BA
系統(tǒng)通訊協(xié)議：
BACnet
目錄
一
.
I
SO/OSI
開放系統(tǒng)模型
二
.BACnet
簡況
三
.BACnet
協(xié)議的基本思路
四
. BACnet
的具體規(guī)定
一．
ISO/OSI
開放系統(tǒng)模型
樓宇自動化系統(tǒng)
（
BAS
，
Building Automation System
）
出現(xiàn)于
20
世紀
70
年代末期。
由
于各個生產(chǎn)廠家開發(fā)的都是自己專有的通信協(xié)議（
Proprietary Communication protocols
）
，因
此，不同廠家控制設備之間的通信需要
"
網(wǎng)關
"
（
gateways
）來解決；這使得應用工程師和用
戶在同一個
BAS
系統(tǒng)中選用不同廠家的產(chǎn)品變的非常復雜和昂貴，應用工程師、用戶的選
擇范圍和靈活性受到很大限制，
甚至被
"
瑣在
"
一個供應商的產(chǎn)品上，
*終是用戶的系統(tǒng)性能
和投資效益受到損失。
社會需求推動著技術向前發(fā)展。
人們期待著開放的、
統(tǒng)一的通信協(xié)議，
亦即不同廠家
的
產(chǎn)品能夠采用共同的
"
語言
"
和
"
語法
"
輕松的進行
"
交談
"
。
*終的目標則是希望形成一個
"
即插
即用
"
（
plug-and-play
）的環(huán)境，使得
BAS
系統(tǒng)可以容易地進行組態(tài)和變更。
國際標準化組織
ISO
于
1984
年發(fā)布的
"
開放系統(tǒng)互連模型
"
（
OSI
，
Open
Systems
Interconnection
model
）
，是推進通信協(xié)議標準化的重要一步。
ISO/OSI
把通信協(xié)議在數(shù)據(jù)通
信中的任務分解為一種七層結構：
1
．
1
物理聯(lián)接（
Physical link
）
網(wǎng)絡設備和網(wǎng)絡之間實際的硬件聯(lián)接。本層規(guī)定界面的物理特性（比如機械部件
和聯(lián)
結）
，電力特性（比如電壓水平）和功能特性（比如安裝和拆裝物理聯(lián)接）
。
1
．
2
數(shù)據(jù)聯(lián)接（
Data link
）
規(guī)定數(shù)據(jù)如何編碼，如何從每一種網(wǎng)絡設備中傳出傳進。網(wǎng)橋（
Bridges
）工作于此層。
1
．
3
網(wǎng)絡（
Network
）
規(guī)定整個網(wǎng)絡的路由，開關和電子訪問。路由器（
routers
）工作喲于此層。路由器中保持一
個網(wǎng)絡中相棱鄰路由器和網(wǎng)段（
segment
）的表。路由器聯(lián)接網(wǎng)段，
控制
"
交通
"
。
1
．
4
傳輸（
Transport
）
保證網(wǎng)絡節(jié)點和設備之間的數(shù)據(jù)傳輸。
1
．
5
進程（
Session
）
在網(wǎng)絡節(jié)點和設備之間進行
"
會話
"
時做通信控制。
1
．
6
表達（
Presentation
）
翻譯數(shù)據(jù)以便它可被某種應用所理解。
1
．
7
應用（
Application
）
通過電子郵件或文件傳遞形式訪問網(wǎng)絡。本層規(guī)定軟件應用訪問網(wǎng)絡的步驟和方
法，
比如文件傳輸，虛擬終端過程，信息傳遞等。
Lonworks
產(chǎn)品和
BACnet
（
Building Automation and Control Network
）
標準都以
ISO/OSI
模型為基礎，
都朝著使不同廠家產(chǎn)品能夠通信而無需中間網(wǎng)關的方向努力，
但采用的途徑不
同。
二．
BACnet
簡況
早在
1987
年，
ASHRAE
（
American Society of Heating refrigerating and Airconditi-oning
Engineers
