BACnet标准在我国推广和应用的思考

《BACnet楼宇自动控制网络数据通讯协议》简介

〖什么是BACnet?〗
   
BACnet A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Network的简称,是一种为楼宇自控网络制定的数据通讯协议。
    1987年,美国暖通空调工程师协会组织(ASHARE)的标准项目委员会调集了全球20多位业内著名专家,经过8年半时间,在1995年6月,ASHARE正式通过全球首个楼宇自控行业通讯标准--BACnet,标准编号为ANSI/ASHARE Standard135-1995,同年12月成为美国国家标准,并且还得到欧盟委员会的承认,成为欧盟标准草案。经过国际标准化组织(ISO)的讨论投票,BACnet标准于2003年1月18日被正式宣布为国际标准—— ISO 16484-5。
这是楼宇自控领域中唯一的ISO标准
    BACnet
是一个标准通讯和数据交换协议。各厂家按照这一协议标准开发与楼宇自控网兼容的控制器与接口,最终达到不同厂家生产的控制器都可以相互交换数据,实现互操作性。换言之,它确立了在不必考虑生产厂家,不依赖任何专用芯片组的情况下,各种兼容系统实现开放性与互操作性的基本规则。
    根据1999年底楼宇自控网在互联网页里的资料,目前世界上已有数百家国际知名的厂家支持BACnet ,其中包括楼宇自控系统厂家、消防系统厂家、冷冻机厂家、配电照明系统厂家和安保系统厂家等。

〖BACnet技术特

BACnet协议体系结构层次对应的OSI层次
对应的OSI层次
BACnet应用层应用层
应用层
BACnet网络层网络层
网络层
IEEE802.2
MS/TP(主从/令牌传递)
PTP(点到点)
LonTalk
数据链路层
Ethernet
ARCNET
EIA-485
EIA-232
物理层

    BACnet 采用了面向对象的技术,它定义了一组具有属性的对象(Object)来表示任意的楼宇自控设备的功能,从而提供了一种标准的表示楼宇自控设备的方式。同时BACnet定义了四种服务原语来传递某些特定的服务参数。目前BACnet共定义了18个对象,123个属性和35个服务。由于一个楼宇自控系统中并不是所有的设备都要有必要支持BACnet所有的功能,BACnet协议还定义了6个性能级别和13个功能组。

〖BACnet协议优点〗
BACnet
是一个完全开放性的楼宇自控网协议,其开放性表现在:
 独立于任何制造商,不需要专门芯片,并得到众多制造商的支持;
 有完善和良好的数据表示和交换方法;
 按标准制造的产品有严格的性能等级和完整的说明;
 产品有良好的互操作性,有利于系统的扩展和集成。
BACnet
目前已成为当今智能建筑发展的主流技术,为制造商和用户提供了最好的条件和收益:
 有利于厂商提高产品的技术和质量,降低产品的成本和价格
 系统可以由不同厂商的产品组成,有利于市场竞争,保护先进的产品占有市场;
 产品有从众多的供应商提供服务和维护,有利于运行费用的降低
 用户可以从众多厂商中实现况标,来选择性价比最优的产品和集成商,避免专用协议的设备与系统垄断,尽量减少工程投资费用

BACnet标准正式成为ISO国际标准〗

  经过国际标准化组织(ISO)的讨论投票,BACnet标准于2003年1月18日被正式宣布为国际标准—— ISO 16484-5。这是国际智能建筑发展史上一个重要的里程碑。
  在投票表决的国家中,投赞成票的国家有:澳洲,比利时,加拿大,中国,丹麦,埃及,芬兰,法国,德国,希腊,意大利,日本,韩国,挪威,俄国,南非,西班牙,瑞典,英国和美国。没有国家投反对票


为了各业主的利益,便于系统的维护,招标要求中建议增加如下条件:

招标要求

  避免专用(即封闭式)协议的设备与系统垄断,尽量减少工程投资费用(包括过保修期以后的系统维护费用等)。对原有设备与系统进行改造、升级和扩展时不用拘泥于原设备、系统制造商的顾虑,完全按性/价比与服务的优劣来取舍。投标所选用的系统与设备必需符合以下几点要求:

