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1、,许锦标,广东工业大学自动化学院,楼宇智能化技术,7.3 现场总线技术,1 现场总线基本概念 2 LonWorks总线 3 EIB/KNX总线 4 Modbus总线,7.3.1 现场总线基本概念,现场总线（Fieldbus）是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术。 现场总线的本质体现在以下六个方面：现场通信网络/现场设备互联/互操作性/分散功能块/通信线供电/开放式互联网络,现场总线基本概念,目前世界上存在着大约四十余种现场总线，如PROFIBUS、LONWorks、InterBus、CAN、HART、MODBus、FF、WorldFI
2、P、BitBus、DeviceNet、ControlNet等,现场总线基本概念,每种总线大都有其应用的领域，比如FF、PROFIBUS-PA适用于石油、化工、医药、冶金等行业的过程控制领域；LONWorks、PROFIBUS-FMS、DeviceNet适用于楼宇、交通运输、农业等领域；DeviceNet、PROFIBUS-DP适用于加工制造业等等。,7.3.2 LonWorks总线,它由美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。它采用ISO/OSI模型的全部层通讯协议，Lonworks技术采用的LonTalk协议被封装到Neuron（神经元）的芯片中，并得以
3、实现。,LonWorks总线,Lonworks网络支持多种拓扑结构:总线型、星型、环型、混合型。 支持双绞线、同轴电缆、电力线、光缆和红外线等多种通信介质， 通讯速率从300bps至1.25Mbps不等， 直接通信距离可达2200m（78Kbps）,Lonworks网络支持多种通信介质,Lonworks网络规模,Lonworks网络组成采用三级编址：域(domain) 、子网(sub-net) 、节点(node)。网络中最多有248个域,每个域中最多有255个子网,每个子网中最多有127个节点,每个域中最多有255127=32385个节点,网络中最多有24832385个节点,每个节点有一个Ne
4、uron芯片,每个芯片有惟一的48位标识符ID。,Lonworks神经元芯片(NeuronChip),Lonworks基本控制节点 组成,双绞线芯片FT3150市场价格人民币120元/片， 通信变压器FT-X1/FT-X2人民币14元/片。 外扩FLASH,市场价格：人民币8-10左右。,广泛应用在楼宇自动化,基于Lonworks总线的控制网络体系结构,Honeywell楼控解决方案,7.3.3 EIB/KNX总线,EIB (Electrical Installation Bus，电气安装总线)/KNX(是Konnex的缩写) 标准。 1999年欧洲三大总线协议EIB、BatiBus和EHSA
5、合并成立了Konnex协会，提出了KNX协议。该协议以EIB为基础，兼顾了BatiBus和EHSA的物理层规范，并吸收了BatiBus和EHSA中配置模式等优点，提供了智能楼宇家居控制系统的完整解决方案,并成为ISO/IEC 14543-3标准, 这也是在住宅与楼宇领域中唯一的国际标准。 2007年正式被国家标准委员会认证为GB/Z 20965-2007“控制网络HBES技术规范-住宅和楼宇控制系统”国家标准。,EIB/KNX总线网络组织结构,EIB/KNX是一个分布式现场总线标准，被广泛应用于智能建筑、现代住宅中的灯光、窗帘、空调、电器、安防等设备的控制。其网络组织结构包括：线路（Line）
6、、区域（Area）以及系统（System）,EIB/KNX总线网络组织结构,线路（Line）、区域（Area）以及系统（System） 网络最大可容纳:15*15*64=14400个EIB元件,EIB/KNX总线网络拓扑结构,EIB/KNX网络支持多种拓扑结构，物理介质是4芯屏蔽双绞线，其中2芯为总线使用，另外2芯备用。所有元件均采用24VDC工作电源,EIB/KNX总线电气规范,EIB/KNX总线与以太网连接,KNX标准中提出了EIBnet/IP的概念，通过EIBnet/IP协议，KNX总线可以直接与TCP/IP系统连接，总线信号可以在高速以太网上传输。系统的扩展不再受传输距离的影响，而数据
7、的传输量和传输速度也不再成为KNX系统的问题。,EIB/KNX的应用,EIB/KNX是一个在欧洲占据主导地位的楼宇自动化标准，它的统一管理机构为EIBA，共有100多个会员，它们相继推出了符合EIB协议的产品。 如ABB的i-Bus EIB、 西门子的Instabus EIB、 Hager的Tebis EIB/KNX等。,EIB/KNX在家居智能化方面的应用1,EIB/KNX在家居智能化方面的应用2 ABB产品,7.3.4 Modbus总线,Modbus网络物理接口符合EIA-485规范，数据和信息的通信遵从主/从模式，组成主从访问的单主控制网络。网络可支持247个之多的远程从属控制器,Mod
8、bus两种传输模式,Modbus协议定义了两种传输模式，即RTU(Remote Terminal Unit)和ASCII。 在RTU模式中，1字节的信息作为一个8位字符被发送，而在ASCII模式中则作为两个ASCII字符被发送 如发送字符“20”时，采用RTU模式时为“00100000”，然而采用ASCII模式则成为“00110010”“00110000”（ASCII字符的“2”和“0”）。 可见，RTU模式的效率大约为ASCII模式的两倍。,Modbus两种帧格式,Modbus-RTU消息帧格式,Modbus-ASCII消息帧格式,可以使用的传输字符是十六进制的0.9,A.F,ModBus功
