LonWorks現場(chǎng)總線(xiàn)在樓宇自控系統中的應用

摘要：智能建筑是建筑技術(shù)與計算機技術(shù)相結合的產(chǎn)物，是未來(lái)建筑發(fā)展的方向。現場(chǎng)總線(xiàn)是一種全數字化、全分散、全開(kāi)放、可互操作和開(kāi)放式互連的新一代控制系統，具有可靠性高、可維護性好、成本低、實(shí)時(shí)性強，實(shí)現了控制管理一體化的結構體系等優(yōu)點(diǎn)。著(zhù)重討論了LonWorks現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的特點(diǎn)并將其應用在智能建筑中，同時(shí)給出了基于LonWorks技術(shù)的樓宇自控系統設計的實(shí)例，提出LonWorks技術(shù)能有效地解決集散控制系統的通信難題。
關(guān)鍵詞：LonWorks總線(xiàn)；BA系統；智能建筑；智能節點(diǎn)

智能建筑(Intelligent Buildings)是建筑技術(shù)與計算機技術(shù)相結合的產(chǎn)物，是未來(lái)建筑發(fā)展的方向。智能建筑主要由樓宇自動(dòng)化系統(Building AutomationSystem，BAS)通信自動(dòng)化系統和辦公自動(dòng)化系統組成。樓宇自動(dòng)化系統是利用計算機及網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)構建的綜合管理和控制系統。

1 智能大廈自動(dòng)化領(lǐng)域的幾種現場(chǎng)總線(xiàn)
上個(gè)世紀80年代，隨著(zhù)計算機可靠性提高，價(jià)格大幅下降，出現了由多個(gè)計算機構成的集中、分散相結合的分布式控制系統(Distributed Control System，DCS)。DCS是利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監視、操作、管理和分散控制的一種綜合控制系統。它的測量變送儀表一般是模擬儀表，因此屬于一種模擬數字混合控制系統。
90年代，隨著(zhù)控制技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，出現了基于現場(chǎng)總線(xiàn)的控制系統(Field ControlSystem，FCS)。FCS是一種全數字化、全分散、全開(kāi)放、可互操作和開(kāi)放式互連的新一代控制系統，具有可靠性高、可維護性好、成本低、實(shí)時(shí)性強、實(shí)現了控制管理一體化的結構體系等優(yōu)點(diǎn)?，F場(chǎng)總線(xiàn)開(kāi)創(chuàng )了工業(yè)自動(dòng)控制的新紀元，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)。鑒于FCS的許多優(yōu)點(diǎn)，其已被廣泛應用到BAS控制領(lǐng)域，其中比較有代表性的現場(chǎng)總線(xiàn)有LonWorks，BACnet，CAN，EIB等。
(1)LonWorks
LonWorks技術(shù)是美國Echelon公司1991年推出的局域操作網(wǎng)，具有完整的開(kāi)發(fā)系統平臺，包含所有設計、配置和支持控制網(wǎng)的元素，是目前最為先進(jìn)的控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。
(2)BACnet
BACnet是世界上第一個(gè)面向樓宇自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò )的數據通信協(xié)議，代表了智能建筑發(fā)展的主流趨勢。它詳細闡述了系統組成單元相互分享數據實(shí)現的途徑、使用的通信介質(zhì)、可以使用的功能以及信息如何翻譯的全部規則。它的最大優(yōu)點(diǎn)是可以與Ethernet、LonWorks等網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行無(wú)縫集成，以解決不同廠(chǎng)家的樓宇自控系統相互間的通訊問(wèn)題，故其不太適用于智能傳感器、執行器等末端設備。
(3)CAN
CAN總線(xiàn)最初是德國B(niǎo)osch公司為設計汽車(chē)監控控制系統而提出的，現在它已經(jīng)成為一種國際標準，在電力、石化、空調、建筑等行業(yè)均有應用。CAN的主要優(yōu)點(diǎn)在于：采用8．B的短幀傳送；具有多種錯誤校驗方式；采用無(wú)損壞的仲裁技術(shù)；CAN芯片不但價(jià)格低而且供應商多。CAN的主要缺點(diǎn)在于其支持的節點(diǎn)數較少。
(4)EIB
歐洲安裝總線(xiàn)(European Installation Bus，EIB)1990年被提出，經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，已成為歐洲最有影響的建筑智能化現場(chǎng)總線(xiàn)標準。1999年EIB被引進(jìn)中國的智能化建筑領(lǐng)域，并在上海同濟大學(xué)建立了EIB認證技術(shù)培訓中心。

2 LonWorks技術(shù)的特點(diǎn)
LonWorks技術(shù)是1991年由美國埃施朗(Eche―lon)公司推出的，LonWorks技術(shù)所使用的標準通信協(xié)議是LonTalk協(xié)議，該協(xié)議遵循國際標準化組織(ISO)1984年公布的開(kāi)放系統互聯(lián)(OSI)參考模型的定義，它提供了(OSI)參考模型定義的全部7層協(xié)議，通過(guò)變量直接面向對象通信，網(wǎng)絡(luò )協(xié)議開(kāi)放，可以實(shí)現互操作。每一個(gè)域最多有255個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)最多可以有127個(gè)節點(diǎn)。所以，一個(gè)域最多可以有255×127=32 385個(gè)子網(wǎng)。LonWorks技術(shù)是專(zhuān)門(mén)為實(shí)時(shí)控制而設計的，在Lon網(wǎng)絡(luò )中大批設備(傳感器、執行器等)和Lon的控制節點(diǎn)相互配合，使用LonTalks協(xié)議，經(jīng)過(guò)多種傳輸媒體進(jìn)行節點(diǎn)之間的通信，靈活組成各種各樣的分布式智能控制系統。LonWorks技術(shù)能在控制層提供互操作的Lon現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，其安裝的節點(diǎn)數遠遠超過(guò)了任何其他現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品，幾乎囊括了測控應用的所有范疇。更準確地說(shuō)，LonWorks技術(shù)有效地解決了集散控制系統的通信難題。LonWorks控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，集中體現在：
(1)Neuron芯片是LonWorks技術(shù)的核心元件，它內部帶有3個(gè)8位微處理器：1個(gè)用于鏈路層的控制；1個(gè)用于網(wǎng)絡(luò )層的控制；1個(gè)用于執行用戶(hù)的應用程序。該芯片還包括11個(gè)I／O口和完整的LonTalk通信協(xié)議。包括神經(jīng)元芯片的Lon節點(diǎn)具有通信和控制功能，部分節點(diǎn)故障不會(huì )造成系統癱瘓，對系統的調試、維護和穩定性都有著(zhù)重要的意義。
(2)LonWorks技術(shù)支持多種通信介質(zhì)(雙絞線(xiàn)、電力線(xiàn)、電源線(xiàn)、光纖、無(wú)線(xiàn)和紅外)和它們的互聯(lián)。
(3)由于LonWorks技術(shù)直接面向對象通信。開(kāi)發(fā)人員只需將主要精力花在Lon節點(diǎn)應用設計方面，而不需要專(zhuān)門(mén)去實(shí)現和測試傳輸線(xiàn)路和通信系統。
(4)LonWorks的微處理器接口程序，即MIP軟件。用MIP軟件可以開(kāi)發(fā)出各種低成本的網(wǎng)關(guān)，從而使各種網(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)成為輕而易舉的事情。
(5)提供LonBuilder，NodeBuilder，Neuron C及LonManager等強有力的開(kāi)發(fā)工具平臺，給系統設計、維護和升級改造帶來(lái)極大的方便。