邓丽金

【摘要】随着通信技术、计算机技术和控制技术的发展，其综合运用而产生的自动化技术在不断革新，应用也越来越广泛。现场总线技术的出现使得可编程控制器、集散控制系统和自动化仪表等的功能和结构都发生了巨大变化。本文将对现场总线的技术特点和现状进行介绍，并对楼宇的自动化中现场总线技术的应用进行讨论。

【关键词】现场总线；楼宇；自动化

引言

现场总线技术在工业领域的应用范围非常广泛，几乎涉及到了整个工业行业，如家庭自动化、制造加工自动化和过程自动化等，在楼宇的自动化中也有重要表现。随着现场总线技术的发展，已经形成了几种主要总线技术标准，各种标准在工业的不同领域里发挥着不同的作用[1]。下面本文将着重介绍楼宇自动化中涉及到的现场总线技术。

1.智能建筑中应用的现场总线技术

1.1 LonWorks总线技术

1991年美国Echelon公司研制出的一套总线标准-LonWorks技术，是一种开放分布式控制总线技术，这种技术标准被建筑物自动化、工业控制等领域广泛采用，是普及程度最高的，最流行的总线技术之一[2]。

目前LonWorks技术已经被中国建设部智能建筑中心推荐使用，中国的智能建筑广泛采用了这种控制网络技术。据相关数据显示，仅至2003年，就有286种空调控制器、24种门窗感应器、115种安保监控控制器、29种火灾报警控制器以及64门禁控制器使用了LonWorks技术。经过10年的发展，这种技术的应用更为普及了。

LonWorks节点是由开发平台、网络接口、控制模块、收发器和神经元芯片共同构成的。LonWorks节点的最关键之处是其内含的神经元芯片具有三个处理单元，这三个处理单元分别用于对应用程序、网络层和数据链路层的控制。在LonWorks节点的神经元芯片上还同时安装有11个I/O接口，这些接口可以便捷地连接外围输入输出设备，所以在这个芯片上就能够便捷地实现对控制功能和网络的操作。ISO/OSI的全七层通信协议是这种神经元芯片通信使用的主要协议，除此之外，它还支持多种通信速率和传输介质。

LonWorks支持的传输介质包括：红外、光线、电源线、电力线和双绞线等。在使用过程中，依据现场环境的不同，可以对传输介质和收发器的种类进行选择。LonWorks还支持面向对象的网络编程技术，对网络的互操作功能可以轻松实现。

由于推出LonWorks技术的公司Echelon在这项技术的产出中处于垄断地位，所以其他厂商采用这种技术时，成本就会相对较高[3]，这一因素严重影响到LonWorks技术在成本较低的楼宇自动化中的使用。

1.2 BACnet总线技术

隶属于美国冷暖工程师协会的标准项目委员会135P推出了BACnet标准，这项标准在推出的同一年通过了美国国家标准局ANSI的审批成为了美国国家标准，并且BACnet标准在2000年的八月份草拟成为了楼宇自控标准。

BACnet标准的最大亮点在于其强大的互操作性。BACnet采用的协议是面向对象类型的，其应用层中对服务和对象的定义是标准化的，这使得其应用功能可以得到较为完整的实现。因为BACnet拥有这样统一、完善的交换技术和数据表示方法，在各设备之间的协调操作行为与交换信息是很容易完成的。开发商可以依据具体开发项目的不同，选择不同的应用，并利用异构BACnet设备的优越的扩展性和重用性以及设备的互操作性以实现所需功能[4]，使用这种技术建构起的系统，其可扩展性和集成程度都较好。

BACnet的应用层、网络层、数据链路层和物理层都有自己的定义。BACnet网络层中，所谓的物理网段是一段物理介质，负责连接部分BACnet设备；多个物理网段共同构成一个网段，这是通过在物理层中与继电器连接来实现的；再通过网桥连接，多个网段可以构成一个单独的MAC地址域，这样就构成了一个BACnet网；所谓的BACnet局域网就是使用BACnet路由器将多个BACnet网连接到一起构成的。

BACnet也存在缺陷，其对服务的对象的定义还不够完善，还不能做到真正意义上的互操作。

1.3 CAN总线技术

有德国BOSCH公司推出的控制器局域网络，主要用于汽车内部执行不见之間和数据测量的通信协议，其简称为CAN，即controller area network[5]。ISO国际标准化组织已经将这种总线协议定为了国际总线标准，其在离散控制领域中受到广泛应用。

