智能建筑设备自动化系统：基于现场总线的网络集成

随着网络技术的不断发展，Internet正把全世界的计算机系统、通信系统逐渐集成起来，建立起信息高速公路，形成了公用数据网络。而现场总线技术的兴起，改变了控制系统的结构，使其向着网络化的方向发展，形成了对人类生产、生活有重要影响的另一类网络——控制网络。

现场总线系统，采用可进行简单连接的双绞线等作为传输介质，把具有数字计算和数字通信能力的多个测量控制仪表连接成网络系统，按公开、规范的通信协议，在位于现场多个微机化测量控制设备间、现场仪表与远程监控计算机间，实现数据的传输与信息交换，实现了基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化的综合自动化功能。

现场总线作为控制设备之间实现数字通信的联系纽带，把具有通信能力的测控仪表作为网络节点，连接成开放式、数字化、多点通信的底层控制网络，并通过网络将节点连接为控制系统。由于它位于网络结构的底层，因而被称之为底层网（Infranet）。在某些场合，Infranet已成为现场总线控制网络的代名词，具有开放的通信协议，担负着测量控制任务，是它作为网络系统最显著的特征。由于现场总线技术适应了控制系统向智能化、网络化、分散化的发展趋势，显示出了强大生命力，因此得到迅速发展，成为控制领域的热点技术。

随着现场总线控制网络的进一步发展，控制网络与数据网络的结合提上了日程，为开放型、全分布式控制系统与网络系统的进一步开拓，提供了新的领域。控制网络Infranet与因特网（Internet）、企业内联网（Intranet）的连接，使控制网络与数据网络融为一体，控制信息汇入到数据网络中，从而进一步拓宽了控制系统的范围，丰富了网络系统的信息内容和应用领域。

1.数据网络

数据网络是指在办公和通信等领域已广为采用的计算机网络、通信数据网络。这类网络的特点是：数据通信量较大，需要经常传送文档、报表、图形，以及信息量更大的音频、视频等多媒体数据。

数据网络从最初的局域网，进而由局域网间的互连逐步发展壮大，最后导致了Internet的出现。而当企业看到Internet蕴含的巨大商业价值之后，将局域网与In-ternet成功结合为Intranet，使数据网络的发展和应用进入到一个崭新的阶段。Intra-net又称为企业内联网或企业网，它成功地结合了局域网和Internet的优点，也可以看成是将Internet技术应用于局域网的产物，即Intranet是基于Internet和Web技术的信息服务系统，可以认为：Intranet=Internet+Web+信息技术（Information Technology）。

Intranet在技术上的优点，主要有以下几点：

1）Intranet采用了Internet的通信技术，具有开放性的互连标准，能够提供强大的通信能力；

2）Intranet采用浏览器/服务器（B/S）模式的Web技术，如图7-15所示，使用户可以动态地访问分布式网络数据库，信息共享的能力更加强大；

3）Intranet还采用了身份认证技术、网络数据加密技术和防火墙技术，在Intranet和公共网之间添加了保护屏障，因此Intranet既保留了互联网的开放性，又具有Intranet抵抗外部信息侵袭的安全性和可靠性。

图7-15 浏览器/服务器模式的结构

Internet和Intranet的良好结合，为企业提供了一个数据、信息资源共享的环境，可以在完成企业内部管理的基础上，进一步加强企业同外部的信息交流，为企业创造更多经济效益。

2.控制网络(www.xing528.com)

控制网络是指用于完成自动化任务的网络系统。它的网络节点除了普通计算机、工作站外，更多的是具有计算与通信能力的测控仪表。这些自控设备分布在工厂、建筑和家庭中，用于生产和生活的各个方面。

楼宇自控系统的低层有许多控制设备，这些设备可能来自多个厂商，不同的测控设备可能组建多个相同或不同的控制网络，而不同控制网络使用不同的总线技术。在Intranet环境下，怎样将不同的现场总线控制系统进行集成，使之更有效地互连，成为一个协调运行的集成系统？答案是首先要解决通信协议的统一和转换问题，而基本的对策就是采用“网关策略”或协议策略。

所谓“网关策略”，就是应用网关转换通信协议，实现不同现场总线的选择，或开发最适于在本系统应用的现场总线，采用特定的通信协议构成低层控制网络。

例如，某一楼宇自控系统集成中，从功能层上划分，分为现场控制层、过程监控层和物业管理层；从网络层级上看，有现场控制网段和局域网网段。现场设备层中的现场控制设备，作为网络节点构成现场控制网段。在过程监控层中，由担任监控任务的工作站、计算机、控制器作为网络节点构成局域网段。过程监控层，通过现场总线接口与由控制网段组成的现场总线网段相连。物业管理层，实现楼宇信息的集成和管理，其网络节点由高性能计算机、工作站、PC、服务器和数据库等组成，从而使得物业管理层可方便地与Internet相连。

在现场控制网段中，可能有LonWorks网段、FF网段、HART网段，CAN网段、Profibus网段等多种网段存在。同一种通信协议的网段之间可采用网桥、中继器连接，采用不同通信协议的网段用网关连接。目前，在楼宇自控系统中以Lon-Works和BACnet两种总线技术应用最广泛，现在大部分的楼宇自控系统都是基于这两种技术单独构建的。

3.控制网络与数据网络的连接

在基于现场总线的控制系统中，控制设备具备了网络通信能力，通过现场总线网络连接成控制系统，把传统DCS中基于封闭、专用的通信解决方案，变成了基于公开化、标准化的解决方案。也正因为现场总线基于开放统一的通信协议标准，为控制网络与数据网络的连接提供了方便，因而对控制网络与数据网络的融合起到了积极的促进作用。

当传统的控制系统逐步走向Intranet时，便为构建Internet-Intranet-Infranet的网络结构，组成一个协调的整体铺平了道路。

图7-16所示为Internet-Intranet-Infranet的体系结构。Infranet实现了与Internet和Intranet的互连，丰富了网络的信息内容，从而便于发挥出数据信息和控制信息的综合优势。

图7-16 Internet-Intranet-Infranet的体系结构

实现Internet-Intranet-Infranet的体系结构，对于人们的生产和生活将有重要的作用，如远程监控系统就是该体系结构在生产控制领域内的一个重要应用。国外许多公司在积极研究和开发远程监控系统，建立现场总线网络与Internet连接的一套标准，并尽可能地采用现有的WWW技术。将采集到的生产数据直接放到超文本标记语言（HTML）文档中，本地用户可以通过控制网络、局域网，实现了本地计算机对远程生产系统和现场设备的运行状况及各种参数的监视和控制，即远程用户可以通过Internet对生产过程进行访问，从而节省了大量的交通、人力费用。对于控制系统和现场设备的制造商来说，可以实现对自己产品的及时维护，并能对产品的性能进行及时的跟踪调查，以便进一步改进设计。此外，还可以根据需要建立地区级的、国家级的，乃至世界级的监控中心，以便于大型生产企业对所属工厂的整体管理，从而提高经济效益。

随着控制网络操作系统的发展，控制网络和数据网络正在结合而逐步走向一体化。当控制网络中的操作信息和数据网络中的管理决策信息能更好地结合之时，网络系统的功能会得到更大发挥。Internet的出现和迅速发展，已经为我们带来了极大的方便，它推动而且改变着我们的生产和生活方式。在未来的发展道路上，数据网络与控制网络的接合，必将给人们带来更加美好的生活，使人类走向更为发达的社会。