樓宇自控系統(tǒng)在不同發(fā)展階段常用通訊協(xié)議有Modbus，Lonworks，BACnet等，之前這些通訊協(xié)議以傳統(tǒng)的總線實(shí)現(xiàn)，例如Modbus RTU、Lon FT-10或BACnet MSTP。如今隨著現(xiàn)代的IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在樓宇中大量綜合布線技術(shù)，即廣泛采用光纖與網(wǎng)線來架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的成本在不斷降低，利用全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)樓宇管理系統(tǒng)（BMS）已經(jīng)成為如今發(fā)展的主流趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的通訊協(xié)議為Modbus TCP、Lon IP或BACnet IP。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，系統(tǒng)集成商可結(jié)合樓層、房間平面圖和客戶的需求即可開展樓宇自控系統(tǒng)的各項(xiàng)規(guī)劃活動(dòng)。在一個(gè)全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的項(xiàng)目中，必然有不少的IP控制器接入其中，此時(shí)，管理網(wǎng)絡(luò)的可靠性對(duì)于控制系統(tǒng)起到了至關(guān)重要的作用，一旦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，設(shè)備將無法得到有效控制。

可靠性在樓宇自控系統(tǒng)的重要意義

IP管理網(wǎng)絡(luò)存在的主要目的是在于使不同地點(diǎn)的控制器能夠高效地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如果客戶通過電腦管理界面或者觸控屏幕點(diǎn)擊“開啟”鈕控制燈光時(shí)，一定也期望燈光隨之亮起。這一應(yīng)用場(chǎng)景應(yīng)當(dāng)在任何時(shí)刻，任何情況下都能夠?qū)崿F(xiàn)。我們將這種期望及設(shè)備響應(yīng)定義為設(shè)備的“可靠性”。如果可靠性超過99.99％，則其反映在每年53分鐘之內(nèi)的宕機(jī)時(shí)間。“宕機(jī)時(shí)間”是指系統(tǒng)出現(xiàn)宕機(jī)的一段持續(xù)時(shí)間。但并不包括例如設(shè)備維護(hù)這類計(jì)劃內(nèi)的停機(jī)時(shí)間。

這是對(duì)于一個(gè)子系統(tǒng)而言，如果針對(duì)整個(gè)樓宇自控系統(tǒng)，那么可靠性是源自于各個(gè)子系統(tǒng)可靠性的乘積。假設(shè)LOYTEC控制器建立的樓宇自控系統(tǒng)的組合可靠性為99.7％，則可期待其每年最大停機(jī)時(shí)間為不超過26.3小時(shí)。又假設(shè)底層IP網(wǎng)絡(luò)的可靠性僅為98.3％，則其可靠性將為0.997x0.983=0.98=98％。圖1表示了典型樓宇自控系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)范例架構(gòu)。

圖1 樓宇中的BA系統(tǒng)典型架構(gòu)

如果連接控制器到中控電腦的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)或者交換機(jī)之間的網(wǎng)線發(fā)生故障的話，將導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)手動(dòng)切換燈光。這是中控電腦發(fā)送的IP數(shù)據(jù)包無法轉(zhuǎn)發(fā)到燈光控制器的原因。因此，所有網(wǎng)絡(luò)組件均須視同系統(tǒng)的重要組成部分。下文將介紹如何利用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來提高IP網(wǎng)絡(luò)的可靠性，以提高整個(gè)智能樓宇系統(tǒng)的可靠性。
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪x擇對(duì)可靠性的影響

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪x擇是決定可靠性的另一個(gè)重要因素。網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)鋭t描述了所有網(wǎng)絡(luò)元件的選擇及其連接方式。常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星形或線性菊花鏈，兩者均包含單點(diǎn)故障的可能性，故其系統(tǒng)可靠性也會(huì)隨之降低。例如，構(gòu)成星形網(wǎng)絡(luò)中心的交換器失效了，那么連接這交換機(jī)的所有設(shè)備之間也不能再進(jìn)行通信，如圖2所示。對(duì)于線性菊花鏈拓?fù)渲校粋€(gè)故障的以太網(wǎng)絡(luò)端口將會(huì)把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)剖分成兩個(gè)子網(wǎng)，連接到不同子網(wǎng)的裝置之間的通信也會(huì)因此中斷，如圖3所示。

