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第1章 工控领域和楼控领域的控制网络技术1

1.1 工控领域控制网络的发展及主要特点1

1.1.1 控制网络技术的发展1

1.1.2 控制网络的主要特点3

1.2 控制网络和信息网络的主要区别及常用的控制网络4

1.3 传统的控制总线6

1.3.1 RS-232总线6

1.3.2 RS-485总线8

1.4 现场总线9

1.4.1 什么是现场总线及主要种类9

1.4.2 PROFIBUS11

1.4.3 LonWorks总线技术13

1.4.4 ModBus16

1.4.5 CAN总线网络17

1.4.6 EIB19

1.4.7 CEBus22

1.5 工业以太网与实时以太网23

1.5.1 工业以太网及其特点23

1.5.2 工业以太网作为控制网络的技术优势24

1.5.3 实时以太网25

1.5.4 灵活组织控制网络的架构26

1.5.5 关于实时以太网的IEC 61784-2标准26

1.6 BACnet标准支持的控制网络26

1.6.1 楼宇自控系统通信网络架构26

1.6.2 BACnet支持的控制网络28

1.7 楼宇自控系统中常用控制网络和底层控制网络的选择28

1.7.1 楼宇自控系统中常用的控制网络28

1.7.2 底层控制网络的选择28

第2章 BACnet标准概述29

2.1 BACnet标准29

2.1.1 BACnet标准的推出29

2.1.2 BACnet标准的推广29

2.1.3 采用BACnet标准构建BAS的优点30

2.2 SPC 135P及工作组31

2.3 BACnet标准的主要组成内容和概要32

2.3.1 BACnet标准的主要组成内容32

2.3.2 BACnet标准概要38

2.4 国际和国内推广BACnet标准的组织43

2.4.1 ASHRAE SSPC 135委员会43

2.4.2 BACnet International43

2.4.3 BACnet Interest Group Europe(BIG-EU)43

2.4.4 Caba44

2.4.5 IPC44

2.4.6 PCI-SIG44

2.4.7 ARCnet Trade Association(ATA)44

2.4.8 BMA-BACnet制造商协会44

2.4.9 国内的相关组织44

2.4.10 国内近两年来开展关于BACnet标准技术交流的情况45

2.5 BACnet认证和BTL测试46

第3章 BACnet协议的体系结构和应用层48

3.1 OSI七层参考模型和BACnet简化体系结构的提出48

3.1.1 OSI七层参考模型及各层级数据的组织形式48

3.1.2 BACnet简化体系结构的提出51

3.2 BACnet简化的体系结构和支持的局域网52

3.2.1 BACnet简化的体系结构和各层功能52

3.2.2 BACnet标准支持的局域网53

3.3 BACnet网络中的一些基本组件54

3.3.1 BACnet网络中的物理网段、网段和网桥54

3.3.2 节点、半路由器和路由器54

3.4 BACnet网络的拓扑结构55

3.5 应用层57

3.5.1 应用层的模型57

3.5.2 有证实的应用层服务和无证实的应用层服务59

3.5.3 BACnet报文的分段59

3.5.4 BACnet APDU的传输60

3.5.5 应用层协议状态机63

3.5.6 BACnet对象66

3.5.7 BACnet标准的应用层服务70

3.5.8 应用层协议时序图72

第4章 BACnet的网络层、物理层和数据链路层77

4.1 BACnet网络层功能及对网络层的说明77

4.1.1 BACnet网络层功能77

4.1.2 BACnet网络层与TCP/IP网络层的区别77

4.2 BACnet网络层服务与PDU结构80

4.2.1 BACnet网络层服务80

4.2.2 BACnet网络层PDU结构81

4.3 网络层协议报文和运行规程82

4.3.1 网络层协议报文82

4.3.2 网络层协议运行规程83

4.4 BACnet路由器85

4.4.1 路由表和路由表的管理方式86

4.4.2 路由器的运行和路由器流量控制86

4.4.3 一种BACnet路由器产品87

4.5 BACnet数据链路和物理层规范88

4.5.1 BACnet数据链路／物理层支持和自定义的局域网技术88

4.5.2 BACnet的以太网规范88

4.5.3 BACnet的ARCnet局域网规范89

4.5.4 MS/TP局域网规范90

4.5.5 BACnet网络架构94

第5章 BACnet/IP网络95

5.1 IP网络与BACnet/IP互联协议的提出95

5.1.1 TCP/IP体系中的IP95

5.1.2 BACnet/IP网络的互联与BACnet/IP互联协议的提出99

5.2 B/IP PAD技术100

5.2.1 B/IP PAD技术（隧道技术）的基本原理100

5.2.2 B/IP PAD的实现结构100

5.3 BACnet/IP网络102

5.3.1 BACnet/IP互联网103

