BACnet標準與樓宇自控系統(tǒng)技術

前言
縮略語
第1章工控領域和樓控領域的控制
網絡技術1
1?1工控領域控制網絡的發(fā)展及主要特點1
1?1?1控制網絡技術的發(fā)展1
1?1?2控制網絡的主要特點3
1?2控制網絡和信息網絡的主要區(qū)別及
常用的控制網絡4
1?3傳統(tǒng)的控制總線6
1?3?1RS?232總線6
1?3?2RS?485總線8
1?4現場總線9
1?4?1什么是現場總線及主要種類9
1?4?2PROFIBUS11
1?4?3LonWorks總線技術13
1?4?4ModBus16
1?4?5CAN總線網絡17
1?4?6EIB19
1?4?7CEBus22
1?5工業(yè)以太網與實時以太網23
1?5?1工業(yè)以太網及其特點23
1?5?2工業(yè)以太網作為控制網絡的技術
優(yōu)勢24
1?5?3實時以太網25
1?5?4靈活組織控制網絡的架構26
1?5?5關于實時以太網的IEC 61784?2
標準26
1?6BACnet標準支持的控制網絡26
1?6?1樓宇自控系統(tǒng)通信網絡架構26
1?6?2BACnet支持的控制網絡28
1?7樓宇自控系統(tǒng)中常用控制網絡和底層
控制網絡的選擇28
1?7?1樓宇自控系統(tǒng)中常用的控制
網絡28
1?7?2底層控制網絡的選擇28
第2章BACnet標準概述29
2?1BACnet標準29
2?1?1BACnet標準的推出29
2?1?2BACnet標準的推廣29
2?1?3采用BACnet標準構建BAS的
優(yōu)點30
2?2SPC 135P及工作組31
2?3BACnet標準的主要組成內容和概要32
2?3?1BACnet標準的主要組成內容32
2?3?2BACnet標準概要38
2?4國際和國內推廣BACnet標準的組織43
2?4?1ASHRAE SSPC 135 委員會43
2?4?2BACnet International43
2?4?3BACnet Interest Group Europe
(BIG?EU)43
2?4?4Caba44
2?4?5IPC44
2?4?6PCI?SIG44
2?4?7ARCnet Trade Association(ATA)44
2?4?8BMA?BACnet制造商協(xié)會44
2?4?9國內的相關組織44
2?4?10國內近兩年來開展關于BACnet
標準技術交流的情況45
2?5BACnet認證和BTL測試46
第3章BACnet協(xié)議的體系結構和
應用層48
3?1OSI七層參考模型和BACnet 簡化體系
結構的提出48
3?1?1OSI七層參考模型及各層級數據的
組織形式48
3?1?2BACnet 簡化體系結構的提出51
3?2BACnet 簡化的體系結構和支持的
局域網52
3?2?1BACnet 簡化的體系結構和各層
功能52
3?2?2BACnet標準支持的局域網53
3?3BACnet 網絡中的一些基本組件54
3?3?1BACnet網絡中的物理網段、網段
和網橋54
3?3?2節(jié)點、半路由器和路由器54
3?4BACnet 網絡的拓撲結構55
3?5應用層57
3?5?1應用層的模型57
3?5?2有證實的應用層服務和無證實的
應用層服務59
3?5?3BACnet報文的分段59
3?5?4BACnet APDU的傳輸60
3?5?5應用層協(xié)議狀態(tài)機63
3?5?6BACnet對象66
3?5?7BACnet標準的應用層服務70
3?5?8應用層協(xié)議時序圖72
第4章BACnet的網絡層、物理層和
數據鏈路層77
4?1BACnet網絡層功能及對網絡層的
說明77
4?1?1BACnet網絡層功能77
4?1?2BACnet網絡層與TCP/IP網絡層
的區(qū)別77
4?2BACnet網絡層服務與PDU結構80
4?2?1BACnet網絡層服務80
4?2?2BACnet網絡層PDU結構81
4?3網絡層協(xié)議報文和運行規(guī)程82
4?3?1網絡層協(xié)議報文82
4?3?2網絡層協(xié)議運行規(guī)程83
4?4BACnet路由器85
4?4?1路由表和路由表的管理方式86
4?4?2路由器的運行和路由器流量
控制86
4?4?3一種BACnet路由器產品87
4?5BACnet數據鏈路和物理層規(guī)范88