圖2 星型拓?fù)渲邪l(fā)生的故障情況       圖3 線性菊花鏈中發(fā)生的故障情況

反之，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)則既可承受纜線中斷、網(wǎng)絡(luò)端口或控制裝置的故障，而不影響其他控制器在樓宇自控網(wǎng)絡(luò)中的通訊，如圖4所示。基于這項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，本文將關(guān)注的重點(diǎn)也將聚焦于環(huán)狀拓?fù)洹６軌驅(qū)崿F(xiàn)這一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重要基礎(chǔ)是控制器必須支持雙網(wǎng)口設(shè)計(jì)，且雙網(wǎng)口可實(shí)現(xiàn)交換機(jī)的功能。

圖4 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)單一裝置故障對(duì)其他設(shè)備無影響

智能樓宇系統(tǒng)中環(huán)形網(wǎng)絡(luò)選擇和應(yīng)用

為了減少布線工作量，每個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)只應(yīng)連接位于同一樓層的裝置。此外，也應(yīng)當(dāng)注意不要將出租區(qū)域中不同業(yè)主的裝置連接在一起，這樣設(shè)置的目的是當(dāng)裝置發(fā)生故障，也只僅有單一業(yè)主會(huì)受影響而已。因此，每個(gè)樓層可能需要安裝多個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，如圖5所示，是一個(gè)三層辦公樓的典型環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)。

 圖5 三層辦公樓的環(huán)形拓?fù)?/span>

臺(tái)達(dá)管理型交換器可提供十個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口，每個(gè)臺(tái)達(dá)LOYTEC控制器都具有雙網(wǎng)口，因此可以通過串聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)連接，每層可組成四個(gè)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，剩余的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口，需要根據(jù)其樓層設(shè)置情況，可以用來進(jìn)行上、下樓層之間的通信，或連接至樓宇管理網(wǎng)絡(luò)。

這類環(huán)形網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)保證了在每個(gè)樓層內(nèi)單個(gè)控制器的故障不會(huì)影響到其他控制器，但實(shí)際項(xiàng)目中，交換器或樓層交換機(jī)之間的通訊線路也有發(fā)生故障的潛在可能。如果其中一臺(tái)交換機(jī)或者樓層間的網(wǎng)線發(fā)生故障，則連接在這個(gè)交換機(jī)下的設(shè)備也將因?yàn)榘l(fā)生斷線而無法再進(jìn)行正常通信。如圖6所示，即顯示了在交換器2出現(xiàn)故障時(shí)的后果。由于交換器2無法再進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此，第2樓層及第3樓層控制器的數(shù)據(jù)點(diǎn)也一樣無法上傳至整個(gè)樓宇自控網(wǎng)絡(luò)。

圖6 交換機(jī)出現(xiàn)單點(diǎn)故障

針對(duì)上述出現(xiàn)的問題，可以采取設(shè)置備份交換機(jī)的方式來解決，即在同一環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的裝置同時(shí)連接至兩臺(tái)交換器而非一臺(tái)，如圖7所示。如果使用這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，那么每個(gè)樓層上還可以繼續(xù)建立更多的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。
 

圖7 樓層增加備份交換機(jī)

若以每層樓使用兩臺(tái)交換器的方式設(shè)置環(huán)形網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可以成倍的增加單個(gè)樓層的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)數(shù)量，也提升了整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)的可靠性。圖7顯示了交換器21發(fā)生故障的一個(gè)例子。很顯然，所有裝置仍可通過另一臺(tái)交換機(jī)來實(shí)現(xiàn)通訊。

我們進(jìn)一步討論需要更高可靠性的場(chǎng)景，例如在樓層間實(shí)施網(wǎng)狀拓?fù)洹Ｓ捎诟嗟亩丝诒活A(yù)留作為垂直數(shù)據(jù)傳輸之用，因此可靠性可以增加，然而布線工作也同時(shí)會(huì)被增加，不過由于更多的網(wǎng)絡(luò)端口用于布設(shè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，那么留給控制器的端口數(shù)量會(huì)相應(yīng)的減少。然而，最終的好處就是，如果采用這種拓?fù)湫螒B(tài)，可容許每樓層任一臺(tái)交換機(jī)發(fā)生故障時(shí)，不會(huì)影響任何控制器在樓宇網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通訊，如圖8所示。

 圖8 樓層之間設(shè)置網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)

結(jié)論

樓宇自控系統(tǒng)是建筑技術(shù)與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)相互結(jié)合的產(chǎn)物，隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已經(jīng)成為主流發(fā)展方向，也是智能建筑方向關(guān)注的重點(diǎn)。而當(dāng)討論樓宇控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時(shí)，其可靠性是需要關(guān)注的重中之重，作為樓宇自控系統(tǒng)集成商，我們有義務(wù)告知客戶高可靠性帶來的種種好處。