一、完全开放通讯协议
  避免专有协议对本楼控系统的束缚,实现不同厂家产品的互操作;协议遵照ISO/OSI公开系统模型。楼宇自动控制网络数据通讯协议必需是完全开放的,协议开放表现在:
  (1)、通讯协议必需独立于任何制造商,也不需要专用芯片,并得到众多制造商的支持。(例如: ISO 16484-5国际标准和ANSI/ASHRAE l35-1995标准的BACnet楼宇自动控制网络数据通讯协议);
  (2)、现场控制总线的通讯协议必需完全开放,包括通信速率、编码格式、同步方式和通讯规程等。(例如:ISO 8802-2标准下的BACnet MS/TP 现场控制总线)。

二、系统各控制设备必需以公认的工业标准技术制造
  (1)、符合一致性等级(Protocolimplementation conformance sLatement)即(PICS);
  (2)、具有国际组织的标准认证(例如:BACnet国际组织的标准认证“BTL”);
  (3)、符合UL916安全等级;
  (4)、具有欧洲标准EMC Directive 89/336/EEC(CE 标示);
  (5)、达到FCC标准15-J A级。

《BACnet楼宇自动控制网络数据通讯协议》

  《BACnet楼宇自动控制网络数据通讯协议》(即A Data Communication Protocol for Building Automation and Control Networks,简称《BACnet协议》),它是美国采暖、制冷和空调工程师协会(ASHRAE)组织20多位世界级专家经过近9年时间的研究制定的世界上第一个楼宇自动控制网络协议。它详细地阐述了楼宇自控网的功能,阐明了系统组成单元相互分享数据实现的途径、使用的通讯媒介、可以使用的功能以及信息如何翻译的全部规则。因此,它确立了不必考虑生产厂家、各种兼容系统在不依赖任何专用芯片组的情况下,相互开放通讯的基本规则。BACnet标准是楼宇自动控制领域中第一个开放性的组织标准,不属于某个公司专有,任何公司或个人均可以参加该标准的讨论和修改工作,且对该标准的开发和使用没有任何权税限制。目前,BACnet已成为国际上智能建筑发展的方向和主流通信协议,是一项极具开拓性的技术,它使不同厂商生产的设备与系统在互连和互操作的基础上实现无缝集成成为可能。充分体现了楼宇自控领域的先进技术,并代表了该领域发展的最新方向。 

