西门子6ES7223-1PL22-0XA8参数选型

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1 引言——项目背景
某五大酒店是集酒店、、公寓等为一体的大型多功能建筑, 总建筑面积约8万余平方米。主楼由地上二十七层和地下二层组成, 其中地下两层为人防、设备房、车库和美食街, 一层为大堂和商务, 二层为各式餐厅, 三层为、四层为健身房, 五层为、六层为办公兼转换层, 七层至二十七层为客房和公寓。 为了实现大楼内的建筑设备能而有效的监控和管理, 大楼设置了5套智能化系统。楼宇设备自动化系统BA（冷水系统、热水系统、空调通风系统、送排风系统、给排水系统、供配电系统、照明系统、电梯系统等）；保安管理自动化系统；五表远程传输系统；通讯自动化系统；大楼办公自动化系统。本文仅对该工程的楼宇自控(BA)系统工程实践进行设计与实施方面的探讨。
2 BA系统的工程设计要点
2.1BA监视控制点和DDC的配置   
  由于该五大酒店包括设备、车库、餐饮、、健身、商务、办公、客房、公寓等多功能用途, 各功能区的划分复杂, 要求不一。 因此在BA系统的监视控制点和DDC(直接数字控制器)的配置设计上应针对各个功能区的特点, 并充分结合暖通、电气、给排水等各设备的设计, 在满足系统正常运行的前提下考虑一套合理的设计方案。
(1） 酒店的裙楼部分包含了绝大部分的餐饮、、健身、商务服务, 是酒店人员活动密集的区域, 因此设计应考虑空调、新风、照明等内容。
由于酒店所有的空调机及部分新风机都安装在裙楼, 相应的监测点和控制回路较多, 同时空调机和新风机的控制要求也较复杂, 为了方便调试和维护, 应考虑将DDC控制设备就近设置。
而照明系统通常在施工初期难以确定与BA相关的回路数量, 只有在装修设计明确后方能确定, 因此可能造成后期回路增大的情况。此外, 照明系统的控制原理较简单, 基本上是开关量的控制和信号反馈, 但监控点数量多, 这就要求相应的DDC控制设备要留有合适的余量。
基于上述原因, 在设计阶段应根据空调和照明系统的情况安排好直接数字控制器DDC(Direct Digital Controller)的数量和位置, 对每个DDC都应留有足够的扩展空间。这样, 整个系统的结构就不会出现太大的调整, 既能实现对空调系统的合理控制, 又能通过增加扩展模块的方式满足照明回路逐步增加的需求。同时有效地控制了投资, 不会因系统内部的变而出现投资过量增加。
(2） 酒店的地下层部分为人防、设备房、车库、储藏室、冷冻站和部分员工工作室, 因此这部分设计在于冷冻站的联动控制、地下室的通风、排污等内容。
应针对暖通提供的冷水机组和配套水泵的型号及数量, 根据控制要求选择监控点及控制回路数量; 其次要考虑到冷冻站的控制程序为复杂, 应配置单的DDC控制, 同时在容量选择上要留有适当的余地, 为控制程序的运算提供足够的空间。至于通风系统和给排水系统则按照功能分别配置DDC控制。上述的配置方案不仅可以较集中地管理地下室的各种设备, 便于维护, 而且当通风和给排水设备出现问题时也不会影响冷冻站的正常运行。

(3)  酒店的塔楼部分包括七至二十七层, 按东西向划分为立的两个部分, 东侧是酒店客房, 西侧为供出售的公寓。
由于一般酒店住客对客房环境要求的个性化, 故BA系统设计上可以不考虑各客房风机盘管的控制, 只需对楼层走道的新风机进行监控。而客房照明的开关规律性很强, 基本上按照时段来划分, 可有规律地布置DDC设备, 使系统简单明了。公寓内部照明基本属于私人空间, 故只需对楼道和电梯间的照明进行控制。

(4)大楼的屋面部分主要设备是冷却塔和排风机。
出于同地下室的冷水机组一样的考虑, 对冷却塔采用单的DDC控制, 并
留有一定的余量, 同时充分考虑到冷水机组与冷却塔的联动控制。

