。

由于楼宇自动化系统的规模不断扩大，人们对其在先进性、开放性、互操作性等方面的要求也越来越高。

但由于各厂家提供的设备和控制系统的通信协议不同，使得不同厂商的设备之间缺乏互操作性，给控制网络自身及控制网络与信息网络的集成带来了极大的困难。

1 一种开放的控制技术—Lonworks技术LonWorks（Local Operating Network）技术是美国Echelon 公司于20 世纪90 年代初推出的总线技术, 是针对控制对象研制的新型网络。

其通信协议LonTalk 支持ISO/OSI 的全部7 层模型，这是LON 总线最杰出的特点。