随着现代自动控制技术、现代计算机技术、计算机通讯技术以及显示技术的快速发展，使得许多原来只能用于高、精、尖场所的各种先进技术可以广泛地使用在各种民用建筑上。另一方面，随着新建筑 材料的面世、新结构技术的突破、新设备技术的发展以及信息技术革命的到来，并伴随着国民经济的高 速发展，各种新型、大型的高层、超高层建筑如雨后春笋般地出现。为了使大楼的运行、操作和管理正 常进行，各种高科技成果促使楼宇控制自动化全面实现。

1楼宇自控系统介绍

楼宇自控系统(BAS, Building Automation System)出现于七十年代末期，它是建筑技术、自动控 制技术与计算机网络技术相结合的产物，是信息社会与经济国际化的需要。现代建筑内部有大量机电设 备，这些设备多而分散。多，即数量多，被控、监视、测量的对象多，多达上万个点以上；散，即这些 设备分布在各楼层和各个角落。如果采用分散管理，就地控制、监视和测量是难以想象的。楼宇自动化 控制系统通过软件，系统地管理相互关联的设备，发挥设备整体的优势和潜力，提高设备利用率，优化 设备的运行状态和时间(但并不影响设备的工效)，从而可延长设备的服役寿命，降低能源消耗，减低维 护人员的劳动强度和工时数量。最终，降低了设备的运行成本。

2 BACNet协议简介

BACnet (Building Automation and Control Network)协议是专门为建筑自动控制网络制定的一种数 据通信协议，最初由美国制冷釆暖空调工程师协会(简称ASHRAE)于1995年制定。其最根本的目的是 要提供给建筑自动控制系统实现互操作的方法。所谓互操作是指一种能力，可以使得分布的控制系统设 备通过相关信息的数字交换，能够协调地工作，从而完成一个共同的目标。BACnet解决了建筑自控系统 中存在的多厂商系统和设备不兼容而难以集成的问题，提供了不同建筑自动控制系统实现互操作的方法。
BACnet协议有以下特点：
*开放性：是美国现行的国家标准和ISO国际标准。
*面向对象：BACnet协议釆用面向对象的技术，因此具有可扩展性和可复用性。
*互操作性：ASHRAE的BACnet委员会提出了一种新的描述自动控制系统功能性的方法，称为“互 操作域(Interoperability Areas) ”，其中规定了 5个互操作域，分别是：数据共享、报警和事件管 理、时序安排、趋势记录、设备与网络管理。

3目前楼宇自控系统的层次结构

目前大多数的楼宇自控系统是釆用三层的结构形式。第一层是中央监控管理层，由计算机和中央监 控管理系统软件和相应的通讯设备组成。其中中央监控管理系统软件即可釆用通用的软件，又可由厂商 自行开发。通常来讲专用的监控管理软件针对性强、操作简单、但功能比较单一，处理能力和二次开发 能力较弱，兼容性也不强，升级比较困难。通用的监控管理软件在工业和建筑业都有大量的应用。成熟、 稳定、功能强大、升级快，可以随时替换，同时价格也比较高。楼宇自控系统的第二层是现场直接数字 控制器(DDC)。第三层是现场传感器、变送器和执行器。
有些楼宇自控系统采用两层结构，既将第一层和第二层合并。这种形式多见于现场总线采用环型 令牌网的结构，中央监控管理计算机和DDC被当作同等的节点处理，只是信息传送的一个中转站。采 用这种模式数据传输可靠性相对较高，主要是因为可以双向传送，对通信线断路可以进行路由重组，因 此有冗余功能。但最大的问题是通讯效率低、速度慢，对于大型的系统尤其突出。
目前楼宇自控系统大多都是在控制室进行管理，不利于操作，而网络式管理和分散式管理是将来的 主流。并且由于各个生产厂家开发的都是自己专有的通信协议(Proprietary Communication protocols),因此，不同厂家控制设备之间的通信需要“网关”(gateways)来解决；这使得应用工 程师和用户在同一个BAS系统中选用不同厂家的产品变得非常复杂和昂贵，应用工程师、用户的选择范 围和灵活性受到很大限制，甚至被“锁”在一个供货商的产品上，最终使用户的系统性能和投资效益受 到损失。

4基于BACNet的楼宇自控系统的网络结构

为使不同厂家的暖通设备子系统可以相互连接，可以随时随地对设备进行管理。依据BACNet协议的 开放性等特点，设计出四层结构的楼宇自控系统，分别是：服务器管理层、监控和系统层、现场控制层、 釆集/执行层。其结构图如图1.

