梁銳

（上海美控智慧建筑有限公司）

1 引言

20 世紀(jì)70年代開(kāi)始發(fā)展的樓宇自控系統(tǒng)已逐漸發(fā)展成為一個(gè)全球性產(chǎn)業(yè)。據(jù)樓宇服務(wù)咨詢公司BSRIA估計(jì)，2017年，僅樓宇自控系統(tǒng)硬件和軟件的銷售額就超過(guò)了70億美元，而附加服務(wù)可能會(huì)使這一數(shù)字翻番。中國(guó)樓控市場(chǎng)經(jīng)歷了30年的發(fā)展，到了2021年，加上樓宇自控系統(tǒng)的附加服務(wù)（通信設(shè)備、盤柜、線纜）以及調(diào)試、維保服務(wù)，才71億元左右（見(jiàn)圖1）——除了受限于中國(guó)建筑建設(shè)和運(yùn)營(yíng)模式，缺少合適的通信技術(shù)也是影響整個(gè)樓宇自控市場(chǎng)發(fā)展的重要瓶頸[1]。

圖1 2021中國(guó)樓宇自控行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模及構(gòu)成

2 MDV-link通信技術(shù)介紹

現(xiàn)有的樓宇自控行業(yè)里的總線通信技術(shù)里，既有起源于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的Mobus 技術(shù)，還有起源于采暖、通風(fēng)、空調(diào)行業(yè)的BACnet技術(shù)，甚至包括專為樓宇設(shè)計(jì)的Lonworks 技術(shù)，汽車行業(yè)CAN 技術(shù)等等，都受限于起源時(shí)期的時(shí)代背景和行業(yè)技術(shù)局限，各自的通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)都采用各自封閉的形式，不同廠家的DCS 系統(tǒng)之間以及DCS 與樓宇自控系統(tǒng)之間難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和信息互聯(lián)，更是滿足不了施工應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于布線，抗干擾的諸多要求，比如強(qiáng)弱電分離、手拉手總線連接、必須用屏蔽線或者雙絞線、增加匹配電阻等等諸多要求[2]。不僅僅是現(xiàn)場(chǎng)施工難度大，對(duì)施工人員技能要求高，對(duì)于施工成本和周期也是造成很大的增加；MDV-link通信技術(shù)是我國(guó)基于樓宇自控行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)開(kāi)發(fā)的，采用TDMA通信機(jī)制，充分考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性，在實(shí)現(xiàn)供電同時(shí)進(jìn)行通信，從硬件及底層算法進(jìn)行創(chuàng)新，通過(guò)對(duì)應(yīng)的主站芯片、從站芯片的主從機(jī)制；在簡(jiǎn)化安裝、降低出錯(cuò)率，通信總線抗干擾，帶載供電以及近零的待機(jī)功耗等參數(shù)上都有明顯的優(yōu)勢(shì)，是目前樓宇自控行業(yè)通信技術(shù)的最優(yōu)選擇之一?；贛DV-link通信芯片的設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖2）主要包括三個(gè)部分：①通過(guò)整流橋、接收模塊和發(fā)送模塊實(shí)現(xiàn)芯片的通信功能；②由輔助功能電路和恒流穩(wěn)壓源主要構(gòu)成芯片的電源部分，確保芯片電路正常的供電電源；③由供電切換電路和LDO 穩(wěn)壓源組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)從電路的電路供電。

圖2 MDV-link通信芯片收發(fā)電路[3]

3 MDV-link通信技術(shù)特點(diǎn)分析

3.1 任意拓?fù)?、自由連接

MDV-link 基于主從通信結(jié)構(gòu)、供電、任意拓?fù)洹⒖垢蓴_等樓宇自控行業(yè)設(shè)計(jì)和施工的五大痛點(diǎn)，采用電壓電流混合通信方案，通過(guò)從對(duì)主回傳數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)高頻脈沖電流，融合寬幅電壓混合通信技術(shù)基于通信線帶載的需求和主從結(jié)構(gòu)，主機(jī)下發(fā)數(shù)據(jù)采用寬幅電壓(0-24V)基帶傳輸，方向圍繞供電效率和減小反射帶來(lái)的影響，避開(kāi)任意拓?fù)鋷?lái)的多點(diǎn)終端反射問(wèn)題的同時(shí)大幅提升了抗干擾能力。

