主頁（http://www.130131.com）：析LonWorks技術(shù)在樓宇自動化領(lǐng)域的應(yīng)用

【中國集群通信網(wǎng)】樓宇自動化系統(tǒng)(BAS)是按分布式信息與控制理論設(shè)計的集散監(jiān)控系統(tǒng)(DCS)，它是由計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)相互發(fā)展?jié)B透而產(chǎn)生[1]。然而，集散型控制系統(tǒng)還沒有從根本上解決系統(tǒng)內(nèi)部通信問題和分布式問題，只是自成封閉系統(tǒng)，以固定集散模式和通信約定構(gòu)成。因此，這種控制系統(tǒng)還很難適應(yīng)智能大廈種類繁多的設(shè)備檢測和控制要求。LonWorks技術(shù)是專門為實時控制而設(shè)計的、能在控制層提供互操作的現(xiàn)場總線技術(shù)，作為局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在控制領(lǐng)域的延伸和應(yīng)用，LonWorks網(wǎng)絡(luò)是將控制系統(tǒng)按局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)的方式進(jìn)行構(gòu)造，用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點代替LAN中的工作站，并將其安裝于監(jiān)控現(xiàn)場，直接與各種監(jiān)控傳感器和控制器相連。LonWorks網(wǎng)中每個節(jié)點間可以實現(xiàn)點到點的信息傳送，具有極其良好的互操作性，這樣使整個網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了無中心的真正的分布式控制模式。這種網(wǎng)絡(luò)集數(shù)據(jù)采集、分析、控制和網(wǎng)絡(luò)通信為一體，十分適合于智能建筑進(jìn)行分布式網(wǎng)絡(luò)管理和控制。樓宇自動化近年來正在向著開放系統(tǒng)迅速發(fā)展。在實時控制方面，實現(xiàn)可互相操作的現(xiàn)場總線LonWorks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的通信協(xié)議LonTalk，為樓宇自動化中的傳感器、執(zhí)行器和控制器之間網(wǎng)絡(luò)化操作奠定了基礎(chǔ)。

　　2LonWorks技術(shù)概述及在樓宇自動化系統(tǒng)的應(yīng)用

　　2.1LonWorks技術(shù)簡介

　　LonWorks技術(shù)是美國Echelon公司90年12月推出的一種現(xiàn)場總線技術(shù)，Lon(LocalOperatingNetwork)的意思為局部操作網(wǎng)絡(luò)，具有現(xiàn)場總線技術(shù)的一切特點�，F(xiàn)場總線是一種工業(yè)總線，它是自動化領(lǐng)域中計算機(jī)通信體系最低層的低成本網(wǎng)絡(luò)。國際電工委員會(IEC)和現(xiàn)場總線基金會(FF)對現(xiàn)場總線作了如下定義：現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)[2]。目前，世界上許多著名的自動化廠商和Honeywell、JohnsenControls、ABB、Philips、Hp等都采用了LonWorks技術(shù)。迄今為止，使用LonWorks技術(shù)的生產(chǎn)廠商已有3000多家，并安裝了500多萬個節(jié)點。在中國，Echelon北京代表處于1995年成立，目前有六十多家中國廠商加入了LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)的OEM行列，LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已大量應(yīng)用于各主要工業(yè)領(lǐng)域，如工業(yè)廠房、樓宇及家庭自動化、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和運(yùn)輸業(yè)等。LonWorks分布式測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它真正并徹底地貫徹了"分散控制、集中管理"的控制思想，在國際和國內(nèi)都得到越來越廣泛的應(yīng)用。更準(zhǔn)確地說LonWorks技術(shù)有效地解決了集散控

　　2.2LonWorks技術(shù)的主要性能特點

　　LonWorks網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由智能節(jié)點組成，每個智能節(jié)點可具有多種功能的I/O功能。用戶可以對節(jié)點進(jìn)行再編程，實現(xiàn)用戶自定義的算法和功能。各個節(jié)點之間可通過不同的傳輸介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并遵循ISO/OSI的7層模型，LonWorks技術(shù)包括監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、安裝、開發(fā)和調(diào)試的一整套方法，要使用多種專用的硬件設(shè)備和軟件程序，主要包括以下幾個方面：

　　2.2.1LonWorks的技術(shù)核心是神經(jīng)元芯片Neuron

　　這種使用CMOSCLSI技術(shù)的神經(jīng)元芯片使實現(xiàn)低成本的網(wǎng)絡(luò)控制成為可能。在Neuron芯片中有3個8位的CPU，第一個CPU為介質(zhì)訪問控制處理器，處理LonTalk協(xié)議的第一層和第二層，它包括驅(qū)動通信子系統(tǒng)硬件和執(zhí)行沖突避免算法;第二個CPU為網(wǎng)絡(luò)處理器、處理LonTalk協(xié)議的第三層到第六層，它進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變量的處理、尋址、事務(wù)處理、證實、背景診斷、軟件計時器、網(wǎng)絡(luò)管理和函數(shù)路徑選擇等，它還控制網(wǎng)絡(luò)通信口，物理地發(fā)送和接受數(shù)據(jù)包;第三個CPU為應(yīng)用處理器，它執(zhí)行用戶編寫的代碼及用戶代碼所調(diào)用的操作系統(tǒng)服務(wù)。Neuron芯片的編程語言為NeuronC，它是從ANSIC中派生出來的，并對ANSIC進(jìn)行了冊減和增補(bǔ)。一個運(yùn)行NeuronC應(yīng)用程序的節(jié)點，最多可以說明62個網(wǎng)絡(luò)變量。一個網(wǎng)絡(luò)變量可以是NeuronC變量或結(jié)構(gòu)，其最大長度可達(dá)31個字節(jié)。最多31個字節(jié)的數(shù)組可以被嵌入在一個結(jié)構(gòu)里并作為一個網(wǎng)絡(luò)變量來傳播。Neuron芯片有一個非常通用的通信口，它有五個引腳組成，利用這五個引腳可以配置成各種通信介質(zhì)接口(網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器)。Neuron芯片既可以從具有五個引腳的通信口，也可以從具有11個引腳的I/O口發(fā)送和接受信息。這些引腳可以用在不同的配置下，為外部硬件提供靈活的接口和接入芯片內(nèi)部計時時鐘。I/O口有四類34個預(yù)編程的I/O對象，用來實現(xiàn)有效的測量、計時和控制應(yīng)用操作。