CAN的信号受到干扰的程度较低，传输所需时间较短，这一特点源于CAN传输信号时所使用的帧结构，它所使用的是短帧结构，每帧只含有八个有效字节。CAN采用的总线冲突机制是总线仲裁技术，在网络上如果同时出现多个节点共同传输信息，那么通过仲裁技术调节，可以使低优先级节点暂时停止传输信息，为高优先级节点腾出空间继续数据传输。采用的双绞线可以使得CAN信号传输速率达到1Mbps，最远传输路程可达10km，最多可挂接110个设备。

1.4 PROFIBUS现场总线技术

由德国西门子公司等十余家企业和研究所联合推出的PROFIBUS现场总线，是符合欧洲标准和德国国家标准的现场总线技术。PROFIBUS现场总线包括三部分：PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMB、PROFIBUS-DP。其中PROFIBUS-FMB指的是现场总线报文规范，在包括低压开关、可编程控制器和楼宇自动化等自动化过程中应用广泛[6]。而PROFIBUS-DP指的是用户规范，其主要作用是使用快速串行链接将智能设备、执行结构、传感器、输入/输出设备与自动化系统连接起来。PROFIBUS-PA指的是过程自动化，其功能是将液面、压力和温度变送器等现场设备连接到过程控制和自动化系统中。

PROFIBUS現场总线技术在数据链路层和物理层的互联模式上使用的是ISO/OSI开放系统，PROFIBUS标准的第一子集就是由这两部分共同构成的。PROFIBUS-DP使用了拟合的直接数据链接替代第三到第七层，成为了用户接口；PROFIBUS-FMS则使用应用层替代了第三到第六层，作为标准的第二部分；而PROFIBUS-PA可以取代4-20mA的模拟技术。

PROFIBUS采用的是双绞线传输信号时，最远传输距离为10km，信号传输的最高速率为12Mbps。

2.楼宇自动化中现场总线的应用

建设智能建筑的思路是，把建筑物作为自动化平台，配以公共安全系统、建筑设备管理系统、信息化应用系统、信息设施系统等，以为人们提供健康、环保、节能、高效、安全的建筑环境为目标，将管理、服务、系统、结构与优化结合在一起。现阶段，智能建筑的主要构成成分包括办公自动化系统、通信自动化系统和楼宇自动化系统。其中智能建筑的核心部分是楼宇自动化系统[7]。

通过各种网络和电气设备将楼宇中的设备连接起来构成的能够实现对设备参数的控制和调节的网络成为楼宇自动化系统，它能够为人们提供节能环保、安全可靠和舒适便捷的建筑环境[8]。通过使用现场总线技术，可以将楼宇系统中个子系统连接在一起，使用通信协议实现个自动化子系统间的协调、配合，并将子系统中产生的参考数据和事件回传给自动化系统，以实现整体系统高效、有序和安全的运行。

3.总结

本文对应用较为广泛的几种现场总线技术进行了介绍，并对系统总线技术在楼宇自动化建设中的应用进行了浅析。通过本文阐述，我们可以知道，实现楼宇自动化系统的建设能够大大提高人们生活的舒适度、便捷和安全程度，而在楼宇自动化系统的实施中，现场总线技术的应用是必不可少的。在楼宇建设未来的发展进程中，现场总线技术在建筑上的应用将会越来越广泛，智能建筑将会逐步普及。

参考文献

[1]汪海杰.楼宇自动化控制系统的应用和设计[D].四川：电子科技大学，2012.

[2]何丽莉.LonWorks技术在楼宇自动化系统中的应用研究[J].河北能源资源技术学院学报，2012，3（15）：211-213.

[3]万发勤.现场总线技术在电力系统自动化中的应用[J].电子世界，2011，11（15）：23-24.

[4]刘康.现场总线技术在楼宇自动化中的应用[J].微计算机信息，2010，10（5：）65-66.

[5]金湘力.现场总线技术在电力系统自动化中的应用[J].山西电力，2010，12（15）：54-57.

[6]刘太，董良师.现场总线技术在变电站综合自动化中的应用探讨[J].平顶山工学院学报，2010，9（15）：23-24.

[7]林君芳，陆兵.现场总线技术在电力系统自动化中的应用[J].科技传播，2011，7（8）：112-114.

[8]向新圆.现场总线技术在电力自动化中的应用研究[J].科技致富向导，2013，10（25）：82-83.