智能建筑中BACnet MSTP控制模块研究与实现（可编辑）.doc

《智能建筑中BACnet MSTP控制模块研究与实现（可编辑）.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能建筑中BACnet MSTP控制模块研究与实现（可编辑）.doc（30页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、智能建筑中BACnet+MS_TP控制模块研究与实现 硕 士 学 位 论 文智能建筑中 BACnet MS/TP 控制模块 研究与实现RESEARCH AND IMPLEMENTATION OF BACnet MS/TP CONTROL MODULEIN SMART BUILDING冷正龙哈 尔 滨 工 业 大 学2012 年 6 月国 内 图 书 分 类 号 :TU855 学 校 代 码 :10213 国 际 图 书 分 类 号 :697 密 级 : 公 开工学 硕 士学 位 论 文智能建筑中 BACnet MS/TP 控制模块 研究与实现 硕士研究生 : 冷正龙 导 师 : 马 新 军 副

2、 教 授 申 请 学 位 : 工 学 硕 士 学科 : 电 气 工 程 所 在 单 位 : 深 圳 研 究 生 院 答 辩 日 期 : 2012 年 6 月 授 予 学 位 单 位 : 哈 尔 滨 工 业 大 学 Classified Index: TU855 U.D.C: 697Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH AND IMPLEMENTATION OF BACnet MS/TP CONTROL MODULEIN SMART BUILDING Candidate : Leng Zhenglong Superv

3、isor : Asso. Prof. Ma Xinjun Academic Degree Applied for : Master of Engineering Electrical Engineering Speciality : Shenzhen Graduate SchoolAffiliation : June, 2012 Date of Defence : Degree-Conferring-Institution : Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘 要 随 着 人 们 对 生 活 质 量 的 要 求 提 高 , 智 能

4、建 筑 应 用 日 益 广 泛 。 作 为 楼 宇 自 控中 唯 一 的 国 际 标 准 ,BACnet 在 全 球 内 获 得 广 泛 的 应 用 。MS/TP 作为 BACnet的 成 本 低 廉 、 实 现 简 单 的 数 据 链 路 选 择 , 在 楼 宇 自 控 现 场 级 设 备 中 使 用 广 泛 。MS/TP 是 BACnet 专 门 针 对 楼 宇 自 控 开 发 的 , 利 用 令 牌 环 机 制 实 现 主 从/ 令 牌 传递 控 制 。 首 先 , 介绍了 BACnet 标 准 , 阐 述 了 其 体 系 结 构 和 服 务 对 象 , 还 着 重 介 绍了 MS/TP

5、 链路层的 状态机 。 其次,对 MS/TP 介 质 访 问 控 制 算法 进 行 了 研 究 ,阐 述 了 令 牌 传 递 、 多 令 牌 检 测 和 令 牌 产 生 等 算 法 思 想 。 然后 , 由 于 传 统 MS/TP MAC 地 址 的 设 定 , 从 成 本 和 操 作 上 一 定 程 度 限 制了 MS/TP 控 制 设 备 的 使 用 。 本 文 研 究 了 一 种 可 以 自 动 动 态 寻 址 算 法 , 可 以 减 少拨 码 开 关 等 硬 件 成 本 , 对 网 络 中 的 带 宽 也 影 响 很 小 , 最 主 要 的 是降少了人工误操 作 和 人 力 成 本 。

6、 对 于 实 际 应 用 具 有 重 要 意 义 。 通 过 制 作 的 实 物 , 实 验 测 试 中通过 Wireshark 报 文 分 析 验 证 了 自 动 寻 址 算 法 。 最后 , 本 文 对 于 智 能 建 筑 中 用 于 控 制 开 关 设 备 的 MS/TP 控 制 模 块 , 从 输 入电 源 、 通 信 接 口 、 继 电 器 驱 动 和 负 载 检 测 等 电 路 进 行 了 设 计 , 并 给 出 了 详 细 的原 理 图 。 另 外 , 对 于 本 模 块 使 用 的 BACnet 协 议 栈 和 MS/TP 协 议 流 程 进 行 了 阐述。 同 时 设 计 的

