文｜同濟大學社區(qū)信息化與智能建筑研究中心 賈堅萍

西門子樓宇科技公司 孫 浩

1 前言

BACnet協(xié) 議（A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Networks）是ASHRAE于1987年研發(fā)制定的開放的標準協(xié)議。2003年，它正式成為國際標準（ISO 16484-5），是迄今為止在樓宇自動化領域中唯一的ISO標準。BACnet協(xié)議產生的背景是一個系統(tǒng)中不同廠商的DDC產品不兼容，產品的升級與替換都受制于原來的廠商，損害系統(tǒng)使用者的利益。BACnet協(xié)議打破專有協(xié)議的約束，實現(xiàn)不同廠商產品之間的互操作和系統(tǒng)的集成。

由于控制目的和策略不同，一個BACnet設備并不需要實現(xiàn)BACnet標準的所有功能，因而形成各式各樣的BACnet設備，大大促進對新產品的設計開發(fā)。本文要討論的內容是如何從各種BACnet設備中合理地選擇符合樓宇控制要求的設備。文章以Siemens APOGEE系統(tǒng)的PXC Modular和AIRTEK公司的DPC4442B為例，對它們的互操作性進行分析。

2 PICS

BTL（BACnet Testing Laboratories，即BACnet測試實驗室）是測試BACnet設備互操作性并認證設備是否符合BACnet協(xié)議的組織。經過BTL認證的BACnet設備必須提供PICS文件，各廠商的PICS文件都必須在BTL網(wǎng)站上公開。

PICS是BACnet Protocol Implementation Conformance Statement（ 即 BACnet協(xié) 議實現(xiàn)一致性聲明）的簡稱，它描述BACnet設備的關鍵信息，具有特定的格式，是比較不同廠家的BACnet設備的功能和互操作性的高效有用的工具。理論上，制造商、客戶和咨詢工程師根據(jù)該文件可以確定給定設備可實現(xiàn)的功能，并確定任意給定的BACnet設備間的互操作性。

盡管不同廠商的PICS文件的格式可能不盡相同，但PICS文件一般都包括以下幾個方面：產品名稱、版本號和描述，設備類型，支持的標準BACnet對象類型以及該對象是否可以用BACnet服務動態(tài)創(chuàng)建或刪除，支持的BIBB，支持的非標準服務，支持的分段和窗口調節(jié)大小，支持的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。

數(shù)據(jù)鏈路層是確定BACnet設備互操作性的前提，其互通容易判斷，在此不作介紹。設備類型、支持的標準BACnet對象類型和BIBB是確定BACnet設備互連后最終可以實現(xiàn)哪些功能的工具，下面將重點介紹這三項內容。

2.1 BACnet標準化設備

BACnet標準定義了6類BACnet標準化設備，分別為BACnet操作員工作站（B-OWS）、BACnet樓 宇 控 制 器（BBC）、BACnet高級應用控制器（B-AAC）、BACnet專用控制器（B-ASC）、BACnet智能執(zhí)行器（B-SA）和BACnet智能傳感器（B-SS）。

B-OWS是操作員監(jiān)視管理BACnet系統(tǒng)的窗口。B-OWS在分層樓宇自控網(wǎng)絡系統(tǒng)中通常不作為DDC對現(xiàn)場設備進行控制，其作用是監(jiān)視和管理BACnet系統(tǒng)及其設備。B-BC是一種通用現(xiàn)場可編程控制器，用于各種樓宇自控任務。B-AAC是與應用有關的高級控制器，雖然具有一定的可編程能力，但資源較少，功能不及B-BC。B-ASC是特定應用的控制器，功能比B-AAC還少。B-SA是功能極為有限的簡單控制器，B-SS是資源極為有限的傳感器設備。

在以APOGEE系統(tǒng)為代表的部分設備中，上述六類設備的連接方式通常如圖1所示。

不同類型的BACnet設備規(guī)定實現(xiàn)的BIBB（BACnet Interoperability Building Blocks，即BACnet樓宇互操作基本塊）也不同。如表1所示，B-SS只支持BIBBDataSharing-ReadPropertyMultiple-B，而B-BC支持五個互操作域內的多個BIBB。設備所能實現(xiàn)的服務和設備具備的對象主要取決于該設備的類型，因此，在PICS中必須注明該設備屬于BACnet標準化設備的哪一類，以便選取設備。

2.2 標準 BACnet對象

每個樓宇自控系統(tǒng)中的設備都能抽象為一組對象實例，并且每個設備都必須有且僅有一個Device對象實例。例如：一個智能溫度傳感器只需用1個設備對象和1個模擬量輸入對象表示。而一個樓宇控制器則需要用1個設備對象、多個模擬量輸入對象、多個二進制輸入對象、多個二進制輸出對象、多個時間安排對象等組合表示。

