开放式通信技术在智能楼宇控制系统中的应用

0 　引　言 “智能大厦”已成为近年来现代化大厦的重要标志,而“结构化布线系统”则是实现智能大厦的必不可少的技术手段和途径,它是利用双绞线、光纤和其他高品质的元器件,把电话、计算机网络、图像、摄影、安全报警、监控系统、建筑自动化管理系统所需各种专用布线系统集成为一套完整的布线系统。智能建筑则是采用计算机技术对建筑物内的设备进行自动控制,对信息资源进行管理,对用户提供信息服务的一种新型建筑。它是涉及到计算机、通信、电子、自动化、暖通空调、给排水等多种学科的大型综合性系统。构成智能建筑系统的基本要素是建筑设备自动化系统（BAS） 、通信网络系统（CNS） 和办公自动化系统（OAS） 。其中的BAS 系统包括:供配电子系统、有线电视及安防子系统、火灾报警及联动控制子系统、电梯子系统、照明子系统、电话子系统、暖通子系统、给排水子系统等。 智能建筑借助中央计算机网络系统及结构化综合布线系统技术,将建筑物内相对独立的、分散的、功能各异的BAS、CNS、OAS 等,在物理上、逻辑上、功能上连接在一起,构筑成一个相互关联的、统一的、协调的有机整体,组成具有一定规模的大系统。 本文采用奥地利贝加莱（B&R） 公司的B&R 2000 PCC（Programmable Computer Controller） 控制系统,结合CAN（Control Area Network） 现场总线技术,设计出楼宇智能控制系统。 1 　可编程计算机控制器B&R 2000 PCC B&R 2000 PCC集成了可编程控制器标准控制功能和工业计算机的分时多任务操作系统的功能。它能方便地处理各类传感器输入的开关量、模拟量信号,并能通过现场总线网络,对各种驱动机构进行实时控制和调节,从而组成一个离散分布式控制系统。 B&R 2000 PCC提供的最有效的智能部分是开放式通信技术。采用PCC 2000 构成智能建筑的信息平台,利用系统总线与I/O 总线分离,可使系统组成获得多样性组合与扩展,可以组成不同层次的网络,同时还使不同厂家满足模拟标准信号的产品实现互连。由于PCC 2000 具有灵活的配置、标准化接口、模块化的设计,从而使得设计的系统极具开放式和兼容性。另外,利用PCC 2000 自控系统控制网的模块化结构,使得网络的扩展可按需进行,为用户的多样性选择、按需投资、适时扩展提供了极大的便利。 B&R 2000 PCC的编程语言可在LAD （梯形图） 、STL （指令表） 及高级编程语言PL2000 之间相互调用和转换；B&R PROVIT作为图文显示终端与IBM 完全兼容,能使用多种标准软件,实时显示和修改控制过程、控制数据并进行快速通信。利用PCC 2000 可以很方便地设计一个集通信、控制、显示为一体的中央监控系统。 2 　控制局域网CAN 控制局域网CAN属于现场总线的范畴,它是一种在自动化领域广泛使用的多线路协议和有效的支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。 CAN以多主方式工作,网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送消息,而不分主从,通信方式灵活,且无需站地址等节点信息,利用这一特点可方便地构成多机备份系统。CAN 采用非破坏性总线仲裁技术,当多个节点同时向总线发送消息时,优先级较低的节点会主动地退出发送,而最高优先级的节点可不受影响地继续传输数据,从而大大地节省了总线冲突仲裁时间。 CAN通信采用短帧结构,传输时间短,受干扰概率低,具有极好的检错效果,其每帧信息都有CRC 校验及其它检错措施,保证数据出错率极低。另外, CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,以使总线上其它节点的操作不受影响, CAN的通信介质选择灵活,可为双绞线、同轴电缆或光纤。 B&R 2000 PCC带有CAN口,既可以利用CAN实现I/O 通信,又可以进行联网通信。 3 　楼宇智能控制系统的设计 在智能楼宇中,需要监测。控制的设备系统繁多,而它们又分布在楼宇各个部位,故一般控制模式采用集中管理与分散控制相结合的集散型控制系统。具体地说控制系统主要由楼宇自控系统的中央控制机、现场控制器和通信网络所组成。本系统中,现场控制器直接与现场设备相连,控制器选用B&R 2000 PCC ,现场控制器与中央控制机采用CAN总线相连,从而完成中央控制机从现场设备中获取数据,完成各种控制、运行参数的监测、报警和实时处理等功能。 本系统中的现场设备包括:电梯、照明、供配电、火灾报警与联动控制、暖通空调、给水排水、安全技术防范和有线电视等八个子系统,每个子系统的设备都由现场控制器对其进行独立控制,构成单个子系统。同时,利用CAN总线将八个子系统与中央控制机相连,进行信息交换。系统运行时,中央控制机对八个子系统中的各机电设备进行统一的工作参数监视、设备起停控制和能耗管理,从而实现对建筑设备自动化系统的实时监控。楼宇智能控制系统网络拓扑结构如图1 所示。 图1 　楼宇智能控制系统网络拓扑结构图 要实现中央控制机对各子系统中的设备进行监视与控制,需要解决的关键问题是使中央控制机能对现场PCC中的各种控制变量进行读写操作,这就需要利用PL2000 语言分别编写中央控制机和现场PCC的通信模块程序,通信过程需分两步进行。首先把现场PCC 中的各种控制变量读入中央控制机,然后利用B&R 公司提供的PVI 通信编程模块在VB 环境下编程,实现对现场PCC 中的各种控制变量进行处理,并将处理结果反馈到现场PCC ,以实现中央控制机在可视化环境下对各个子系统中的设备进行实时控制。其控制过程如图2 所示。 图2 　实时监控系统流程图 4 　结束语 本系统采用开放式通信技术,成功地构建了智能楼宇的信息平台,为能源管理、办公自动化系统以及实现与Internet 的连接和实现远程控制创造了条件,并可最终实现中央管理系统。