論樓宇自控系統的六層模型

　　概要：詳細介紹六層模型：設備介質層、電氣轉換層、數模轉換層、邏輯控制層、操作站通訊層、操作站界面層。

　　樓宇自控行業自20世紀80年代起步，經過20多年的發展，已經非常成熟。涌現出一大批專業樓宇自控公司，如：霍尼韋爾、西門子、江森等。這些公司進入該行業比較早，產品市場占有率高，產品體系完整、成熟穩定。
　　該行業也越來越開放，一些通訊協議，像BACnet、Lonworks等，被大多數廠家采用，　系統集成變得越來越容易。
　　在中國，該行業也經歷了十幾年的發展，大批國外公司涌入中國，國內樓控廠商開始崛起。可是，中國的樓控水平是不盡如人意的，樓控產品開通率和運行正常率一直不高；用戶對樓控認可度不高；國內樓控產品整體競爭力偏低。
　　雖然整個行業越來越開放，但中國樓控市場是嚴重封閉的。大品牌各自推自己的系統架構，從控制器分類到網絡架構，再到軟件功能，千差萬別。用戶一旦選擇了某個品牌，則必須全部采購該品牌的產品。開放協議僅限于不同系統間的集成，或者缺乏足夠的資料和培訓，或者網關動輒數萬元，造成實際系統間互聯率很低，嚴重損害了用戶利益。
　　本文章的目的，就是從技術角度，把樓宇自控系統分為六層模型，每層有自己的特點，理論上講，每層之間只要接口標準化，用戶就可以自由的選用不同廠家的產品。這一點，工控領域已經做的很好。本文的推出，希望促進我國樓控行業向開放更進一步。只有開放，才符合用戶的利益，才能使我國樓控行業健康發展。劃分和命名方法，有不合理之處，希望大家批評指正。
　　樓宇自控系統的六層模型框圖如下：

　　下面詳細描述一下每層的特點：
　　1， 設備介質層：指樓控的被控對象。如中央空調機組的水管道、風管道、室內溫度等。
　　2， 電氣轉換層：指樓控的電氣執行機構或傳感機構，作用是實現從電信號到其他物理形態的雙向轉換。如：溫度傳感器、各種閥門和執行器、各種變送器等。
　　3， 數模轉換層：指樓控產品的輸入輸出模塊，作用是實現從數字信號到模擬信號的雙向轉換。模擬信號一般有：電流型（4～20mA）、電壓型（0～10V）、電阻型、干接點型等。
　　4， 邏輯控制層：指樓控控制器的高級邏輯功能，包括定時、編程、通訊、報警、歷史記錄等。樓控系統的“智能”一般指的就是本層的功能。
　　5， 操作站通訊層：指樓控操作站電腦的底層通訊部分，包括：與控制器的通訊、歷史記錄保存、不同系統間集成的協議轉換等功能。提供友好的軟件接口給操作站界面層。
　　6， 操作站界面層：指用戶或調試工程師使用的軟件界面部分，一般分為B/S或C/S類型。使用圖形化的友好界面，使用和能直觀的查看或操作現場設備。
　　下面分析一下每層之間的接口情況。
　　1， 設備介質層和電氣轉換層之間的接口不是本文討論的范疇，忽略不計。
　　2， 微電子接口，位于電氣轉換層和數模轉換層之間。一般指電流（4～20mA）、電壓（0～10V）、電阻等方式。本接口不可省略，即電氣轉換層和數模轉換層不能合并。
　　3， 二級總線接口，位于數模轉換層和邏輯控制層之間。種類很多，分別包括：
　　●數模轉換層和邏輯控制層界限分明，中間用現場總線連接，如MODBUS/RS485、Lonworks、BACnet/MSTP/RS485，EIB、ZigBee、CAN、專用總線等。
　　●數模轉換層和邏輯控制層界限模糊，在許多樓控系統里叫兩層結構：現場控制器層和網絡控制器層。現場控制器除基本的數模轉換功能外，也具有簡單的高級功能，網絡控制器層有時也有數模轉換的功能。協議同上。
　　4， 一級總線接口，位于邏輯控制層和操作站通訊層之間。是系統的重要組成部分，因為該接口以下屬現場控制功能，需要獨立完成所有實時策略。該接口以上則側重點在給調試人員提供友好的管理界面，一般采用PC機的平臺，穩定性和實時性要求相對要低。
　　該接口一般采用以太網作為組網形式，協議包括：BACnet/IP、MODBUS/TCP、專用協議等。
　　5， 軟件總線接口，位于操作站通訊層和操作站界面層之間。屬于樓控操作站軟件的范疇，在大部分系統里都是一體的，不對外公開。系統集成很多都在這個層面，一般有OPC、BACnet/WebService、SQL、ODBC、DDE、Socket、XML、專用協議等。很多B/S結構的系統其實是把操作站界面層又進行了細分。
　　以上分類，只是從功能劃分合理性角度考慮的，實際的系統架構是千差萬別的。早期的樓控系統，層數較少，主要是受當時技術水平所限，功能少，靈活性差。隨著網絡及軟件技術水平的提高，系統架構越來越復雜，層數也就相應增加，功能得到了增強，但同時造價也相應提高。

　　值得重視的是，很多系統集成項目，由于各自系統都沒有采用純開放的協議體系，完全采用網關實現互聯互通，就人為增加了系統的層數，性價比和實時性都很低。這些就是目前樓控領域互聯互通困難的重要原因，不是實現不了互聯，是成本高且廠家動力不足。
　　隨著技術水平的提高，已經開始出現層合并現象。
　　●邏輯控制層和數模轉換層合并：隨著通訊芯片成本的降低，已經出現了單層以太網控制器，使功能更加緊湊，可靠性更高。
　　●數模轉換層和電氣轉換層合并：代表是智能傳感器和智能執行器，數字總線代替模擬信號，使測控精度大幅提高。
　　●數模轉換層、電氣轉換層、設備介質層合并：代表是智能空調機組、智能冷水機組、智能照明設備等，此時，樓控已經體現在通訊轉換等高層系統級功能上，系統更加優化，集成度和自動化水平更高，節能效果更好。
　　新的層合并現象，是不同于傳統意義上的層合并的。是以新的設計思想、新的通訊技術做支撐的，引導著樓控向更開放、更易用、更穩定的方向大踏步前進。
　　在一個系統集成項目中，不管有多少子系統，有多少廠家，要是不再出現網關這類產品，每個系統間都能無縫的互聯互通，系統架構沒有超過六層，說明智能建筑行業已經完全開放了，這就是我們努力的方向。