BACnet

一、介绍

BACnet（Building Automation and Control Networks，楼宇自动化和控制网络）是一种用于智能建筑中楼宇自动化和控制系统的通信协议。它为不同厂商生产的建筑设备之间提供了一个统一的“语言”，使得这些设备能够相互通信、交换数据和协同工作。通过使用 BACnet，建筑管理者可以实现对建筑物内的各种系统，如暖通空调、照明、电梯、消防等进行集中监控和管理，提高建筑的能源效率、安全性和舒适性。

二、发展历史

• 起源：20 世纪 80 年代，随着建筑自动化系统的发展，不同厂商的设备之间缺乏统一的通信标准，导致系统集成困难、互操作性差。为了解决这些问题，美国采暖、制冷与空调工程师协会（ASHRAE）发起了 BACnet 标准的制定工作。
• 标准发布：1995 年，ASHRAE 正式发布了 BACnet 标准，即 ASHRAE Standard 135-1995。该标准定义了 BACnet 的协议结构、服务、对象模型等内容，为建筑自动化系统的互操作性提供了基础。
• 国际认可：2003 年，BACnet 被国际标准化组织（ISO）采纳为国际标准（ISO 16484-5），这标志着 BACnet 在全球范围内得到了广泛的认可和应用。
• 持续发展：此后，BACnet 标准不断更新和完善，以适应不断变化的技术和市场需求。例如，增加了对 IPv6 的支持，改进了网络层和数据链路层的性能等。

三、技术原理

（一）分层结构

BACnet 采用了分层的协议结构，类似于 OSI 参考模型，但进行了简化。主要包括以下几层：

• 应用层：定义了 BACnet 设备之间交换的服务和对象。服务包括读取对象属性、写入对象属性、订阅对象状态变化等；对象则代表了建筑设备的各种功能和状态，如温度传感器、阀门、风机等。
• 网络层：负责在不同的网络之间进行数据传输和路由。BACnet 支持多种网络类型，如以太网、LonTalk、ARCNET 等，网络层可以实现这些不同网络之间的互联。
• 数据链路层：负责在同一网络内的设备之间进行数据帧的传输。不同的网络类型有不同的数据链路层协议，如以太网使用 IEEE 802.3 协议，LonTalk 使用 LonWorks 协议。
• 物理层：定义了数据传输的物理介质和电气特性，如电缆、光纤、无线信号等。

（二）对象模型

BACnet 采用对象模型来描述建筑设备的功能和状态。每个对象都有一组属性，用于表示对象的各种特征和状态。例如，一个温度传感器对象可能有“当前温度”、“测量范围”等属性。通过读取和写入对象的属性，不同的设备可以实现数据的交换和控制。

（三）服务

BACnet 定义了一系列的服务，用于实现设备之间的通信和控制。常见的服务包括：

• 读属性服务：用于读取对象的属性值。
• 写属性服务：用于写入对象的属性值，实现对设备的控制。
• 订阅服务：允许设备订阅其他设备对象的状态变化，当对象状态发生变化时，订阅设备将收到通知。

四、应用场景

（一）商业建筑

• 暖通空调系统控制：通过 BACnet 协议，建筑管理者可以实现对暖通空调系统的集中监控和优化控制。例如，根据室内外温度、湿度等参数自动调节空调的运行模式和风速，提高能源效率。
• 照明系统管理：可以实现对照明系统的智能化控制，如根据室内光照强度和人员活动情况自动调节灯光亮度，降低能耗。
• 电梯系统监控：对电梯的运行状态进行实时监控，如电梯的位置、运行方向、故障报警等，提高电梯的安全性和运行效率。

（二）工业建筑

• 生产过程监控：在工业建筑中，BACnet 可以用于监控生产过程中的各种设备和参数，如温度、压力、流量等。通过实时数据采集和分析，及时发现生产过程中的问题并进行调整，提高生产效率和产品质量。
• 能源管理：对工业建筑内的能源消耗进行监测和管理，如电力、燃气、水等。通过优化能源使用方案，降低能源成本。

（三）公共建筑

• 医院：在医院中，BACnet 可以用于控制手术室、病房等区域的环境参数，如温度、湿度、空气质量等，为患者提供舒适和安全的就医环境。同时，还可以对医院的消防、安防等系统进行集成管理，提高医院的安全性。
• 学校：实现对学校教室、图书馆、体育馆等场所的照明、空调等设备的智能控制，降低能源消耗。同时，还可以对学校的门禁系统、考勤系统等进行集成，提高学校的管理效率。