美國
采暖冷凍空調工程師
協(xié)會）成立了
SPC135
委員會
（
Standard
Project
Committee
）
，致力于將
OSI
模型應用于
BAS
系統(tǒng)，以實現(xiàn)不同產(chǎn)品的通訊。首先，為了解
決如何收集和標識信息，
SPC135
采用
"
面向對象
"
（
object orientation
）的方法來組織協(xié)議，
"
對象
"
提供了一個標識或名稱就可以指向一組相關信息的方式，
簡化了數(shù)據(jù)傳輸。
其次，
OSI
的七層協(xié)議模型被簡化為四層，
即只規(guī)定
BA
在通訊系統(tǒng)中應用*多的物理連接層、
數(shù)據(jù)聯(lián)
接層、網(wǎng)絡層和應用層，從而保證了一定的靈活性，也降低了對軟件的要求和費用。
BACnet
標準發(fā)展簡況如下：
1991
年
8
月，
**稿公開審查；
1994
年
3
月，**稿公開
審查；
1995
年
3
月，第三稿公開審查；
1995
年
9
月，成為正式標準（
ASHRAE135-1995
）
；
1995
年
12
月，
通過
ANSI
（
American National Standards Institute
）
認證，
成為美國國家標準。
如今，
BACnet
系統(tǒng)得到了較為廣泛的應用，安裝了數(shù)以千計的系統(tǒng)，遍及至少
14
個
國家。其中，金門
450
工程是目前應用
BACnet
標準的*大項目。它位于美國舊金山金門大
道
450
號，面積
133000m2
，共
22
層。其通訊網(wǎng)絡的特點是：以應用以太網(wǎng)
Ethernet
為主干
網(wǎng)，所有工作站和現(xiàn)場控制器都與以太網(wǎng)相連。單元子網(wǎng)和控制器遵守
BACnet
協(xié)議或專有
協(xié)議，但非
BACnet
協(xié)議的子網(wǎng)和設備，有與主干網(wǎng)相連的
BACnet
現(xiàn)場控制器來管理，并
且所有系統(tǒng)信息必須是
BACnet
對象。這個工程實例證明：
BACnet
系統(tǒng)可以達到預期的目
的。在實際建筑物和實際項目的條件下，不同廠家的
EMS
產(chǎn)品被安裝在一起，組合在一個
以太主干網(wǎng)里，
工作站為網(wǎng)絡的一部分，
運行一個同意的操作界面軟件包。
*終結果是：有
多個廠家的產(chǎn)品組合為一個包括整個建筑物的集成系統(tǒng)，
操作員日常工作于一個統(tǒng)一的系統(tǒng)
界面上。
BACnet
技術還在不斷發(fā)展過程中，
ASHRAE
的委員會定期對一些有建設性的新增加的
部分進行討論，
并補充修改標準。
現(xiàn)在
BACnet
標準委員會正在開發(fā)一個測試標準，
為
HV
AC
的應用創(chuàng)建特殊設備對象類型，并探索在
TCP/IP
網(wǎng)絡上使用
BACnet
的方法。
三．
BACnet
協(xié)議的基本思路
BACnet
標準的目的是：為計算機控制暖通空調和制冷系統(tǒng)及其它樓宇系統(tǒng)規(guī)定通訊服
務和協(xié)議，從而使不同廠家的產(chǎn)品可以在同一個系統(tǒng)內協(xié)調工作。
為了達到這個目的，
BACnet
標準的制定者采用了與
LonTalk
協(xié)議不同的思路和實現(xiàn)途
徑：統(tǒng)一和靈活兼顧。
LonTalk
協(xié)議對
ISO/OSI
模型的全部七層都做了規(guī)定，而
BACnet
標
準僅對
ISO/OSI
模型中，
BAS
系統(tǒng)應用*多的四層做了規(guī)定，即物理連接層、數(shù)據(jù)聯(lián)接層、
網(wǎng)絡層和應用層。對中間的
4
、
5
、
6
層未作規(guī)定，從而保證了協(xié)議的靈活性。各樓宇自動化
廠商在不破壞標準基本結構的前提下可增加其專有功能。例如，
BACnet
在以下方面未做具
體規(guī)定：