4?5?1BACnet數據鏈路/物理層支持和
自定義的局域網技術88
4?5?2BACnet的以太網規(guī)范88
4?5?3BACnet的ARCnet局域網規(guī)范89
4?5?4MS/TP局域網規(guī)范90
4?5?5BACnet網絡架構94
第5章BACnet/IP網絡95
5?1IP網絡與BACnet/IP互聯(lián)協(xié)議的
提出95
5?1?1TCP/IP體系中的IP95
5?1?2BACnet/IP網絡的互聯(lián)與BACnet/IP
互聯(lián)協(xié)議的提出99
5?2B/IP PAD技術100
5?2?1B/IP PAD技術（隧道技術）的
基本原理100
5?2?2B/IP PAD的實現結構100
5?3BACnet/IP網絡102
5?3?1BACnet/IP互聯(lián)網103
5?3?2BVLL協(xié)議106
5?3?3BBMD和FD108
5?3?4BACnet/IP網絡互聯(lián)及路由器111
5?3?5BACnet/IP和BACnet設備的混合
網絡113
第6章BACnet標準與PTP及MS/TP
網絡116
6?1MS/TP 控制總線116
6?1?1MS/TP協(xié)議116
6?1?2MS/TP 控制總線的基本組網
方式116
6?1?3接收數據幀狀態(tài)機和Master節(jié)點
狀態(tài)機118
6?1?4BACnet數據包接收、發(fā)送和提高
BACnet MS/TP設備數據訪問
速度119
6?1?5MS/TP網絡物理層中的RS?485
總線119
6?1?6一個在MCU中實現的BACnet?
MS/TP協(xié)議軟件框架122
6?2PTP網絡123
6?2?1BACnet PTP通信123
6?2?2BACnet PTP通信的服務規(guī)范123
6?2?3PTP的數據鏈路幀格式124
第7章BACnet標準與LON及ARCnet
網絡126
7?1LonWorks網絡126
7?1?1LonWorks技術的主要組成126
7?1?2LonTalk協(xié)議127
7?1?3Neuron神經元芯片137
7?1?4收發(fā)器139
7?1?5LonWorks節(jié)點技術140
7?1?6Neuron C語言141
7?1?7I/O對象145
7?1?8網絡變量146
7?1?9LON網絡148
7?1?10LonWorks總線網絡在BAS中的
應用152
7?1?11LonWorks總線網絡與Internet的
互聯(lián)152
7?1?12i?LON 600 LonWorks/IP
服務器153
7?1?13計算機網絡與LonWorks控制網絡
的比較154
7?1?14LonWorks系統(tǒng)的設計154
7?1?15LonWorks網絡控制技術系統(tǒng)開發(fā)
實例157
7?2ARCnet162
7?2?1ARCnet概述162
7?2?2ARCnet邏輯環(huán)建立和數據的接收
與發(fā)送163
7?2?3ARCnet的實時性164
7?2?4數據鏈路層166
7?2?5ARCnet網卡和集線器168
7?2?6ARCnet的網絡結構和最大網絡
長度168
第8章BACnet標準與以太網171
8?1以太網的標準系列171
8?1?1IEEE 802標準系列171
8?1?2IEEE 802?3以太網標準172
8?2典型以太網技術173
8?2?110Base?T網絡173
8?2?210Base?F網絡174
8?2?3IEEE 802?3u快速以太網174
8?2?4千兆位以太網177
8?3從標準以太網、快速以太網到千兆位
以太網的升級180
8?3?1網絡環(huán)境需要更高的帶寬180
8?3?2交換機到交換機連接信道的
升級180
8?3?3交換機到服務器連接信道的
升級180
8?3?4對交換式快速主干以太網的
升級181
8?3?5網絡升級的一些注意事項181
8?3?6從標準和快速以太網向千兆位
以太網升級的舉例181
8?4以太網與樓宇自控網絡182
8?4?1以太網進入工控和樓宇自控
領域182
8?4?2實現千兆位以太網的方法和用于
工業(yè)控制及工業(yè)環(huán)境中的千兆位
以太網185
8?5萬兆位以太網186
8?5?1萬兆位以太網的技術特點187
8?5?210000Base?ER和10000Base?
