网络技术在智能建筑中的应用与发展

网络技术在智能建筑中的应用与发展目前日益流行的智能建筑是建筑技术与计算机信息技术相结合的产物，是信息社会的需要，也是未来建筑发展的方向。智能建筑主要由楼宇自动化系统(BAS)、通信自动化系统(CAS)和办公自动化系统(OAS)三大系统组成。其中，楼宇自动化系统是智能建筑中最基本和最重要的组成部分。上个世纪90年代以来，随着控制技术、计算机技术、通信技术的发展，出现了基于现场总线的控制系统(FCS)。它是一种全数字化的、全分散的、全开放、可互操作和开放式互连的新一代控制系统。目前，现场总线技术已经成为自动化技术中的一个热点，备受国内外自动化设备制造商与用户的关注。FCS极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。与传统的DCS(分布式控制系统)相比，FCS具有可靠性高、可维护性好、成本低、实时性好、实现了控制管理一体化的结构体系等优点。现场总线的出现，为工业自动化带来了一场深层次的革命，从而开创了工业自动控制的新纪元，被誉为自动化领域的计算机局域网。鉴于FCS的许多优点，控制专家们纷纷预言“FCS将取代DCS成为2l世纪控制系统的主流。”现在，FCS已经被应用到楼宇自动化控制领域。一、用于楼宇自动化领域的几种现场总线据不完全统计，目前国际上有40种宣称为开放型的现场总线标准。大多数现场总线只是用其中的一、二和七层协议。于是现场总线呈现杂乱纷呈的局面。其中Lonworks、BACnet、CAN、EIB等现场总线在楼宇自动化领域获得了较广泛的应用。1、LonWorks美国Echelon公司1991年推出了LON(Local0penationNetworks)技术，又称Lonworks技术。它得到了众多计算机厂家、系统集成商、仪器仪表以及软件公司的大力支持，已经在楼宇自动化、工业自动化、电力系统供配、消防监控、停车场管理等领域获得广泛应用。具体地说LonWorks具有以下优点：⑴网络结构灵活、组网方便。它支持多种网络拓扑形式，包括总线型、星型、树型、自由拓扑型等，这样可适应复杂的现场环境，方便现场布线；⑵支持多种传输介质。包括双绞线、同轴电缆、电力线、光纤、无线射频等；两种传输速率：78bps和1．25Mbps，最大传输距离由网络拓扑形式和传输介质决定，一般可从500m到2700m。可接人的节点最多为32385个;⑶完善的珏发工具。提供完善的系统开发环境，采用开放的NEURONC语言，它是ANSIC语言的扩展；⑷无主的网络系统。LonWorks网络中各节点的地位相同，网络管理可设在任一节点处，并可安装多个网络管理器；⑸开发LonWorks网络节点的时间较短，也易于维护。LonWorks采用的LonTalk协议固化在Echelon公司的Neuron芯片中，这样可以节省开发LonWorks网络节点的时间，也方便维护。同其它现场总线一样，LonWorks也有自身的缺点。首先，LonWorks的实时性、处理大量数据的能力有些欠缺；其次，由于LonWorks依赖于Echelon公司的Neuron芯片，所以它的完全开放性也受到一些质疑。尽管LonWorks存在一些不足，但是LonWorks的FCS还在楼宇自动化领域获得了广泛的应用。世界上有2万多家OEM厂商生产LonWorks相关产品，其中种类已达3500多种。目前世界上已安装有500多万个LonWorks节点，LonT~k协议也被接纳为欧洲CENTC247、CENTC205的一部分。自1996年以来，LonWorks也开始在国内获得大量的应用。在建设部的支持下，国内一些研究所和企业开始陆续开发出基于LonWorks的楼宇自动化控制系统，并在一些新建智能大厦和建设部智能化小区试点工程中得到应用。2、ACnetBACnet是作为世界上第一个楼宇自动控制网络的数据通信协议。它代表了智能建筑发展的主流趋势。BAcnet不是软件或硬件，也不是固件，严格地说，BAcnet并不是现场总线，而是一种网络协议，即通信规则。