7、 MS/TP 控 制 模 块 符 通 过 了 BTL 的 VTS 软 件 测 试 , 符 合 BACnet一 致 性 要 求 。 本 文 设 计 的 MS/TP 控 制 模 块 是 一 种 智 能 建 筑 中 使 用 的 直 接 数 字 控 制 设 备(DDC ) 。 连 同 其 他 BACnet 设 备 , 可 以 形 成 一 套 完 整 的 楼 宇 控 制 方 案 。 它 有 利于 促 进 BACnet 在 国 内 的 应 用 和 发 展 。关 键 词 :BACnet ;MS/TP ;DDC ; 自 动 寻 址- I - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 Abstract With the

8、improvement of peoples life quality, there is a increasingly wide application of intelligent buildings. As the only international standard in building automation, BACnet is used widely in global. MS/TP is an option of data link layer of BACnet, MS/TP is widely used in the field building automation e

9、quipment because of its low cost and easy using. MS/TP is a specifically for building automation development, using token ring mechanism to realize master-slave / token-passing controlFirstly, this paper discusses the system structure, service and object of BACnet protocol. The paper also focused on

10、 the MS/TP state machine. Secondly, the paper studied medium access control algorithm, including algorithm of token passing, multiple tokens detection and token generationThen, the traditional MS/TP MAC address assignment has the problem of manual mistaken, which on some degree constraints MS/TP dev

11、ices using. This paper focuses on the study of an automatic dynamic addressing algorithm, which can reduce hardware cost and have little affect on the network bandwidth, the most important benefit is to decrease the manual mistake operation and manpower costThrough the analysis of Wireshark message

12、in test could verify the automatic addressing algorithmFinally, this thesis designed a MS/TP field control module using in smart building in terms of the input power supply, communication interface, a relay drive and load detection circuit design, and giving a detailed schematic diagram. In addition

13、, the BACnet protocol and MS/TP protocol using in the module are described. Through VTS testing of BTL, the control module conforms to the BACnet conformance requirementsThe MS/TP control module designing is a direct digital control equipment DDC used in intelligent building .Connecting with the oth

14、er BACnet devices, can form a complete set of building control scheme. It helps to promote the application and development of BACnet in ChinaKeywords: BACnet, MS/TP, DDC, automatic addressing- II - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 目 录 摘 要 I ABSTRACTII 第 1 章 绪 论 1 1.1 课 题 背 景 及 意 义. 1 1.2 国 内 外 发 展 现 状. 2 1.2.1 智 能 建

15、 筑 的 发 展2 1.2.2 楼 宇 自 控 系 统 的 发 展 现 状. 2 1.2.3 BACnet MS/TP 研 究 现 状3 1.3 论 文 研 究 内 容4 第 2 章 BACnet MS/TP 理 论 研 究 6 2.1 BACnet 标准. 6 2.1.1 BACnet 体系结构7 2.1.2 BACnet 对象和属性11 2.1.3 BACnet 服务12 2.2 MS/TP 协议. 13 2.2.1 MS/TP 协 议 概 述13 2.2.2 MS/TP 状 态 机 13 2.3 MS/TP 介 质 访 问 控 制 算 法16 2.3.1 令 牌 传 递 算 法. 16

16、2.3.2 多 令 牌 检 测 算 法 17 2.3.3 令 牌 产 生 算 法. 18 2.4 本章小结. 18 第 3 章 MS/TP 自 动 寻 址 算 法 的 研 究 与 实 现. 19 3.1 引言 19 3.2 传 统 地 址 设 定 方 法19 3.2.1 工 厂 固 化 MAC 地址19 3.2.2 手 动 软 件 设 置 MAC 地址 20 3.2.3 手 动 硬 件 设 置 MAC 地址 20 3.2.4 采用 MAC 地 址 分 配 设 备 20 3.3 传 统 地 址 设 定 的 缺 陷. 20- III - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 3.4 零配置 MS/TP

