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SPC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RS-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。

选用多种网络技术的原因在于（1）用各种不同的局域网的性能/价格比来适应不同场合的需求。

其中以太网性价比为最高；（2）对于不同要求的系统，需采用不同的通讯速度和通讯量的网络。

例如一个仅有两个控制器，要求每隔五分钟访问一次室外温度传感器的系统，要比一个由数十个乃至数百个控制器及数千个传感器组成的系统，要求处理信息的速度低得多。

（3）工控界乐于采用的事实标准--LONtalk 协议。

故BACnet采用了多种不同的网络技术以适应不同的要求。

在传输介质方面，Ethernet和ARCnet的传输介质为同轴电缆，双绞线和光纤。

MS/TP在双绞线上传输速率在1mbps以下。

LONTALK完全实现OSI/RM的七屋。

BACnet只应用其一.二层（即物理层和数据链路层）的功能，来传输BACnet所定义为信息。

BACnet还允许使用几种局域网技术实行拨号上网。

这四种技术分别是：Ethernet（ISO8802-3），ARCnet(ANSI/ATA878.1), ARCnetpg 定义的MS/TP网络及Echelon公司开发的LONTALK。

尽管这些网络的速度，拓扑性能及价格不一，但它们可通过路由器构成BACnet"互联网"。

4．应用正确了解BACnet的关键，是理解实际应用对通讯的要求以及如何把这些要求同BACnet的各种功能联系起来。

为此，BACnet规定了一系列"性能级"和"功能组"。

根据设备的初始化功能和执行功能，性能级分1~6级如表2所示，高的性能级别包含低的性能级别的功能。

每级包括一个或多个由标准对象形式支持的服务功能。

性能级越高，BACnet提供的服务功能越丰富、而通讯量也越大。

各类不同的设备按需要选用不同的性能等级、既保证了网络的响应速度又不影响网络速率。

功能组是性能级的补充，低性能级的设备要实现本性能级不具备的功能，可通过网络通讯中的功能组从系统内获取有关数据来实现该功能，从而使低性能级设备通过网络通讯实现高性能级功能。

表3列出BACnet的功能组。

每个功能组，BACnet 都规定了一系列对象和服务功能。

例如您想设计一个控制器来实同基于日期和时间的启动/断开操作。

您必须设定控制器支持时钟功能组，而系统的某一处，可能是操作者工作站，支持时间控制工作组。

这样，控制器通过BACnet时间同步信息的互换可以与时间和日期通讯，使其与时间有关的活动与时间同步。

表2 BACnet性能级表表3 BACne功能组表三．BACnet带来的好处从前面论述，可以看到BACnet是个完全开放性的楼宇自控网。

它的协议开放性表现在（1）独立于任何制造成商，也不需要专用芯片，并得到众多制造商的支持。

（2）有完善和良好的数据表示和交换方法。

（3）按BACnet标准制造成的产品有严格的一致性等级（Protocol implementation conformance statement）即（PICS）其主要内容包括：描述供货商和BACnet设备；一致性等级；功能组；标准服务和专用服务清单；标准对象和专用对象清单；支持的网络选择。

（4）产品有良好的互操作性，有利于系统的扩展和集成。

因而BACnet是当前智能建筑发展的方向和主流技术，它给楼宇自控设备与系统的产品指明了发展方向。

同时也给制造成商提供了公平竞争的商机和条件。

当然，其中最大的受益者是用户，其突出表现在（1）用户可以从多厂商中实现竞标，来选择适应性最好、价格最低、服务最优的产品和集成商，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.（2）一个工程能够同时接纳不同厂商的产品，有利于市场竞争，保护先进的产品占有市场。

（3）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。

(4）BACnet产品有相应为数众多的供应商提供M＆R（ Maintenance and Repair）服务，使运行费用降低并有利于维护。

(5）有利于提高产品的技术和质量，降低产品成本和价格，提高服务质量。

四、测试与检验任何一种按标准、规范生产、制造出来的产品，都需要通过权威或法定的测试、检验标准规定的测试工具，范型测试方案，测试通过的产品方为合格产品，BACnet产品也不例外。