(5)电梯系统是大楼设备中比较特殊的部分, 根据功能和行程的不同, 十几
部电梯分布于大楼的多个楼层上。
由于BA系统一般对电梯只监视不控制, 其监视内容也较简单, 因此可以根据各电梯机房的位置将各台电梯监控点分别接入附近的DDC中即可。

 2.2 网络控制器NCU和操作站OWS的配置
在配置BA系统的NCU(Network Control Unit)时应严格按照其允许带的I/O点范围来进行选择, 对于需完成冷冻站联动控制的NCU还应留有一定的点位余量, 供设定程序时的软件点使用。同时应使NCU尽量均匀地承担计算负荷。
操作站OWS(Operator Work Station)的运行软件中包括了系统图形界面, 通常配置21英寸的显示器, 以方便操作人员的监控; 为了保证系统的稳定性, 一般OWS不宜配置光碟驱动器, 以免人为装入过多与系统无关的软件, 导致BA系统不能正常运行。
OWS和NCU设置在中控室, 通常BA系统可与安防系统共用同一机房。
3 BA系统的设备安装问题

根据BA系统中各种监控设备的不同特性, 在设备安装时应注意以下几方面的问题。 
3.1空调机和新风机监控设备 
在空调和新风系统中采用的传感器种类繁多, 安装位置的分布也很广, 通常要求传感器设备直接安装在风管、风门或阀门上, 这就要求安装人员在熟悉传感设备的同时还应对暖通的基本知识有一定的了解。
(1)在风管上安装温度传感器或风流开关时应尽量不破坏原有的风管保温
层, 所开的孔槽应为能保证传感器正常安装的小尺寸。
(2)安装风流开关时, 应安装在出风管的垂直段, 以便在风机停止运行时风
流开关的弹簧片能依靠重力自然回落, 恢复到静止状态。如果机房内的风管只有水平管段, 则需在适当位置增加负压管, 通过相对压力确认管内风流状态。
(3)  空调机回风温度传感器的安装位置应能反映室内温度的实际情况, 该温湿度数值应与所控房间的温湿度相同或相近。如果空调机位于受室外参数影响较大的房间内, 则回风温度与受控房间实际回风温度相比会向室外温度偏离。在这种条件下, 应尽可能将温度传感器安装位置靠近受控房间的回风口, 并在对应控制回路的PID运算中考虑室外参数的影响, 调整有关设定值, 以实现控制理论值与实际效果的吻合。
(4)  滤网压差开关状态一般可直接由监视吸风口负压与设定值比较的结果来体现。只需在吸风口的适当位置开一个与负压管大小一致的小孔, 将负压管插入适当深度即可。
(5)  空调机监控设备中重要的无非是水调节阀和风门驱动器的安装。由于调节阀是BA系统自动控制结果的直接执行者, 通常还要考虑其电气接口的适配问题, 所以建议该设备由自控来选配。但鉴于阀门在空调系统中的重要作用,其安装宜由暖通施工队进行。调节阀的驱动电源和控制回路通常共用一根控制电缆, 所以在接线时要注意区分电缆各芯线的用途, 避免烧毁设备的情况发生。风门驱动器也同样存在类似的问题, 在接线时应给予足够的重视。
3.2照明系统配电控制设备    
 照明系统中的控制回路形式根据照明配电箱的设计而不同。一般由BA系统提供24V交流电源来控制照明回路继电器的通断, 这种形式避免220V电压信号进入DDC箱, 有利于BA系统的。另一种形式是强电将220V电压信号直接接入DDC箱, 由DDC箱内的继电器触点动作来控制照明回路的通断, 这时在DDC箱内应有强弱电的隔离措施。 3.3冷冻站监控设备     冷冻站的设备安装中主要应注意冷冻水总管上的压力和流量传感器的正确安装。 尤其是电磁流量计的安装位置要保证在5~10D的直管段上, 才能准确地测量流量。事先应由暖通施工队预留出传感器的安装位置, 安装时请暖通人员到场, 并确认相关管路中的冷冻水已排出, 以免高压水流对人员和设备造成破坏。由于流量传感器的电源电压一般为交流220V, 在接线时要注意区分电源和控制回路, 避免烧毁设备。应该强调的是, 整个冷冻站的监控设备安装过程都需要暖通人员的配合, 其中涉及到压力参数的设定、设备联锁控制关系等重要问题。
3.4 给排水监控设备
给排水系统中的水位开关应具有良好的密封性能, 如出现漏水将导致开关信号不能正常为1或归0；通常水位开关容易出现漏水的地方是接线端口, 所以导线的对接处应水面; 安装时应将水位开关悬空吊装在水池侧壁旁, 但切不可直接靠在侧壁上; 此外对于水位开关是水平或垂直安装方式, 在同一系统中应有相同的标准定义, 以便为操作人员统一的操作模式。 
3.5屋面排风系统监控设备
屋面排风系统风流开关的安装应充分考虑到室外恶劣环境对设备的影响, 例如将设备牢固安装, 做好措施, 预防台风或雨水导致设备的损坏。 
 
