CN108268019A - 基于p-bus总线的楼宇自动化控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于P‑BUS总线的楼宇自动化控制系统，涉及楼宇自动化技术领域。本发明包括BA服务器、BA工作站、系统集成对接模块、交换机、BA逻辑主机、BA逻辑控制器、BA控制逻辑主机、DDC控制器、传感器、开关量采集模块、执行模块；DDC控制器通过RS458总线或P‑BUS总线与BA逻辑主机相联；DDC控制器通过TCP/IP协议与交换机相联。本发明通过采用P‑BUS通讯协议使设备能周期地、可预测地取得网路的使用权，实现设备的确定性操作、实现数据的高速通信、实现网络的持续的管理；系统功能和控制的修改方便灵活，不需要现场重新布线，节约能源，提高效率，减少人力成本，以及监管不到位造成的能源浪费。

Description

基于P-BUS总线的楼宇自动化控制系统

技术领域

本发明属于楼宇自动化技术领域，特别是涉及一种基于P-BUS总线的楼宇自动化控制系统。

背景技术

随着我国工业化和城市化的发展，城市的公共楼宇越来越多，在楼宇管理中采用数字化、网络化、智能化等高新技术，是世界上的流行趋势，也是适应现代信息社会对建筑物的功能、环境和效率管理的要求。BAS利用计算机和网络技术，对设备进行集中管理和自动监测，对节省运行人力、保持设备正常具有极大的意义。同时通过计算机系统及时启停各有关设备，避免设备不必要的运行，又可以节省系统运行能耗。

目前，建筑物的规模增大，标准提高，设备的种类、数量急剧增加，要求的监测控制点可多达几千点至上万点。这些设备和测量控制点一般分散到建筑物的各层和各个角落，采用分散管理，就地监测和操作将占用大量人力资源，有时几乎难以实现。因此，提供一种基于P-BUS总线的楼宇自动化控制系统，提高系统管理水平，降低维护管理人员工作量，节省运行能耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于P-BUS总线的楼宇自动化控制系统，通过设置有BA服务器、BA逻辑主机、BA逻辑控制器、DDC控制器、传感器、开关量采集模块、执行模块，采用分布式结构，通过P-BUS总线进行连接，没有大量的电缆敷设和繁杂的控制设计，解决了现有的楼宇自动化控制系统管理水平低、维护管理人员工作量大、运行能耗高的问题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为基于P-BUS总线的楼宇自动化控制系统，包括BA服务器、BA工作站、系统集成对接模块、交换机、BA逻辑主机、BA逻辑控制器、BA控制逻辑主机、DDC控制器、传感器、开关量采集模块、执行模块；所述传感器通过RS458总线与BA逻辑控制器相联；所述传感器通过数据采集及信号转换传输模块与DDC控制器相联；所述开关量采集模块通过P-BUS总线分别与BA逻辑控制器、DDC控制器相联；所述执行模块分别与BA逻辑控制器、DDC控制器相联；所述DDC控制器通过RS458总线或P-BUS总线与BA逻辑主机相联；所述DDC控制器通过TCP/IP协议与交换机相联；所述BA逻辑控制器通过RS458总线与BA控制逻辑主机进行通信；所述BA控制逻辑主机通过TCP/IP协议与交换机相联；所述BA逻辑主机通过TCP/IP协议与交换机相联；所述交换机通过TCP/IP协议分别与系统集成对接模块、BA服务器、BA工作站相联。

进一步地，所述传感器包括液位传感器、温度传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、湿度传感器、流量传感器、压差传感器；所述传感器采集相对应监测点的液位信息、温度信息、一氧化碳浓度信息、二氧化碳浓度信息、湿度信息、流量信息、压差信息，并将采集的信息传输至BA逻辑控制器和DDC控制器。

进一步地，所述系统集成对接模块包括锅炉通信接口、电梯系统接口、变配电系统接口、冷水主机接口。

进一步地，所述BA逻辑主机内包括开关逻辑、比较逻辑、运算逻辑、送值逻辑、集合逻辑、调节逻辑、时间逻辑、时序逻辑、PID逻辑、浮点执行器逻辑、水泵逻辑，用于变风量VAV和通用HVAC控制的应用上。