圖1 BACnet設備之間的相互關系圖

當然，某個產品如果具有某個對象，其本身必須具有該對象表示的功能，才有意義。例如，一個設備不具備時間安排的功能，就不能寫該BACnet設備具有時間安排對象。

屬性是對對象內容的詳細描述，例如：一個模擬量輸入對象有工作極限、狀態(tài)等屬性。每個對象至少包含Object Identifier、Object Name和Object Type三個屬性，每個屬性都由屬性的名稱或標識符以及屬性值兩部分組成。設備的屬性可以是只讀或讀/寫的，其他BACnet設備可以讀取設備中的屬性或者重新賦值給該屬性。BACnet標準將某些屬性定義為必選屬性，而將另一些屬性定義為可選屬性。

PICS除了列出設備支持的標準BACnet對象之外，還要對每個對象作進一步說明，標明其支持的可選屬性、可寫屬性、是否可以用BACnet服務動態(tài)創(chuàng)建或刪除，以及對該屬性取值范圍的要求。下面簡要介紹各個對象的功能。

Analog Input/Output Object，即模擬量輸入/輸出對象，該對象用于描述輸入/輸出信號的大小。

Analog Value Object，即模擬量值對象，該對象用于表示控制系統(tǒng)中的一個參數(shù)值。

Binary Input/Output Object，即二進制輸入/輸出對象，該對象用于描述輸入/輸出信號的開關量。

Binary Value Object，即二進制值對象，該對象與Analog Value對象一樣，用于表示控制系統(tǒng)中的一個參數(shù)值。

Calendar Object，即日期表對象，BACnet設備根據(jù)該對象（通常為特殊的日期）自動執(zhí)行操作。

Schedule Object，即時間安排對象，該對象描述了一周內的時間安排，用于周期性地控制一個或多個BACnet對象。

Command Object，即命令對象，該對象對具體的BACnet設備的一組對象屬性寫入一組數(shù)值，可用作在其他設備中安排時間表。

Device Object，即設備對象，該對象用于描述該BACnet設備廠家及模型的信息。

Event Enrollment Object，即事件登錄對象，該對象用于定義事件類型和事件通告的接受者。

File Object，即文件對象，該對象涉及到控制器數(shù)據(jù)庫的上傳和下載。

Group Object，即組對象，該對象定義了一個標準化的對象，其屬性能代表一組其他對象或一個或多個其他屬性，因而能夠簡化BACnet設備之間信息的交換。

Loop Object，即控制環(huán)對象，該對象用于描述完整的反饋控制環(huán)。

Notification Class Object，即通告類對象，該對象包含了一張表，該表列出了當數(shù)值達到通告閾值后要通告給哪些設備。

Program Object，即程序對象，該對象用于描述應用程序。

Trend Log Object，即趨勢日志對象，該對象用于用于監(jiān)視對象的屬性。

2.3 BIBB

BACnet標準根據(jù)“ASHRAE 13 DDC系統(tǒng)說明和設計指南”定義了5個互操作域，也就是數(shù)據(jù)共享域（Data Sharing）、報警與事件管理域（Alarm and Event Management）、時間安排域（Scheduling）、趨勢域（Trending）和設備與網(wǎng)絡管理域（Device and Network Management）。每個互操作域由多個BIBB組成，如表1所示。

表1 不同BACnet標準化設備必須具備的BIBB表

BIBB是一種BACnet應用服務或多種BACnet應用服務的集合。為了便于選擇設備，匹配兩設備的互操作性，BIBB分別用設備A和設備B來定義服務。一般情況下，設備A表示服務的請求方，設備B表示服務的響應方。例如，BIBB-DSCOV-A是命令B設備向A設備提供COV信息，其中涉及到的BACnet應用服務有SubscribeCOV、ConfirmedCOVNotification和UnconfirmedCOVNotification。SubscribeCOV服務用于COV請求方（A設備）向COV響應方（B設備）預訂COV事 件。ConfirmedCOVNotification和UncomfirmedCOVNotification服務都是用于向COV預訂用戶通告對象的屬性值已經發(fā)生變化，前者是證實服務，后者是非證實服務。

3 設備選擇

某項目已有AIRTEK公司的DPC4442B控制器，需要添加一臺功能更全的上層控制器進行聯(lián)網(wǎng)控制，業(yè)主想選用Siemens APOGEE系統(tǒng)的PXC Modular。下面我們就對這兩臺設備的互操作性進行分析。

DPC4442B微電腦可編程控制器是一臺多功能高性能完全可程序化的邏輯控制器，可用于監(jiān)控樓宇機電設備、大型空調箱、潔凈室、排氣柜、大型終端設備或類似的設備控制場合，且是符合BACnet標準的控制器。