4 BA系统的调试问题
在进行BA系统调试时, 应检查各控制回路的接线是否正确, 这是调试工作能否顺利的前提, 有条件的话可在初步检查后再复查一次。
调试前应熟悉各被控设备的接线原理和内部结构, 确定有关监控点的各项参数, 注意排除各种不因素。每个监测点调试完成后应做好记录, 避免遗漏或重复劳动。由于调试过程中经常需要移动被控设备的外部防护装置, 故应在每个设备调试完成后及时恢复原状, 避免造成二次破坏。整个调试阶段均应请相关人员配合, 尤其是为建设单位的有关维护人员熟悉BA系统的机会, 以利于日后系统的正常运行。以下是调试过程应注意的主要问题:
4.1空调机和新风机的调试
在设定空调机和新风机温度与水调节阀的联动控制时, 应考虑到空调机组所对应场所的实际温度需求。对人员流动不大的场合, 如茶坊和会议室等, 温度设定不能过低; 而餐饮、、迪吧等人流活动大的区域, 可适当降低温度设定值。原则上应做到模拟输出调节阀具有0.1%的调节精度。 
4.2照明回路的调试 
在调试照明回路时, 应先将照明配电箱的电源断开, 依次接通BA系统中为各照明控制回路提供的24V AC电源, 观察照明配电箱内的继电器的动作是否正确; 然后再使照明配电箱通电, 进一步核对照明回路与控制回路是否一致。   
4.3冷冻站的单台设备调试
冷冻站的调试应在暖通的配合下完成, 因为冷冻站设备有严格的开停机顺序, 根据暖通人员确定的顺序开停机, 调试人员不得擅自启动或停止冷冻站设备。 
4.4冷冻水出水温度的调试 
空调系统是整个大楼的能耗大户,所以是BA系统控制的节能对象。空调系统是否能运行, 与冷冻水出水温度的高低密切相关, 冷冻水温度越低, 制冷效果就越好。因此, 合理降低冷冻水出水温度, 通过BA系统的来协调相应冷水机组的运行, 可明显达到节能之目的。另一方面, 通过操作站按日程和时间表规定工作与值班时间, 并对工作时间和非工作时间设定不同的环境舒适指标, 同样也能减少能耗。
4.5冷冻站的调试 
冷冻站的调试中, 可以在合理范围内适当增加单台冷水机组的制冷负荷, 因为合理的负荷运行也不失为一种有效的节能手段。
由于调试需要停止冷冻站的运行, 而且调试周期也较长。因此应避免在冷冻站满载运行的季节进行调试, 以免影响酒店大楼的正常运作。

5 结束语
随着信息技术的发展, 人们对建筑物的使用功能要求越来越高, 楼宇自控(BA)系统已发展为范畴广泛、内容丰富的科学技术。
楼宇自控(BA)系统的整体功能可以归纳为:对建筑设备实现过程控制自动化；对大楼实现设备管理自动化；实现以节能运行为的能量管理自动化。
为了确保实现上述功能, 对BA系统工程设计和实施的各个环节都不能忽视。通过本工程实践, 从中体会深的是: BA系统是一项涉及多、多方面的工程, 需要业主的理解和支持; 需要与暖通、给排水、电气等人员的密切配合; 需要与各工程承包商之间的密切配合; 需要与设备供货商的密切配合。因此, 在加工订货与BA系统相关的设备之定要考虑周全, 确定好各方所承担的工作以及接口的交界面, 避免出现遗漏而无法连接的情况, 同时也要避免多方重复设置和几方重叠的交叉控制。总之, 只有各方协调配合, 精心设计、精心施工、精心管理, 才能使BA系统工程实施中的损失和遗憾减少到小, 才能充分体现BA系统的优点和发挥其应有的作用。 