通過(guò)主對(duì)從下發(fā)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)寬幅電壓調(diào)制（見(jiàn)圖3），保證供電能力的同時(shí)大幅提高了信噪比，減弱反射、噪聲等帶來(lái)的影響，同時(shí)結(jié)合電平配脈寬識(shí)別算法、總線電荷泄放技術(shù)、總線短路檢測(cè)識(shí)別算法、短路恒流恢復(fù)檢測(cè)技術(shù)、MOSFET無(wú)極通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了通信線兩芯無(wú)極、任意拓?fù)?、自由連接，樓宇自控系統(tǒng)里面各系統(tǒng)設(shè)備之間的任意快速連接，省時(shí)省錢省成本。

圖3 單一幅值調(diào)制為幅值配脈寬 ＜Vmin 10∽45us

3.2 強(qiáng)抗干擾性，不需屏蔽線

通過(guò)創(chuàng)數(shù)據(jù)模型波形比對(duì)還原重構(gòu)技術(shù)，基于類圖像識(shí)別，面積比對(duì)的理念，實(shí)現(xiàn)了波形衰減和畸變后最大限度的正確識(shí)別。根據(jù)樓宇現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備靈活安裝的特點(diǎn)，長(zhǎng)距離、多節(jié)點(diǎn)，復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的不確定性，安裝、線材參數(shù)的不確定性、長(zhǎng)時(shí)間參數(shù)的衰退和老化，導(dǎo)致接收端信號(hào)波形也具有不確定的衰減和畸變，加上當(dāng)前濾波效果和MCU端口固定閾值高低電平單點(diǎn)采樣識(shí)別判斷的局限性，給機(jī)器各類工程現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間通信穩(wěn)定性帶來(lái)了挑戰(zhàn)。基于傳統(tǒng)的濾波只能解決短時(shí)間峰值平滑，部分特定頻率有效，對(duì)于整個(gè)信號(hào)波形長(zhǎng)時(shí)間大幅值的畸變，難以起作用。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，創(chuàng)新性的采用IIR數(shù)字濾波技術(shù)、通信電壓平臺(tái)實(shí)時(shí)校準(zhǔn)技術(shù)、基于上升沿的基準(zhǔn)波形構(gòu)建技術(shù)、數(shù)據(jù)模型比對(duì)算法等關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)基準(zhǔn)波和實(shí)際波形的多點(diǎn)比對(duì)（見(jiàn)圖4），從圖像識(shí)別及概率的方向上實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)濾波所不能達(dá)到的效果，最大程度將波形還原回來(lái)，技術(shù)上保證了機(jī)器的市場(chǎng)環(huán)境適應(yīng)能力和長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

圖4 數(shù)據(jù)模型比對(duì)算法還原

通過(guò)數(shù)據(jù)模型比對(duì)算法還原重構(gòu)技術(shù)，信號(hào)識(shí)別由傳統(tǒng)的單點(diǎn)固定閾值識(shí)別轉(zhuǎn)變?yōu)槊娣e比對(duì)的思想，在有干擾的情況下，從數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)受干擾波形的理論最大概率正確識(shí)別。