17、MAC 地 址 算 法 研 究 21 3.4.1 MS/TP 节 点 自 动 寻 址 22 3.4.2 零 配 置 接 收 帧 状 态 机. 23 3.4.3 零 配 置 主 节 点 状 态 机. 25 3.5 零配置 MAC 地 址 软 件 实 现 30 3.6 本章小结. 33 第 4 章 MS/TP 控 制 模 块 的 软 硬 件 设 计 34 4.1 硬件设计. 34 4.1.1 系 统 总 体 结 构. 34 4.1.2 CPU 模块35 4.1.3 RS485 通 信 模 块 36 4.1.4 电源模块36 4.1.5 继 电 器 驱 动 电 路 38 4.1.6 负 载 电 流

18、检 测 电 路39 4.1.7 实物展示39 4.2 软件设计40 4.2.1 控 制 模 块 的 BACnet 协 议 栈. 40 4.2.2 MS/TP 协 议 软 件42 4.3 本章小结. 43 第 5 章 实 验 及 结 果 分 析 44 5.1 引言 44 5.2 静 态 节 点 发 现 过 程45 5.3 自 动 寻 址 设 备 地 址 分 配 过 程45 5.4 控 制 模 块 VTS 测试 47 5.5 本章小结. 48 结 论 49 参 考 文 献50 附录 MS/TP MAC 自 动 寻 址 相 关 函 数 54 哈 尔 滨 工 业 大 学 学 位 论 文 原 创 性 声

19、 明 及 使 用 授 权 说 明. 59 致 谢 60- IV - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第 1 章 绪 论 1.1 课题 背 景 及 意 义 智 能 建 筑 (Intelligent Building ,IB ) 主 要 由 楼 宇 自 动 化 系 统 (Building Automation System ,BAS ) 、 通 信 自 动 化 系 统 (Communication Automation System ,CAS ) 和 办 公 自 动 化 系 统 (Office Automation System ,OAS )等三1,2大 部 分 组 成 。 其 中 , 楼 宇 自

20、 动 化 系 统 是 智 能 建 筑 中 最 基 本 和 最 重 要 的 组 成3,4部 分 , 代 表 了 整 个 智 能 建 筑 的 技 术 水 平 和 发 展 方 向 。 5楼 宇 自 动 化 系 统 的 通 常 模 型 是 自 动 化 金 字 塔 ,它被分成 3 个 反 映 BAS不 同 功 能 方 面 的 级 别 。 最 低 级 级 是 现 场 级 , 实 现 技 术 过 程 的 互 操 作 , 如 计 量 、设 定 和 开 关 等 。 中 间 级 是 自 动 化 级 , 提 供 控 制 功 能 , 如 执 行 基 于 现 场 控 制 级数 据 的 控 制 环 等 。 最 高 级 是

21、 管 理 级 , 作 为 管 理 和 企 业 应 用 的 接 口 , 在 该 级 主要 作 用 是 系 统 配 置 、 过 程 数 据 的 可 视 化 和 归 档 。 先 进 的 楼 宇 自 控 系 统 需 要 对楼 宇 设 备 进 行 实 时 监 控 。 随 着 自 动 化 楼 宇 设 备 和 服 务 的 增 加 , 分 布 式 网 络 控6制系统日益普遍 。 基 于 网 络 的 控 制 不 仅 能 够 对 楼 宇 设 备 实 时 监 控 , 它 还 能够 通 过 收 集 、 分 析 和 存 储 相 关 楼 宇 信 息 而 有 效 管 理 楼 宇 系 统 , 网 络 是 先 进 楼7-9宇