1 引言
智能建筑集成管理系统（以下简称为IBMS)作为一个典型的分布式系统，系统环境复杂，缺乏统一的规范和标准，它涉及到多种平台和多种协议间的通信与联接，需要与三方应用软件接口。Java 语言是基于网络开发、面向对象的新一代计算机编程语言。它具有对象封装、多态性和继承性等面向对象语言的基本特征，具有跨平台、可移植的特性，支持 Internet/Intranet网络模式下的数据分布与计算分布。由于 Java 所具有的这些功能特点，使其成为实现智能建筑集成管理系统的理想开发语言。
实时数据库RTDB(Real-Time Database)是实时软件的。实时数据库常常在动态环境下使用，用来监控现实世界对象的状态和发现所关注事件的发生[1]。实时数据库及时准确地现场数据是整个控制系统正常工作的基本前提。同时实时数据库子系统是联系图形子系统、历史数据库子系统、报表子系统、报警系统的桥梁和纽带。实时数据库系统结构的规划和管理系统具体的实现方法
是设计组态软件的和难点。实时数据库构建的合理性直接影响到整个系统的性能。目前，市场行的实时数据库产品主要有PI系统(适用于流程工业：国外)，Info-Plus.21(主要在石油化工方面：国外)，力控系统(主要用于控制领域：国内)，SuPerlnfo(主要用于电力调度、石油、化工等领域：国内)等等。这些产品都是面向工业控制应用的，而且其产品的价格都比较昂贵，一般中小型系统不可能用此方式进行集成。
本文详细介绍如何利用Java的集合框架及其本身的语言特点开发面向智能集成系统的轻量级实时数据库。与其他的实时数据库相比，该实时数据库具有跨平台，简单易用及的特点，并且能够满足智能建筑集成管理系统的实时性的要求。非常适用于一般中小型系统，具有很好的实用及经济效益。
2实时数据库的特点
内存系统与磁盘系统具有不同的特性，主要表现在以下几个方面[2]：内存和磁盘在存取时间上有若干数量级的差别，内存的存取时间在10-8s的数量级而磁盘在5x10-3s数量级；内存是易失性的，而磁盘是性的存储器；当系统断电时，前者所存的信息立即消失，通电后也不会恢复;后者则反之，断电时保持信息不会消失，通电后即原样可使用存储格式不同。内存是字节或字编址的，而磁盘是块存储设备；数据的存储组织方法对性能影响不同。不同的组织方式对磁盘的性能影响远比对内存影响大，如顺序存取与随机存取的时间对内存没有什么变化，而对磁盘则有数量级的差别；存取方式不同。内存可由处理机直接存取磁盘则不能，内存比磁盘易于受到来自程序错误的直接数据破坏；
监控组态软件的实时数据库属于实时数据库中的一种，它具备实时数据库 的基本特征和属性，但和的实时数据库相比，它并不严格要求具备实时数 据库在理论上所要求的所有模型特征。近年来计算机技术的发展使存储器单位容量的价格不断下降，在现有条件下，单机上的工作内存已经很容易达到GB数量级。在这种条件下，利用实时数据库开发IBMS系统的实时数据管理模块是一个非常好的解决方案。
3 IBMS系统实时数据操作过程分析
一般来说BMS系统对实时数据的操作包括并发的多用户查询操作和实时数据的新操作。一般来说一万个监控点的值的刷新在0.5秒内完成才能满足工程上的需要，而实时数据到达客户端的时延一般也不能过一秒。所以内存数据库的提供紧凑的数据结构和的空间利用率以及各种对各种实时数据操作的高速执行。
对于IBMS系统的监控量，可以分为模拟量和监控量两种，而且监控点的信息也有静态信息和动态信息之分。由于数据点的类型不同，数据处理的方式也不同。我们分别定义它们的数据结构，分别进行存取。同时把数据点的静态信息和动态的变化值分别采用不同的储存和管理方式，以达到理想的性能并且实时数据库的设计也比较紧凑。
因为实时数据的组态信息在系统运行之前已经配置好了，对实时数据的插入及删除操作频率不是很高，相反对实时数据的写操作和读操作则非常频繁，数据库初始化时把相应的子系统的信息和监控点的名称，编号，计量单位，扫描周期等不会随时间变化的静态信息和随时间变化的实时监控数据分别用不同的变量中储存。因为所有的模拟量是按照固定设置的扫描周期刷新监控值的，所以模拟量的测量值采用的ArrayList数据结构进行储存，以实现较的刷新操作。在智能建筑的数字量型监控点一般来说是一些开关量，变化频率一般不会很高，有的监控点状态甚至是一个月之内都不会变化，所以数字量型监控点的监控值采用bbbb表储存以实现率的随机刷新的性能。
4实时数据库的设计
实时数据库与外部系统的典型互交如图1所示：监控客户端通过数据输出接口实时数据，不同的外部数据源通过数据输入接口输入实时数据。实时数据库则负责管理实时数据，为监控客户端提供统一的数据源视图，实现实时数据的高速访问及数据储存策略。