进一步地，所述BA逻辑控制器包括若干空调专用控制逻辑，用于处理变风量VAV控制、自由编程、通用设备控制功能，所述BA逻辑控制器使用Pyxos Bus通信网络，自带的485-2总线支持若干modbus-rtu传感器的接入使用。

进一步地，所述TCP/IP协议采用TCP/IP五层模型；所述TCP/IP五层模型包括物理层、链路层、网络层、传输层、应用层；所述物理层采用霍夫曼编码信源编码、RS纠错码、PCM调制技术进行数据通信；所述链路层进行封装成帧、差错控制和透明传输；所述网络层通过路由器进行路由选择；所述传输层为通信双方提供数据传输；所述应用层采用FTP协议。

进一步地，所述执行模块包括启停控制器、报警器、冷水机组控制器、风阀执行器和显示器；所述DDC控制器通过信号转换及传输控制模块与执行模块相联；所述BA逻辑控制器驱动执行模块动作。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过采用P-BUS通讯协议使设备能周期地、可预测地取得网路的使用权，实现设备的确定性操作、实现数据的高速通信、实现网络的持续的管理；传感器、开关量采集模块、执行模块、BA逻辑主机、BA逻辑控制器、BA控制逻辑主机、DDC控制器的设置，使系统功能和控制的修改方便灵活，不需要现场重新布线，节约能源，提高效率，减少人力维护成本，以及监管不到位造成的能源浪费。

2、本发明中的BA逻辑主机、BA逻辑控制器、BA控制逻辑主机、DDC控制器通过控制层网络以RS458总线或P-BUS总线方式通信，采用分布智能式控制系统，控制层网络中任一节点故障时均不致影响系统的正常运行和信号的传输，布线安装施工简单，维护保养方便，节约大量成本，设备运行更加安全可靠，通过系统集成对接模块，对空调、风机、环境温湿度、安防报警等进行控制，满足多种场所的多功能用途，无需更换产品直接使用，节省了大量的集成费用以及设备费用。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于P-BUS总线的楼宇自动化控制系统的结构示意图；

图2为P-BUS总线拓扑结构图；

图3为TCP/IP协议五层模型系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3所示，本发明为基于P-BUS总线的楼宇自动化控制系统，包括BA服务器、BA工作站、系统集成对接模块、交换机、BA逻辑主机、BA逻辑控制器、BA控制逻辑主机、DDC控制器、传感器、开关量采集模块、执行模块；传感器通过RS458总线与BA逻辑控制器相联；传感器通过数据采集及信号转换传输模块与DDC控制器相联；开关量采集模块通过P-BUS总线分别与BA逻辑控制器、DDC控制器相联；执行模块分别与BA逻辑控制器、DDC控制器相联；DDC控制器通过RS458总线或P-BUS总线与BA逻辑主机相联；DDC控制器通过TCP/IP协议与交换机相联；BA逻辑控制器通过RS458总线与BA控制逻辑主机进行通信；BA控制逻辑主机通过TCP/IP协议与交换机相联；BA逻辑主机通过TCP/IP协议与交换机相联；交换机通过TCP/IP协议分别与系统集成对接模块、BA服务器、BA工作站相联。

其中，传感器包括液位传感器、温度传感器、一氧化碳传感器、流量传感器、压差传感器；传感器采集相对应监测点的液位信息、温度信息、一氧化碳浓度信息、流量信息、压差信息，并将采集的信息传输至BA逻辑控制器和DDC控制器。

其中，系统集成对接模块包括锅炉通信接口、电梯系统接口、变配电系统接口、冷水主机接口。

其中，BA逻辑主机内包括开关逻辑、比较逻辑、运算逻辑、送值逻辑、集合逻辑、调节逻辑、时间逻辑、时序逻辑、PID逻辑、浮点执行器逻辑、水泵逻辑，用于变风量VAV和通用HVAC控制的应用上。

