摘要：從上海調(diào)查資料來看，只有２０％的項目具有集成管理系統(tǒng)，而具有綜合管理自動化系統(tǒng)也很少。純管理自動化模式多些，更多的是各自獨立分散系統(tǒng)。其資源不能共享，硬件不能共用，系統(tǒng)不能共管。沒有完全體現(xiàn)和達到建筑智能化的目的。由于不重視系統(tǒng)集成，各自獨立分散的系統(tǒng)。通信協(xié)議各產(chǎn)品制造商獨自開發(fā)，和對外保密。硬件也沒有兼容與互換性。當損壞或需更新升級時只能購買原來廠商產(chǎn)品，往往由于價格太貴，而無力配置，造成整個系統(tǒng)不能運行，造成閑置、浪費。 關(guān)鍵詞：建筑智能 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) 現(xiàn)場總線的測量系統(tǒng) Ⅰ、對建筑智能化工程中存在的問題及改進意見 一、當前建筑智能化建設(shè)工程中存在的問題建筑智能化工程的質(zhì)量是一項綜合性系統(tǒng)工程，從已建及在建的智能建筑情況來看，建設(shè)單位化了很大的投資，但建成后許多不能發(fā)揮其作用，或開始使用尚好，但逐步被擱置。 　　從上海調(diào)查資料來看，只有２０％的項目具有集成管理系統(tǒng)，而具有綜合管理自動化系統(tǒng)也很少。純管理自動化模式多些，更多的是各自獨立分散系統(tǒng)。其資源不能共享，硬件不能共用，系統(tǒng)不能共管。沒有完全體現(xiàn)和達到建筑智能化的目的。 　　由于不重視系統(tǒng)集成，各自獨立分散的系統(tǒng)。通信協(xié)議各產(chǎn)品制造商獨自開發(fā)，和對外保密。硬件也沒有兼容與互換性。當損壞或需更新升級時只能購買原來廠商產(chǎn)品，往往由于價格太貴，而無力配置，造成整個系統(tǒng)不能運行，造成閑置、浪費。 　　造成這種狀況，究其原因是建設(shè)單位不清楚建設(shè)部關(guān)于選定智能建筑設(shè)計及集成商的規(guī)定與要求及其重要意義。另外對智能建筑系統(tǒng)選擇過程中需考慮的幾個方面技術(shù)要求不清楚。本文綜合了有關(guān)資料供設(shè)計及建設(shè)單位參考。希望能對建筑智能化工程的建設(shè)有所改善，能較好體現(xiàn)出智能化建筑工程的優(yōu)勢和所達到的目的。 二、關(guān)于建筑智能化工程設(shè)計及集成商的確定 建設(shè)部關(guān)于建筑智能化工程設(shè)計集成商資質(zhì)的規(guī)定。 建設(shè)部［９９］１１７號文通知從２０００年１月１日起必須持有智能化工程設(shè)計和系統(tǒng)集成專項資質(zhì)證書的單位，方可在其資質(zhì)證書范圍內(nèi)承擔智能化系統(tǒng)工程的設(shè)計和系統(tǒng)集成的業(yè)務(wù)。地方政府，業(yè)務(wù)部門應(yīng)嚴格管起來，更不應(yīng)自立門戶。 2.系統(tǒng)集成商的選擇： 　　當今建筑智能化系統(tǒng)是信息化，數(shù)字化的必然產(chǎn)物和發(fā)展方向。智能建筑除了與建筑物的個性、標準及用戶財力有關(guān)外還要有前瞻性?，F(xiàn)有方案要與發(fā)展很快的信息技術(shù)相結(jié)合。系統(tǒng)要能方便升級，與發(fā)展的先進技術(shù)相兼容?，F(xiàn)在生產(chǎn)廠商都提出了１５年質(zhì)量保證體系，因而所實施的工程要能保證用戶在１５年內(nèi)滿足不斷擴展的業(yè)務(wù)需要。使投資在１５年內(nèi)保值。為了達到這樣的目的，在考察和選擇集成商時，最重要的是集成商的經(jīng)濟實力和后援技術(shù)保障。對于建筑智能化系統(tǒng)，不僅在工程建筑完成后能達到設(shè)計標準，而且要保障其基礎(chǔ)設(shè)施使用１５年的壽命。在１５年內(nèi)能與發(fā)展的技術(shù)相兼容。對這些保障，集成商要有賠償能力，所以集成商的經(jīng)濟實力必須是牢靠的，那些曇花一現(xiàn)的公司切不可信賴。 　　在后援技術(shù)保障方面，由于通信和計算機產(chǎn)品及技術(shù)更新非常快。計算機應(yīng)用軟件在系統(tǒng)投入運行后，也要進行后期的維護、更新、擴充和修改。這一切要求有可靠的，能夠長期生存的，有良好信譽的，有業(yè)績的公司，才能在交工后仍可得到良好的技術(shù)支持和后援保障。在后援保障方面，集成商公司，應(yīng)有一支包括下列人員精干的隊伍，即系統(tǒng)集成、計算機硬、軟件、網(wǎng)絡(luò)信息管理系統(tǒng)電氣設(shè)計施工等方面的科技人才。3.建筑智能化通信網(wǎng)絡(luò)： 　　建筑智能化網(wǎng)絡(luò)可分為二大類，一類為底層現(xiàn)場控制層網(wǎng)絡(luò)，另一類為上層網(wǎng)絡(luò)，包括過程監(jiān)控及樓宇管理層。