图1 实时数据库与外部系统的典型互交
4.1 实时数据库结构的分析
一个监控系统的实时数据根据智能建筑的要求设计实时数据在内存中的存放格式及存取方法。在本文的设计方案中实时数据库的定义主要分为两级，站的定义和点的定义。站是指使用同一个通讯端口的所有设备，其中每个站可以包含多个单元，单元是指对应的RTU（Remote Terminal Unit，远程终端单元)或者类似设备。点是系统基本的描述单位，它分属于两种类型，即数字量、模拟量。点属性 描述是系统数据库描述的主要内容，各点的属性依照类型的不同而不同。有些用于定义常量数据，例如站名、点名、类型、单位等;有些用于定义实时处理 参数，例如遥测报警的限值、脉冲电度的峰谷时段划分等;有些用于设置处理 方式，例如各种处理的允许标志、存储标志。另外，点还有一些属性是用于统 计计算的，例如电压合格率、大值、小值、电度峰谷平段的统计等[3]。为实现系统中各个设备运行状态和数据的实时监视，分别建立系统中各类 量的一个实时映射。这种映射用一种数据结构实现，通过面向对象的方法将这 些数据结构有效地封装起来而构成一个类，使它除了能实现系统运行状态的实时映射外，还能够进行一些相关操作，这些类就构成了实时数据库。
4.2 实时数据库静态类结构
实时数据库有两个的对象，用于有效地管理实时过程数据。一个是DataSource，另一个是DataManager。DataSource为各子系统在集成平台的镜像，负责保存子系统相关的信息，如有哪些监控点，每个监控点有哪些属性以及子系统的相关信息。DataSource类有三个重要的成员变量，分别是pointList，analogyPointCache 和digitalPointCache。其结构如图2所示。
 
图2 DataSource类的静态结构
其中pointList保存了监控点的静态信息，analogyPointCache 则为模拟量的高速缓存，类似地digitalPointCache则为数字量的高速缓存。
DataManager负责维持全局实时数据的镜像，并且管理客户端的高速缓存，分配每个客户端的服务号等。具体设计如图3所示。
 
图3 DataManager类的静态结构
4.3 实时数据的存储方式
DataSource对象中的pointList属性保存点相关的静态信息，其键值映射中的键为点名称，值也为一个bbbbMap，保存点属性名称及属性值的集合。analogyPointCache和digitalPointCache内部维持着一个按一定顺序的保存监控点实时值的ArrayList，其容纳的对象分别为analogyPointValue类和digitalPointValue类实例。这样就可以实现很的顺序批量新。同时analogyPointCache和digitalPointCache内部也都维持着一个名值对应的bbbbMap，其键值映射中的键为点名称，其值为analogyPointValue类和digitalPointValue类实例的引用，因为实时数据是采用bbbbMap的数据结构保存，所以AnalogyPointValue非常简单，只有一个类型为float的value属性，而digitalPointValue也是只有一个类型为float的value属性和一个类型为long的timestemp属性。这样程序在计算bbbbCode时速度比较快，可以实现较高速度的随机刷新。
 