其中，BA逻辑控制器包括若干空调专用控制逻辑，用于处理变风量VAV控制、自由编程、通用设备控制功能，BA逻辑控制器使用Pyxos Bus通信网络，自带的485-2总线支持若干modbus-rtu传感器的接入使用。

其中，TCP/IP协议采用TCP/IP五层模型；TCP/IP五层模型包括物理层、链路层、网络层、传输层、应用层；物理层采用霍夫曼编码信源编码、RS纠错码、PCM调制技术进行数据通信；链路层进行封装成帧、差错控制和透明传输；网络层通过路由器进行路由选择；传输层为通信双方提供数据传输；应用层采用FTP协议。

其中，执行模块包括启停控制器、报警器、冷水机组控制器、风阀执行器和显示器；DDC控制器通过信号转换及传输控制模块与执行模块相联；BA逻辑控制器驱动执行模块动作。

BA逻辑主机内含多种控制逻辑：开关逻辑：直通、取反、正脉冲触发开、正脉冲触发关、正脉冲取反等；比较逻辑：与或非、异或、同或、等于、大于、小于、不大于、不小于等；运算逻辑：加减乘除、取余数、取大值、取小值、取平均值、位运算、冷热量计算等逻辑；送值逻辑：接通送值、正脉冲送值、负脉冲送值、变化送值等逻辑；集合逻辑：在集合内、在集合外等逻辑；调节逻辑：接通递增、接通递减等逻辑；时间逻辑：定时开、定时关、条件开关；机组逻辑：控制空调主机的群控；时序逻辑：控制空调主机开启的检测以及顺序运行，判断空调主机是否具备开启条件；PID逻辑：控制送回风比或者加热水阀，根据送风温度实时调节；浮点执行器逻辑：部分阀门是浮点阀门的时候，可以使用此逻辑经行调节；水泵逻辑：根据水位控制水泵开关，均分开启水泵切换。可以用于变风量VAV和通用HVAC控制的各种应用上。

每个BA逻辑控制器都包含若干空调专用控制逻辑，主芯片专门用来处理变风量VAV控制；控制器提供了灵活的通用输入，以便外接传感器、数字输入、模拟输出；每个控制器可以自由编程，用户可以根据自己的需要去选择连接不同功能的模块并可以配置每个功能模块的属性。具有通用设备控制功能，通用设备包括热交换器，辐射板，加热单元，通风单元，风机盘管和热泵，而不需要中央风机，主要功能有通风，过滤，加热，制冷，加湿和散热。适合控制HVAC管网系统的蒸汽，热水和冷水；使用网络协议；TDM通信网络，速率为312.5Kbps；可以单机操作，也可以使用Pyxos Bus通信网络；自带的485-2总线可支持若干modbus-rtu传感器的接入使用，当传感器通信特性一致的时候可接入不同种传感器，不同厂家的元件、软件在TCP/IP、RS485等协议下可以无缝兼容，可保障系统运行、维保的稳定性，智能建筑系统包含很多系统，往往不同子系统之间需要联动或者集成。本发明P-BUS总线是标准Modbus协议，可以很好的与第三方设备经行集成以及联动，同时提供BACNET、KNX转485等其他系统对接网关，能够与很多其他系统经行对接集成联动。

每条P总线可以连接30个子模块；使用RS485或者TCP拓展逻辑主模块可控制更多子设备；使用软件设备配置，控制编程，自由定义输入输出功能；自定义网络变量；应用工程师可以对控制器自由编程，这样使得控制器可以满足各种不同的HVAC应用；具有重大事件报警，错误检测功能；内置区域控制功能，可做日程安排逻辑；通用设备控制及压力相关或压力无关的单管或双管制VAV控制；可以自由拆卸的接线端子，使得接线安装更加方便简单；无论是控制器壳体还是执行器都符合CE标准；额定电压：24V DC或者24VAC；单独的负载：最大2200VA阻性负载；外接传感器的输出电源：20Vdc；工作温度：工作与储藏：最低温度-20℃，最高温度65.5℃；相对湿度：5％～95％无凝露；实时时钟：运行范围：24小时，365天，万年历；掉电备份：24小时，0～50℃；大部分BA主逻辑模块都带有输入输出点；额定电压：24V DC或者24V AC，50～60Hz；干触点(DI)：去检测开环路，闭环路；模拟输入(AI)：模拟输入，可通过内置跳帽实现电流信号与电压信号转化；模拟输出(AO)：模拟输出必须同时为电流或电压信号；AO输出范围：电流输出4.0～20.0mA电压输出0Vdc～11Vdc；数字输出(DO)：可输出300VA阻性功率的设备。