  BACnet作为楼宇自动控制系统的协议体系结构,可以减少报文的长度,降低通信处理的开销,并且也满足楼宇自动控制系统的需要。这个简化的体系结构降低了楼宇自动控制工业的生产成本,同时处理器的大批量生产、局域网技术的发展,也为过程控制和办公自动化工业的发展起到了推动作用。另一方面,BACnet可以充分利用现有的、易用的、应用广泛的局域网技术,如以太网、ARCNET和LonTalk。这样不但可以降低成本,而且也有利于提高性能,为系统集成开辟新的途径。同时,BACnet又具有良好的伸缩性及扩展性,标准中没有对BACnet网络中的设备节点数及BACnet设备数进行限制,可让使用者根据实际情况随意的组建自己的BACnet网络。 
  BACnet协议1995年一经颁布,即引起了各国政府、专家学者和企业的广泛关注。1995年12月由美国国家标准学院通过成为美国国家标准(ASHRAEl35-1995标准);1998年已被欧共体标准化委员会CENTC247采纳为预备标准(pre-standard),目前,正对其进一步进行评价,以决定是否为欧共体的正式标准;在1999年12月被韩国采纳为国家标准KSX 6909;2000年8月,日本电气安装工程师协会进行了研究,采纳BACnet为该协会协议标准(IEIEJ/P)。同时,一些主要的自动控制设备生产商都支持BACnet,如Alerton(世界上第一家基于BACnet协议开发生产全系列产品的生产厂商,1997年推出在全部各层通信网络均符合BACnet协议的系列产品),Cimetrics,Siemens Building Technology,ABB,Hitachi Building Systems,Compliance Services Group,RNL Facilities Corp.,Carrier,York,Phoenix,JDL Business Services,Johnson Controls,Delta Controls,McQuay,Architect of the Capitol,Automated Logic,Simplex,Andover,Appin Associates等厂商。
  自从BACnet协议作为美国国家标准发表以来,不但在美国本土引起巨大的反响,同时也引起了世界各国智能建筑业界的广泛注意。在发达国家,已纷纷成立了一些重要的组织,其中最重要的如在北美成立了BIG-NA(BACnet’s Interest Group-North America),在欧洲成立了BIG-Eu(BIG-Europe),在澳大利亚和亚洲成立了BIG-AA(BIG-Au straliaAsia),这些组织在本地区共同推进BACnet协议的实施。
  最近,国际标准组织(ISO)投票通过了大众期待已久的一个结果:BACnet成为ISO的正式标准,标准编码是:ISO 16484-5。 ISO于2003年1月18日进行了投票,总秘书于当日宣布了上述结果,并且通知了正在芝加哥举行ASHRAE年会的BACnet委员会。ISO的第205技术会(建筑环境设计委员会)于2002年春季开始进行对BACnet协议的书信评论和投票工作,最后完成了使得BACnet成为国际标准这项里程碑的工作。投票批准BACnet成为正式国际标准的国家是:澳大利亚,比利时,加拿大,中国,丹麦,埃及,芬兰,法国,德国,希腊,意大利,日本,韩国,挪威,俄罗斯,南非,西班牙,瑞典,英国,美国。没有投反对票的国家。按照ISO的工作程序,由于BACnet已经被批准成为ISO的正式标准,因此,BACnet不用经历“最后草案级的国际标准”阶段,直接从“草案级国际标准”成为正式发布的国际标准。成为ISO国际标准对于BACnet来说意味着什么?BACnet标准委员会主席Steve Bushby说:"BACnet通过ISO被采纳成为国际标准,说明国际社会对于BACnet协议在技术质量和开放的开发与维护过程的肯定。这也说明,我们一直努力促进来自全世界的专家参与BACnet协议的开发和维护工作是成功的。我认为这将对于BACnet的商业推广有重大的促进作用,特别是在欧洲和亚洲"。
  ISO 16484标准共有7个部分,分别是:1、建筑自动控制系统(building automation and control system (BACS)),2、硬件(hardware),3、功能(functions),4、应用(applications),5、 通信协议(BACnet),6、协议测试(protocol testing(采纳ASHRAE 135.1建议)),7、工程实施(project implementation.)。 
  美国艾顿(Alerton)公司位於美国西雅图Redmond区,成立於1980年,主要业务为开发、生产直接数字式DDC控制器、传感器及相关配套产品。并在业界率先生产了符合BACnet通讯协议的产品 -- Envision for BACtalk,是世界上第一个使用BACnet标准通讯协议的楼宇自控系统生产厂商;是美国暖通学会ASHRAE BACnet成员,同时也是BACnet开发委员会的委员之一,参与了BACnet通讯协议标准(美国国家标准BACnet NASI/ASHRAESPC135P)的开发与编写;是北美BACnet组织的成员;BACnet生产厂商联合会的成员。
  美国艾顿公司是全球BACnet楼宇自动化系统领域著名的制造商,所有产品都具有BACnet国际组织的标准认证“BTL” ,并且符合UL916安全等级及欧洲标准EMC Directive 89/336/EEC (CE 标示)。
  美国艾顿Alerton的产品以公认的工业标准技术制造,其系统符合公认的工业标准结构。Alerton采用的工业标准为TCP/IP、BACnet(美国国家标准协会的ANSI/ASHARE Standaed135-1995标准)等。遵循该协议开发的系统非常方便集成不同厂家的自动化系统和设备,能真正实现建筑物不同系统间数据的共用和互操作。由此可见Alerton的BACtalk系统是一个真正的完全开放式的建筑物自动化系统,其系统开放能力处于业界领先的地位。由于Alerton的产品采用了BACnet工业标准技术制造,其新旧产品兼容性很强,互换性好,可为使用者节省昂贵的系统升级费用,以保护使用者的投资回报。