22、自 动 化 系 统 所 必 须 的 核 心 技 术 之 一 。 BACnet 是 专 门 针 对 楼 宇 自 动 化 和 控 制 系 统 开 发 的 一 个 标 准 数 据 通 信 协10议 。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 与 互 操 作 。它由美国 ASHRAE 协 会 开 发 , 并 在11 1995 年成为标准。此那以后进行了不断地维护和开发 ,目前的标准是12BACnet 2008 ,也成为 ISO 16484-5:2010 。 BACnet 标准作

23、为 ISO 标 准 , 相 续 成 为 美 国 和 欧 盟 标 准 , 必 将 在 全 球 范围 推 广 使 用 。 我 国 作 为 智 能 建 筑 最 大 潜 力 的 国 家 , 开 发 BACnet 标准产品既是 呼 应 时 代 的 趋 势 , 也 是 开 发 自 主 高 技 术 智 能 建 筑 产 品 打 入 国 际 竞 争 的 必 然要求。 在 楼 宇 自 控 网 络 中 , 设 备 间 要 进 行 通 信 , 就 必 须 传 输 并 遵 循 一 定 的 结构 , 要 实 现 介 质 访 问 控 制 、 寻 址 、 错 误 恢 复 和 流 量 控 制 等 。BACnet 提供了多 种

24、数 据 链 路 层 选 择 ,MS/TP 是 BACnet 特 有 的 数 据 链 路 层 ,MS/TP 因其成13本低廉和实现简单在现场级设备中得到广泛使用 。 对智能建筑中 MS/TP控 制 模 块 的 研 究 对 于 推 广 BACnet 标 准 在 中 国 的 使用 具 有 重 要 的 促 进 作 用 。- 1 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 1.2 国 内 外 发 展 现 状 1.2.1 智能建筑 的 发 展 建 筑 智 能 系 统 起 源 于 20 世纪 80 年代 ,90 年 代 初 才 逐 渐 被 人 们 所 认 同 。智 能 建 筑 系 统 是 建 筑 技 术 、 信 息

25、 技 术 、 自 动 化 技 术 、 电 子 技 术 等 诸 多 方 面 的综 合 体 , 其 发 展 的 30 来 年 中 , 一 直 在 随 着 这 些 技 术 的 发 展 而 发 生 着 重 大 变 化 。当 今 世 界 社 会 已 进 入 数 字 化 、 信 息 化 、 网 络 化 以 及 智 能 化 的 时 代 , 重 新 审 视14智 能 建 筑 的 需 求 , 智 能 建 筑 被 赋 予 更 深 层 的 意 义 。 关 于 智 能 建 筑 , 国 际 上尚 无 统 一 的 定 义 。 人 们 普 遍 认 同 “ 美 国 智 能 建 筑 学 会 ” (AIBI )的定义,即智 能

26、建 筑 是 将 建 筑 、 设 备 、 服 务 和 经 营 四 要 素 各 自 优 化 、 互 相 联 系 、 全 面 综合并达 到 最 佳 组 合 , 以 获 得 高 效 率 、 高 功 能 、 高 舒 适 与 高 安 全 的 建 筑 物 。 智 能 建 筑 虽 然 历 史 很 短 , 但 前 景 广 阔 , 在 世 界 各 国 发 展 迅 猛 , 已 成 21世 纪 建 筑 发 展 主 流 之 势 。 近 几 年 来 , 随 着 通 讯 技 术 、 网 络 技 术 、 控 制 技 术 的飞 速 发 展 , 智 能 建 筑 给 我 们 营 造 一 个 现 代 化 的 城 市 带 来 了 新

27、的 思 路 。 国内楼宇 建 设 中 流 行 一 股 “ 智 能 化 ” 热 潮 , 冠 以 “3A 智 能 建 筑 ” “5A 智 能 大 厦 ” 的广 告 屡 见 不 鲜 , 而 建 筑 物 智 能 化 水 平 也 在 逐 步 提 高 , 智 能 化 建 筑 的 发 展 可 以分 成 三 个 阶 段 :90 年代 的 智 能 建 筑 只 有 一 些 智 能 功 能 如 消 防 自 控 , 其 它 方 面的 设 备 根 本 没 有 自 控 。 十年 以 前 的 智 能 建 筑 基 本 具 有 楼 宇 、 消 防 、 保 安 等 自控 功 能 , 计 算 机 为 主 控 机 , 多 采 用 集