上層網(wǎng)絡(luò)，由以太網(wǎng)，ＴＯＰ等局域網(wǎng)組成采用標準ISO/SIO通信協(xié)議。底層現(xiàn)場控制層網(wǎng)絡(luò)采用現(xiàn)場總線制網(wǎng)絡(luò)，通信協(xié)議是采用實事性強，可靠性高簡化的SIO標準。 一、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的概念（FCS） 現(xiàn)場總線控制是工業(yè)（建筑）設(shè)備自動化控制的一種計算機局域網(wǎng)絡(luò)。它是依靠具有檢測、控制、通信能力的微處理芯片，數(shù)字化儀表（設(shè)備）在現(xiàn)場實現(xiàn)徹底分散控制，并以這些現(xiàn)場分散的測量，控制設(shè)備單個點作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，將這些點以總線形式連接起來，形成一個現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。它是屬于最底層的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)，它將原來集散型的ＤＣＳ系統(tǒng)現(xiàn)場控制機的功能，全部分散在各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處。為此，可以將原來封閉、專用的系統(tǒng)變成開放、標準的系統(tǒng)。使得不同制造商的產(chǎn)品可以互連，是ＤＣＳ系統(tǒng)的更新?lián)Q代，大大簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本，更好滿足了實事性要求，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。不同通信協(xié)議的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)一般通過工業(yè)ＰＣ機內(nèi)總線插槽的ＰＣ接口板與現(xiàn)場總線網(wǎng)段連接。 二、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的組成 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)由測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)三個部分組成，而通信部分的硬、軟件是它最有特色的部分。 1、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)： 它的軟件是系統(tǒng)的重要組成部分，控制系統(tǒng)的軟件有組態(tài)軟件、維護軟件、仿真軟件、設(shè)備軟件和監(jiān)控軟件等。首先選擇開發(fā)組態(tài)軟件、控制操作人機接口軟件MMI。通過組態(tài)軟件，完成功能塊之間的連接，選定功能塊參數(shù)，進行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。在網(wǎng)絡(luò)運行過程中對系統(tǒng)實時采集數(shù)據(jù)、進行數(shù)據(jù)處理、計算。優(yōu)化控制及邏輯控制報警、監(jiān)視、顯示、報表等。 2、現(xiàn)場總線的測量系統(tǒng)： 其特點為多變量高性能的測量，使測量儀表具有計算能力等更多功能，由于采用數(shù)字信號，具有高分辨率，準確性高、 抗干擾、抗畸變能力強，同時還具有儀表設(shè)備的狀態(tài)信息，可以對處理過程進行調(diào)整。 3、設(shè)備管理系統(tǒng)：可以提供設(shè)備自身及過程的診斷信息、管理信息、設(shè)備運行狀態(tài)信息（包括智能儀表）、廠商提供的設(shè)備制造信息。例如Fisher—Rosemoune公司，推出AMS管理系統(tǒng)，它安裝在主機算機內(nèi)，由它完成管理功能，可以構(gòu)成一個現(xiàn)場設(shè)備的綜合管理系統(tǒng)信息庫，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)設(shè)備的可靠性分析以及預(yù)測性維護。將被動的管理模式改變?yōu)榭深A(yù)測性的管理維護模式AMS軟件是以現(xiàn)場服務(wù)器為平臺的T型結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場服務(wù)器上支撐模塊化，功能豐富的應(yīng)用軟件為用戶提供一個圖形化界面。 