基于個人計算機的樓宇自動化系統中LonWorks設計

湖北工業大學 王玉慧 王 粟

0 前 言

在如今的工廠自動化和樓宇自動化，以及汽車和飛機上，都建立了相應的控制網絡，并發揮著極大的作用。最新的自動控制系統需要更為廣泛的應用領域。網絡技術將是未來分布式自動化系統的工作核心。針對本地的、區域的或更為廣泛的樓宇管理系統整合的趨勢正在快速發展。隨著社會經濟的發展，這種整合的發展方向將轉變為更好的能量優化、服務和安全性。

控制網絡（即樓宇管理系統的數據網絡）使用本地區域網絡協議，如BACnet或LonTalk。而互聯網采用傳輸控制協議／網際協議（TCP／IP）和超文本傳輸協議（HTTP）。為了整合本地控制網絡和互聯網，這兩種協議之間需要開發一種接口。

1 LonWorks技術簡述

LonWorks由美國Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡導。它采用ISO／OSI模型的全部7層通訊協議，采用面向對象的設計方法，通過網絡變量把網絡通信設計簡化為參數設置。LonWorks技術采用的LonTalk協議被封裝到Neuron（神經元）的芯片中，并得以實現。采用LonWorks技術和神經元芯片的產品，被廣泛應用在樓宇自動化、家庭自動化等行業。

2 分布式控制方案的實現

用一個可編程的BLN連接LonWorks系統到互聯網服務器電腦，其中包含一個收發器和神經元芯片。BLN是用來連接LonWorks到IP網絡的電路板，可替代其他網絡適配器。采用BLN可以有效地實現IP網絡的網絡控制系統。

2.1 LonWorks系統中的BLN

BLN為一個控制節點，用于連接控制網絡到互聯網。它的主要功能是將連接設備的所有信息傳送到互聯網服務器，或接收和執行來自互聯網服務器上的控制指令。在本文中，采用TMPN3150芯片和外部存儲器，EEPROM和RAM來存放可編程器件在BLN板上的應用程序，其中LonWorks系統連接到互聯網服務器。神經元芯片通過用一對雙絞線通信端口的FTT－10A收發器接入LonWorks系統。所實現的硬件結構和神經元TMPN3150芯片包括一個收發器FTT－10A方框圖，和外部擴展存儲器圖包括的RS－232接口圖，如圖1所示：

圖1 BLN硬件框圖

BLN具有邏輯上的2種操作模式：局部模式和全局模式。用于發送和接收的控制網絡系統的信息。在本地運行模式，BLN不與互聯網服務器交換信息。在這種模式下，服務器無法感知節點的狀態，但有一個優勢，時間信息的通信可以去掉。BLN的2種運行模式如圖2所示，在圖中，顯示了一個簡單的LonWorks系統，BLN和個人電腦。這里的LonWorks系統包括一個開關節點和一個指示燈節點。

在指示燈節點，“‘nv＿lamp＿state’被定義為網絡輸入變量，‘nv＿output’是指在BLN作為輸出網絡變量，用于與‘nv＿lamp＿state’連接。指示燈節點接收開關指示燈，‘nv＿lamp＿state’，從綁定輸出變量在 BLN，‘nv＿output’”，并執行這些指令。

圖2 在BLN下2種運行模式框圖

2.2 LonWorks現場總線系統的分布式控制方案的實現

利用BLN，大量的局部控制網絡可以連接到任何一臺作為一個互聯網服務器PC機，運行在PC上的LOIS可以訪問自己連接的控制網絡。此外，系統設計人員可以對在BLN或LOIS上的特定的功能使用一種新的先進的分布式控制系統。圖3是一些本地控制網絡采用BLN和LOIS連接到互聯網上。

圖3 控制網絡與互聯網的連接圖

為了證明所提出的方案的正確性，通過電源開關來控制3個指示燈。在開關節點，定義了BLN上的輸出網絡變量fnv＿switch＿state與輸入網絡變量fnv＿input，使用這些變量，開關節點連接到BLN。因此，BLN使用自己的輸入網絡變量fnv＿input，識別開關節點的開關狀態，使用輸出網絡變量fnv＿output可開啟或關閉指示燈節點的指示燈。

3 結論

本文提出了一種先進的分布式控制方案，基于Lon－Works系統將控制網絡連接到IP網絡。所提出的方法是通過使用一個簡單的可編程的BLN和作為互聯網服務器的個人計算機來實現。所提出的方法可以在互聯網上以較低的成本提供靈活和低成本的分布式控制系統，這是最具發展前景的控制網絡之一。