28、 中 控 制 方 式 和 DOC 操 作 系 统 , 监 视 和控 制 多 为 简 单 模 式 , 软 件 水 平 较 低 。 近 年 来 落 成 的 智 能 建 筑 很 多 都 具 有 较 完善 的 建 筑 设 备 自 动 化 (BA ) 、 通 讯 自 动 化 (CA ) 和 办 公 自 动 化 (OA ) 系统简称 3A 系 统 。 这 些 系 统 多 以 计 算 机 网 络 为 基 础 , 采 用 集 散 式 甚 至 分 布 式 控制 , 监 视 和 控 制 可 以 采 用 精 确 方 式 , 且 有 较 先 进 的 Windows 操 作 系 统 及 中 文图 形 方 式 界 面 ,

29、 软 件 编 程 方 便 , 面 向 对 象 。 可 见 近 年 来 建 筑 的 智 能 化 水 平 有15长 足 的 发 展 。 简 单 地 讲 , 智 能 建 筑 就 是 信 息 网 络 与 控 制 网 络 的 系 统 集 成 。 1.2.2 楼宇自 控 系 统 的 发 展 现状 过 去 几 十 年 里 ,BACS 的 范 畴 已 经 扩 展 到 包 括 各 种 各 样 建 筑 的 信 息 , 正16向 “ 智 能 建 筑 ” 迈 进 。 当 前 有 关 建 筑 智 能 的 讨 论 除 了 处 理 诸 如 安 全 、 通 信 、用 户 友 好 性 和 环 境 监 控 外 , 还 关 注 楼

30、 宇 设 备 怎 样 使 用 它 们 的 技 术 和 是 否 能 够拥 有 该 技 术 。 理 论 上 , 今 天 的 智 能 建 筑 不 仅 能 够 拥 有 系 统 自 动 化 控 制 , 而 且也 能 够 在 系 统 中 产 生 和 共 享 数 据 以 提 高 整 个 装 置 的 效 率 和 有 效 性 。 在 一 篇 研- 2 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 17究 报 告 中 , 智 能 建 筑 定 义 为 “ 一 座 建 筑 和 它 的 设 施 , 它 能 通 过 使 用 集 成 化技 术 的 建 筑 系 统 、 通 信 和 控 制 给 业 主 、 操 作 员 和 居 住 者 提

31、 供 一 个 灵 活 、 高 效 、舒 适 和 安 全 的 环 境 。 ” 实 际 上 人 们 对 于 智 能 建 筑 和 BACS 的 概 念 和 期 望 受 各18种 社 会 和 经 济 因 素 的 影 响 而 不 断 的 变 化 着 。 楼 宇 自 动 化 是 一 个 可 编 程 计 算 的 电 子 设 备 组 成 的 智 能 网 络 , 它 们 监 控 楼宇 服 务 系 统 。 人 们 的 目 的 是 要 建 立 一 个 智 能 高 效 的 建 筑 以 减 少 楼 宇 装 置 的 能耗 和 维 修 成 本 。 目 前 , 现 代 建 筑 通 常 是 通 过 直 接 数 字 控 制 (D

32、DC ) 实 现 自 动19化, DDC 包 括 带 有 软 件 控 制 逻 辑 的 基 于 微 处 理 器 的 控 制 器 。 八 十 年 代 以 来 ,20欧 美 和 日 本 的 BACS 和 智 能 建 筑 发 展 迅 速 。 生 产 直 接 数 字 控 制 器 的 国外 著名 厂家 包括 Honeywell ( 霍 尼 韦 尔 ) 、 西 门 子 、 江 森 和 Alerton ( 艾顿 )等。 现在 在 国 际 市 场 中 霍 尼 韦 尔 的 DDC 系 列 占 据 领 导 地 位 , 在 中 国 占 有 30% 的 份21额 。 目 前 , 建 筑 智 能 化 的 焦 点 在 通