5.3.2 BVLL协议106

5.3.3 BBMD和FD108

5.3.4 BACnet/IP网络互联及路由器111

5.3.5 BACnet/IP和BACnet设备的混合网络113

第6章 BACnet标准与PTP及MS/TP网络116

6.1 MS/TP控制总线116

6.1.1 MS/TP协议116

6.1.2 MS/TP控制总线的基本组网方式116

6.1.3 接收数据帧状态机和Master节点状态机118

6.1.4 BACnet数据包接收、发送和提高BACnet MS/TP设备数据访问速度119

6.1.5 MS/TP网络物理层中的RS-485总线119

6.1.6 一个在MCU中实现的BACnet-MS/TP协议软件框架122

6.2 PTP网络123

6.2.1 BACnet PTP通信123

6.2.2 BACnet PTP通信的服务规范123

6.2.3 PTP的数据链路帧格式124

第7章 BACnet标准与LON及ARCnet网络126

7.1 LonWorks网络126

7.1.1 LonWorks技术的主要组成126

7.1.2 LonTalk协议127

7.1.3 Neuron神经元芯片137

7.1.4 收发器139

7.1.5 LonWorks节点技术140

7.1.6 Neuron C语言141

7.1.7 I/O对象145

7.1.8 网络变量146

7.1.9 LON网络148

7.1.10 LonWorks总线网络在BAS中的应用152

7.1.11 LonWorks总线网络与Internet的互联152

7.1.12 i.LON 600 LonWorks/IP服务器153

7.1.13 计算机网络与LonWorks控制网络的比较154

7.1.14 LonWorks系统的设计154

7.1.15 LonWorks网络控制技术系统开发实例157

7.2 ARCnet162

7.2.1 ARCnet概述162

7.2.2 ARCnet逻辑环建立和数据的接收与发送163

7.2.3 ARCnet的实时性164

7.2.4 数据链路层166

7.2.5 ARCnet网卡和集线器168

7.2.6 ARCnet的网络结构和最大网络长度168

第8章 BACnet标准与以太网171

8.1 以太网的标准系列171

8.1.1 IEEE 802标准系列171

8.1.2 IEEE 802.3以太网标准172

8.2 典型以太网技术173

8.2.1 10Base-T网络173

8.2.2 10Base-F网络174

8.2.3 IEEE 802.3u快速以太网174

8.2.4 千兆位以太网177

8.3 从标准以太网、快速以太网到千兆位以太网的升级180

8.3.1 网络环境需要更高的带宽180

8.3.2 交换机到交换机连接信道的升级180

8.3.3 交换机到服务器连接信道的升级180

8.3.4 对交换式快速主干以太网的升级181

8.3.5 网络升级的一些注意事项181

8.3.6 从标准和快速以太网向千兆位以太网升级的举例181

8.4 以太网与楼宇自控网络182

8.4.1 以太网进入工控和楼宇自控领域182

8.4.2 实现千兆位以太网的方法和用于工业控制及工业环境中的千兆位以太网185

8.5 万兆位以太网186

8.5.1 万兆位以太网的技术特点187

8.5.2 10000Base-ER和10000Base-EW187

8.5.3 10000Base-LR、10000Base-L4、10000Base-SR187

8.5.4 10000Base-SW188

8.5.5 万兆位以太网物理层标准和组网距离188

8.5.6 万兆位以太网的应用189

8.6 以太网信号帧结构189

8.7 物理层中数据的组织形态192

8.8 全双工交换式以太网193

8.8.1 交换式以太网193

8.8.2 全双工交换式以太网194

第9章 工业以太网与实时以太网197

9.1 工业以太网与实时以太网概述197

9.1.1 工业网络197

9.1.2 以太网、工业以太网和实时以太网197

9.1.3 关于现场总线和实时以太网的IEC 61158标准198

9.1.4 工业以太网与普通商用以太网产品199

9.1.5 工业以太网的速度和覆盖距离200

9.1.6 全双工及自动协商200

9.1.7 一个工业以太网控制系统201

9.2 设计和实现工业以太网应用系统要考虑的部分因素202

9.2.1 传输介质与拓扑结构202

9.2.2 以太网和控制网络的集成及硬件设备可靠性解决方案203

9.3 关于工业以太网和实时以太网技术的问题203

9.4 Ethernet/IP205

9.4.1 Ethernet/IP通信协议模型205

9.4.2 Ethernet/IP实时以太网系统结构207

9.5 PROFINET208

9.5.1 PROFINET简介208

9.5.2 PROFINET通信协议模型208

9.5.3 PROFINET技术中的部分重要概念209

9.5.4 PROFINET组网拓扑和子网211

9.5.5 PROFINET网络接口的技术规范211

9.5.6 优化的PROFINET网络212