BACnet标准在我国推广和应用的思考


  [摘要]本文分析了BACnet标准成为ISO标准(IS0 16484-5)后在楼宇自控领域中的地位,我国楼宇自控领域推广和应用BACnet标准的必要性和意义,提出了BACnet标准在我国产业化的基本原则,以供参考和讨论。
  自BACnet标准公布以来,我国就对该标准进行了跟踪和研究,同时也在工程项目中进行了引进和应用。总体来说,我国对BACnet标准的研究有了阶段性的成果,并进入了实用化和产品化的阶段。在工程项目应用上也不乏有大型的成功案例。这些为BACnet标准在我国继续得到良好的推广和应用奠定了基础。
  但是,BACnet标准在我国建筑领域中的应用份额还是相对较小。我国是全球建筑业的超级市场。如何在这个市场中普遍推广和应用BACnet标准,使我国楼宇自控领域与国际接轨,就是我们面临的现实和应思考的问题。
  在经济全球化的今天,标准是行业发展的指向针和催化剂。因此标准对产业的发展是十分重要的,是牵涉到国家利益和产权的大事,也是保证产业得以健康和持续发展的关键。基于标准对行业产生重大影响和作用的共识,本文针对我国楼宇自控的现状,分析我国大力推广和应用BACnet标准的必要性,并提出BACnet标准产品化的原则和方法,以供参考和讨论。

1 BACnet标准的地位
  简单地说,BACnet标准一种用于楼宇自控领域的现场总线标准。与目前所有的现场总线标准一样,BACnet标准有其产生的背景和高效率的应用场所。BACnet标准产生于楼宇自控领域,其目的是使所有楼宇自控设备互联和信息共享,最终实现互动和互操作。从BACnet标准产生的背景来看,BACnet标准在楼宇自控领域具有最高应用效率。但由于各种原因,在楼宇自控领域,也同时存在其他现场总线标准(如LonWorks、CAN等)的大量应用。

  现场总线技术自20世纪80年代中期问世以来,产生了近200种不同体系结构的标准,其中还不包括未公开的标准。经过几十年的发展和竞争,只有极少数技术先进的标准存活下来,在各自的应用领域成为佼佼者,并极力向其他应用领域渗透,以增强其生命力。如LonWorks、CAN等现场总线标准就属于这类技术先进的标准,他们产生的根源虽然不是楼宇自控领域,但在楼宇自控领域找到了“用武之地”。

  虽然人们希望统一现场总线标准,但由于技术和利益的原因,人们意识到在相当长时间内,不同的应用领域还将存在不同的现场总线标准。这种现象也得到IEC的认可。BACnet标准自产生以来,也经历了严峻的竞争和艰难的发展,但最终凭借其技术的先进性完全开放的特性,在不到10年的时间内由一个行业学会(ASHRAE)标准迅速成为楼宇自控领域中唯一的ISO标准,这标志着BACnet标准在楼宇自控领域中的领先地位。

  至今,BACnet标准已在全球得到了广泛的推广和应用,全球生产和经营楼宇设备和楼宇自控设备的主要厂商均支持和开发BACnet标准。例如,韩国于1999年将BACnet标准作为国家标准,日本也基本上将BACnet标准作为国家标准。

  BACnet标准之所以战胜其他应用在楼宇自控领域的标准,并成为ISO标准,可以归纳为以下三个原因:

  首先,BACnet标准是一个学会标准,参加制定标准的人员来自世界不同地方楼字自控领域的专家他们不仅非常熟悉楼宇自控领域的应用,而且有些专家还是制定其他现场总线标准的专家。这就决定了BACnet标准在技术上具有优于其他现场总线标准的能力。其次,BACnet标准开放的特性代表楼宇自控领域的发展方向,符合楼宇设备自控厂商公平竞争和利益的需要。BACnet标准在没有商业“促销”的情况下战胜了其他现场总线标准,进一步说明了BACnet标准不仅技术先进,而且符合楼宇自控的发展规律。

  再次,BACnet标准具有先进的体系结构。从理论上讲,BACnet标准可以与所有的通信网络进行无缝集成。例如:BACnet/lP标准可以与Internet直接集成,这种集成无需要中间设备或系统,这是目前其他所有现场总线标准所无法比拟的。这也说明BACnet标准符合通信网络的发展趋势

2 .我国楼宇自控领域的现状我国是WTO和ISO成员国,也是支持BACnet标准成为ISO标准的国家,但我国楼宇自控的现状却与国际准则有些不太协调。一是非ISO标准的应用远大于BACnet国际标准的应用,二是在工程应用上,即使采用BACnet标准,也基本上是全部引进国外的产品和技术。从发展的角度来看,这两根“软肋”严重影响和制约着我国楼宇自控领域的发展。针对这种现状,除市场经济规律起作用外、还应从以下三个方面来看。

