LonWorks技術(shù)在樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域的應用

1前言

樓宇自動(dòng)化系統（BAS）是按分布式信息與控制理論設計的集散監控系統（DCS），它是由計算機技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和人機接口技術(shù)相互發(fā)展滲透而產(chǎn)生[1]。然而，集散型控制系統還沒(méi)有從根本上解決系統內部通信問(wèn)題和分布式問(wèn)題，只是自成封閉系統，以固定集散模式和通信約定構成。因此，這種控制系統還很難適應智能大廈種類(lèi)繁多的設備檢測和控制要求。LonWorks技術(shù)是專(zhuān)門(mén)為實(shí)時(shí)控制而設計的、能在控制層提供互操作的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，作為局域網(wǎng)絡(luò )技術(shù)在控制領(lǐng)域的延伸和應用，LonWorks網(wǎng)絡(luò )是將控制系統按局域網(wǎng)絡(luò )（LAN）的方式進(jìn)行構造，用網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)代替LAN中的工作站，并將其安裝于監控現場(chǎng)，直接與各種監控傳感器和控制器相連。LonWorks網(wǎng)中每個(gè)節點(diǎn)間可以實(shí)現點(diǎn)到點(diǎn)的信息傳送，具有極其良好的互操作性，這樣使整個(gè)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現了無(wú)中心的真正的分布式控制模式。這種網(wǎng)絡(luò )集數據采集、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(dòng)化近年來(lái)正在向著(zhù)開(kāi)放系統迅速發(fā)展。在實(shí)時(shí)控制方面，實(shí)現可互相操作的現場(chǎng)總線(xiàn)LonWorks網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的通信協(xié)議LonTalk，為樓宇自動(dòng)化中的傳感器、執行器和控制器之間網(wǎng)絡(luò )化操作奠定了基礎。

2LonWorks技術(shù)概述及在樓宇自動(dòng)化系統的應用

2．1LonWorks技術(shù)簡(jiǎn)介L(cháng)onWorks技術(shù)是美國Echelon公司90年12月推出的一種現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，Lon（LocalOperatingNetwork）的意思為局部操作網(wǎng)絡(luò )，具有現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的一切特點(diǎn)?，F場(chǎng)總線(xiàn)是一種工業(yè)總線(xiàn)，它是自動(dòng)化領(lǐng)域中計算機通信體系最低層的低成本網(wǎng)絡(luò )。國際電工委員會(huì )（IEC）和現場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì )（FF）對現場(chǎng)總線(xiàn)作了如下定義：現場(chǎng)總線(xiàn)是連接智能現場(chǎng)設備和自動(dòng)化系統的數字式、雙向傳輸多分支結構的通信網(wǎng)絡(luò )[2]。目前，世界上許多著(zhù)名的自動(dòng)化廠(chǎng)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(chǎng)商已有3000多家，并安裝了500多萬(wàn)個(gè)節點(diǎn)。在中國，Echelon北京代表處于1995年成立，目前有六十多家中國廠(chǎng)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)已大量應用于各主要工業(yè)領(lǐng)域，如工業(yè)廠(chǎng)房、樓宇及家庭自動(dòng)化、農業(yè)、醫療和運輸業(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，在國際和國內都得到越來(lái)越廣泛的應用。更準確地說(shuō)LonWorks技術(shù)有效地解決了集散控制系統的通訊難題。

2．2LonWorks技術(shù)的主要性能特點(diǎn)LonWorks網(wǎng)絡(luò )系統由智能節點(diǎn)組成，每個(gè)智能節點(diǎn)可具有多種功能的I/O功能。用戶(hù)可以對節點(diǎn)進(jìn)行再編程，實(shí)現用戶(hù)自定義的算法和功能。節點(diǎn)結構如圖1所示，各個(gè)節點(diǎn)之間可通過(guò)不同的傳輸介質(zhì)進(jìn)行數據傳輸，并遵循ISO/OSI的7層模型，LonWorks技術(shù)包括監控網(wǎng)絡(luò )的設計、安裝、開(kāi)發(fā)和調試的一整套方法，要使用多種專(zhuān)用的硬件設備和軟件程序，主要包括以下幾個(gè)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(shí)現低成本的網(wǎng)絡(luò )控制成為可能。
在Neuron芯片中有3個(gè)8位的CPU，第一個(gè)CPU為介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制處理器，處理LonTalk協(xié)議的第一層和第二層，它包括驅動(dòng)通信子系統硬件和執行沖突避免算法；第二個(gè)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(shí)、背景診斷、軟件計時(shí)器、網(wǎng)絡(luò )管理和函數路徑選擇等，它還控制網(wǎng)絡(luò )通信口，物理地發(fā)送和接受數據包；第三個(gè)CPU為應用處理器，它執行用戶(hù)編寫(xiě)的代碼及用戶(hù)代碼所調用的操作系統服務(wù)。Neuron芯片的編程語(yǔ)言為NeuronC，它是從ANSIC中派生出來(lái)的，并對ANSIC進(jìn)行了冊減和增補。一個(gè)運行NeuronC應用程序的節點(diǎn)，最多可以說(shuō)明62個(gè)網(wǎng)絡(luò )變量。一個(gè)網(wǎng)絡(luò )變量可以是NeuronC變量或結構，其最大長(cháng)度可達31個(gè)字節。最多31個(gè)字節的數組可以被嵌入在一個(gè)結構里并作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò )變量來(lái)傳播。Neuron芯片有一個(gè)非常通用的通信口，它有五個(gè)引腳組成，利用這五個(gè)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(gè)引腳的通信口，也可以從具有11個(gè)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部計時(shí)時(shí)鐘。I/O口有四類(lèi)34個(gè)預編程的I/O對象，用來(lái)實(shí)現有效的測量、計時(shí)和控制應用操作。
2．2．2LonWorks技術(shù)的核心為L(cháng)onTalk通信協(xié)議，協(xié)議遵循由國際標準化組織（ISO）定義的開(kāi)放系統互連（OSI）模型，提供了7層協(xié)議所有內容的服務(wù)。在通信方式上采用一種改進(jìn)的CSMA（載波監聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)），稱(chēng)為帶預測的P-PersistentCSMA算法。