33、过 流 水 线 化 建 筑 操 作 如 空 调 和 照 明 来 削减 成 本 。 这 方 面 , 楼 宇 自 动 化 显 得 尤 为 重 要 , 主 要 是 因 为 它 可 以 通 过 有 效 监视 和 优 化 减 少 建 筑 的 年 度 操 作 成 本 。 大 多 数 最 近 的 楼 宇 自 动 化 的 研 究 在 系 统22 23集 成 方 面 , 以 及 大 型 建 筑 的 自 动 化 技 术 受 通 信 技 术 影 响 。 1.2.3 BACnet MS/TP 研究现状 为 了 更 容 易 实 现 控 制 功 能 , 对 于 特 定 控 制 系 统 能 力 如 数 据 收 集 、 归

34、档 、通 信 和 远 程 监 控 需 要 通 信 标 准 。 在 楼 宇 自 动 化 常 见 的 两 个 标 准 或 协 议 是BACnet 和 LonWorks 。LonWorks 是由 Echelon 公 司 为 连 接 楼 宇 系 统 和 互 联 网而 设 计 的 一 个 开 放 平 台 。 该 系 统 包 括 LonTalk 通 信 协 议 、 一 个 专 门 控 制 器24(Neuron 芯 片 ) 和 一 个 网 络 管 理 工 具 。 楼 宇 自 动 控 制 网 络 协 议 (BACnet )是 专 门 为 处 理 各 种 BACS 需 要 而 开 发 的 一 种 数 据 通 信

35、 协 议 。 美 国 ASHRAE在 1995 年首 次 发 布 BACnet 协 议 , 随 后 在 2003 年 1 月 被 国 际 标 准 化 组 织 采纳为 CEN 和 ISO 标准 16484-5 。它 也 被 韩 国 采 纳 为 国 家 标 准 , 当 前 在 许 多 其25他 的 国 家 如 俄 罗 斯 、 中 国 和 日 本 , 正 在 积 极 的 推 进 标 准 化 过 程 。BACnet标 准 是 一 个 开 发 协 议 , 允 许 来 自 不 同 供 应 商 不 同 协 议 的 集 成 。 现 今 ,BACnet已 经 不 局 限 于 HVAC , 也 能 应 用 在 包

36、 括 照 明 、 安 全 和 访 问 控 制 等 各 种 楼 宇 系26,27统中 。 理 论 上 ,BACnet 还 兼 容 将 来 的 楼 宇 控 制 系 统 。BACnet 能 够 通 过局 域 网 通 信 , 如 Ethernet 、ARCnet 、MS/TP 、PTP 和 TonTalk 。BACS 中 的 数据 也 可 以 通 过 一 些 IP 路 由 器 进 行 路 由 , 以 便 可 以 通 过 一 个 BACnet/IP 设备 实现 远 程 监 控 。 28MS/TP 协 议 是 专 为 楼 宇 自 控 系 统 设 计 的 。 MS/TP 网 络 可 以 配 置 为 一- 3

37、 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 29,30个主 从 网 络 也 可 以 是 对 等 的 令 牌 传 递 网 络 , 或 者 两 者 的 混 合 。在 MS/TP31网 络 中 有 主 节 点 和 从 节 点 , 从 节 点 不 能 持 有 令 牌 , 既 没 有 对 介 质 的 控 制 权 。令 牌 根 据 逻 辑 环 网 中 的 地 址 从 一 个 主 节 点 向 另 一 个 主 节 点 循 环 传 递 。 持 有 令32牌 的 主 节 点 最 多 传 送 消 息 的 数 量 有 网 络 配 置 参 数 “N ” 决 定 。在_info_frame收到 50 次 令 牌 后 , 主 节