EW187
8?5?310000Base?LR、10000Base?L4、
10000Base?SR187
8?5?410000Base?SW188
8?5?5萬兆位以太網物理層標準和組網
距離188
8?5?6萬兆位以太網的應用189
8?6以太網信號幀結構189
8?7物理層中數據的組織形態(tài)192
8?8全雙工交換式以太網193
8?8?1交換式以太網193
8?8?2全雙工交換式以太網194
第9章工業(yè)以太網與實時以太網197
9?1工業(yè)以太網與實時以太網概述197
9?1?1工業(yè)網絡197
9?1?2以太網、工業(yè)以太網和實時以
太網197
9?1?3關于現場總線和實時以太網的
IEC 61158標準198
9?1?4工業(yè)以太網與普通商用以太網
產品199
9?1?5工業(yè)以太網的速度和覆蓋距離200
9?1?6全雙工及自動協(xié)商200
9?1?7一個工業(yè)以太網控制系統(tǒng)201
9?2設計和實現工業(yè)以太網應用系統(tǒng)要
考慮的部分因素202
9?2?1傳輸介質與拓撲結構202
9?2?2以太網和控制網絡的集成及硬件
設備可靠性解決方案203
9?3關于工業(yè)以太網和實時以太網技術的
問題203
9?4Ethernet/IP205
9?4?1Ethernet/IP通信協(xié)議模型205
9?4?2Ethernet/IP實時以太網系統(tǒng)
結構207
9?5PROFINET208
9?5?1PROFINET簡介208
9?5?2PROFINET通信協(xié)議模型208
9?5?3PROFINET技術中的部分重要
概念209
9?5?4PROFINET組網拓撲和子網211
9?5?5PROFINET網絡接口的技術
規(guī)范211
9?5?6優(yōu)化的 PROFINET網絡212
9?5?7PROFINET技術應用實例213
9?6EtherCAT215
9?6?1EtherCAT系統(tǒng)的結構216
9?6?2EtherCAT網絡中的主站、從站和
通信協(xié)議模型217
9?6?3EtherCAT網絡拓撲結構和傳輸
介質218
9?6?4EtherCAT技術特點219
9?7EPA220
9?7?1EPA標準220
9?7?2EPA通信協(xié)議和系統(tǒng)結構221
9?7?3互通信與互操作223
9?7?4開放性與安全223
9?8ModBus/TCP224
9?8?1ModBus/TCP工業(yè)以太網協(xié)議
概述224
9?8?2ModBus/TCP數據幀224
9?8?3ModBus/TCP網絡的體系結構及
通信224
9?9工業(yè)以太網監(jiān)控系統(tǒng)的結構226
9?9?1C/S結構226
9?9?2B/S結構226
9?9?3B/S與C/S相結合的體系結構227
9?10工業(yè)以太網的部分主要設備227
9?10?1一個工業(yè)以太網的解決方案227
9?10?2工業(yè)以太網供電PoE交換機228
9?10?3部分工業(yè)以太網PoE設備和
終端229
9?10?4工業(yè)以太網網關229
9?10?5工業(yè)以太網中的交換機230
9?10?6工業(yè)以太網中的路由器232
9?11工業(yè)IP視頻監(jiān)控232
9?12一些工業(yè)以太網的比較233
9?13TCP/IP與現場總線通信協(xié)議結構的
比較234
9?14工業(yè)以太網的規(guī)劃安裝調試235
9?14?1工業(yè)以太網和商用以太網的
主要區(qū)別235
9?14?2MICE環(huán)境參數和結構化布線
標準236
9?14?3工業(yè)以太網的網絡結構和虛擬
局域網237
9?14?4規(guī)劃和組建一個工業(yè)以太網要
考慮的問題238
第10章BAS及技術242
10?1BAS基礎知識242
10?1?1BAS的功能和特點242
10?1?2BAS的組成和監(jiān)控對象243
10?1?3BAS中的傳感器和執(zhí)行機構244