PXC Modular可編程控制器是一個高性能的DDC控制器，可以單機工作，也能夠聯(lián)網(wǎng)完成一些復雜的監(jiān)控和能量管理的工作。

BACnet設備選擇流程，如圖2所示。

首先，要在一個大范圍中初步選定設備，從BTL網(wǎng)站上獲得這些設備的PICS，查看兩臺設備支持的數(shù)據(jù)鏈路層表上是否有匹配的連接方式，如果沒有就要重新選擇。如表2所示，PXC Modular通過BACnet IP與上層連接，通過MS/TP與下層連接。如表3所示，DPC與上層的連接是通過MS/TP實現(xiàn)的。因此PXC Modular與DPC可以互連。如果將PXC Modular換成PXC Compact，與DPC的互連就無法實現(xiàn)，因為PXC Compact只支持BACnet IP。

圖2 設備選擇流程圖

接下來要查看BACnet標準設備類型，從設備的PICS文件的BACnet Standardized Device Profile中可以查到其類型，如表4、表5所示。

然后需比較兩設備支持的標準對象是否能滿足基本的控制要求。如表6所示，DPC與PXC Modular都支持File和Device對象，能完成對點輸入輸出和數(shù)值的數(shù)字量和模擬量的控制。

表2 PXC Modular支持的數(shù)據(jù)鏈路層表

表3 DPC支持的數(shù)據(jù)鏈路層表

表5 PXC Modular的BACnet標準設備類型表

表6 DPC與PXC Modular支持的標準對象表

表7 DPC BIBB表

最后，要查看這兩臺設備中是否有B-OWS，或者是否都是B-BC。因為B-AAC、B-ASC、B-SA和B-SS通常都是響應方，不涉及到XX-XX-A之類的BIBB，所以只要查看上層設備的XX-XX-A BIBB和下層（同層）設備的XX-XX-B BIBB是否能成對匹配，就能確定兩者互連后能否實現(xiàn)該BIBB定義的功能。如果能成對匹配，則可以實現(xiàn)該BIBB定義的功能；如不能成對匹配，則還要查看上層設備的XX-XX-B BIBB和下層設備的XX-XX-A BIBB。例如，要想了解PXC Modular和DPC互連后支持的BIBB，只要考慮PXC Modular是否支持DPC XXXX-B對應的XX-XX-A即可。如表7和表8所示（粗框中的是該類型BACnet設備支持的，除必備BIBB之外的BIBB），DPC支持DS-RP-B，PXC Modular支 持 DS-RP-A，這一對BIBB表明設備A能讀取設備B的屬性，而設備B能響應設備A讀屬性的請求。作為現(xiàn)場設備控制器，DPC不需要讀取上層控制器的數(shù)據(jù)，因此DPC不支持DS-RP-A并不妨礙它與PXC Modular的互連；而即使

PXC Modular支持DS-RP-B，該功能也與DPC無關。

表8 PXC Modular BIBB表

從表7和表8中還能發(fā)現(xiàn)，兩臺設備都只能支持DM-DCC-B和DM-TS-B BIBB，這是因為只有B-OWS設備才具有DMDCC-A和DM-TS-A，通信以及同步時鐘一般都是由操作員工作站控制的。

因此，這樣的兩臺設備互連后能實現(xiàn)的功能有：讀取某個點的屬性、讀取多個點的屬性、寫某個點的屬性、動態(tài)綁定設備和動態(tài)綁定對象。

4 測試驗證

搭建測試環(huán)境對上述分析加以驗證。通過Insight軟件可以看出DPC與PXC Modular成功互連，并且能在PXC Modular上完成對所有點輸入輸出和數(shù)值的操作。如圖3、圖4所示。

由 于DPC4442B不 具 備Schedule、Calendar和Trend Log對象，因此在PXC Modular上設定Schedule表對DPC4442B不會生效，這也是與分析的結果一致的。

圖3 系統(tǒng)概覽圖

圖4 DPC配置圖

5 結束語

BACnet是樓宇自控領域中的開放的標準，其應用正不斷得到拓展。PICS文件可以為BACnet設備間互操作性實現(xiàn)的分析提供依據(jù)，其可行性已經在實踐中得到了證明。

1 ANSI/ASHRAE Standard 135.2001.BACnet-A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Networks[M].2001

2 程大章.智能建筑樓宇自控系統(tǒng).中國建筑工業(yè)出版社，2005.4

3 董春橋.智能樓宇BACnet原理與應用.電子工業(yè)出版社，2003.3

4 Siemens BACnet Information Guide.2005

5 Steven T.Bushby,H.Michael Newman,Martin A.Applebaum.GSA Guide to Specifying Interoperable Building Automation and Control Systems Using ANSI/ASHRAE Standard 135-1995,BACnet.1999

6 付保川，奚雪峰，王中杰，許維勝.BACnet網(wǎng)絡互操作模型及其應用研究.制造業(yè)自動化，2008（11）