赵重阳
中国汽车工业工程有限公司 天津 300113
摘要：集散控制系统，自动化仪表等自动控制设备的应用，离不开现场总线技术，现场总线的发展也推动了自动控制技术的重大变革。随着现场总线技术应用越来越普及，能够应用现场总线技术的新型产品也越来越多。现场总线技术覆盖的领域十分广泛，在运动自动控制，过程自动控制、楼宇自动化等领域都有着非常重要的作用。尤其在大型工业厂区的楼宇自控中，现场总线通讯必不可少。
关键词:现场总线；底层网络；开放性；
一、楼宇自动化概况
楼宇自动化系统（BAS系统）是智能建筑非常重要的组成部分，由控制器，信号采集装置，被控设备，上位机等多个部分组成。通过分散布置在建筑物中的控制器来控制建筑物的照明，空调通风，给排水，能源，安防等设备，是一个既复杂又综合的系统。楼宇自动化系统主要分为工业厂房楼宇自动化和民用建筑楼宇自动化两部分。工业厂房的自动化系统主要侧重于空调通风系统、冷冻水和冷却水系统、压缩空气系统、能源监控系统等与生产紧密相关的设备的控制与监控。而民用楼宇自动化则更多侧重于对与生活息息相关的设备进行控制。如安防系统，智能家居系统等等。工业厂房和民用楼宇的自控系统，虽然侧重点不同，但二者的控制架构是极为相似的。在楼宇自动化的控制架构中，现场总线扮演着一个极为重要的角色。由于建筑设施往往面积较大，楼层较多，各个被控设备之间距离较远，所在区域的功能也不尽相同，为了使其系统化，集成化，往往需要现场总线将分布在建筑设施中不同地点的控制器和被控设备连接成控制网络。使其成为一个整体，并进行集中的控制和监控。
二、多种现场总线的优缺点
现场总线是用来传输自动化领域底层数据的通信网络。只要是对OSI 7层模型中的应用层、数据链路层和物理层三层有定义的总线系统则可以被称为现场总线。其中物理层规定了数据传输的介质，例如使用光纤传播或者是双绞线传播。数据链路层定义了地址识别和数据校验等内容。应用层则主要定义了通讯中每一包数据的具体含义。现场总线技术近些年的发展极为迅速，目前已经开发出适用于不同品牌设备不同现场情况的多种现场总线。下面对几种应用较为广泛的现场总线进行简要分析。
（1）HART总线
主要应用于智能仪表类设备，应用HART总线的设备具有相对较低的带宽，通过在4-20mA的电流信号上叠加不同频率的正弦波来传输信号。这种信号传播方式保证了数字信号系统和模拟信号系统的兼容性。
（2） MVB总线
MVB是多功能列车总线的简称，它使用的场合则相对单一，主要使用在高铁列车和地铁等轨道交通设施上。其优点是通讯速度快，同时通讯的稳定性也很高，可以最大程度的保证列车的运行安全。
（3）Profibus 现场总线
它是由德国西门子公司为主的十几家德国的公司、研究所等机构共同研发推出的一种国际化，开放式的总线标准。以开放式系统互联网络作为该总线标准的参考模型。该总线标准主要用于工业环境，智能工厂的生产车间级的监控。并且可以实现在现场设备层之间的数据通信。
（4）LonWork 现场总线
LonWork总线采用面向对象的设计方法，其在BAS系统中应用很广泛，在空调系统，供配电系统，热源系统中尤为突出，其最大的传输速率可以达到1.5Mbps以上，传输距离可以达到2500米左右。LonWork总线兼容性很强，可以用双绞线，光缆等多种介质传播。并且可以组成树形，星型，总线型等多种形式的通讯网络。Lonwork协议被固化封装在Neuron芯片中，具有传播距离远，速率快，使用方便等优点。
（5）CAN总线
CAN总线是应用最广泛的总线之一，早期由德国公司推出，主要应用于汽车内部各个部件之间的数据通信。CAN总线通信速率可以达到1Mbps,通讯距离在1000米以上。利用双绞线作为传输介质，可以同时挂载多个设备。在楼宇自动化系统中，也有CAN总线的身影，其应用方便，性价比很高。