10?1?4DDC功能和結構250
10?2中央空調系統(tǒng)的冷源252
10?2?1中央空調及冷源252
10?2?2冷水機組的分類及運行原理252
10?2?3制冷站的自動監(jiān)測與控制254
10?3中央空調熱源系統(tǒng)259
10?3?1熱網和自備熱源259
10?3?2電熱鍋爐的運行及控制260
10?3?3熱交換器及控制260
10?4新風機組及控制261
10?4?1新風機組的控制原理和運行狀態(tài)
及參量監(jiān)控261
10?4?2新風機組運行控制與節(jié)能
控制262
10?5空調機組及自動控制263
10?5?1空調機組的安裝位置關系263
10?5?2四管制空調機組的工作原理264
10?5?3定風量空調機組運行狀態(tài)及參量
監(jiān)控265
10?5?4定風量空調機組的運行控制與
節(jié)能運行266
10?6風機盤管系統(tǒng)及控制267
10?6?1風機盤管空調系統(tǒng)的工作
原理267
10?6?2風機盤管加新風系統(tǒng)269
10?7變風量空調系統(tǒng)270
10?7?1變風量空調系統(tǒng)簡介270
10?7?2VAV空調系統(tǒng)組成271
10?7?3VAV空調機組的末端裝置
（VAVBOX）271
10?7?4VAV空調系統(tǒng)基本原理272
10?7?5VAV空調系統(tǒng)分類273
10?7?6ＶＡＶ空調系統(tǒng)特點276
10?7?7一個典型的VAV空調機組
控制276
10?7?8VAV空調系統(tǒng)運行狀態(tài)及參量
監(jiān)控276
10?7?9VAV空調系統(tǒng)運行與節(jié)能
控制277
10?7?10變風量空調系統(tǒng)的設計279
10?8通風系統(tǒng)自動控制282
10?9空調房間熱負荷和濕負荷計算及
新風量確定282
10?9?1空調房間熱負荷及計算282
10?9?2濕負荷及計算284
10?9?3空調房間送風量的確定和空調
系統(tǒng)新風量的確定285
10?10BAS設計的基礎知識286
10?10?1BAS設計的范圍和系統(tǒng)規(guī)模
確定286
10?10?2通信網絡設計286
10?10?3控制點規(guī)劃287
10?10?4中央管理機設計287
10?10?5現場分站設計287
10?10?6空調冷熱水系統(tǒng)的一些參數
設置288
10?10?7中控室289
10?11PID控制290
10?11?1比例調節(jié)、積分調節(jié)和微分
調節(jié)290
10?11?2連續(xù)控制系統(tǒng)中的PID控制292
10?11?3比例調節(jié)器的比例帶293
10?11?4三種調節(jié)作用的關系293
10?11?5閉環(huán)控制和位式調節(jié)器294
10?12中央空調系統(tǒng)各子系統(tǒng)的設計
要點296
10?12?1冷水機組控制系統(tǒng)設計要點296
10?12?2新風機組、空調機組及風機
盤管控制設計要點296
10?13部分典型BAS的軟硬件架構297
10?13?1卓靈BAS297
10?13?2施耐德TAC BAS299
10?13?3METASYS BAS302
10?13?4BACtalk BAS304
10?13?5西門子Apogee BAS308
第11章系 統(tǒng) 集 成314
11?1BAS集成概述314
11?1?1BAS的系統(tǒng)集成314
11?1?2系統(tǒng)集成概念的擴充315
11?2系統(tǒng)集成的特點和系統(tǒng)集成的基本
思想316
11?2?1系統(tǒng)集成的特點316
11?2?2系統(tǒng)集成的基本思想316
11?2?3BAS集成的步驟317
11?3系統(tǒng)網絡結構設計和系統(tǒng)集成的
水平層次317
11?3?1系統(tǒng)網絡結構設計317
11?3?2系統(tǒng)集成的水平層次318
11?3?3系統(tǒng)集成的信息流及信息單元
矩陣描述318