●
每個設備除*低要求外還應具備怎樣的
BACnet
功能；
●
某一設備的何種功能可使其它設備對其訪問；
●
應用程序接口（
APIS
）
；
●
在某一設備內的數(shù)據(jù)表示；
●
設備平臺（如操作系統(tǒng)和特定硬件）
。
BACnet
標準對
BACnet
設備必須具備什么功能可被網(wǎng)絡訪問未做規(guī)定，因此可以創(chuàng)建
一個設備并保護其設計的專有部分。
比如你開創(chuàng)了一種溫度控制算法，
你的
BACnet
溫度控
制設備允許其他
BACnet
設備利用你的控制算法設定溫度，
但溫度控制算法可以是不公開的。
又如，
BACnet
標準未規(guī)定應用程序接口
（
APIS
）
，
于是在建立
BACnet
軟件庫上就有更大的
自由度。
其次，
在
BACnet
標準做了規(guī)定的
4
層中，
物理層和數(shù)據(jù)聯(lián)接層又采納了
5
種標準或協(xié)
議，它們大多是應用范圍廣泛的行業(yè)標準或國家標準。
BACnet
標準為設備設計師在選擇設備具有多少
BACnet
特性方面也提供了靈活性，
BACnet
標準為此規(guī)定了
6
個級別。
1
級*低，
6
級*高，
完成的應用服務*多。一個控制系
統(tǒng)的各組成部分因復雜程度不同，
從而具有不同的功能，
并不需要所有設備具有
BACnet
標
準規(guī)定的全部功能。例如，
ALC
系統(tǒng)的符合等級為
3
級。
*后要說明的是，
BACnet
與常用的網(wǎng)絡協(xié)議（如
Ethernet
和
TCP/IP
）有很大區(qū)別，它
側重于監(jiān)控設備之間的通訊數(shù)據(jù)結構。
而
Ethernet
和
TCP/IP
則強調網(wǎng)絡設備間的數(shù)據(jù)傳輸。
兩者差別表明
Ethernet
和
TCP/IP
對于
BACnet
是非競爭性的協(xié)議；
事實上，
Ethernet
和
TCP/IP
可以在
BACnet
設備之間傳誦
BACnet
信息。
綜上所述，
BACnet
標準采用統(tǒng)一和靈活相結合的思路。這在目前仍是專有協(xié)議占主導
地位的情況下，
尤其具有實踐意義。
它為實現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的互操作提供了一個可行的途徑。
ps
（不常用）
；動力線載波等方式。
4 ARCNET
和
IEEE 802.2 ARCNET
（
Attached Resources Computer network
，
附屬資源計算機
網(wǎng)絡）是一種開放
標準，它是一種高速的對等令牌傳遞局域網(wǎng)。
ARCNET
運行于以下四
種介質：
●
2.5Mbps
同軸電纜；
●
2.5Mbps
雙絞線；
●
光纖；
●
EIA485
。
IEEE802.2
規(guī)定了
LLC
協(xié)議，保證數(shù)據(jù)通過通信聯(lián)接能夠可靠地進行傳送。
5 Ethernet Ethernet
是由數(shù)據(jù)設備公司，
英特爾公司和施樂公司共同開發(fā)的高速局域網(wǎng)，
數(shù)據(jù)
傳輸速率可達
100Mbps
，是國際標準
ISO8803-3
的基礎。
Ethernet
運行于
4
中介質：
●
密網(wǎng)
(Tvhicknet)
，同軸電纜，很少使用；
●
疏網(wǎng)（
Thinet
）
，同軸電纜
10base5,
*便宜，
1-10
臺計算機；
●
10baseT
，雙絞線，星型組態(tài)，昂貴，但使用廣泛；
●
光纖，昂貴，但使用廣泛。
根
據(jù)
ASHRAE
的
新
聞
發(fā)
布
，
ASHRAE
已
經(jīng)
批
準
了
BACnet/IP
（
135A
）
作
為
135-1995BACnet
標準的補充，
這意味著
Internet
協(xié)議已經(jīng)正式成為
BACnet
標準所采納的第
六種通信協(xié)議。
