LonWorks現(xiàn)場總線在樓宇自控系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：智能建筑是建筑技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是未來建筑發(fā)展的方向。現(xiàn)場總線是一種全數(shù)字化、全分散、全開放、可互操作和開放式互連的新一代控制系統(tǒng)，具有可靠性高、可維護(hù)性好、成本低、實(shí)時性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了控制管理一體化的結(jié)構(gòu)體系等優(yōu)點(diǎn)。著重討論了LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)的特點(diǎn)并將其應(yīng)用在智能建筑中，同時給出了基于LonWorks技術(shù)的樓宇自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)例，提出LonWorks技術(shù)能有效地解決集散控制系統(tǒng)的通信難題。
關(guān)鍵詞：LonWorks總線；BA系統(tǒng)；智能建筑；智能節(jié)點(diǎn)

智能建筑(Intelligent Buildings)是建筑技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是未來建筑發(fā)展的方向。智能建筑主要由樓宇自動化系統(tǒng)(Building AutomationSystem，BAS)通信自動化系統(tǒng)和辦公自動化系統(tǒng)組成。樓宇自動化系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)構(gòu)建的綜合管理和控制系統(tǒng)。

1 智能大廈自動化領(lǐng)域的幾種現(xiàn)場總線
上個世紀(jì)80年代，隨著計(jì)算機(jī)可靠性提高，價格大幅下降，出現(xiàn)了由多個計(jì)算機(jī)構(gòu)成的集中、分散相結(jié)合的分布式控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)。DCS是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種綜合控制系統(tǒng)。它的測量變送儀表一般是模擬儀表，因此屬于一種模擬數(shù)字混合控制系統(tǒng)。
90年代，隨著控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)(Field ControlSystem，F(xiàn)CS)。FCS是一種全數(shù)字化、全分散、全開放、可互操作和開放式互連的新一代控制系統(tǒng)，具有可靠性高、可維護(hù)性好、成本低、實(shí)時性強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)了控制管理一體化的結(jié)構(gòu)體系等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)場總線開創(chuàng)了工業(yè)自動控制的新紀(jì)元，被譽(yù)為自動化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。鑒于FCS的許多優(yōu)點(diǎn)，其已被廣泛應(yīng)用到BAS控制領(lǐng)域，其中比較有代表性的現(xiàn)場總線有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)，具有完整的開發(fā)系統(tǒng)平臺，包含所有設(shè)計(jì)、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是世界上第一個面向樓宇自動控制網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，代表了智能建筑發(fā)展的主流趨勢。它詳細(xì)闡述了系統(tǒng)組成單元相互分享數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)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(guī)則。它的最大優(yōu)點(diǎn)是可以與Ethernet、LonWorks等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無縫集成，以解決不同廠家的樓宇自控系統(tǒng)相互間的通訊問題，故其不太適用于智能傳感器、執(zhí)行器等末端設(shè)備。
(3)CAN
CAN總線最初是德國Bosch公司為設(shè)計(jì)汽車監(jiān)控控制系統(tǒng)而提出的，現(xiàn)在它已經(jīng)成為一種國際標(biāo)準(zhǔn)，在電力、石化、空調(diào)、建筑等行業(yè)均有應(yīng)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(yàn)方式；采用無損壞的仲裁技術(shù)；CAN芯片不但價格低而且供應(yīng)商多。CAN的主要缺點(diǎn)在于其支持的節(jié)點(diǎn)數(shù)較少。
(4)EIB
歐洲安裝總線(European Installation Bus，EIB)1990年被提出，經(jīng)過十多年的發(fā)展，已成為歐洲最有影響的建筑智能化現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。1999年EIB被引進(jìn)中國的智能化建筑領(lǐng)域，并在上海同濟(jì)大學(xué)建立了EIB認(rèn)證技術(shù)培訓(xùn)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(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議是LonTalk協(xié)議，該協(xié)議遵循國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)1984年公布的開放系統(tǒng)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，通過變量直接面向?qū)ο笸ㄐ牛W(wǎng)絡(luò)協(xié)議開放，可以實(shí)現(xiàn)互操作。每一個域最多有255個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)最多可以有127個節(jié)點(diǎn)。所以，一個域最多可以有255×127=32 385個子網(wǎng)。LonWorks技術(shù)是專門為實(shí)時控制而設(shè)計(jì)的，在Lon網(wǎng)絡(luò)中大批設(shè)備(傳感器、執(zhí)行器等)和Lon的控制節(jié)點(diǎn)相互配合，使用LonTalks協(xié)議，經(jīng)過多種傳輸媒體進(jìn)行節(jié)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(tǒng)。LonWorks技術(shù)能在控制層提供互操作的Lon現(xiàn)場總線技術(shù)，其安裝的節(jié)點(diǎn)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了任何其他現(xiàn)場總線產(chǎn)品，幾乎囊括了測控應(yīng)用的所有范疇。更準(zhǔn)確地說，LonWorks技術(shù)有效地解決了集散控制系統(tǒng)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(xiàn)在：
(1)Neuron芯片是LonWorks技術(shù)的核心元件，它內(nèi)部帶有3個8位微處理器：1個用于鏈路層的控制；1個用于網(wǎng)絡(luò)層的控制；1個用于執(zhí)行用戶的應(yīng)用程序。該芯片還包括11個I／O口和完整的LonTalk通信協(xié)議。包括神經(jīng)元芯片的Lon節(jié)點(diǎn)具有通信和控制功能，部分節(jié)點(diǎn)故障不會造成系統(tǒng)癱瘓，對系統(tǒng)的調(diào)試、維護(hù)和穩(wěn)定性都有著重要的意義。
(2)LonWorks技術(shù)支持多種通信介質(zhì)(雙絞線、電力線、電源線、光纖、無線和紅外)和它們的互聯(lián)。
(3)由于LonWorks技術(shù)直接面向?qū)ο笸ㄐ拧ｉ_發(fā)人員只需將主要精力花在Lon節(jié)點(diǎn)應(yīng)用設(shè)計(jì)方面，而不需要專門去實(shí)現(xiàn)和測試傳輸線路和通信系統(tǒng)。
(4)LonWorks的微處理器接口程序，即MIP軟件。用MIP軟件可以開發(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(qiáng)有力的開發(fā)工具平臺，給系統(tǒng)設(shè)計(jì)、維護(hù)和升級改造帶來極大的方便。