11?4BAS集成的技術模式320
11?4?1以BMS為中心的集成模式320
11?4?2采用BACnet 或LonWorks技術的
模式320
11?4?3直接在以太網環(huán)境下進行系統(tǒng)
集成320
11?4?4采用數據庫集成模式321
11?4?5采用OPC技術及ODBC技術實現
智能建筑系統(tǒng)集成321
11?5BACnet體系下的系統(tǒng)集成322
11?5?1BACnet體系在系統(tǒng)集成中具有的
優(yōu)勢322
11?5?2BACnet系統(tǒng)集成方法323
11?6智能樓宇系統(tǒng)集成工程應用實例325
11?6?1某標志建筑的智能化系統(tǒng)集成
工程325
11?6?2某大廈建筑智能化管理系統(tǒng)中的
系統(tǒng)集成案例326
11?7智能樓宇系統(tǒng)集成的部分問題
探討328
11?7?1系統(tǒng)集成的一些新特點329
11?7?2使用以太網架構系統(tǒng)的集成技術
正在迅速發(fā)展329
11?7?3中間件技術在系統(tǒng)集成中的重大
作用330
第12章BACnet網關以及BACnet
網絡與異構網的互聯(lián)331
12?1BACnet網絡的互操作域331
12?1?1描述設備的通用方式和分層級的
體系結構331
12?1?2BACnet的互操作模型331
12?2BACnet網關333
12?2?1BACnet網關的主要作用333
12?2?2一種支持BACnet總線的無線
傳感器網關334
12?2?3LonWorks網絡與BACnet網關334
12?2?4ModBus與BACnet MS/TP互聯(lián)的
網關主要技術參數336
12?3部分網關產品及性能參數337
12?3?1RogerweⅡ網關（通信協(xié)議轉換器
PC?GATEWAY）337
12?3?2EIB轉BACnet /IP網關338
12?3?3ModBus RTU轉LonWorks
網關338
12?3?4ModBus轉BACnet/IP網關339
12?3?5ModBus轉BACnet MS/TP
網關339
12?4BACnet與藍牙網絡的互聯(lián)互通340
12?5關于BACnet網關的開發(fā)343
12?5?1BACnet網關343
12?5?2BACnet網關開發(fā)中的程序
調試343
第13章應用系統(tǒng)舉例及分析345
13?1BACnet系統(tǒng)的說明和設計345
13?2應用BACnet協(xié)議的控制器產品
舉例346
13?2?1Delta的ORCA系列產品和
應用346
13?2?2CornfortPoint控制器及BAS的
組織347
13?3BACnet標準在冷水機組群控方面的
應用350
13?3?1系統(tǒng)組成350
13?3?2地址、設備編號與冷水機組內部
參數表350
13?3?3地址和通信接口綁定351
13?3?4有效的群控方法352
13?4BACnet應用系統(tǒng)中的無線傳感器
網絡352
13?4?1無線傳感器網絡352
13?4?2ZigBee網絡與BACnet的互聯(lián)354
13?4?3ZigBee網絡在BACnet系統(tǒng)中的
擴展應用354
13?5基于BACnet/Web Services BAS356
13?5?1Web技術和XML356
13?5?2XML?Web Services360
13?5?3Web集成技術361
第14章BACnet技術的發(fā)展和技術
融合363
14?1現代建筑中的通信網絡覆蓋和網絡
融合363
14?1?1現代建筑中的通信網絡覆蓋363
14?1?2網絡融合364
14?2信息域網絡與測控網絡的互聯(lián)
互通365
14?3短距離無線網絡的互聯(lián)互通368
14?3?1樓宇自控網絡選擇368
14?3?2什么是短距離無線網絡的互聯(lián)
互通368
14?3?3應用方向及前景370
14?4構建樓宇自控網絡的優(yōu)化模式371
14?4?1現有樓宇自控網絡的結構特點及
不足371