  第一,我国对BACnet标准及其作用普遍认识不足。现场总线技术发展至今,人们已认识到多种现场总线标准共存的事实,这说明不同的标准具有不同的应用领域。BACnet标准是针对楼宇自控领域制定的,因而最适应于楼宇自控领域。而其他应用于楼宇自控领域的现场总线标准只是其应用领域的扩展,是通过剪裁和修改的方法来“适用于”楼宇自控领域的要求。这种不断扩展应用领域的现象是由现场总线标准为了“生存”而表现出的特有现象。这就要求我们必须重新认识BACnet标准在楼宇自控领域中的作用,切实加强BACnet标准在我国的培训和认证工作。我国在这方画的工作应向日本和韩国看齐。

  第二,我国是现场总线标准竞争的最后一块“净土”。现场总线标准一旦诞生,由于利益驱动,就会迅速地扩展其应用领域,并“疯狂”地抢占市场。在我国,一方面由于技术的原因,总线标准基本上来源于国外,另一方面,我国楼字自控领域还不规范。这就造成了多种总线标准“抢滩”我国楼宇自控领域的局面,形成了“鱼目混珠”的市场。面对这种情况,我们一方面要抓紧机遇,迎头赶上,另一方面则要根据国际准则,规范楼宇自控市场。

  第三,我国至今还没有真正意义上的BACnet标准国产化产品。虽然我国对BACnet标准进行了跟踪和研究,但还没有将其产品化。这种现象严重影响了BACnet标准在我国的推广和应用。我国有关部门虽然早已认识到了BACnet标准的重要作用,但我国企业要么没有认识到BACnet标准的作用,要么由于研发力量的原因迟迟不能开发出实用化产品。要改变这种状况,就必须加大研究开发的力度,开发出具有自主知识产权的产品。

  值得说明的是,我国目前有许多从事楼宇自控的厂商,也有许多开发的楼宇自控产品。但这些产品不外乎可以分为两类。第一类是采用专利技术进行的二次开发产品。这类产品以LonWorks技术为核心的居多。第二类是没有采用任何标准的“封闭型”产品。这类产品通常以局域网标准为通信平台,应用层则是视为“技术秘密”的专有“标准”。一般来说,这两类产品均没有自己的核心技术,只可应用于国内市场。这种现象与我国国产手机生产市场相似,一类是引进和购买国外的技术和设备进行组装,只用于满足国内市场。一类是按国际标准开发核心技术进行本地化生产,既开拓国内市场,又进军国际市场。我国早已是WTO成员国,我国楼宇自控企业要参与国际竞争,就必须按国际标准开发产品,提高核心竞争力。

3. 推广和应用BACnet标准的必要性
  我国是一个超级建筑业市场,智能楼宇产品潜力巨大。未来几年内,我国“奥运”场馆和“世博会”设施的建设均会对智能楼宇产品产生巨大的需求。只有开发出符合国际标准的产品,才可能在我国智能楼宇市场中有所作为。另外,在国内率先开发出符合BACnet标准的产品是提升企业核心竞争力的根本,也是我国企业走向世界,并参与国际竞争的基础。同时,基于开放性国际标准开发的产品具有自主产权,也符合相关的国际认证体系,这也为我国企业走向世界扫清了各种非关税壁垒。

  要发展我国楼宇自控产品,就必须与国标规则接轨,消除影响我国参与国际竞争中的各种障碍。我国企业只有在“标准化工作”和“质量认证”方面做出出色工作,才能在经济全球化的市场中进行公平的国际竞争。这就需要我国企业一方面要提高自身管理水平、加强国际质量认证工作,另一方面还必须采用开放性的国际标准,立足我国的国情,依托我国的科技力量,大力开发具有“自主知识产权”的楼宇自控产品。

  BACnet标准成为ISO标准,必将在全球范围内得到推广和应用,这是大势所趋,也必将在全球范围内形成一个规模巨大的产业和市场。由于BACnet标准在北美和欧洲得到了广泛和成功的应用,预言近几年内亚太地区将是BACnet标准产品需求增长最快的地区。因此,在我国大力开发BACnet标准产品是完全必要的,也是可行的