　　2.2.2LonWorks技術(shù)的核心為LonTalk通信協(xié)議

　　協(xié)議遵循由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)定義的開放系統(tǒng)互連(OSI)模型，提供了7層協(xié)議所有內(nèi)容的服務(wù)。在通信方式上采用一種改進(jìn)的CSMA(載波監(jiān)聽多路訪問)，稱為帶預(yù)測的P-PersistentCSMA算法。

　　2.2.3LonTalk協(xié)議支持多種傳輸介質(zhì)

　　如雙絞線、電力線、超聲波、紅外線、光纖等。每一種介質(zhì)稱為一種信道，每一種信道有專用的收發(fā)器作為智能節(jié)點與通信介質(zhì)的接口器件。不同的傳輸信道可通過路由器實現(xiàn)互聯(lián)。在不同的介質(zhì)中有不同的傳輸速率，最高達(dá)到1.25Mbps，傳輸距離最遠(yuǎn)為2.7Km，每個信道最多可接3.2萬個節(jié)點。

　　2.2.4在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上，LonTalk協(xié)議支持分散的PeertoPeer的通信

　　節(jié)點可以組成總線型、環(huán)型、樹型等多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并可組成自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)通信采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，可使用一種稱為NeuronC的語言進(jìn)行編程。

　　2.3LonWorks與樓宇自動化

　　樓宇自動化是對智能建筑內(nèi)所有動力、樓宇設(shè)備進(jìn)行自動監(jiān)測和控制的系統(tǒng)，它通常是由中央管理站、通信控制器、DDC、傳感器和執(zhí)行器等組成的集散型控制系統(tǒng)(DCS)，也是一個開放的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。一般可以把建筑物自動化開放系統(tǒng)分成兩部分考慮：一部分是低速部分，主要涉及傳感器、執(zhí)行器和控制器所構(gòu)成的實時環(huán)境;另一部分是高速部分，主要涉及大量數(shù)據(jù)傳送和高級的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，如報警處理、命令優(yōu)先安排以及動態(tài)數(shù)據(jù)交換、開放數(shù)據(jù)庫連接等。建筑物樓宇自動化系統(tǒng)其各工作站之間的住處通信通常基于Ethernet網(wǎng)或TCP/IP協(xié)議，而下級通信控制器及DDC的通信則基于RS-232、RS-442協(xié)議，采用對等或令牌控制的信息傳輸。

　　現(xiàn)場總線是一種通信技術(shù)，它用數(shù)字儀表代替了模擬儀表，以串行通信方式取代傳統(tǒng)的4~20mA的模擬信號，一條現(xiàn)場總線可為眾多的可尋址現(xiàn)場設(shè)備實現(xiàn)多點連接，支持底層的現(xiàn)場智能設(shè)備與高層的系統(tǒng)通過公用傳輸介質(zhì)交換信息。更為關(guān)鍵的是用新一代的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS代替?zhèn)鹘y(tǒng)的集散型控制系統(tǒng)(DCS)，實現(xiàn)了現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成。傳統(tǒng)的DCS采用"操作站-控制站-現(xiàn)場儀表"三層主從結(jié)構(gòu)方式，而現(xiàn)場總線則把輸入/輸出單元，控制站的功能分散到現(xiàn)場智能儀表中。每個智能儀表都有自己的CPU單元，進(jìn)行測量、調(diào)節(jié)、診斷、輸出等功能的操作。每個智能儀表成為總線中的一個節(jié)點，節(jié)點間通過現(xiàn)場總線連接，任何一個節(jié)點的故障都不會影響到其它節(jié)點。因此，F(xiàn)CS比DCS具有更優(yōu)越的關(guān)系結(jié)構(gòu)，它與DCS系統(tǒng)的關(guān)鍵區(qū)別在于取消了龐大的集中測控分站，而將測量、控制、傳感器等劃分成更小的單元，并集成到被控對象中去，將計算處理能力向?qū)ο蠓稚�，并利用集中的上級計算機(jī)完成系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。LonWorks網(wǎng)絡(luò)的智能節(jié)點中包含溫度檢測、相對濕度檢測、二氧化碳檢測、風(fēng)門執(zhí)行器、變風(fēng)量控制、風(fēng)機(jī)盤管控制以及恒溫控制器、冷凍機(jī)、單元通風(fēng)器、墻掛式檢測器、閥門執(zhí)行器、報警及報警管理、數(shù)據(jù)記錄及趨勢分析等�；�于LonWorks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的樓宇自動化系統(tǒng)，如圖2所示，全面綜合了計算機(jī)、控制和通信技術(shù)，采用集散、現(xiàn)場總線等分布式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及先進(jìn)的管理技術(shù)。它主要由大量分散在智能建筑物內(nèi)部的各設(shè)備子系統(tǒng)以及作為核心對它們進(jìn)行測量、監(jiān)視、控制、管理和協(xié)調(diào)的LonWorks智能節(jié)點構(gòu)成，具體包括：
(中國集群通信網(wǎng) | 責(zé)任編輯：陳曉亮)