論樓宇自控系統(tǒng)的六層模型

　　概要：詳細(xì)介紹六層模型：設(shè)備介質(zhì)層、電氣轉(zhuǎn)換層、數(shù)模轉(zhuǎn)換層、邏輯控制層、操作站通訊層、操作站界面層。

　　樓宇自控行業(yè)自20世紀(jì)80年代起步，經(jīng)過20多年的發(fā)展，已經(jīng)非常成熟。涌現(xiàn)出一大批專業(yè)樓宇自控公司，如：霍尼韋爾、西門子、江森等。這些公司進(jìn)入該行業(yè)比較早，產(chǎn)品市場占有率高，產(chǎn)品體系完整、成熟穩(wěn)定。
　　該行業(yè)也越來越開放，一些通訊協(xié)議，像BACnet、Lonworks等，被大多數(shù)廠家采用，　系統(tǒng)集成變得越來越容易。
　　在中國，該行業(yè)也經(jīng)歷了十幾年的發(fā)展，大批國外公司涌入中國，國內(nèi)樓控廠商開始崛起。可是，中國的樓控水平是不盡如人意的，樓控產(chǎn)品開通率和運(yùn)行正常率一直不高；用戶對樓控認(rèn)可度不高；國內(nèi)樓控產(chǎn)品整體競爭力偏低。
　　雖然整個行業(yè)越來越開放，但中國樓控市場是嚴(yán)重封閉的。大品牌各自推自己的系統(tǒng)架構(gòu)，從控制器分類到網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，再到軟件功能，千差萬別。用戶一旦選擇了某個品牌，則必須全部采購該品牌的產(chǎn)品。開放協(xié)議僅限于不同系統(tǒng)間的集成，或者缺乏足夠的資料和培訓(xùn)，或者網(wǎng)關(guān)動輒數(shù)萬元，造成實(shí)際系統(tǒng)間互聯(lián)率很低，嚴(yán)重?fù)p害了用戶利益。
　　本文章的目的，就是從技術(shù)角度，把樓宇自控系統(tǒng)分為六層模型，每層有自己的特點(diǎn)，理論上講，每層之間只要接口標(biāo)準(zhǔn)化，用戶就可以自由的選用不同廠家的產(chǎn)品。這一點(diǎn)，工控領(lǐng)域已經(jīng)做的很好。本文的推出，希望促進(jìn)我國樓控行業(yè)向開放更進(jìn)一步。只有開放，才符合用戶的利益，才能使我國樓控行業(yè)健康發(fā)展。劃分和命名方法，有不合理之處，希望大家批評指正。
　　樓宇自控系統(tǒng)的六層模型框圖如下：