图4实时数据的存储方式
在DataManager的全局实时数据缓存中analogyPointCache和digitalPointValue也保存着和子系统缓存一样的信息，以便实现较好速度的全局查找。
由以上的说明可知在实时数据的存储方式中充分利用了Java语言的对象引用机制的特点来设计实时数据的储存。在因为DataSource对象和DataManager对象的缓存都只是保存了监控点实时值的引用，实际保存监控点实时值的是ArrayList类。但ArrayList容器里的监控点实时值被新后，通过DataSource对象和DataManager对象缓存中的bbbbMap的实时值便自动为新的了。
4.4 实时数据处理过程
外部系统通过DataSource对象的updateAache ()方法新实时数据库内模拟量的高速缓存，如果方法传入的参数为bbbbMap，则不要求按照缓存储存顺序传入数据，如果方法传入的参数为List，则按照缓存储存顺序传入数据，后者新数据的速度大约是前者的2～3倍。数字量的新方法和模拟量相识，每个数字量的新记录都被保存到digStabbbogger，以方便查询其状态的变化情况。这功能对于监控系统是很有必要的。应用系统通过每隔一定时间间隔把digStabbbogger的内容储存到外存并清空digStabbbogger。同时利用Observer 的设计模式把DataManager对象注册为DataSource的观察者，如果数字量的实时数据有变化，DataManager就马上自动新相应的clientCache。
通过调用DataManager的getPoints（）函数可以获得相应监控页面的实时数据。具体的流程为：根据pageID通过analogyPointCache模拟量数据，再根据pageID通过clientCache数字量数据，然后把所有数据组装为一个bbbbMap返回给调用者，后清空clientCache中相应的缓存。这里之所以没有简单的把所有的数字量数据返回是考虑到数字量相对来说变化速度不是很高，如一般的报警或设备开关状态的数字量在甚至一个月之内都不会改变，通过以上的处理方法可以实现只有但状态改变才把新信息传到客户端，优化了数据的传输过程，并有效地减低了服务器端的负载。
5 结束语

本文在分析智能建筑集成系统的实时数据存储过程的基础上，详细介绍了如何设计基于Java语言的面向智能建筑集成系统的轻量级实时数据库设计。对如何对智能建筑集成系统实时数据的管理进行了有益的探讨。本文所讨论的实时数据库技术已经应用到了大型的级智能化商城－广州轻纺城IBMS集成系统，该系统满足了现代智能建筑管控一体化的需求, 实现“信息孤岛”及统一调度，优化物业投运成本的目的。为智能建筑的优化管理和合理利用提供了切实可行的方案。

1 引 言 
建筑设备自动化系统（BAS）的目标是对楼宇设备系统进行自动监测、控制和科学管理。BAS对控制系统有严格的要求：尽可能采用的控制网络技术,即现场总线控制系统（FCS）；对主要监控对象如供热、通风等子系统实施集成协调运作；价格比，BAS的控制网络具有开放性和互操作性，将智能建筑中所有的硬、软件平台，网络、数据库平台整合成一个满足用户功能需要的完整系统。BAS的显著特点是测控点非常分散，被控设备种类繁多，为达到协调控制，保证经济运行和便于科学管理，BAS系统一般采用集散控制系统(DCS)结构[1]。它由现场执行级、监控级和管理级构成：现场执行级直接负责现场控制；监控级用于对现场级进行监控；管理级实施相关系统协调与信息共享。DCS的“控制分散，信息集中”结构 [2]大分散了系统的危险，使系统的性、灵活性和可扩展性都有较大提高。
2 基于FieldBus的 DCS 系统结构 
FCS以单个的传感器和执行器为通信节点，信号点可分散分布，不受距离限制，其测量和控制精度不受距离影响，通过现场总线（FieldBus）技术，使现场传感器和执行器等通过两线制网络互连，进行全数字、双向、多站的数字通信。其优点主要表现在[3][4]：全数字化取代了传统的模拟量信号；开放式系统结构与标准的通信协议，使产品设备有交互操作与互换性；采用通信线供电；通信线延伸到生产现场，构成设备仪表互连的现场通信网络；分散的功能块，有利于向综合自动化发展。DCS具有丰富的监控管理功能，FCS可以实现信号串行双向快速传输，抗干扰能力强，结合FCS与DCS两者优点的DCS系统结构如图1所示，它进一步完善了整个系统的控制、管理、决策等功能。