为不同商家产品的系统之间进行信息交流提供平台和支持。BACnet详细阐述了系统组成单元相互分享数据实现的途径、使用的通信介质、可以使用的功能以及信息如何翻译的全部规则。BACnet采用了Etherent、ARCNET、MS／TP、PTP、LonTalk五种网络技术进行通信。可根据系统通信是和通信速度选择不同的网络技术。相对其它现场总线，BACnet标准最大的优点是可以与Etherent、LonWorks等网络进行无缝集成。不过BACnet主要为解决不同厂家的楼宇自控系统相互间的通讯问题设计，并不太适用于智能传感器、执行器等末端设备。BACnet标准已在全球得到了广泛的应用，全球生产和经营楼宇设备和楼宇自控设备的主要厂商均支持BACnet标准。BACnet在不到10年的时间内就从一个行业学会标准迅速成为楼宇自控领域中唯一的ISO标准。虽然我国是WTO和ISO成员国，但是BACnet在我国建筑领域中的应用范围还是相对较小，而且在工程中采用的BACnet产品和技术也基本上全部是从国外引进的，还没有真正意义上的国产化BACnet相关产品。3、CANCAN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具有以下优点：⑴采用8字节的短帧传送，故传输时间短、抗干扰性强：⑵具有多种错误校验方式，形成强大的差错控制能力。而且在严重错误的情况下，节点会自动离线，避免影响总线上其它节点；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缺点是：CAN总线上最多可挂接110个节点，这不完全能满足整个智能建筑的需要。不过可以通过利用中继器进行扩展，相对其它一些现场总线，CAN总线技术比较简单，CAN相关产品的开发费用也远远低于其它现场总线技术产品的开发费用。因此，很早国内就有一些企业推出了基于CAN总线的楼宇自控的相关产品。如狮岛、索龙集团开发出了$2000楼宇自控系统。二、以太网开始进入楼宇自控领域以太网发展至今已有20年历程，作为局域网组网的主要技术，以其简单、价廉、高带宽、维护方便以及不断发展等优点一直在局域网领域中牢牢占据着统治地位。近年来，以太网技术获得了快速地发展。交换型和全双功以太网的出现，克服了传统以太网的共享公共传输媒体和半双功传输的弱点，实现了站点独占传输媒体并同时收发数据，也减少了网络上的数据碰撞。以太网的标准不断更新和扩展，目前的以太网不仅在物理层(包括拓扑结构、传输速率、传输媒体)，并且在数据链路层与原来的传统以太网标准有了很大的进步，以太网标准系列已扩展成20余个。现在以太网不但由局域网向着接入网和城域网领域发展，同时开始进入工业控制和楼宇自控领域。新发布的IEEE802.3af标准开始对以太网供电作出了规定，它消除了以太网技术进入现场控制领域的一个严重障碍。美国VDC调查报告指出，Ethemet在工业控制领域中的应用将越来越广泛，市场占有率将从2000年的ll％增加到2005年的23%。伴随着以太网技术在工业控制领域的成功应用，以太网技术也必将越来越多地渗透到楼宇自控领域。目前，以太网多用于基于现场总线的楼宇自控网络集成到智能建筑中的信息网，在一些新开发的楼宇自控系统中，以太网直接进入了控制层。一般的空调、照明等系统通过ENC参量控制模块集成到以太网上；带有RS232或RS485接口的系统通过网关转换模块集成到以太网上；IP电话以及IP摄像机直接连接到以太网上。在楼宇自控网络中采用以太网的优点是：实现了从管理层(信息网)到现场设备控制层(控制网)的“一网到底”，即实现人们期望的通信协议的兼容和统一；这样系统扩展起来也比较方便；与智能建筑中其它系统(信息网通信自动化系统和办公自动化系统)集成起来更加容易。其缺点是：首先，目前开发基于以太网的控制系统产品的难度较大，开发费用和成本相对还是较高，用户可以选择的厂商也很有限，垄断利润较高，研发成本还没有被消化，这些都导致产品价格过高。