4、總線系統(tǒng)計算機服務(wù)模式：以客戶機/服務(wù)器模式是目前較為流行的網(wǎng)絡(luò)計算機服務(wù)模式。服務(wù)器表示數(shù)據(jù)源（提供者），應(yīng)用客戶機則表示數(shù)據(jù)使用者，它從數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)，并進一步進行處理?？头繖C運行在ＰＣ機或工作站上。服務(wù)器運行在小型機或大型機上，它使用雙方的智能、資源、數(shù)據(jù)來完成任務(wù)。 5、數(shù)據(jù)庫： 　　它能有組織的、動態(tài)的存儲大量有關(guān)數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分共享、交叉訪問，具有高度獨立性。工業(yè)設(shè)備在運行過程中參數(shù)連續(xù)變化，數(shù)據(jù)量大，操作與控制的實時性要求很高。因此就形成了一個可以互訪操作的分布關(guān)系及實時性的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，市面上成熟的供選用的如關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的Orad，sybas，Informix，SQL Server；實時數(shù)據(jù)庫中的Infoplus，PI，ONSPEC等。6、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件與軟件： 　　網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)硬件有：系統(tǒng)管理主機、服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)、協(xié)議變換器、集線器，用戶計算機等及底層智能化儀表。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件有網(wǎng)絡(luò)操作軟件如：NetWarc，LAN Ｍangger，Vines，服務(wù)器操作軟件如Lenix，os/2，Window NT。應(yīng)用軟件數(shù)據(jù)庫、通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議等。 三、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點 1、在功能上管理集中，控制分散，在結(jié)構(gòu)上橫向分散、縱向分級。 2、要有快速實時響應(yīng)能力，對于工業(yè)設(shè)備的局域網(wǎng)絡(luò)，它主要的通信量是過程信息及操作管理信息，信息量不大，傳輸速率不高在1MPS以下，信息傳輸任務(wù)相對比較簡單但其實時響應(yīng)時間要求較高為0.01—0.5S。所謂實時性是在網(wǎng)絡(luò)通信過程中能在線實時采集過程的參數(shù)，實時對系統(tǒng)信息進行加工處理，并迅速反饋給系統(tǒng)完成過程控制，滿足過程控制對時間限制的要求。除了控制管理計算機系統(tǒng)的外部設(shè)備外，還要控制管理控制系為統(tǒng)的設(shè)備，并具有處理隨機事件能力。實際操作系統(tǒng)應(yīng)保證在異常情況下及時處置，保證完成任務(wù)，或完成最重要的任務(wù)，要求能及時發(fā)現(xiàn)糾正隨機性錯誤，至少保證不使錯誤影響擴大，應(yīng)具有抵制錯誤操作和錯誤輸入信息的能力。實現(xiàn)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實時性的主要措施為：（1） OSI協(xié)議中7層都是提供高度的功能性服務(wù)，為此降低了通信流量和增大傳輸時間，因而影響實時響應(yīng)能力。因此將OSI七層通信協(xié)議，采取不同程度的簡化，減少由于層間轉(zhuǎn)換的復(fù)雜性，而影響實時響應(yīng)能力?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的通信協(xié)議一般為物理層、鏈路層、應(yīng)用層，再增加一個用戶作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，互連成底層總線網(wǎng)。如PRUFIBUS總層的四層結(jié)構(gòu)。（2） 把基本控制功能下放到現(xiàn)場具有智能的芯片或功能塊中，使控制功能徹底分散，直接面對對象，接口直觀簡、結(jié)。把同時具有控制、測量與通信功能的功能塊，與功能塊應(yīng)用進程，作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，互連成底層總線網(wǎng)。