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研究生:沈秉錡
研究生(外文):Shen Ping-Chi
論文名稱:BACnet通訊協定與建築耗能監測之研究
論文名稱(外文):The Study of BACnet Communication Protocol and Building Energy Monitoring
指導教授:蔡尤溪蔡尤溪引用關係
指導教授(外文):Chuah Yew Khoy
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:冷凍與低溫科技研究所
學門:工程學門
學類:其他工程學類
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
中文關鍵詞:BACnet直接數位控制器能源監測
外文關鍵詞:BACnetDirect Digital ControlEnergy monitoring
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本研究利用美國冷凍空調學會(ASHRAE)所制訂的建築物自動化控制網路通訊協定BACnet為基礎,探討數位式控制器與通訊協定之關係,針對BACnet通訊協定之背景、架構及BACnet所規定之物件、屬性及服務等相關內容加以討論,並利用Visual Basic程式開發工具撰寫一BACnet通訊程式與符合BACnet通訊協定標準之數位控制器進行通訊,再透過資料庫程式開發工具建立監測資料庫以收集數位控制所截取之監測資料。
另一方面,將BACnet之整合觀念應用於建築能源監測工作上,係利用數位式電錶截取建築物內各項耗能設備之電力消耗資料,透過BACnet之整合建立能源監測資料庫,以取得建築物內各項耗能設備之耗電比例及單位面積用電量強度DUI值(W/m 2)與單位面積耗電密度EUI值(kWh/m2.yr),以便於透過這些監測數據分析出此一建築物的耗能趨勢,決定出適合這幢建築物的節能空間及控制條件。
在案例實作方面,透過電力監測系統取得某一超級市場之DUI值及EUI值,另外亦利用這個實作完成兩種不同通訊協定BACnet與Modbus之間的通訊,藉以說明目前產業界利用閘道器來將原本非BACnet通訊協定格式轉換成為BACnet通訊格式的作法。
This study is based on BACnet communication protocol that was published by ASHRAE. The relationships between the DDC (Direct Digital Control) applications and network communication protocol are discussed. The backgrounds and frameworks of BACnet, including its protocol on “Objects, Properties, and Services” are described. Visual Basic programming was used to design a communication program to communicate with DDC that conforms to BACnet protocol. Database management programming was then used to collect data from DDC systems.
In addition, the integrated concept of BACnet is applied to the building energy monitoring. The energy consumption data were collected by digital power meters, and communicated via BACnet protocol so to integrate the building energy database. The building energy database includes the energy consumption of various equipments in the building, presented as Energy Use Intensity (EUI) and Demand Use Intensity (DUI). Analyzing monitoring data could help to understand the energy consumption trends, and in the analysis of energy saving potentials and control strategies for the building.
An example, energy monitoring system was used to acquire the energy consumption of various equipments of a supermarket, and presented as EUI and DUI. In this example was used gateway to translate and communicate two different protocols — BACnet and Modbus.