9、能码,基于现场总线的供配电监控系统,7.4 BACnet协议,开放性和标准化仍然是BA的首要问题。BACnet的优势明显，为系统集成提供了优良的平台，应该成为主流产品。,A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Networks,系统集成是BA的关键,系统集成就是解决各应用子系统的信息互通共享和互操作. 说它是关键问题，是因为只在建筑智能化工程中才会面对这一复杂问题。不搞集成的系统不是智能化的系统,因为若干功能将无法实现,BACnet协议的目的,7.4.2 BACnet体系结构,7.4.3 BACnet的
10、物理层和数据链路层协议,对于其数据链路层和物理层，提供了五种选择方案: ISO 8802-3（“以太网”）局域网， ARCNET局域网， 主从/令牌传递（MS/TP）局域网， 点到点(PTP)连接， LonTalk局域网。,7.4.4 BACnet的网络层协议,7.4.5 BACnet的应用层协议,BACnet的最成功之处就在于采用了面向对象的技术，定义了一组具有属性的对象来表示任意的楼宇自控设备的功能，从而提供了一种标准的表示楼宇自控设备的方式。,Multi-state Input,Multi-state Output,Multi-state Value,Life Safety Zone,L
11、ife Safety Point,BACnet对象模型,BACnet目前定义了28个对象 ,随着BACnet标准应用的深入和应用范围的扩大，BACnet标准不断增加新的标准BACnet对象类型。,DEVICE,LOOP,BI,AI,AO,SCHEDULE,GROUP,BO,AV,BACnet Device,当定义了具有复用功能的标准BACnet对象后，就可以用标准对象进行不同的组合来表示实际的楼宇自控设备（BACnet设备）,BACnet对象的属性,BACnet对象的属性是描述BACnet对象的方法，每一个BACnet对象用一组属性来定义，实际上，BACnet对象的属性就是它的数据结构。 BA
12、Cnet对象只由属性所组成，不包含访问和操作属性的方法，BACnet把对象的方法称为服务（Service）。服务就是一个BACnet设备可以用来向其它BACnet设备请求获得信息，命令其它设备执行某种操作，或者通知其它设备有某个事件发生的方法。,BACnet设备/对象/属性/服务,一个Analog Input对象的示意,BACnet标准确立了所有对象可能具有的总共123种属性。每种对象都规定了不同的属性子集。所有属性在网络中都是可读的。 下面以Analog Input对象的属性为例，来说明对BACnet标准对象的定义方法，Analog Input对象代表一种模拟传感器输入，如Pt100热电阻,
13、BACnet对象的Object_Identifier对象标识符,对象标识符是一个32位二进制码，它指明对象类型（对象类型属性也作指定）和器件号，两者结合起来确定BACnet设备中的对象。 理论上，BACnet设备可具有400多万个特定类型的对象。,BACnet对象是BACnet协议中最为核心的内容,(1)BACnet对象是描述楼宇自控设备的外部互操作特性，不涉及设备的内部结构和实现过程。 (2)由于BACnet对象只是有关状态和控制参数的集合，因而访问对象的操作就只需 “读”和“写”两种方式。 (3)BACnet网络中的设备之间的通信，就是设备的应用程序将相应的对象数据结构装入设备的应用层协议
14、数据单元APDU中，按照一定的规范传输给相应的设备。 (4)BACnet对象使BACnet标准具有良好的扩展机制。,BACnet应用层服务,如果说对象和属性提供了通信的共同语言，那么服务则提供了信息传递的手段或方法。通过这些方法，一个BACnet设备可从另一个设备中获取信息，可命令另一设备执行某动作或向一个或多个设备发布某种事件已发生的通知。,BACnet服务种类,BACnet定义了35种服务，划分为6类:报警和事件、文件访问、对象访问、远程设备管理、虚拟终端服务和网络安全。 BACnet设备不必实现所有服务功能，只有一个“读属性”服务是所有BACnet设备必备的。根据设备的功能和复杂性，可以
15、增加其它服务功能。,(1)报警和事件服务(Alarm and Event Service)。用于处理BACnet设备监测的条件变化。 (2)文件访问服务(File Access Service)。提供对文件“读写”操作的功能，可用于监控程序的远程下载、运行历史数据库的保存等管理功能。 (3)对象访问服务(Object Access Service)。提供了读出、修改和写入属性的值以及增删对象的功能。这类服务是BACnet标准实现楼宇自控系统互操作的基础，并且是BACnet楼宇自控系统运行时最常用的服务。 (4)远程设备管理服务(Remote Device Management Service)
16、。提供对BACnet设备进行维护和故障检测的工具 (5)安全服务(Security Service)。BACnet标准的可选服务。 (6)虚拟终端服务(Virtual Terminal Service)。提供了一种实现面向字符的数据双向交换的机制。,纯BACnet系统,按上述规则用BACnet对象表示的设备就称为“BACnet设备”，BACnet网络自控系统就是由“BACnet设备”为网络节点所组成的自控系统。 全部由符合BACnet标准的“BACnet设备”组成的系统称为纯BACnet系统,BACnet提供WEB服务,7.4.6 BIBB和标准BACnet设备,BIBB(BACnet Interoperability Building Blocks) BACnet互操作基本模块 每一个BIBB代表一个特定的互操作功能单元，并与一个BACnet应用层服务相对应。 BIBB分别用“A设备”和“B设备”代表互操作过程的双方，A设备通常表示互操作功能的请求方或发起方；B设备则表示互操作功能的
