BACnet一楼字自控系统的数据通讯协议

陈德水 建设部建筑智能化系统工程设计专家工作委员会

　本文由建设部建筑智能化系统工程设计专家工作委员会提供


　　 一、BACnet简要历史 智能建筑贵在集成，要集成就需要相关的机电设备和子系统具有开放性和互操作性。也就是说，这些设备和系统的数据通讯必须按同一标准协议。1987年1月ASHRAE（美国供热、制冷及空调工程师协会）组织了，由来自世界各地的20名楼字控制工业各部门，包括大学、控制器制造商、政府机构与咨询公司的志愿者组成了一个名为"SPC135P"的工作组。工作组的目标是制定一个，关于楼字能量管理与控制系统（EMCS）的通讯协议。在长达8年多制定过程中，共收到来自12个国家741份的意见，经过3次公开评审，最后于1995年6月BACnet协议获得通过，成为ASHRAEI35一90标准。并于同年12月升为美国国家标准。并且得到了欧共体标准委员会的认可，成为欧共体标 准草案。
　　 二、主要内容 BACnet是楼宇自动控制系统的数据通讯协议，它由一系列与软件及硬件相关的通讯 协议组成，规定了计算机控制器之间所有对话方式。 协议包括下列内容：
　 （1）所选通讯介质使用的电子信号特性，如何识别计算机网址，判断计算机何时使用网络及如何使用。
　（2）误码检验，数据压缩和编码以及各计算机专门的信息格式。显然，由于有多种方法可以解决上述问题，但两种不同的通讯模式选择同一种协议的可能性极少，因此，就需要一种标准，那就是由ISO（国际标准化组织）于80年代着手解决，制定了《开放式系统互联（OSI）基本参考模式（Open System Interconnection／Basic Reference Model简称OSI／RM） ISO一7498》 OSI／RM是1SO／OSI标准中最重要的一个，它为其它OSI标准的相容性提供了共同的参考，为研究、设计、实现和改造信息处理系统提供了功能上和概念上的框架。它是一个具有总体性的指导性标准，也是理解其它OSI标准的基础和前提。 OSI／RM按分层原则分为七层，即物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层。 BACnet既然是一种开放性的计算机网络，就必须参考OSI／RM。但BACnet没有从网络的最低层重新定义自己的层次，而是选用已成熟的局域网技术，简化OSI／RM，形成包容许多局域网的简单而实用的四级体系结构如图1示。从图知，四级结构包括物理层、数据链路层、网络层和应用层。 BACnet协议由以下几部分组成：楼字自控设备功能和信息数据的表示方式，五种规范局域网通讯协议以及它们之间相互通讯采用的协议。
　 （1）信息数据的表示方式 BACnet的目的，是采用一种方式使独立的楼字自控设备可以通过网络实现对话。因为不同厂商生产出来的直接数字控制器（DDC）的内部软件的数据结构有很大差异，但却具有相同的功能，执行类似的任务。因此SP C一135提出了把DDC的任务划分成各种标准的"对象"，通过"对象"把内部数据结构转换成通用的、明确的、抽象化的数据结构以实现数据通讯。"对象"是与某一特定功能相关的所有数据元素的集合。通过对象的特性，可以不用考虑设备内部详细资料，就可以实现信息数据的识别与访问。 图1BACnet的四级结构 BACnet定义了18种标准对象类型，通过不同对象的组合，实现DDC不同的控制功能，从而实现对DDC任务的描述。
　　 18种标准对象类型为：
　　
·模拟输入（AI） 　

·事件登计（Event Enrollment)
·模拟输出（AO）

·文本（File）
·模拟值 （AV）　

·组（Group)
·数字输入（BI）

·环路（Loop）
·数字输出（BO）

·多状态输入（Multistate input）
·数字值（BV） 　

·多状态输出（Muliisiaie output）
·日历（CaLender）　

·通知等级（Notification class）
·命令（Command）

·程序（Program）
·TR备（Device）

·时间表（schedu1e）

　　对于其它楼宇自动化设备如消防、安全防范及照明控制设备，也可以很方便地使用对象加以描述。图2为一个BACnet设备的对象组合，这些对象，基于物理设备的"物理可视"功能得到实现。 BACnet除定义18种标准对象外，还定义了123种标准属性。属性实际上是对象的进一步描述。从"对象"获取信息向对象发生指令都是通过属性体现。每一种标准对象都规定了123种属性的某些子集。BACnet要求有些属性对某个对象是必须的，而另一些属性 为可选，如所有的对象都要有对象编号、对象名称，对象类型。（2）服务功能 对象描述了楼宇自动化设备的抽象通讯特征，属性是对象为进一步阐述，而BACnet的服务功能则用于访问和管理这些对象发出的信息，指令完成一定的操作，或通知发生了某些事件的手段。BACnet共定义了35种服务功能，分为5大类分别为：报警和事件服务 （Alarm and Event）；文件访问服务（Fi1e Acceess）;对象访问服务（Object Access）;远程设备管理服务（Memote Device Management）；虚拟终端服务（Virtual Terminal）。 这些数据的格式必须符合ISO 8824标准抽象体系符号（ASNO）的规定，被编为符合



　　图2 一个BACnet设备的对象组成集合AI，AO，AV一模拟量输入、输出、数值BI，BO一数字量输入、输出

　　BACnet 标准的0或1二进制码在网络上传送。 （3）网络 BACnet设备通过局域网传送符合BACnet 标准二进制码的信息。从理论上讲，任何局域网都可以实现信息的传输。但BACnet采用五种网络技术进行信息数据传送。这五种是：Ethernet、BACnet、 MS/TP (主从/令牌环)、PTP（点对点、LONTALK。其中MS/TP（MASter Slave/Token-Passing）为BACnet制定的通讯协议，用于单元控制器以及其它I/O设备之间。PTP用于R S-232口直连或通过MODEM从远程工作站拨号。BACnet局域网的数据速率见表1。
局域网

标 准

数据速率
ETHRnet
ISO/IEC 8802-3 10 TO 100 MBPS
ARCnet
ATA/ANSI 878.1 0.156 TO 10 MBPS
MS/TPPS
ANSI/ASHRAE 135-1995 9.6 TO 78.4 KBPS
LONTALK
PROPRIETARY 4.8 TO 1250 KBPS