9.5.7 PROFINET技术应用实例213

9 6 EtherCAT215

9.6.1 EtherCAT系统的结构216

9.6.2 EtherCAT网络中的主站、从站和通信协议模型217

9.6.3 EtherCAT网络拓扑结构和传输介质218

9.6.4 EtherCAT技术特点219

9.7 EPA220

9.7.1 EPA标准220

9.7.2 EPA通信协议和系统结构221

9.7.3 互通信与互操作223

9.7.4 开放性与安全223

9.8 ModBus/TCP224

9.8.1 ModBus/TCP工业以太网协议概述224

9.8.2 ModBus/TCP数据帧224

9.8.3 ModBus/TCP网络的体系结构及通信224

9.9 工业以太网监控系统的结构226

9.9.1 C/S结构226

9.9.2 B/S结构226

9.9.3 B/S与C/S相结合的体系结构227

9.10 工业以太网的部分主要设备227

9.10.1 一个工业以太网的解决方案227

9.10.2 工业以太网供电PoE交换机228

9.10.3 部分工业以太网PoE设备和终端229

9.10.4 工业以太网网关229

9.10.5 工业以太网中的交换机230

9.10.6 工业以太网中的路由器232

9.11 工业IP视频监控232

9.12 一些工业以太网的比较233

9.13 TCP/IP与现场总线通信协议结构的比较234

9.14 工业以太网的规划安装调试235

9.14.1 工业以太网和商用以太网的主要区别235

9.14.2 MICE环境参数和结构化布线标准236

9.14.3 工业以太网的网络结构和虚拟局域网237

9.14.4 规划和组建一个工业以太网要考虑的问题238

第10章 BAS及技术242

10.1 BAS基础知识242

10.1.1 BAS的功能和特点242

10.1.2 BAS的组成和监控对象243

10.1.3 BAS中的传感器和执行机构244

10.1.4 DDC功能和结构250

10.2 中央空调系统的冷源252

10.2.1 中央空调及冷源252

10.2.2 冷水机组的分类及运行原理252

10.2.3 制冷站的自动监测与控制254

10.3 中央空调热源系统259

10.3.1 热网和自备热源259

10.3.2 电热锅炉的运行及控制260

10.3.3 热交换器及控制260

10.4 新风机组及控制261

10.4.1 新风机组的控制原理和运行状态及参量监控261

10.4.2 新风机组运行控制与节能控制262

10.5 空调机组及自动控制263

10.5.1 空调机组的安装位置关系263

10.5.2 四管制空调机组的工作原理264

10.5.3 定风量空调机组运行状态及参量监控265

10.5.4 定风量空调机组的运行控制与节能运行266

10.6 风机盘管系统及控制267

10.6.1 风机盘管空调系统的工作原理267

10.6.2 风机盘管加新风系统269

10.7 变风量空调系统270

10.7.1 变风量空调系统简介270

10.7.2 VAV空调系统组成271

10.7.3 VAV空调机组的末端装置（VAVBOX）271

10.7.4 VAV空调系统基本原理272

10.7.5 VAV空调系统分类273

10.7.6 VAV空调系统特点276

10.7.7 一个典型的VAV空调机组控制276

10.7.8 VAV空调系统运行状态及参量监控276

10.7.9 VAV空调系统运行与节能控制277

10.7.10 变风量空调系统的设计279

10.8 通风系统自动控制282

10.9 空调房间热负荷和湿负荷计算及新风量确定282

10.9.1 空调房间热负荷及计算282

10.9.2 湿负荷及计算284

10.9.3 空调房间送风量的确定和空调系统新风量的确定285

10.10 BAS设计的基础知识286

10.10.1 BAS设计的范围和系统规模确定286

10.10.2 通信网络设计286

10.10.3 控制点规划287

10.10.4 中央管理机设计287

10.10.5 现场分站设计287

10.10.6 空调冷热水系统的一些参数设置288

10.10.7 中控室289

10.11 PID控制290

10.11.1 比例调节、积分调节和微分调节290

10.11.2 连续控制系统中的PID控制292

10.11.3 比例调节器的比例带293

10.11.4 三种调节作用的关系293

10.11.5 闭环控制和位式调节器294

10.12 中央空调系统各子系统的设计要点296

10.12.1 冷水机组控制系统设计要点296

10.12.2 新风机组、空调机组及风机盘管控制设计要点296

10.13 部分典型BAS的软硬件架构297

10.13.1 卓灵BAS297

10.13.2 施耐德TAC BAS299

10.13.3 METASYS BAS302

10.13.4 BACtalk BAS304

10.13.5 西门子Apogee BAS308

第11章 系统集成314

11.1 BAS集成概述314

11.1.1 BAS的系统集成314