服务器管理层

主要由系统服务器，数据服务器，WEB服务器和中央监控管理系统软件等组成。楼宇自控上位机软 件由两部分组成。一部分是设定和编程软件，可由各厂商自行编制，用户可以根据自身的需要设置设备 的平均使用时间，提高设备的使用寿命；另一部分为监控软件。用户不仅可以组件一个局域网络对整个 系统进行管理和监控，同时可以通过WEB浏览器，随时随地对整个系统进行管理利操作，实现了网络式 管理。

监控和系统层

釆用以太网进行数据交换，实现区域性高速数据联网，在这一级中配置系统级监控器，也叫全局控 制器，对点数相对集中的机组进行检测和控制。同时，中央监控站通过交换机以太网方式与系统级监控 器连接，进而与整个BA系统进行通信。当服务器管理层出现故障时，本层与现场控制层可以独立运行， 保证系统的正常使用。同时，全局控制器还记录现场控制层的数据信息，当管理层恢复正常后将数据传 递给管理层，实现管理层数据的实时更新。提高了整个系统的安全性。

现场控制层

主要由现场控制器(Direct Digital Controller)组成。它对不同的机电设备进行监视和控制，每 一个现场控制器都是一个完整的控制器，有应有的软硬件，能完成独立运行，不受到网络或其它控制器 故障的影响。根据不同类型的监控点数提供符合控制要求和数量的控制器。该层遵从BACNet MS/TP总线 协议，每条总线可以连接多个现场设备。现场控制器中带有显示屏和键盘，不但可以当作一般的控制器去使用，还可以用在某些特殊的场合(例如，由于环境和空间的影响无法放置计算机，但又要随时对设 备进行控制的实验室等)，利用屏幕和键盘可以直接对设备进行管理，而不需要去专用的操作室，方便了 对机电设备的管理，提高了楼宇自控系统的智能性和灵活性。同时，在现场控制器中设置专有的图形库, 使用户看到的界面更加形象，更易于操作。
各个现场控制器之间采用菊花链式进行连接，每个控制器都有模拟和数字两种输入信号，同时还有 模拟和数字两种输出信号，根据不同的需要可以设计不同数量的模拟和数字输入输出端口。在现场控制 器的屏幕上显示不同设备的信息，通过键盘可以对这些设备进行操作，实现对执行层的控制。

釆集/执行层

该层由各种类型的传感器和执行器组成，完成向DDC提供现场环境和数据的测量和釆集，同时执行 DDC发出的动作和命令。
釆用四层结构的楼宇自控系统有如下优点：
（1）使任何符合BACNet协议的设备可以互连，提高了用户的系统性能，降低了投资成本。
（2）控制器端的显示和输入操作，可以实现现场级的互操作，因此直接数字控制器就可以构成一个 独立的系统去运行和管理。
（3）提高系统的可靠性。在管理层和现场控制层之间增加监控和系统层，可以使在没有管理层参与 的情况下系统还能够正常运行，保障了系统的可靠和稳定性。
（4）釆用Web浏览器的方式可以实现网络式管理。
（5）延长机电设备的使用寿命以及提高大厦安全性。系统可以通过编程实现有关机电设备的平均使用 时间，从而提高此类设备（如冷冻机组、各种水泵等）的使用寿命。
（6）实现各种机电设备的自动控制和管理。如温度的自动控制、新风量的自动调节、送排风机的程序 启停、冷冻机组开启台数的自动控制，设备故障报警的自动接收，备用设备自动切换运行等。由于自动 控制，在满足精确性、舒适性条件下，减少了对能源的浪费，提高大厦的效益，实现资源节约型大厦。

5结束语

由于开放协议和可视化代表着未来技术发展的主流方向，目前在中国市场上占有绝大部分市场份额 的是那些专有协议。基于BACNet协议产品的出现将会打破专有协议的垄断地位，成为将来的主流系统。 同时，此设计的另一个创新点在于在现场控制端增加屏幕和键盘，使其成为一个独立的系统，改变了以 往只能在操作室对其控制的局限性，实现了现场端的互操作。楼宇的智能控制是一个涉及多种系统、大量控制设备的控制体系，且要求各个系统能智能协调工作，因此在设计时必须考虑多种因素。