如ＰＲＵＦＩＢＵＳ總線系統(tǒng)，按照主站、從站分，把底層的通信及控制集中在從站來完成。各公司廠商提供較齊全的各類主站與從站列芯片，實現(xiàn)起來簡單又便宜。有如LONWORKS雖然通信協(xié)議與OSI相同為七層，但全部固化在一個神經(jīng)芯元片中，不需要經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸，同樣可加快實時響應(yīng)能力，同時應(yīng)用程序定義一個特殊對象��網(wǎng)絡(luò)變量存在于神經(jīng)元芯片ROM中，它是在節(jié)點代碼編譯時確定，將不同節(jié)點。同類型的網(wǎng)絡(luò)變量連接起來進行自控，大大簡化了開發(fā)和安裝分布系統(tǒng)過程。（3） 介質(zhì)訪問協(xié)議：一般采用令牌傳遞總線訪問方式（TOKEN BUS）既可達到通信快速的目的，又可以有較高的性價比，對于多路訪問沖突檢測（CSMA/CD）方法，雖然通信管理上較為簡單，但并不能完全避免碰撞現(xiàn)象，實現(xiàn)沖突檢測比較復(fù)雜，此外在線路中常態(tài)干擾與差錯往往和碰撞難以區(qū)別，因此對現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實時性要求較高的場合，并不十分適合。所以大部分總線控制系統(tǒng)均為令牌傳遞訪問。只有LONWORKS采用改進型的，即帶預(yù)測P的CSMA訪問方式。當一個節(jié)點需要發(fā)送信息時，先帶預(yù)測Ｐ測一下網(wǎng)絡(luò)是否空閑，有空閑則發(fā)送，沒有空閑則暫時不發(fā)，這樣就避免了碰撞減少了網(wǎng)絡(luò)碰撞率，提高了重載時的效率。并采用了緊急優(yōu)先機制，以提高它的實時性與可靠性。（4） 通信方式：一般分調(diào)度通信和非調(diào)度通信多數(shù)為調(diào)度通信，用于設(shè)備間周期性傳輸，控制的數(shù)據(jù)預(yù)先設(shè)定。非調(diào)度通信用于參數(shù)設(shè)置、設(shè)備診斷報警處理。從其功能上分，有主站與從站區(qū)分。從站僅對收到信息時確認或當主站發(fā)出請求時向它發(fā)信息，所以只需總線協(xié)議一小部分，既經(jīng)濟，實時性也強。 3、產(chǎn)品要具有互操作性 各制造商產(chǎn)品要通過所屬各類總線制協(xié)議符合其規(guī)定的OSI標準一次性測試，及互操作性測試，并以專門測試中心認證。為了提高其可靠性，還要經(jīng)過在惡劣環(huán)境下魯棒測試。接口技術(shù)采用了OEM集成方法構(gòu)成產(chǎn)品，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)開放式傳輸。 因此，對于同一類型協(xié)議的不同制造商產(chǎn)品可以混合組態(tài)與調(diào)用為一個開放系統(tǒng)，使它具有互操作性。 4、要求具有較高可靠性措施： （1） 硬件經(jīng)過嚴格挑選，采用專用芯片（ASIC）和表面安裝技術(shù)（SMT）。（2） 系統(tǒng)軟件選用成熟適合實際需要的簡單易用軟件，及好的工具軟件。應(yīng)用軟件采用功能模塊化設(shè)計，定義清晰明確。（3） 可通過在線可快速排除故障，強化硬件可修復(fù)性，如I/O模板可帶電插拔，且診斷故障顯示，故障時部件自動隔離等（4） 軟件上分離化體系結(jié)構(gòu)及各過程站有地域上各自獨立的局部數(shù)據(jù)庫。并經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)在邏輯上形成全局數(shù)據(jù)庫。（5） 有多級安全措施，采用容錯技術(shù)與冗余技術(shù)。 四、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）代表性通信協(xié)議標準 從80年就開始制訂統(tǒng)一標準。83年IEC/SC6 5B/WG6國際電工委員會生產(chǎn)過程計算機系統(tǒng)分會的通信分會，制訂了PROWAY通信協(xié)議，主要是將ISO的OSI參考模型由原來七層改為五層。 此時同時不同行業(yè)還陸續(xù)出現(xiàn)了許多總線標準，其中有影響的有以下幾種： 1、基金會現(xiàn)場總線2、LONWORKS3、PROFIBUS4、CAN 5、ART 而其中CAN用于汽車及機器人數(shù)字機床、醫(yī)療器械等控制，本文不作介紹。 HART使用FAK技術(shù)，它在原模擬控制系統(tǒng)上疊加上一個高頻信號，作為網(wǎng)絡(luò)通信信號，是個過渡性臨時標準。