三、基于LonWorks总线的安防系统设计
3.1安防节点的设计
安防系统是楼宇自动化系统的一个重要组成部分，该系统为一种典型的分布式控制系统，在整个系统中有多个控制节点，通过LonWorks总线可以将各个节点联系起来，组成安防控制网络。
安防系统的最外围，也可以被称作第一条防线的就是入侵报警系统，在小区的外墙或者围栏上布置红外线对射传感器，当有非法闯入人员或者物品进入被监控区域时，红外线对射信号即被干扰，传感器即可侦测到这一情况，并将信号传递给监控中心上位机，及时进行报警。当监控中心收到报警信号后，可以通过前端设备的定位功能，迅速对入侵地点进行定位，及时分析紧急情况，并联动入侵地点的视频监控系统对不法分子进行定位监控。
安防系统的第二道防线为小区内部的监测系统，在小区内部的各个位置安装探测器进行安防探测，通过LonWorks总线将各个探测器与及安防控制室的上位机进行连接，上位机可以通过地址编码对每个设备进行识别，确定发生报警的位置。例如，在小区的出入口、停车场出入口可以设置道闸，当出现非法操作时，可及时将信息传递给安防控制室。在房屋的玻璃窗上可以安装玻璃破碎探测器，可以检测到玻璃破碎时发出的震动信号，并传递报警信号给控制中心。住宅内部需要安装紧急呼救按钮，当发生紧急情况时，通过按紧急呼救按钮可以向安防控制中心报警，以获得紧急救援。
3.2安防节点的网络连接
在民用楼宇中设置的每一个安防节点，都通过LonWorks总线与控制中心的主控制器相连接。控制器通过每个节点的地址编码，对节点进行识别。安防控制室的主控制器可以通过LonWorks总线对每个节点进行监控，也可以对每个节点的状态进行调整，设置布防和撤防的时间、调整报警的类型等等。当楼宇安防系统的前端探测器监测到突发情况时，探测器会将信号通过LonWorks总线传输到控制室的主控制器。从而识别突发情况发生的位置，保证楼宇的安全。
四、基于CAN总线的工业厂房自动化系统设计
工业厂房的楼宇自动化系统近些年来发展极为迅速，国内很多新建的大型生产企业开始应用楼宇自动化系统。工业生产车间的楼宇自动化系统主要针对空调送排风系统，冷却水系统，压缩空气系统等设备进行控制。
生产车间具有面积大，空间空旷，设备排布分散等特点。同时，工业环境干扰较多，为了提高系统的稳定性，工业厂房楼宇自动化系统往往采用PLC作为控制器。PLC控制器一般放置在单独的控制柜中，控制柜根据需要可以放置在单独的设备间，或者厂房屋面顶部的机械间中。在一个大中型厂区中，楼宇自动化系统需要监视和控制的设备非常多，每个车间可能都需要配置多个PLC控制器。在整个厂区需要设置控制中心。各个PLC控制器通过以太网与控制中心的上位机相连。可以将PLC控制器的控制数据实时传递给上位机。方便检修维护人员对每个设备进行监控。由于厂房内面积较大，不同的区域的功能，防爆等级皆不尽相同，每一个区域都需要相应的加热，制冷，送排风设备。如果对这些设备单独设置PLC控制器就会大材小用，浪费资源。在这种情况下，往往在被控设备附近单独设置远程控制箱，远程控制箱内设置模拟量、数字量的输入输出模块和总线模块，远程控制箱和PLC控制器所在的控制柜之间采用CAN总线连接。可以根据现场实际情况，对各个远程控制柜使用CAN总线组成星型或者环形网络。CAN总线具有传输距离远和稳定性高等优点。完全可以适应工业厂房楼宇自动化信息传输的要求。是大中型厂区楼宇自动化总线通讯方式的合理选择。
参考文献：
[1]程启明.基于LonWorks网络的智能小区概述［J］.上海电力学院学报,2004,20(1).
[2]何志议.智能建筑中的楼宇自动化系统理论浅析［J］.电工技术杂志,2004(8).
[3]章云,等.建筑智能化系统［M］.北京:清华大学出版社,2007.
[4]甘永梅,等.现场总线技术及其应用［M］.北京:机械工业出版社,2004.