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1、基于基于基于基于 BACnet 协议的设备间互操作性研究协议的设备间互操作性研究协议的设备间互操作性研究协议的设备间互操作性研究 贾坚萍 同济大学社区信息化与智能建筑研究中心 孙浩 西门子楼宇科技公司 -摘要摘要摘要摘要： 文章简述了 BACnet PICS 文件的内容。 通过对 BACnet 标准化设备、 支持的数据链路层、 支持的 BIBBs 和标准 BACnet 对象的讨论，总结了选择 BACnet 设备的基本方法。在此基础上 例举Simens APOGEE系统的PXC Modular和AIRTECH 的DPC4442B并分析了它们之间的互操 作性。 0 前言 BACnet 协议 （A
2、Data Communication Protocol for Building Automation and Control Networks） 是 1987 年由 ASHRAE 研发制定的开放的标准协议。2003 年，它正式成为国际标准（ISO 16484-5） ，是迄今为止在楼宇自动化领域中唯一的 ISO 标准。BACnet 协议产生的背景是一个系 统中不同厂商的 DDC 产品不兼容， 产品的升级与替换都受制于原来的厂商， 极大地损害了系统 使用者的利益。 BACnet 协议的产生打破了专有协议的约束，实现不同厂商产品之间的互操作和 系统的集成。 由于控制目的和策略不同， 一个 BACn
3、et 设备并不需要实现 BACnet 标准的所有功能。 因而 涌现了各式各样的 BACnet 设备，这与开发该协议初衷并不违背，相反大大促进了对新产品的 设计开发。文章要讨论的题目是如何从各种 BACnet 设备中合理地选择符合楼宇控制要求的设 备。文章选用 Siemens APOGEE 系统的 PXC Modular 和 AIRTECH 的 DPC4442B 对它们的互操 作性进行了分析。 1 PICS BTL(BACnet Testing Laboratories，即 BACnet 测试实验室)是测试 BACnet 设备互操作性并 认证设备是否符合 BACnet 协议的组织。 经过 BTL
4、 认证的 BACnet 设备必须提供 PICS 文件， 各 厂商的 PICS 文件都必须在 BTL 网站上公开。 PICS协议实现一致性声明是BACnet Protocol Implementation Conformance Statement的简称， 它描述了BACnet设备的关键信息， 具有特定的格式。 它是比较不同厂家的BACnet设备确定功能 和互操作性的高效有用的工具。理论上，制造商、客户和咨询工程师根据该文件可以确定给定 设备可实现的功能，并确定任意给定的BACnet设备间的互操作性。 不同厂商的 PICS 文件尽管格式可能不尽相同，但 PICS 文件一般都包括以下几个方面的内
5、容： ? 产品名称、版本号和描述 ? 设备支持的 BIBBs ? 设备类型 ? 支持的非标准服务 ? 支持的标准 BACnet 对象类型， 并且标识出该对象是否可以用 BACnet 服务动态创建或 删除 ? 支持分段和窗口调节 ? 支持的数据链路层和物理层 下面重点介绍设备类型、BIBBs 和支持的标准 BACnet 对象类型。 1.1 BACnet 标准化设备 BACnet 标准定义了 6 类 BACnet 标准化设备，分别为 BACnet 操作员工作站（B-OWS） 、 BACnet 楼宇控制器(B-BC)、BACnet 高级应用控制器(B-AAC)、BACnet 专用控制器(B-ASC)
6、、 BACnet 智能执行器(B-SA)和 BACnet 智能传感器(B-SS)。 B-OWS 是操作员监视管理 BACnet 系统的窗口。B-OWS 在分层楼宇自控网络系统中通常 不作为 DDC 对现场设备进行控制，其作用是监视和管理 BACnet 系统及其设备。B-BC 是一种 通用现场可编程控制器，用于各种楼宇自控任务。B-AAC 是与应有有关的高级控制器，虽然具 有一定的可编程能力， 但资源较少， 功能不及 B-BC。 B-ASC 是特定应用的控制器， 功能比 B-AAC 还少。B-SA 是功能极为有限的简单控制器。B-SS 是资源极为有限的传感器设备。 部分设备对应于 APOGEE
7、系统为例，上述六类设备的连接方式通常如图 1 所示。 图 1 BACnet 设备之间的相互关系 不同类型的 BACnet 设备规定实现的 BIBBs 也不同。如表 1 所示，B-SS 只支持 BIBB-DataSharing-ReadPropertyMultiple-B，而 B-BC 支持五个互操作域内的多个 BIBBs。设备 所能实现的服务和设备具备的对象主要取决于该设备的类型。 B-OWS B-BC B-AAC B-ASC B-SA B-SS DS-RP-A,B DS-RP-A,B DS-RP-B DS-RP-B DS-RP-B DS-RP-B DS-RPM-A DS-RPM-A,B DS
8、-RPM-B DS-WP-B DS-WP-B DS-WP-A DS-WP-A,B DS-WP- B DS-WPM-A DS-WPM-B DS-WPM-B Data Sharing DS-COVU-A,B AE-N-A AE-N-I-B AE-N-I-B AE-ACK-A AE-ACK-B AE-ACK-B AE-INFO-A AE-INFO-B AE-INFO-B Alarm& Event Management AE-ESUM-A AE-ESUM-B Scheduling SCHED-A SCHED-E-B SCHED-I-B T-VMT-A T-VMT-I-B Trending T-ATR-