　　下面詳細(xì)描述一下每層的特點(diǎn)：
　　1， 設(shè)備介質(zhì)層：指樓控的被控對象。如中央空調(diào)機(jī)組的水管道、風(fēng)管道、室內(nèi)溫度等。
　　2， 電氣轉(zhuǎn)換層：指樓控的電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)或傳感機(jī)構(gòu)，作用是實(shí)現(xiàn)從電信號到其他物理形態(tài)的雙向轉(zhuǎn)換。如：溫度傳感器、各種閥門和執(zhí)行器、各種變送器等。
　　3， 數(shù)模轉(zhuǎn)換層：指樓控產(chǎn)品的輸入輸出模塊，作用是實(shí)現(xiàn)從數(shù)字信號到模擬信號的雙向轉(zhuǎn)換。模擬信號一般有：電流型（4～20mA）、電壓型（0～10V）、電阻型、干接點(diǎn)型等。
　　4， 邏輯控制層：指樓控控制器的高級邏輯功能，包括定時、編程、通訊、報警、歷史記錄等。樓控系統(tǒng)的“智能”一般指的就是本層的功能。
　　5， 操作站通訊層：指樓控操作站電腦的底層通訊部分，包括：與控制器的通訊、歷史記錄保存、不同系統(tǒng)間集成的協(xié)議轉(zhuǎn)換等功能。提供友好的軟件接口給操作站界面層。
　　6， 操作站界面層：指用戶或調(diào)試工程師使用的軟件界面部分，一般分為B/S或C/S類型。使用圖形化的友好界面，使用和能直觀的查看或操作現(xiàn)場設(shè)備。
　　下面分析一下每層之間的接口情況。
　　1， 設(shè)備介質(zhì)層和電氣轉(zhuǎn)換層之間的接口不是本文討論的范疇，忽略不計。
　　2， 微電子接口，位于電氣轉(zhuǎn)換層和數(shù)模轉(zhuǎn)換層之間。一般指電流（4～20mA）、電壓（0～10V）、電阻等方式。本接口不可省略，即電氣轉(zhuǎn)換層和數(shù)模轉(zhuǎn)換層不能合并。
　　3， 二級總線接口，位于數(shù)模轉(zhuǎn)換層和邏輯控制層之間。種類很多，分別包括：
　　●數(shù)模轉(zhuǎn)換層和邏輯控制層界限分明，中間用現(xiàn)場總線連接，如MODBUS/RS485、Lonworks、BACnet/MSTP/RS485，EIB、ZigBee、CAN、專用總線等。
　　●數(shù)模轉(zhuǎn)換層和邏輯控制層界限模糊，在許多樓控系統(tǒng)里叫兩層結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場控制器層和網(wǎng)絡(luò)控制器層。現(xiàn)場控制器除基本的數(shù)模轉(zhuǎn)換功能外，也具有簡單的高級功能，網(wǎng)絡(luò)控制器層有時也有數(shù)模轉(zhuǎn)換的功能。協(xié)議同上。
　　4， 一級總線接口，位于邏輯控制層和操作站通訊層之間。是系統(tǒng)的重要組成部分，因?yàn)樵摻涌谝韵聦佻F(xiàn)場控制功能，需要獨(dú)立完成所有實(shí)時策略。該接口以上則側(cè)重點(diǎn)在給調(diào)試人員提供友好的管理界面，一般采用PC機(jī)的平臺，穩(wěn)定性和實(shí)時性要求相對要低。
　　該接口一般采用以太網(wǎng)作為組網(wǎng)形式，協(xié)議包括：BACnet/IP、MODBUS/TCP、專用協(xié)議等。
　　5， 軟件總線接口，位于操作站通訊層和操作站界面層之間。屬于樓控操作站軟件的范疇，在大部分系統(tǒng)里都是一體的，不對外公開。系統(tǒng)集成很多都在這個層面，一般有OPC、BACnet/WebService、SQL、ODBC、DDE、Socket、XML、專用協(xié)議等。很多B/S結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)其實(shí)是把操作站界面層又進(jìn)行了細(xì)分。
　　以上分類，只是從功能劃分合理性角度考慮的，實(shí)際的系統(tǒng)架構(gòu)是千差萬別的。早期的樓控系統(tǒng)，層數(shù)較少，主要是受當(dāng)時技術(shù)水平所限，功能少，靈活性差。隨著網(wǎng)絡(luò)及軟件技術(shù)水平的提高，系統(tǒng)架構(gòu)越來越復(fù)雜，層數(shù)也就相應(yīng)增加，功能得到了增強(qiáng)，但同時造價也相應(yīng)提高。

　　值得重視的是，很多系統(tǒng)集成項(xiàng)目，由于各自系統(tǒng)都沒有采用純開放的協(xié)議體系，完全采用網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，就人為增加了系統(tǒng)的層數(shù)，性價比和實(shí)時性都很低。這些就是目前樓控領(lǐng)域互聯(lián)互通困難的重要原因，不是實(shí)現(xiàn)不了互聯(lián)，是成本高且廠家動力不足。
　　隨著技術(shù)水平的提高，已經(jīng)開始出現(xiàn)層合并現(xiàn)象。
　　●邏輯控制層和數(shù)模轉(zhuǎn)換層合并：隨著通訊芯片成本的降低，已經(jīng)出現(xiàn)了單層以太網(wǎng)控制器，使功能更加緊湊，可靠性更高。
　　●數(shù)模轉(zhuǎn)換層和電氣轉(zhuǎn)換層合并：代表是智能傳感器和智能執(zhí)行器，數(shù)字總線代替模擬信號，使測控精度大幅提高。
　　●數(shù)模轉(zhuǎn)換層、電氣轉(zhuǎn)換層、設(shè)備介質(zhì)層合并：代表是智能空調(diào)機(jī)組、智能冷水機(jī)組、智能照明設(shè)備等，此時，樓控已經(jīng)體現(xiàn)在通訊轉(zhuǎn)換等高層系統(tǒng)級功能上，系統(tǒng)更加優(yōu)化，集成度和自動化水平更高，節(jié)能效果更好。
　　新的層合并現(xiàn)象，是不同于傳統(tǒng)意義上的層合并的。是以新的設(shè)計思想、新的通訊技術(shù)做支撐的，引導(dǎo)著樓控向更開放、更易用、更穩(wěn)定的方向大踏步前進(jìn)。
　　在一個系統(tǒng)集成項(xiàng)目中，不管有多少子系統(tǒng)，有多少廠家，要是不再出現(xiàn)網(wǎng)關(guān)這類產(chǎn)品，每個系統(tǒng)間都能無縫的互聯(lián)互通，系統(tǒng)架構(gòu)沒有超過六層，說明智能建筑行業(yè)已經(jīng)完全開放了，這就是我們努力的方向。