其次，以太网的实时性、可靠性等方面还有待进一步完善。随着我国经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，建筑和社区的数字化建设正在兴起，FCS和以太网都必将在楼宇自控领域中获得更广泛的应用，网络技术在智能建筑中的应用也会随着需要和经济发展得到越来越广泛的应用，同时也会随着社会的进步迅猛发展。更智能的城市IBM提出未来城市五大预测未来的城市将更加智能，无论医疗、建筑、交通、运输还是对紧急情况的处理，IBM提出了未来5年内城市的5项预测，通过IBM技术的力量，这些预测可能会变成现实。实际上，目前全球每年有大概6000万的人口搬到城市，城市人口在以很快的速度增长，专家预测到2050年全球城市人口还会增加一倍。城市管理者和公民都在寻找让城市更好运作的方法。IBM提出了第四个“Next5in5”，包括了IBM预测在未来5年将改变城市基础架构的5项革新技术。IBM“Next5in5”基于对市场和社会的发展预期，结合IBM全球实验室的技术，将这些潜在的可能变为现实。预测一：城市将具有更健康的免疫系统鉴于人口密度，城市仍将是传染病的温床。但是未来，公共卫生官员将确切地知道病毒在何时、何地以及如何在蔓延——甚至了解谁将会被下一个传染。科学家将为市政官员、医院、学校和工作地点提供恰当的工具，更好的检测、跟踪、准备和预防病毒感染，如H1N1病毒或季节性流感。我们还将会看到一个“健康网络”的出现，电子病历中包含匿名的医疗信息，将被安装的共享，以避免病毒的传播并保人们的健康...预测二：城市建筑将感知回应人类当人们迅速的涌向城市，城市建筑将更加智能。而今，建筑由很多的部分组成，包括供暖、供水、污水排放、电力等等，各个部分都是独立的。未来，技术会让管理设施的运作就像一个有机体，能够快速的感知并作出回应，有序的保护城市，节省资源、降低二氧化碳排放量。建筑内数以千计的传感器将对一切进行监控，温度、湿度、行动和光线等。未来的建筑并不仅仅与自然共存，还可以对自然加以保护。比如对能源消耗和碳排放进行监控，适时地采取行动，降低排放。智能的降低能源消耗、碳排放、增加运营效率，未来的建筑让人们更加舒适安全...预测三：城市小轿车和公共汽车将更加绿色未来，越来越多的小轿车和城市公共汽车将不再依赖于矿物燃料，汽车将采用新的电池技术，并且不需要数天或者数月充电一次，而是取决于驾驶的频率。IBM科学家们以及合作伙伴正在设计新的电池，让电动汽车可以一次运行300到500英里，而现在普遍是50至100英里。此外，城市智能网格让汽车可以在公共场所充电，并采用可再生能源，如风能，而不再依赖于燃煤的发电厂...预测四：更智能的系统解决城市用水并节省能源今天，全球有五分之一的人无法获得安全的饮用水，并且渗漏的供水系统甚至能浪费城市50%的水。更重要的是，人们对水的需求日趋增加，在未来的50年中水需求将增加6倍。为了应对这一挑战，城市将安装职能的水系统来降低50%的水浪费，并安装智能的净水系统，不仅防止污染河流和湖泊，并净化污水重复利用。现今的污水净化技术将帮助城市重复利用本地的水资源，并降低20%水运输过程中消耗的能源...预测五：在未接到报警电话之前应对城市犯罪未来的城市将降低甚至组织诸如犯罪和灾害的紧急情况。IBM已经帮助执法机构在正确的时间对信息进行正确的分析，这让警务人员可以在犯罪发生之前就展开行动。纽约的市消防局已经选择IBM来建立一个“堪称艺术”的智能系统来实时收集和共享信息，来防止潜在的火灾并保护救援人员。IBM还在设计智能的堤坝系统，防止城市遭受洪涝灾害。世博园孵化智能城市华夏时报MSCBSC移动通信论坛;y%x,Y7LD!j0n+\(H1f本报记者胡钰北京报道'EQ*^$[.u#hMSCBSC移动通信论坛:`:]/`,x#u!h0V2Y(I电灯、电话、汽车、蒸汽机、橡胶、混凝土、摩天大楼、航天飞机……世博会的科技创新浓缩了人类文明的发展史。当时钟渐渐拨至2010年5月时，一次前所未有的科技革命将在中国上