這使得用戶可以在世界上任何一個地方通過
Internet
監(jiān)控自己的設備和系統(tǒng)，
制造廠商可以制造直接擁有
Internet
能力的自動化和控制設備。
四．
BACnet
的具體規(guī)定
ISO
模型中的應用層是用來規(guī)定一種步驟，似的軟件應用可以訪問下層的網(wǎng)絡服務
BACnet
標準在應用層的具體規(guī)定體現(xiàn)在下述
3
方面內容：
●
BACnet
的對象（
Objects
）
●
BACnet
的服務（
Services
）
●
BACnet
的功能組（
Functional Groups
）
"
對象
"
是用來規(guī)定一種數(shù)據(jù)結構，這個結構既有
數(shù)據(jù)的存儲，也包括在這個對象內處
理和記錄數(shù)據(jù)的一系列過程。
BACnet
具有以下
13
類
對象：
●
模擬量和數(shù)字量的輸入和輸出
●
模擬量和數(shù)字量的值
●
日歷
●
命令
●
設備
●
事件注冊
●
文件
●
組
●
循環(huán)
●
多重輸入和輸出
●
通知級別
●
程序
●
時間表
因此，對象是用一種統(tǒng)一的方式來表達某些功能。每個對象具有一系列特性，例如
"
模擬量
的輸入
"
這個
BACnet
的對象，具有當前值、傳感器類型、發(fā)生地點、報警極限等一系列的
標準特性。
"
服務
"
即使用和提供者之間的相互作用，
BACnet
規(guī)定了
5
中服務：
●
報警和事件的服務
a
數(shù)值的改變
（
COV
）
b
內在的（含有報警的對象）
c
算法的改變
●
文件訪問服務
-
用來在
BACnet
設備內處理文件
●
對象訪問服務
-
用來處理
BACnet
對象
/
點的特性
●
遠程設備管理服務
-
用于管理
BACnet
節(jié)點，詢問設備所含內容
●
虛擬終端服務
-
建立與另一個
BACnet
設備的應用程序服務器的聯(lián)系，
目的在于交換數(shù)據(jù)。
"
功能組
"
是應用服務和標準對象類型的組合體，用于支持某一樓宇自控功能的通訊要求，
BACnet
規(guī)定了
13
個功能組：
●
時鐘
●
手持工作站
●
PC
工作站
●
事件初始化
●
事件應答
●
COV
事件初始化
●
COV
事件應答
●
文件
●
重新初始化
●
虛擬操作界面
●
虛擬終端
●
設備通信
●
時間管理
一個控制系統(tǒng)的各個組成部分具有各自不同的功能，
這些功能的復雜程度不同，
所以并不需
要所有設備都具有
BACnet
規(guī)定的全部功能。
為了幫助客戶和工程人員確定不同
BACnet
產(chǎn)品之間的互操作性，
需要控制廠商建立一個針
對某一設備的
BACnet
協(xié)議符合等級的說明，
即
PICS
（
Protocol Implementation Confor- mance
Statement
）
，它包括：
●
廠商的具體情況和對其
BACnet
設備的描述
●
設備符合
BACnet
表住的級別
●
全部所支持的功能組
●
所支持的所有標準的和專有的應用服務，設備啟動或響應一個服務請求的能力
●
列出所支持的全部標準和專有對象類型
●
對每個所支持的對象類型
--
所支持的可選擇性
--
應用
BACnet
服務，哪些特性能被寫入
--
應用
BACnet
服務，是否可動態(tài)創(chuàng)建或刪除此對象
--
對特性數(shù)據(jù)的數(shù)值范圍的限制
●
所支持的數(shù)據(jù)聯(lián)接層的選項
●
是否支持分段請求
●
是否支持分段響應
因此，對于生產(chǎn)廠商來說，生產(chǎn)符合
BACnet
標準的設備要做以下
4
個方面的工作：
1
．
以
BACnet
對象的形式，編寫代表設備功能的程序；
2
．
編寫生產(chǎn)和解釋
BACnet
通訊信息（服務）的代碼；
3
．
為設備選擇適宜的網(wǎng)絡技術；
4
．
編寫描述設備符合
BACnet
設備等級的說明，即
PICS
。