摘 要 i
ABSTRACT ii
致 謝 iii
目 錄 iv
表 目 錄 vi
圖 目 錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 簡介 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究方法與流程 2
1.4 章節架構 3
1.5 文獻回顧 4
第二章 數位式控制器與通訊協定之發展 5
2.1 控制器之演進 6
2.1.1 傳統控制器 6
2.1.2 直接數位控制器-DDC 8
2.1.3 分散式控制系統 10
2.2 通訊協定(系統) 11
2.2.1  OSI七層 13
第三章 建築物自動化與控制網路-BACnet 18
3.1 前言 18
3.2 BACnet介紹 19
3.3 BACnet簡化模型 20
3.4 BACnet物件 24
3.5 BACnet服務 28
3.5.1 物件存取服務 31
3.5.2 警報和事件服務 32
3.5.3 檔案存取服務 32
3.5.4 虛擬終端機服務 33
3.5.5 遠端設備管理服務 33
3.6 BACnet應用層 34
3.6.1 BACnet應用層模組 35
3.6.2 BACnet應用層協定資料單元編碼 38
3.6.2.1 BACnet應用層編碼-固定部份 39
3.6.2.2 BACnet應用層編碼-可變部份 44
3.6.3 BACnet網路層 47
3.6.3.1 BACnet網路層協定資料單元編碼 47
3.7 BACnet網路架構 50
3.8 BACnet/IP之應用 56
第四章 MS/TP區域網路之建立 58
4.1 MS/TP (資料鏈結層) 58
4.2 RS-485 (實體層) 59
4.3 MS/TP封包格式編碼規定 60
4.4 MS/TP型網路通訊實作 62
4.4.1 應用程式 63
4.4.2 通訊程式撰寫流程 66
4.4.3 封包傳送過程 70
4.5 資料庫連結 78
4.6 小結 79
第五章 BACnet在建築能源監測之應用 80
5.1 導論 80
5.2 建築物電力系統架構與監測項目 80
5.3 能源監測方法及安裝 81
5.4 能源監測資料庫 82
5.5 數位式電錶 84
5.6 遠端資料取得之網路連線方式 86
5.7 Modbus介紹 89
5.8 Modbus與BACnet 90
5.9 監測結果討論 92
第六章 結論 96
6.1 結論 96
6.2 未來研究方向 96
參考文獻 97
摘 要 i
ABSTRACT ii
致 謝 iii
目 錄 iv
表 目 錄 vi
圖 目 錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 簡介 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究方法與流程 2
1.4 章節架構 3
1.5 文獻回顧 4
第二章 數位式控制器與通訊協定之發展 5
2.1 控制器之演進 6
2.1.1 傳統控制器 6
2.1.2 直接數位控制器-DDC 8
2.1.3 分散式控制系統 10
2.2 通訊協定(系統) 11
2.2.1  OSI七層 13
第三章 建築物自動化與控制網路-BACnet 18
3.1 前言 18
3.2 BACnet介紹 19
3.3 BACnet簡化模型 20
3.4 BACnet物件 24
3.5 BACnet服務 28
3.5.1 物件存取服務 31
3.5.2 警報和事件服務 32
3.5.3 檔案存取服務 32
3.5.4 虛擬終端機服務 33
3.5.5 遠端設備管理服務 33
3.6 BACnet應用層 34
3.6.1 BACnet應用層模組 35
3.6.2 BACnet應用層協定資料單元編碼 38
3.6.2.1 BACnet應用層編碼-固定部份 39
3.6.2.2 BACnet應用層編碼-可變部份 44
3.6.3 BACnet網路層 47
3.6.3.1 BACnet網路層協定資料單元編碼 47
3.7 BACnet網路架構 50
3.8 BACnet/IP之應用 56
第四章 MS/TP區域網路之建立 58
4.1 MS/TP (資料鏈結層) 58
4.2 RS-485 (實體層) 59
4.3 MS/TP封包格式編碼規定 60
4.4 MS/TP型網路通訊實作 62
4.4.1 應用程式 63
4.4.2 通訊程式撰寫流程 66
4.4.3 封包傳送過程 70
4.5 資料庫連結 78
4.6 小結 79
第五章 BACnet在建築能源監測之應用 80
5.1 導論 80
5.2 建築物電力系統架構與監測項目 80
5.3 能源監測方法及安裝 81
5.4 能源監測資料庫 82
5.5 數位式電錶 84
5.6 遠端資料取得之網路連線方式 86
5.7 Modbus介紹 89
5.8 Modbus與BACnet 90
5.9 監測結果討論 92
第六章 結論 96
6.1 結論 96
6.2 未來研究方向 96
參考文獻 97
[1] ANSI/ASHRAE STANDARD 135-2001, A Data Communication Protocol For Building Automation and Control Networks, Atlanta, GA 30329
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