14?4?2現有樓宇自控網絡的結構
缺欠372
14?4?3架構樓宇自控網絡的模式
選擇375
14?4?4優(yōu)化的樓宇自控網絡模式及
組織376
14?5BACnet標準支持的樓宇自控網絡的
比較378
14?5?1性價比排序378
14?5?2ISO 8802?3局域網的優(yōu)、
缺點378
14?5?3選用ARCnet的考慮379
14?5?4選用MS/TP網絡的考慮379
14?5?5選用LON網絡的考慮379
14?6BACnet標準與IPv6380
14?6?1IPv6的地址結構和地址配置380
14?6?2IPv6地址體系結構381
14?6?3IPv4向IPv6的過渡382
14?6?4新技術對網絡地址資源的需求
和IPv6384
14?6?5BACnet標準與IPv6385
14?7關于BACnet標準有待商榷的問題386
參考文獻389縮略語縮略語
A應用層（前綴）
AE應用實體
ANSI美國國家標準學會
APCI應用層協(xié)議控制信息
API應用編程接口
ARCnet附加資源計算機網絡
ASE應用層服務單元
ASN?1抽象句法結構符號1（ISO 8824）
B’’表示在單引號之間使用二進制符號
BAC樓宇自動控制
CNF證實原語
COV值的改變
CRC循環(huán)冗余碼校驗
D’’表示在單引號之間使用十進制符號
DA本地目標MAC層地址
DADR最終目標MAC層地址
DER需要應答的數據
DES數據加密標準（FIPS 46?1）
DIDARCnet目標MAC地址
DLEN最終目標MAC層地址的一個字節(jié)長度
DNET兩個字節(jié)表示的最終目標的網絡號碼
DSAPLLC目標服務訪問點（對于BACnet為X’82’）
EXEC執(zhí)行一個服務請求的能力
ICI接口控制信息
IND指示原語
IEEE美國電氣和電子工程師學會
INIT發(fā)起一個服務請求的能力
ISO國際標準化組織
L數據鏈路層（前綴）
LAN局域網
LLC邏輯鏈路控制（ISO 8802?2）
LPCI鏈路層協(xié)議控制信息
LPDU鏈路層協(xié)議數據單元
LSAP鏈路層服務訪問點（對于BACnet為X’82’）
LSDU鏈路層服務數據單元
M命令的
M（=）命令的（參數與服務原語中左邊的參數在語義上相等）
MA媒體訪問（前綴）
MAC媒體訪問控制
MPCIMAC層協(xié)議控制信息
MPDUMAC層協(xié)議數據單元
MSDUMAC層服務數據單元
MS/TP主從/令牌傳遞
N網絡層（前綴）
NP網絡優(yōu)先權
NPCI網絡層協(xié)議控制信息
NPDU網絡層協(xié)議數據單元
NRZ反向不歸零制
NSAP網絡層服務訪問點
NSDU網絡層服務數據單元
O表明對某個屬性的支持是可選的
OSI開放系統(tǒng)互聯(lián)
P物理層（前綴）
PACARCnet數據分組的頭字節(jié)
PCI協(xié)議控制信息
PDU協(xié)議數據單元
PICS協(xié)議實現一致性聲明
PK私有密鑰
PPCI物理層協(xié)議控制信息
PPDU物理層協(xié)議數據單元
PSDU物理層服務數據單元
PTP點對點
R表明對某個屬性是支持的，并且用BACnet設備可讀該屬性
REQ請求原語
RSP響應原語
S選擇
S（=）選擇（參數與服務原語中左邊的參數在語義上相等）
SA本地網絡資源的MAC層地址
SAP服務訪問點
SCARCnet系統(tǒng)代碼（對于BACnet為X’CD’）
SDU服務數據單元
SIDARCnet源的MAC層地址
SK會話密鑰
SLEN源節(jié)點的MAC層地址的一個字節(jié)長度
SNET兩個字節(jié)表示的源節(jié)點網絡號碼
SPC標準工程委員會
SSAPLLC源節(jié)點服務訪問點（對于BACnet為X8’2’）
TSM事務處理狀態(tài)機
U用戶選項
U（=）用戶選項（參數與服務原語中左邊的參數在語義上相等）
UART通用異步收發(fā)器
VT虛擬終端
W表明對某個屬性是支持的，并且用BACnet設備可讀和可寫該屬性
X ’’表示在單引號之間使用十六進制符號
XID交換標識（ISO 8802?2）