3.3 分時(shí)控制、安全可靠

通過(guò)三狀態(tài)的總線精準(zhǔn)分時(shí)傳輸控制技術(shù)，采用三電平五時(shí)段配合的總線時(shí)序，實(shí)現(xiàn)了電源和信號(hào)的精準(zhǔn)分時(shí)傳輸，無(wú)須傳統(tǒng)載波技術(shù)每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)需要的信號(hào)加載和耦合的電容，信號(hào)阻斷的大電感，以最低成本和體積實(shí)現(xiàn)通信線供電，完美解決了樓宇系統(tǒng)里面占據(jù)50%以上空調(diào)份額的多聯(lián)機(jī)40年同冷媒系統(tǒng)所有室內(nèi)機(jī)必須統(tǒng)一供電的要求，實(shí)現(xiàn)靈活分開(kāi)供電。首創(chuàng)了總線分時(shí)傳輸控制技術(shù)，創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)了總線三種控制時(shí)序狀態(tài)（見(jiàn)圖5），結(jié)合節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘一致校準(zhǔn)技術(shù)、通信供電時(shí)間變比技術(shù)、通信0和1波形最優(yōu)組合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)同一個(gè)介質(zhì)既傳輸電源，又傳輸信號(hào)，同時(shí)電源和信號(hào)無(wú)須額外分離，相比傳統(tǒng)載波技術(shù)，每個(gè)通信設(shè)備節(jié)點(diǎn)，無(wú)須信號(hào)加載和耦合的電容，無(wú)須阻斷信號(hào)的大電感，沒(méi)有電感電容參數(shù)計(jì)算選擇不合適導(dǎo)致的通信質(zhì)量問(wèn)題，使得小體積和大規(guī)模應(yīng)用成為可能；通信線雖然帶載，但是完全符合IEC/EN 60335 SELV 安全低電壓設(shè)計(jì)，100%保證安裝維修使用過(guò)程中的人身安全。

圖5 精準(zhǔn)分時(shí)傳輸控制技術(shù)

4 應(yīng)用前景分析

MDV-link 通信技術(shù)是圍繞樓宇自控布線的痛點(diǎn)量身設(shè)計(jì)的新型通信技術(shù)，不僅僅解決了布線中材的成本問(wèn)題，同時(shí)也大大地降低了現(xiàn)場(chǎng)施工的難度和周期；比如中央空調(diào)行業(yè)里，通信布線占據(jù)整個(gè)施工10%～15%的安裝量，MDV-link 通信技術(shù)由于具備任意拓?fù)?，自由連接以及不須使用屏蔽線等功能，可以減少1/3 左右通信線材，普通線材比屏蔽線成本減少1/3 以上，安裝工人的工作量也減少1/3 以上，這三個(gè)1/3無(wú)論是社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益都是巨大的。如果把MDV-link 通信技術(shù)擴(kuò)展至樓宇內(nèi)部消防、安防、照明、電梯等行業(yè)，例如消防各類探頭、應(yīng)急疏散、電氣火災(zāi)監(jiān)控、防火門監(jiān)控等等均需用到既通信又供電的通信總線，通信的節(jié)點(diǎn)數(shù)、距離都遠(yuǎn)多于中央空調(diào)，對(duì)任意拓?fù)?、自由連接、無(wú)須屏蔽線的要求更強(qiáng)烈。

那這個(gè)社會(huì)效益將是更為巨大的。

MDV-link 通信技術(shù)對(duì)于通信總線精準(zhǔn)分時(shí)傳輸控制技術(shù)，比如在系統(tǒng)待機(jī)期間，通過(guò)通信線給子設(shè)備供電，在有需求信息的時(shí)候喚醒總線，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)接近為0 的功率消耗實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的可能性；如在太陽(yáng)能系統(tǒng)里，輸出就是直流，只需直接抬高M(jìn)DVlink通信專用通信芯片的供電電壓，無(wú)須增加逆變并網(wǎng)電路，就能實(shí)現(xiàn)整套系統(tǒng)極低功耗待機(jī)，為低碳實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的可能。

5 結(jié)語(yǔ)

MDV-link 通信技術(shù)很好地解決了目前通信應(yīng)用上的痛點(diǎn)，比如對(duì)于布線路線和線材要求高，待機(jī)功耗偏大等等，如果能夠推廣普及到整個(gè)樓宇自控行業(yè)，將對(duì)整個(gè)行業(yè)帶來(lái)革命性影響。