38、 点 就 会 发 送 一 个 主 节 点 轮 询 帧 去 发 现 想 要 加 入 令 牌 环的 新 主 节 点 。 从 节 点 从 不 持 有 令 牌 , 只 是 在 接 到 主 节 点 的 请 求 时 返 回 一 个 应33答消息 。Hong S.H 等 使 用 一 个 仿 真 模 型 研究 在 各 种 通 信 条 件 下 MS/TP 协34议 的 性 能 特 点 。Park T.J 等 开发了一个 MS/TP 网 络 系 统 的 实 验 模 型 , 对 不35同 网 络 参 数 下 延 时 特 性 做 了 研 究 。 可 见 , 国 外 对 BACnet 的 研 究 主 要 是 开发 楼

39、宇 自 控 设 备 , 除 了 一 些 参 数 设 置 方 面 的 研 究 外 , 缺 少 对 于 BACnet MS/TP协 议 令 牌 传 递 算 法 以 及 自 动 地 址 分 配 算 法 的 研 究 。 国 内 如 华 中 科 技 大 学 和 华36-40中 理 工 大 学 对 BACnet 做 了 比 较 深 入 的 理 论 研 究 , 在 产 品 研 发 方 面 并 未有 实 质 性 的 进 展 。 中 国 是 投 票 赞 成 BACnet 成 为 国 际 标 准 的 国 家 , 但 是 至 今 没 有 转 换 成 国41家标准 。 为了 促进 BACnet 的 国 际 交 流 ,

40、2009 年成立 了 BACnet 中 国 协 会 ;它 在 引 进 国 际 先 进 的 楼 宇 自 控 技 术 和 推 动 中 国 智 能 建 筑 的 进 步 发 挥 着 重 要 作42用 。 另外,2011 年 9 月 27 日 在 北 京 召 开 “ 智 能 建 筑 BACnet 技 术 与 标 准化 研 讨 会 ” 。 目 前 国 际 涉 及 BACnet 标 准 已 颁 布 五 项 , 全 部 体 现 在 智 标 委 前 期已 完 成 的 标 准 体 系 中 , 现 已 完 成 建 筑 自 动 化 和 控 制 系 统 第 1 部 分 : 概 述 和定 义 、 建 筑 自 动 化 和

41、控 制 系 统 第 2 部 分 : 硬 件 、 建 筑 自 动 化 和 控 制 系 统 第 3 部 分 : 功 能 三 项 国 际 标 准 的 国 内 转 化 , 正 在 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 报批。由于 BACnet 的普及, 国 内 外 公 司 都 有 开 发 MS/TP 相 关 产 品 , 但 目 前 关于 MS/TP 技 术 文 献 只 是 针 对 MS/TP 协 议 的 带 宽 分 配 仿 真 研 究 等 理 论 层 面 。针对 MS/TP 实 际 应 用 中 相 关 问 题 的 研 究 , 以 及 令 牌 传 递 算 法 和 自 动 寻 址 等 的研 究 , 对

42、于 进 一 步 降 低 MS/TP 设 备 成 本 , 推 广 其 使 用 具 有 重 要 意 义 。 1.3 论文 研 究 内 容 本文 是 对 一 种 智 能 建 筑 中 应 用 比 较 广 泛 的 MS/TP 现场控制模块进行了研究 与 实 现 。 比 较 详 实 的 阐 述 了 BACnet MS/TP 协 议 软 硬 件 实 现 方 案 , 对 实际 比 较 关 心 的 带宽 问题 介 质 访 问 控 制 算 法 做 了 分 析 和 研 究 , 重 点 研 究 了 一 种MS/TP 自 动 寻 址 算 法 。 本 文 内 容 安 排 如 下 : 第 1 章首先 给 出 了 课 题 背