9、A T-ATR-B DM-DDB-A,B DM-DDB-A,B DM-DDB-B DM-DDB-B DM-DOB-A,B DM-DOB-A,B DM-DOB-B DM-DOB-B DM-DCC-A DM-DCC-B DM-DCC-B DM-DCC-B DM-TS-A DM-TS-B 或 DM-UTC-B DM-TS-B 或 DM-UTC-B DM-UTC-A DM-RD-A DM-RD-B DM-RD-B DM-BR-A DM-BR-B Device& Network Management NM-CE-A NM-CE-A 表 1 不同 BACnet 标准化设备必须具备的 BIBBs 在 PIC
10、S 中必须注明该设备属于 BACnet 标准化设备的哪一类，以便选取设备，如表 2 所示。 Supported Device Profile BACnet Operator Workstation (B-OWS) BACnet Building Controller (B-BC) BACnet Advanced Application Controller (B-AAC) BACnet Application Specific Controller (B-ASC) BACnet Smart Actuator (B-SA) BACnet Smart Sensor (B-SS) 表 2 BACne
11、t 标准设备类型 1.2 BIBBs BACnet 标准根据“ASHRAE 13 DDC 系统说明和设计指南”定义了 5 个互操作域，这 5 个 互操作域分别是： 数据共享域 （Data Sharing） 、 报警与事件管理域 （Alarm and Event Management） 、 时间安排域（Scheduling） 、趋势域（Trending）和设备与网络管理域（Device and Network Management） 。每个互操作域由多个 BIBBs (BACnet Interoperability Building Block，即 BACnet 互操作基本功能块)组成，如表 1
12、 所示。 BIBB（BACnet Interoperability Building Blocks，BACnet 楼宇互操作基本块）是一种或多种 BACnet 服务的集合。为了便于选择设备，匹配两设备的互操作性，BIBB 分别用设备 A 和设备 B 来定义服务。一般情况下，设备 A 表示服务的请求方，设备 B 表示服务的响应方。例如， BIBB-DS-COV-A 是命令 B 设备向 A 设备提供 COV 信息，其中涉及到的 BACnet 应用服务有 SubscribeCOV，ConfirmedCOVNotification 和 UnconfirmedCOVNotification。 1.3 标
13、准 BACnet 对象 每个楼宇自控中的设备都能抽象为一组对象实例，并且每个设备都必须有且仅有一个 Device 对象实例。例如：一个智能温度传感器只需要 1 个 Device 对象和 1 个 Analog Input 对象 表示。而一个楼宇控制器则需要 1 个 Device 对象、多个 Analog Input 对象、多个 Binary Input 对象、多个 Binary Output 对象、多个 Schedule 对象等组合表示。 当然，某个产品如果具有某个对象，其本身必须具有该对象表示的功能，才有意义。例如， 一个设备不具备时间安排的功能，那么你就不能写该 BACnet 设备的时间安排
14、对象。 属性是对对象内容的详细描述，例如：一个 Analog Output 对象有 operating limit、status 等 属性。每个对象至少要包含 Object_Identifier、Object_Name 和 Object_Type 三个属性。每个属性 都由两部分组成属性的名称或标识符以及属性值。 属性可以是只读或读/写的。 其它 BACnet 设备可以读取设备中的属性或者重新赋值给该属性。BACnet 标准规定某些属性必须是必选的， 而一些是可选的。 PICS 的这部分内容除了列出了支持的标准 BACnet 对象之外， 还要对每个对象进一步说明。 包括支持的可选属性、可写属性、
15、标明是否可以用 BACnet 服务动态创建或删除以及对该属性 取值范围的要求。下面简要介绍各个对象的功能。 Analog Input/Output Object模拟量输入/输出对象，描述输入/输出信号的大小。 Analog Value Object模拟量值对象，用于表示控制系统中的一个参数值。 Binary Input/Output Object二进制输入/输出对象，描述输入/输出信号的开关量。 Binary Value Object二进制值对象，与 Analog Value 对象一样，表示控制系统中的一个 参数值。 Calendar Object日期表对象，根据该对象（通常为特殊的日期）自动
16、执行操作。 Schedule Object时间安排对象， 该对象描述了一周内的时间安排， 用于周期性地控制一 个或多个 BACnet 对象。 Command Object命令对象，对具体的 BACnet 设备的一组对象属性写入一组数值，可 用作在其他设备中安排时间表。 Device Object设备对象，描述了该 BACnet 设备厂家及模型的信息。 Event Enrollment Object事件登录对象，定义事件类型和事件通告的接受者。 File Object文件对象，该对象涉及到控制器数据库的上传和下载。 Group Object组对象，该对象定义了一个标准化的对象，它的属性能代表一组其他对象 或一个或多个其他属性。能简化BACnet设备之间信息的交换。 Loop Object控制环对象，描述完整的反馈控制环。 Notification Class Object通告类对象，该对象包含了一张表，该表列出了当数值达到通 告阈值后要通告给哪些设备。 Pro