P-BUS通信协议是基于Pyxos通讯协议，是一种基于分时复用技术(TDM)的链路层数据通信协议，使用双相PSK信号调制技术。所有设备都能够周期地、可预测地取得网路的使用权，也就是说，设备可以实现确定性的操作；在数据报中没有地址信息，只有数据，没有额外的数据开销；网路可以始终运行，不需要使用长的前导报文来进行网络中设备间的同步，因而可以实现数据的高速通信；不需要使用心跳技术，正常的设备在每一个属于自己的时间片都会发送数据，这样能够实现网络的持续的管理。Pyxos通信协议是一个严格遵循主/从网络结构的协议，在一个Pyxos网络中可以有一个主设备(Pilot节点)和最多32从设备(Point节点)。所有的通信均通过Pilot，在不同的从设备Point之间不支持报文路由。Pyxos通信使用短的数据包进行通信，Pyxos网络中有限的设备数目可以限制MAC延时，P-BUS可通过其内部网关对CAN或者BACNet等总线进行无缝兼容。

基于Pyxos FT技术的设备或组件之间相连接时，使用一对双绞线，支持多种灵活的连接方式：总线、星形、环形、菊花链形和任意的拓扑结构。这样的网络安装方式，可以减少材料和安装人员成本，此外，由于只使用一对双绞线，意味着能够有效降低由于线路原因所导致的网络故障。如图2所示，用总线拓扑时，总线的最大长度为400米，分支长度可以为0.3米，在总线的两端各是一个阻抗为105欧姆的阻容网络组成的终端匹配器，图中P代表Pyxos中的Point节点。

本实施例的一个具体应用为：

具体实施例一：

楼宇热源系统监控：热源系统主要设备包括锅炉、热水循环泵(一次、二次)、换热装置、软化水装置等。锅炉提供高温热水，经过换热装置进行热交换后提供热水供取暖或生活用；

传感器为水温度传感器、水压力传感器、流量传感器，执行模块为开关电动蝶阀执行器、流量开关、压力旁通阀，通过传感器采集锅炉系统内部参数，并将参数传输至BA逻辑控制器、DDC控制器，BA逻辑控制器、DDC控制器将接收的数据传输至BA控制逻辑主机、BA逻辑主机或交换机，BA服务器获取锅炉系统内部参数，根据对空调热需求进行预测，自动安排开机的台数，通过调节执行模块，使出水温度维持在设定值附近。

具体实施例二：

楼宇空气处理机组监控：空气处理机组是一种集中式空气处理系统，一般包括风机、加热器、冷却器以及过滤器各组件。其基本工作过程是：室外来的新风与室内的一部分回风混合后，经过过滤、加热(制冷)等处理后送入室内，以保持空气温湿度和洁净度；

传感器采用风道温度传感器、湿度传感器、风道二氧化碳传感器，执行模块采用风阀执行器，并设置有防冻开关，通过传感器实时采集参数，根据回风温度与设定值，调节水阀的开度，根据系统制定的时间表，定时启停机组，根据回风C02浓度调节新回风阀开度比例，具有过滤网堵塞报警及防冻保护功能。

具体实施例三：

楼宇冷源系统监控：冷源系统包括冷水机组、冷却塔、冷冻泵、冷却泵、输送管路等。一般情况下把冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵等冷源和附属设备安装在一起，组成制冷机房，用来完成制造冷冻水的任务。楼宇自控系统通过通讯接口方式读取冷水主机内部参数；