 
图1  基于FieldBus的DCS系统结构
3  系统设计
针对BAS的特点，LonWorks总线技术满足其要求， 1） LonWorks网络采用了ISO/OSI参考模型的七层协议，有很好的开放性，所定义的网络变量标准使不同厂商的设备具有良好的互操作性。2） 支持多种通信介质，保证系统可以有多种组态。3） Neuron芯片集通信和控制于一体，便于实现直接接入网络的控制系统，为开发应用提供了广阔的空间。因此，LonWorks控制网络为BAS的集成提供了一个的解决方案，具有很好的性、开放性和互操作性。
3.1 系统结构分析与网络总体设计
BAS包括：冷水系统、新风机组、空调机组、给排水系统、变配电系统、电梯系统、照明系统和换热系统等，可采用LonWorks技术作技术平台，系统结构采用基于LonWorks现场总线的DCS结构，如图2所示。该网络结构充分体现了LonWorks控制网络的特点，即使网络中一个设备出现故障也不会影响全网其他设备的正常工作，把故障点分散到小的程度。

 
图2   BAS的网络结构图
3.2  基于LonWorks技术的网络实现
基于LonWorks技术实现的网络控制需要四个步骤：系统设计、网络配置、应用配置和安装。⑴ 系统设计：选择与输入输出部件相配合的LonWorks设备，并运行诸如PID控制应用程序的LonWorks设备；确定适当的通信信道数量和信道类型，并选择连接信息的路由器。⑵ 网络配置：给所有的设备和设备组赋予域ID和逻辑地址；捆绑网络变量，创建设备间的逻辑连接；在每个设备中配置各种各样的LonWorks协议参数，包括信道位率、应答、确认和级服务。网络功能设计可以把设备功能块拖放到设计图中，连接其输入、输出。⑶ 应用配置：通过应用配置，使每个设备的应用程序可进行剪接以达到满意、理想的功能。⑷ 安装：安装信道的物理通信介质；把LonWorks设备连接到网络，包括路由器；把I/O部件连接到LonWorks设备；用网络集成工具下载网络配置数据和设备的应用配置数据。
4 基于LonWorks总线技术的空调控制系统
4.1  空调控制系统
空调系统实现以下控制功能：温、湿度监视，即对新风、回风和排风进行温、湿度监视，给系统温、湿度的调节提供依据；风阀的控制，即对新风和回风阀门进行开关量的控制或模拟量的调节；冷/热水阀门的调节，使温差保持在精度范围内；加湿阀的控制，即在空气湿度设定的下限或者过上，分别控制加湿阀的打开与关闭；风机控制，即实现对风机的启停控制或者变频调速控制；过滤网压差报警监视、防冻开关报警监视、风机故障报警监视；空调机组工况转换（冬季、夏季、过渡季）；手/自动转换。
4.2  基于Lon总线技术的空调控制系统
根据上述分析，可选用LonBAC—3000控制系统。LonBAC—3000系统是以LonWorks技术为基础，以神
 

图3  LonBAC—3000基本系统图
经元芯片为，是于空调机组控制的现场总线系统，其结构如图3所示 。
其工作原理为：温、湿度控制器测得温度和湿度后，通过运算获得阀门的调节输出。该通过Lon网络送到智能阀，产生相应的阀门开度。智能阀的数量与空调系统结构有关。开关量控制器则用于启、停机组，监测空调状态及产生报警等。
4.3 系统硬件实现
⑴ 智能阀门：它直接连接在Lon网络上，通过Lon总线接收阀门开度命令，该命令以网络变量形式出现。智能阀门结构如图4所示。
 