4.推广和应用的关键
  在我国推广和应用BACnet标准,既可以使我国楼宇自控与国际标准接轨,又可以提升我国楼宇自控领域的应用水平,推进我国楼宇自控产业向自主产权化发展。但如何在我国更好推广和应用BACnet标准呢?除重视BACnet标准,继续引进国外产品和技术外,我国必须开发具有自主知识产权的BACnet标准产品。这是我国推广和应用BACnet标准的关键。

  根据我国楼宇自控市场的现状,在我国开发BACnet标准的工作可以分为如下两个方面。
  一是在我国国产楼字自控产品的基础上开发BACnet标准接口。我国有许多国产楼宇自控产品,如门禁系统、抄表系统等。但这些产品或系统大多数是封闭式开发的,不同厂商的产品基本上不能互联,也基本上不能与楼宇自控主系统(MasterSystem)集成。这种情况在实际工程中屡见不鲜。如果在原有产品的基础上开发BACnet标准接口,则不仅可以扩展原产品的应用,而且还可以很好地解决上述互联和集成的问题。

  二是按BACnet标准开发新产品。国内有人认为BACnet标准只适应系统级的集成,不适应现场级的应用。其实,在BACnet标准定义的标准化产品中,不仅有系统级的标准设备,如“BACnet工作站(B-OWS)”,而且更多的是现场级设备,如“BACnet智能传感器(D-SS)”、“BACnet智能执行器(B-SA)”以及各种功能的控制器等均为现场级的设备。可以说,BACnet标准具有极好的伸缩性,既适用于大系统,又完全可以用于小系统。

  我国要开发BACnet标准产品,并参与国际市场竞争,就应基于如下三个基本原则。这三个原则应是我国在BACnet标准产品化的基本出发点。

(1)产品必须具有自主知识产权。
  开发具有自主知识产权的BACnet标准产品,既可以使我国建筑智能化领域的发展与国际标准接轨,提高我国建筑智能化水平,也可以满足我国楼宇自控超级市场的需求,更可以使我国楼宇自控产品直接进入国际市场,参与国际竞争,提高我国企业的核心竞争能力 。

(2)产品系列齐全,满足完整应用。
  要使开发的产品直接进入应用,其产品系列就必须较为齐全。反之,如果没有一个满足完整应用的系列产品,就会使开发工作极大地失去意义,在工程项目推广和应用上就会受到极大的限制。BACnet标准虽然是一个开放性国际标准,但其底层仍包含具有专利(proprietary)产权的可选标准,如LonTalk标准和ARCnet标准。这就要求在BACnet标准体系中正确做出取舍,既要开发满足完整应用的系列产品,又要使开发的产品具有自主知识产权。图1就是一种既具有自主产权,又可以完全满足推广和应用的开发方案。该方案灵活,既可以组成较小规模的应用,也可以构成大规模的应用,挂接设备数从理论上讲可以达到232。

  在图1所示的方案中,楼宇自控网络由2种网络构成:以太网构成主干网络(BackboneNetwork):MS/TP构成现场网络。产品系列分为4类(每类可以有多个型号):BACnet2工作站(支持ISO 8802-3或TCP/IP);直接数字控制器DDC(支持ISO 8802-3或MS/TP),BACnet路由器(支持ISO8802-3和MS/TP):MS/TP中继器。

(3)产品具有先进性和适度超前性,并可持续发展和升级。
  这条原则是保证开发产品具有竞争力的根本。要使产品具有先进性,并可持续发展和升级,就必须对BACnet标准有全面的理解和深入的研究,同时也必须熟悉楼宇设备的运作及其工程项目的特点,更需要对开发产品的硬件和软件结构有超前的设计和预见,采用先进的设计思想和开发工具。

5.结论
  BACnet标准作为楼宇自控领域中惟一的开放性国际标准,我国楼宇自控领域与国际接轨和赶上国际先进水平的机遇。要使BACnet标准在我国得到更好的推广和应用,我们务必做到:
  (1)重视BACnet标准的作用,大力开展BACnet标准的研究、教育和培训工作。
  (2)与国际接轨,积极参与国际竞争,大力开发具有自主知识产权的BACnet标准产品。