传感器为水温度传感器、水压力传感器、压差传感器、流量传感器，执行模块为开关电动蝶阀执行器、流量开关、液位开关，每个冷冻泵、冷却泵、冷却塔的控制点位都是手/自动状态、启停状态、故障报警，以及控制点位；在集分水器两侧安装温度传感器，采集进回水的温度；在风冷塔进出水两侧加温度传感器；在冷冻水、冷却水循环中段设置温度传感器采集温度；在集分水器两侧安装差压传感器，调节集分水器的压差平衡；有时候也需要采集压差旁通阀的状态开度；通过流量开关检测冷冻机运行是否正常；冷水主机和水泵根据建筑内的实际负荷、冷冻水总管回水温度和设备的均等运行时间原则顺序启停。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或若干实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.基于P-BUS总线的楼宇自动化控制系统，其特征在于，包括BA服务器、BA工作站、系统集成对接模块、交换机、BA逻辑主机、BA逻辑控制器、BA控制逻辑主机、DDC控制器、传感器、开关量采集模块、执行模块；

所述传感器通过RS458总线与BA逻辑控制器相联；所述传感器通过数据采集及信号转换传输模块与DDC控制器相联；

所述开关量采集模块通过P-BUS总线分别与BA逻辑控制器、DDC控制器相联；

所述执行模块分别与BA逻辑控制器、DDC控制器相联；

所述DDC控制器通过RS458总线或P-BUS总线与BA逻辑主机相联；所述DDC控制器通过TCP/IP协议与交换机相联；

所述BA逻辑控制器通过RS458总线与BA控制逻辑主机进行通信；所述BA控制逻辑主机通过TCP/IP协议与交换机相联；

所述BA逻辑主机通过TCP/IP协议与交换机相联；

所述交换机通过TCP/IP协议分别与系统集成对接模块、BA服务器、BA工作站相联。

2.根据权利要求1所述的基于P-BUS总线的楼宇自动化控制系统，其特征在于：

所述传感器包括液位传感器、温度传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、湿度传感器、流量传感器、压差传感器；

所述传感器采集相对应监测点的液位信息、温度信息、一氧化碳浓度信息、二氧化碳浓度信息、湿度信息、流量信息、压差信息，并将采集的信息传输至BA逻辑控制器和DDC控制器。

3.根据权利要求1所述的基于P-BUS总线的楼宇自动化控制系统，其特征在于，所述系统集成对接模块包括锅炉通信接口、电梯系统接口、变配电系统接口、冷水主机接口。

4.根据权利要求1所述的基于P-BUS总线的楼宇自动化控制系统，其特征在于，所述BA逻辑主机内包括开关逻辑、比较逻辑、运算逻辑、送值逻辑、集合逻辑、调节逻辑、时间逻辑、时序逻辑、PID逻辑、浮点执行器逻辑、水泵逻辑，用于变风量VAV和通用HVAC控制的应用上。

5.根据权利要求1所述的基于P-BUS总线的楼宇自动化控制系统，其特征在于：

所述BA逻辑控制器包括若干空调专用控制逻辑，用于处理变风量VAV控制、自由编程、通用设备控制功能；

所述BA逻辑控制器使用Pyxos Bus通信网络，自带的485-2总线支持若干modbus-rtu传感器的接入使用。

6.根据权利要求1所述的基于P-BUS总线的楼宇自动控制系统，其特征在于：

所述TCP/IP协议采用TCP/IP五层模型；所述TCP/IP五层模型包括物理层、链路层、网络层、传输层、应用层；

其中，所述物理层采用霍夫曼编码信源编码、RS纠错码、PCM调制技术进行数据通信；

其中，所述链路层进行封装成帧、差错控制和透明传输；

其中，所述网络层通过路由器进行路由选择；

其中，所述传输层为通信双方提供数据传输；

其中，所述应用层采用FTP协议。

7.根据权利要求1所述的基于P-BUS总线的楼宇自动化控制系统，其特征在于：

所述执行模块包括启停控制器、报警器、冷水机组控制器、风阀执行器和显示器；

所述DDC控制器通过信号转换及传输控制模块与执行模块相联；

所述BA逻辑控制器驱动执行模块动作。