基于Lon Works的樓宇電氣自動化檢測控制技術研究

劉 磊

平頂山中選自控系統有限公司工，河南 平頂山 467001

在科技飛速進步，社會經濟快速發展的今天，樓宇的智能化也越來越普及，智能建筑是高科技與現代建筑的巧妙結合，是綜合經濟國力的具體表現。作為基礎的組成部分，樓宇電氣自動化在智能型建筑中的地位舉足輕重。樓宇電氣化系統實現了計算機控制網絡與管理的數據共享，利用數據庫自動存儲樓宇設備的運行數據與歷史故障信息，能夠進行設備運行狀態的實時監控、故障診斷及自動報警，從而現代對信息數據的有效管理。所以，對樓宇的電氣自動化系統進行實時檢測，并加以有效控制，對保證建筑內最佳生活與工作環境，保障樓宇整體的安全水平具有非常重要的意義。

1 樓宇電氣自動化系統的工作原理

21世紀的樓宇自動化系統是基于網絡集成的系統，面向不同層次的需求提供各種完善的開放性技術，通過網絡集成系統對各個層次進行集成，實現現場層、自動化層到管理層的管理系統和控制系統一體化。樓宇電氣自動化系統采用現場被控制處的微型計算機對被控設備進行實時的檢測和控制。因此，該系統具有集中管理分散控制的特點，能夠彌補中央控制系統危險性高度集中的缺陷。中央管理計算機安裝于中央控制室，基于現代控制理論，能夠集中操作、顯示、預警、打印及優化控制，避免了常規設備控制功能單一的局限性。通過對建筑內各種機電設備的信息數據進行分類處理，決策最優化的控制手段，實現不同層次系統設備的集中監控和管理，以達到保證系統運行的高效有序，降低故障發生率，節省能耗，提高管理水平的目的。

2 Lon Works在樓宇電氣自動化檢控中的優越性

Lon Works即現場總線，是指以系統內測量和控制機器間的數字通訊為主的網絡，利用該網絡將各種傳感器、操作終端和控制器之間的通訊進行特化。經過通訊的數字化，使時間分割、多重化、多點化成為可能，從而實現高性能化、高可靠化、保養簡便化、節省配線。Lon Works技術能夠實現不同廠商建筑設備一體化兼容，使各個子系統和設備間進行自由數據交流，從而獲得最佳檢測控制效果。

2.1 實現了現場全數字化網絡通信

傳統檢控系統采用分級策略，難以實現前端數據的數字化通信，不能保證長距離數據傳輸的可靠性。Lon Works技術采用面向對象的“網絡變量”設計方法，對數據信息進行就近處理，將結果通過網絡傳送，保證通信的可靠性；簡化可復雜分布式應用編程，實現了系統分布式數據的靈活化。

2.2 拓撲結構靈活，通信協議可靠

Lon Works通過多種收發器構成不同的拓撲結構網絡，收發器支持的傳輸介質也實現多樣化。用戶可根據實際情況采用經濟可靠的介質材料組構網絡。在130m范圍內，網絡通信的速率可達到1.25Mbps。并且采用CSMA作為Lon Works協議的沖突檢測，能夠保證網絡在重載狀態下不會癱瘓。

2.3 Neuron智能芯片提供網絡通信物質基礎

Neuron芯片是高度集成的神經芯片，為Lon works的節點心臟。該芯片采用CMOSCLSI技術，含有三個8位CPU。該CPU的職能為介質訪問控制、網絡處理和應用處理，實現了節點的智能化。作為基本的可編程控制單元，Neuron芯片能夠在控制對象發生變更時，通過改變其用戶程序實現功能的適用化。

3 Lon works檢控系統的開發

3.1 樓宇內現場總線網絡資源的確定

首先，依據使整個網絡的物理連接盡量簡單化和連接介質最大經濟可靠化的原則，確定網絡拓撲結構。

然后，利用建筑內已有的或準備鋪設的電氣設備線路，確定網絡不通段路德傳輸介質類型和通過能力。

在上述工作的基礎上，以實現節點利用率最大化為原則確定系統的節點數量和其具體的布置位置。

最后，通過調查訪問了解用戶是否需要建立電氣自動化系統和其他網絡的互聯，對整個網絡結構進行規劃。

3.2 單節點的確定和節點功能的分配

首先，采用Lon Works對象對節點的外部接口信息進行定義，并描述該節點與其他節點的共享數據。然后，在Neuron芯片上利用Neuron C語言編寫節點應用程序，將Lon Works對象的描述映射到該應用程序。用戶只需進行兩項行為便能實現電氣自動化系統的智能檢控，即指定需要通過網絡傳遞的信息，進行網絡變量的定義；以及指定該信息的發送者與接受者，進行網絡變量的捆綁。

圖1 樓宇內溫度的網絡捆綁

上圖為利用Lon Works技術建立網絡變量的定義與捆綁，對樓內溫度進行檢控。從圖中可以看出，采用3個Lon Works設備即可對冷熱源對象的溫度進行控制。一是將溫度值定義為輸出網絡變量的溫度傳感器；二是將設定值定義為輸出網絡變量的設定器；三是PID調節器。

系統中具體的Neuron C語句如下：

3.3 檢控網絡集成與測試

首先，采用LonBuilder網絡管理器在實驗室對所有的節點或部分節點集成和調試。然后，通過網絡管理器向每個節點配置網絡地址，對每個網絡變量的變量地址進行綁定。最后，建立并維護節點、路由器數據庫等因子，實現所有用戶信息對網絡管理器的透明化，進行自動檢控管理。開發者通過顯示、觀察和修改網絡上的任意節點變量，對節點的工作狀態進行檢測與控制。

3.4 檢測網絡的安裝與調試

檢測網絡在現場采用LonWorks LonMaker安裝工具進行系統安裝。對實際地址進行分配，網絡變量進行捆綁，實際節點進行配置之后，采用LonManager協議對網絡性能、診斷網絡承載能力、通道容量及節點吞吐兩進行分析，確保系統的正常高效運行。

4 結論

1）樓宇電氣自動化系統的智能檢測技術目前國內外研究甚多，但基于Lon Works的檢測系統優勢更突出，應用前景更廣泛；

2）Lon Works技術在電氣自動化檢測控制中原理簡單，結構明晰，應用便捷，具有良好的實用性和推廣性；

3）新系統的開發需要更多的現場應用來驗證其效能，在現場安裝中，需要根據實際情況選擇最優的介質材料，組成合理的網絡結構。

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