LonWorks現場總線在樓宇自控系統中的應用

摘要：智能建筑是建筑技術與計算機技術相結合的產物，是未來建筑發展的方向。現場總線是一種全數字化、全分散、全開放、可互操作和開放式互連的新一代控制系統，具有可靠性高、可維護性好、成本低、實時性強，實現了控制管理一體化的結構體系等優點。著重討論了LonWorks現場總線技術的特點并將其應用在智能建筑中，同時給出了基于LonWorks技術的樓宇自控系統設計的實例，提出LonWorks技術能有效地解決集散控制系統的通信難題。
關鍵詞：LonWorks總線；BA系統；智能建筑；智能節點

智能建筑(Intelligent Buildings)是建筑技術與計算機技術相結合的產物，是未來建筑發展的方向。智能建筑主要由樓宇自動化系統(Building AutomationSystem，BAS)通信自動化系統和辦公自動化系統組成。樓宇自動化系統是利用計算機及網絡技術、自動控制技術和通信技術構建的綜合管理和控制系統。

1 智能大廈自動化領域的幾種現場總線
上個世紀80年代，隨著計算機可靠性提高，價格大幅下降，出現了由多個計算機構成的集中、分散相結合的分布式控制系統(Distributed Control System，DCS)。DCS是利用計算機技術對生產過程進行集中監視、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，隨著控制技術、計算機技術、通信技術的發展，出現了基于現場總線的控制系統(Field ControlSystem，FCS)。FCS是一種全數字化、全分散、全開放、可互操作和開放式互連的新一代控制系統，具有可靠性高、可維護性好、成本低、實時性強、實現了控制管理一體化的結構體系等優點。現場總線開創了工業自動控制的新紀元，被譽為自動化領域的計算機局域網。鑒于FCS的許多優點，其已被廣泛應用到BAS控制領域，其中比較有代表性的現場總線有LonWorks，BACnet，CAN，EIB等。
(1)LonWorks
LonWorks技術是美國Echelon公司1991年推出的局域操作網，具有完整的開發系統平臺，包含所有設計、配置和支持控制網的元素，是目前最為先進的控制網絡技術。
(2)BACnet
BACnet是世界上第一個面向樓宇自動控制網絡的數據通信協議，代表了智能建筑發展的主流趨勢。它詳細闡述了系統組成單元相互分享數據實現的途徑、使用的通信介質、可以使用的功能以及信息如何翻譯的全部規則。它的最大優點是可以與Ethernet、LonWorks等網絡進行無縫集成，以解決不同廠家的樓宇自控系統相互間的通訊問題，故其不太適用于智能傳感器、執行器等末端設備。
(3)CAN
CAN總線最初是德國Bosch公司為設計汽車監控控制系統而提出的，現在它已經成為一種國際標準，在電力、石化、空調、建筑等行業均有應用。CAN的主要優點在于：采用8．B的短幀傳送；具有多種錯誤校驗方式；采用無損壞的仲裁技術；CAN芯片不但價格低而且供應商多。CAN的主要缺點在于其支持的節點數較少。
(4)EIB
歐洲安裝總線(European Installation Bus，EIB)1990年被提出，經過十多年的發展，已成為歐洲最有影響的建筑智能化現場總線標準。1999年EIB被引進中國的智能化建筑領域，并在上海同濟大學建立了EIB認證技術培訓中心。

2 LonWorks技術的特點
LonWorks技術是1991年由美國埃施朗(Eche―lon)公司推出的，LonWorks技術所使用的標準通信協議是LonTalk協議，該協議遵循國際標準化組織(ISO)1984年公布的開放系統互聯(OSI)參考模型的定義，它提供了(OSI)參考模型定義的全部7層協議，通過變量直接面向對象通信，網絡協議開放，可以實現互操作。每一個域最多有255個子網，每個子網最多可以有127個節點。所以，一個域最多可以有255×127=32 385個子網。LonWorks技術是專門為實時控制而設計的，在Lon網絡中大批設備(傳感器、執行器等)和Lon的控制節點相互配合，使用LonTalks協議，經過多種傳輸媒體進行節點之間的通信，靈活組成各種各樣的分布式智能控制系統。LonWorks技術能在控制層提供互操作的Lon現場總線技術，其安裝的節點數遠遠超過了任何其他現場總線產品，幾乎囊括了測控應用的所有范疇。更準確地說，LonWorks技術有效地解決了集散控制系統的通信難題。LonWorks控制網絡技術擁有諸多優點，集中體現在：
(1)Neuron芯片是LonWorks技術的核心元件，它內部帶有3個8位微處理器：1個用于鏈路層的控制；1個用于網絡層的控制；1個用于執行用戶的應用程序。該芯片還包括11個I／O口和完整的LonTalk通信協議。包括神經元芯片的Lon節點具有通信和控制功能，部分節點故障不會造成系統癱瘓，對系統的調試、維護和穩定性都有著重要的意義。
(2)LonWorks技術支持多種通信介質(雙絞線、電力線、電源線、光纖、無線和紅外)和它們的互聯。
(3)由于LonWorks技術直接面向對象通信。開發人員只需將主要精力花在Lon節點應用設計方面，而不需要專門去實現和測試傳輸線路和通信系統。
(4)LonWorks的微處理器接口程序，即MIP軟件。用MIP軟件可以開發出各種低成本的網關，從而使各種網絡的互聯成為輕而易舉的事情。
(5)提供LonBuilder，NodeBuilder，Neuron C及LonManager等強有力的開發工具平臺，給系統設計、維護和升級改造帶來極大的方便。