11.1.2 系统集成概念的扩充315

11.2 系统集成的特点和系统集成的基本思想316

11.2.1 系统集成的特点316

11.2.2 系统集成的基本思想316

11.2.3 BAS集成的步骤317

11.3 系统网络结构设计和系统集成的水平层次317

11.3.1 系统网络结构设计317

11.3.2 系统集成的水平层次318

11.3.3 系统集成的信息流及信息单元矩阵描述318

11.4 BAS集成的技术模式320

11.4.1 以BMS为中心的集成模式320

11.4.2 采用BACnet或LonWorks技术的模式320

11.4.3 直接在以太网环境下进行系统集成320

11.4.4 采用数据库集成模式321

11.4.5 采用OPC技术及ODBC技术实现智能建筑系统集成321

11.5 BACnet体系下的系统集成322

11.5.1 BACnet体系在系统集成中具有的优势322

11.5.2 BACnet系统集成方法323

11.6 智能楼字系统集成工程应用实例325

11.6.1 某标志建筑的智能化系统集成工程325

11.6.2 某大厦建筑智能化管理系统中的系统集成案例326

11.7 智能楼宇系统集成的部分问题探讨328

11.7.1 系统集成的一些新特点329

11.7.2 使用以太网架构系统的集成技术正在迅速发展329

11.7.3 中间件技术在系统集成中的重大作用330

第12章 BACnet网关以及BACnet网络与异构网的互联331

12.1 BACnet网络的互操作域331

12.1.1 描述设备的通用方式和分层级的体系结构331

12.1.2 BACnet的互操作模型331

12.2 BACnet网关333

12.2.1 BACnet网关的主要作用333

12.2.2 一种支持BACnet总线的无线传感器网关334

12.2.3 LonWorks网络与BACnet网关334

12.2.4 ModBus与BACnet MS/TP互联的网关主要技术参数336

12.3 部分网关产品及性能参数337

12.3.1 Rogerwe Ⅱ网关（通信协议转换器PC-GATEWAY）337

12.3.2 EIB转BACnet/IP网关338

12.3.3 ModBus RTU转LonWorks网关338

12.3.4 ModBus转BACnet/IP网关339

12.3.5 ModBus转BACnet MS/TP网关339

12.4 BACnet与蓝牙网络的互联互通340

12.5 关于BACnet网关的开发343

12.5.1 BACnet网关343

12.5.2 BACnet网关开发中的程序调试343

第13章 应用系统举例及分析345

13.1 BACnet系统的说明和设计345

13.2 应用BACnet协议的控制器产品举例346

13.2.1 Delta的ORCA系列产品和应用346

13.2.2 CornfortPoint控制器及BAS的组织347

13.3 BACnet标准在冷水机组群控方面的应用350

13.3.1 系统组成350

13.3.2 地址、设备编号与冷水机组内部参数表350

13.3.3 地址和通信接口绑定351

13.3.4 有效的群控方法352

13.4 BACnet应用系统中的无线传感器网络352

13.4.1 无线传感器网络352

13.4.2 ZigBee网络与BACnet的互联354

13.4.3 ZigBee网络在BACnet系统中的扩展应用354

13.5 基于BACnet/Web Services BAS356

13.5.1 Web技术和XML356

13.5.2 XML-Web Services360

13.5.3 Web集成技术361

第14章 BACnet技术的发展和技术融合363

14.1 现代建筑中的通信网络覆盖和网络融合363

14.1.1 现代建筑中的通信网络覆盖363

14.1.2 网络融合364

14.2 信息域网络与测控网络的互联互通365

14.3 短距离无线网络的互联互通368

14.3.1 楼宇自控网络选择368

14.3.2 什么是短距离无线网络的互联互通368

14.3.3 应用方向及前景370

14.4 构建楼宇自控网络的优化模式371

14.4.1 现有楼宇自控网络的结构特点及不足371

14.4.2 现有楼宇自控网络的结构缺欠372

14.4.3 架构楼宇自控网络的模式选择375

14.4.4 优化的楼宇自控网络模式及组织376

14.5 BACnet标准支持的楼宇自控网络的比较378

14.5.1 性价比排序378

14.5.2 ISO 8802.3局域网的优、缺点378

14.5.3 选用ARCnet的考虑379

14.5.4 选用MS/TP网络的考虑379

14.5.5 选用LON网络的考虑379

14.6 BACnet标准与IPv6380

14.6.1 IPv6的地址结构和地址配置380

14.6.2 IPv6地址体系结构381

14.6.3 IPv4向IPv6的过渡382

14.6.4 新技术对网络地址资源的需求和IPv6384

14.6.5 BACnet标准与IPv6385

14.7 关于BACnet标准有待商榷的问题386

参考文献389