43、 景 和 研 究 意 义 , 并 介 绍 了 智 能 建 筑 和 楼 宇 自 控系统的 发 展 状 况 , 以及 BACnet MS/TP 的 研 究 现 状 , 展 望 了 智 能 建 筑 中 MS/TP- 4 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 发 展 的 新 机 遇 。 第 2 章 主 要 是 BACnet MS/TP 的 理 论 研 究 , 阐 述 了 BACnet 协 议 的 体 系结 构 、 服 务 和 对 象 , 介 绍 了 MS/TP 的 状 态 机 , 对 MS/TP 介 质 访 问 控 制 算 法进 行 了 研 究 , 阐 述 了 令 牌 传 递 、 多 令 牌 检 测 和

44、 令 牌 产 生 等 算 法 思 想 。 第 3 章 研 究 了 一 种 对 MS/TP MAC 地 址 自 动 寻 址 算 法 。 对 传 统 静 态 地 址设 定 的 缺 陷 做 出 了 分 析 , 然 后 详 细 阐 述 了 自 动 寻 址 思 想 , 并 给 出 了 对 改进的状 态 机 的 详 细 描 述 。 最 后 通 过 C 语 言 实 现 了 该 算 法 。 第 4 章 主要是 MS/TP 控 制 模 块 的 软 、 硬 件 实 现 。 硬 件 设 计 包 括 双 路 输 入电源、RS485 通 信 模 块 、 负 载 驱 动 电 路 以 及 负 载 电 流 检 测 等 。 软

45、 件 设 计 包 括BACnet 协议栈和 MS/TP 协 议 软 件 实 现 流 程 。 第 5 章是 实 验 和 数 据 分 析 , 通 过 平 台 搭 建 , 利 用 报 文 分 析 软 件 Wireshark验证了 MS/TP MAC 自 动 寻 址 算 法 , 另 外 还 通 过 BTL 的 VTS 软 件 测 试 了 该控 制 模 块 的 一 致 性 规 范 。- 5 - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 第 2 章 BACnet MS/TP 理论研究 2.1 BACnet 标准 BACnet 是由 ASHRAE 制定 的 一 种 楼 宇 自 动 控 制 网 络 协 议 。 BACn

46、et 是为满 足 楼 宇 自 控 系 统 通 信 需 要 而 专 门 设 计 的 , 典 型 应 用 包 括 : 暖 通 空 调 控 制 、照 明 控 制 、 门 禁 安 防 控 制 与 火 警 系 统 。 该 标 准 1995 年 正 式 公 布 , 该 年 12 月成 为 美 国 国 家 标 准(ANSI/ASHARE135-1995),2003 年 该 标 准 成 为 国 际 标 准(ISO 16484-5 ) , 是 智 能 建 筑 中 楼 宇 自 控 领 域 唯 一 的 国 际 标 准 , 随 后 也 成 为了 欧 盟 (CEN ) 标 准 。 BACnet 协 议 的 目 的 是

47、定 义 一 些 数 据 通 信 的 服 务 和 协 议 , 用 于 采 暖 、 通风 、 空 调 与 制 冷 控 制 设 备 的 监 控 计 算 机 设 备 中 , 也 可 用 在 其 他 楼 宇 自 控 系 统的计算机设 备 中 。 此 外 ,BACnet 协 议 定 义 了 一 个 抽 象 的 面 向 对 象 方 法 , 用43于表示这些设备间信 息通信方式,以促进 楼宇系统使用数字控 制技术 。BACnet 的 产 生 使 得 楼 宇 中 不 同 自 控 设 备 能 够 彼 此 通 信 , 实 现 了 互 操 作 , 而且 独 立 于 产 品 供 应 商 。 BACnet 标 准 产 生 以 来 , 无 论 在 标 准 化 历 程 还 是 在 在 应 用 推 广 进 程 中 ,都 取 得 了 巨 大 的 成 功 , 这 和 其 优 秀 的 特 性 是 分 不 开 的 。BACnet 标 准 具 有 如44下 的 基