图4 智能阀门结构图
其主要硬件设计如下：智能阀门运算量、存储容量少，因此使用了3120芯片；使用FTT-10A自由拓扑收发器；电源部分使用LM2575芯片，滤波后能够得到比较稳定的+5V电压；串行A/D采用TLCL549芯片（10位），可满足阀位开度控制的精度要求；继电器为JGX-IF型固态继电器，驱动能力大，使用寿命长；
⑵ 温、湿度控制器硬件设计如下：温、湿度主控制器要求有较大的存储空间和处理能力，可采用3150CPU模板，该模板具有48KB 2PROM和8KB RAM空间，带有FTT-10A自由拓扑收发器；电源部分使用MAX726芯片，滤波后能够得到稳定的+5V电压；HD7279是一片具有串行接口、可驱动8位共阴式数码管，可以连接64键的智能显示驱动芯片；A/D芯片采用TLC2543，为11路模拟信道逐次逼近型12位串行AD，精度高，响应时间短，接线简单；5个按键，可进行手/自动切换和参数的直接修改；继电器使用JGC-3FA，体积小，驱动能力大（可直接驱动380V交流设备），使用寿命长。
在温、湿度主控制器中有8路模拟信号输入，可与温度变送器或其它仪表相连接，也可利用3路热敏电阻(NTC)或热电阻（Pt100）输入直接测量温度，另外还有2路报警信号输出。温湿度控制器结构如图5所示。
 

图5 温湿度控制器结构图
⑶ 开关量控制器：开关量控制器结构如图6所示，用于启、停空调机组，检测空调状态及产生报警。同温、湿度控制器一样，选用了相同的CPU模板；电源部分使用MAX727芯片，滤波后能够得到稳定的+5V电压；继电器使用JGC-3FA，体积小，驱动能力大（可直接驱动380V交流设备），使用寿命长。
 

图6开关量控制器结构图
5  系统通信的实时性分析
网络通信中系统的实时性主要表现在所发送的数据在可确定的时延内送达， LonTalk协议所采用的子层协议是所谓“可预测P坚持CSMA”，这种协议在发送数据时采用先侦听信道是否空闲，若空闲则以概率p发送，否则以概率门（l-p）延时一段时间（端到端的传播时延），重新侦听信道[5]。提高网络实时性需要解决的问题是：减少线路等待时延；避免冲突；冲突发生时的快速恢复。可预测P坚持CSMA协议在一定程度上解决了上述问题，另外，LonTalk协议提供的四种服务方式以及访问方式为优化系统性能提供了方便。
网络节点需要等待到介质空闲时才能发送报文，从节点排队到实际发送到网络上的时延，称为介质存取时延，它直接影响报文的响应时间。在设计网络时，为保获得较小的介质存取时延，保证大预约交通量的限制。
采用不同的服务方式，会产生不同的网络响应特性。可预测P坚持CSMA协议对网络负载的预测是通过数据访问的应答服务方式（确认或请求/响应）实现的，也就是说，对于非应答方式的服务（非确认、非确认重复），子层是不能产生预测的。对于应答服务方式，概率P随网络负载变化。值得注意的是，相比较而言，应答服务比非应答服务多消耗了网络带宽。
当某些变量对实时性要求非常强时，级方式是非常好的选择。但是，在分配级时应当注意：网络上只能为有限个节点分配级；在为节点分配级时隙的同时也预占了网络带宽。
6 基于LonWorks网络的系统集成实施
在设计中采用现场控制级和上位监控管理级两层网络结构。现场智能设备通过网络形式实现系统的基本控制功能，通过OPC服务器建立上层的监控应用[6]。在实现现场级功能时，需要确定整个系统完整的控制策略，并将其分解到多个相互立的模块和子任务上；然后确定每个智能节点所完成的子任务，以及它们之间的联系和数据共享关系，并对每个节点编写应用程序，然后下载程序到节点，调试运行。在各个智能节点自治运行及完成现场控制功能的基础上，上位机基于现场控制信息和现场管理信息，通过运行OPC服务器和人机界面软件对系统运行的实时和历史信息进行监控。
7  结束语 
上述针对BAS对控制网络的要求，结合某工程改造项目，构建了基于LonWorks总线的BAS网络结构。文中以空调系统为例，给出了空调控制系统的软、硬件实现，分析了该系统通信的实时性，讨论了基于LonWorks网络的BAS系统的集成实施。工程实践表明LonWorks技术在BAS中有好的应用前景。

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