LonWorks技術在樓宇自動化領域的應用

1前言

樓宇自動化系統(tǒng)（BAS）是按分布式信息與控制理論設計的集散監(jiān)控系統(tǒng)（DCS），它是由計算機技術、自動控制技術、通信網(wǎng)絡技術和人機接口技術相互發(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)還很難適應智能大廈種類繁多的設備檢測和控制要求。LonWorks技術是專門為實時控制而設計的、能在控制層提供互操作的現(xiàn)場總線技術，作為局域網(wǎng)絡技術在控制領域的延伸和應用，LonWorks網(wǎng)絡是將控制系統(tǒng)按局域網(wǎng)絡（LAN）的方式進行構(gòu)造，用網(wǎng)絡節(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)絡實現(xiàn)了無中心的真正的分布式控制模式。這種網(wǎng)絡集數(shù)據(jù)采集、分析、控制和網(wǎng)絡通信為一體，十分適合于智能建筑進行分布式網(wǎng)絡管理和控制。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)絡技術的通信協(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)絡化操作奠定了基礎。

2LonWorks技術概述及在樓宇自動化系統(tǒng)的應用

2．1LonWorks技術簡介LonWorks技術是美國Echelon公司90年12月推出的一種現(xiàn)場總線技術，Lon（LocalOperatingNetwork）的意思為局部操作網(wǎng)絡，具有現(xiàn)場總線技術的一切特點。現(xiàn)場總線是一種工業(yè)總線，它是自動化領域中計算機通信體系最低層的低成本網(wǎng)絡。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[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。迄今為止，使用LonWorks技術的生產(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)絡的OEM行列，LonWorks控制網(wǎng)絡技術已大量應用于各主要工業(yè)領域，如工業(yè)廠房、樓宇及家庭自動化、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和運輸業(yè)等。LonWorks分布式測控網(wǎng)絡技術，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用。更準確地說LonWorks技術有效地解決了集散控制系統(tǒng)的通訊難題。

2．2LonWorks技術的主要性能特點LonWorks網(wǎng)絡系統(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)點進行再編程，實現(xiàn)用戶自定義的算法和功能。節(jié)點結(jié)構(gòu)如圖1所示，各個節(jié)點之間可通過不同的傳輸介質(zhì)進行數(shù)據(jù)傳輸，并遵循ISO/OSI的7層模型，LonWorks技術包括監(jiān)控網(wǎng)絡的設計、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備和軟件程序，主要包括以下幾個方面：

2．2．1LonWorks的技術核心是神經(jīng)元芯片Neuron，這種使用CMOSCLSI技術的神經(jīng)元芯片使實現(xiàn)低成本的網(wǎng)絡控制成為可能。
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)絡處理器、處理LonTalk協(xié)議的第三層到第六層，它進行網(wǎng)絡變量的處理、尋址、事務處理、證實、背景診斷、軟件計時器、網(wǎng)絡管理和函數(shù)路徑選擇等，它還控制網(wǎng)絡通信口，物理地發(fā)送和接受數(shù)據(jù)包；第三個CPU為應用處理器，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。Neuron芯片的編程語言為NeuronC，它是從ANSIC中派生出來的，并對ANSIC進行了冊減和增補。一個運行NeuronC應用程序的節(jié)點，最多可以說明62個網(wǎng)絡變量。一個網(wǎng)絡變量可以是NeuronC變量或結(jié)構(gòu)，其最大長度可達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個預編程的I/O對象，用來實現(xiàn)有效的測量、計時和控制應用操作。
2．2．2LonWorks技術的核心為LonTalk通信協(xié)議，協(xié)議遵循由國際標準化組織（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。在通信方式上采用一種改進的CSMA（載波監(jiān)聽多路訪問），稱為帶預測的P-PersistentCSMA算法。