LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用探討

馮思超

【摘 ?要】LonWorks總線(xiàn)具有很強(qiáng)的開(kāi)放性、兼容性、靈活性、安全性、可靠性和可互操作性，以其優(yōu)良的性能與特點(diǎn)，LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。文中對(duì)LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了分析，介紹了其控制網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成，對(duì)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】LonWorks總線(xiàn);樓宇自動(dòng)化系統(tǒng);應(yīng)用

1 前言

隨著通信、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們?nèi)找孀非蟾影踩⒔】怠⑹孢m、高效、靈活的居住環(huán)境，智能建筑得 以 高 速 發(fā) 展，其 中 樓 宇 自 動(dòng) 化 系 統(tǒng) BAS（Building Automatic System）是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的關(guān)鍵之一。

LonWork現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)集計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和控制于一體，以其高可靠性、安全性、易于實(shí)現(xiàn)和互可操作性等特點(diǎn)，成為當(dāng)前最為流行的現(xiàn)場(chǎng)控制總線(xiàn)之一，在樓宇、運(yùn)輸、能源、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。文中對(duì)LonWork現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行探討，具有一定參考意義。

2 LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)特點(diǎn)

Lonworks 是一種具有強(qiáng)勁實(shí)力的全新現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，它提供了一個(gè)開(kāi)放性強(qiáng)的局部操作網(wǎng)絡(luò)。LonWorks 與其它現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)相比，有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：功能強(qiáng)大的神經(jīng)芯片、系統(tǒng)的互操作性和 LonTalk 通信協(xié)議。

（1）功能強(qiáng)大的神經(jīng)芯片 ?神經(jīng)芯片是 Lonworks 系統(tǒng)設(shè)備的核心器件。對(duì)于控制網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)人員而言，神經(jīng)芯片的特征在于它的完整性。神經(jīng)芯片內(nèi)的處理器和內(nèi)嵌的通信協(xié)議簡(jiǎn)化了系統(tǒng)編程，準(zhǔn)確地說(shuō)，神經(jīng)芯片已經(jīng)提供了 ISO/OSI通信協(xié)議模型的前 6 層，僅需要開(kāi)發(fā)商進(jìn)行應(yīng)用層編程和參數(shù)配置。因此，基于神經(jīng)芯片的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)相當(dāng)簡(jiǎn)便。

（2）系統(tǒng)的互操作性 ?Lonworks 系統(tǒng)提供了一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)，使得不同廠家的產(chǎn)品在 Lon 網(wǎng)上都可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫地互操作。

（3）通信協(xié)議 LonTalk ??LonTalk 協(xié)議是 Lonworks 系統(tǒng)的靈魂，它固化于神經(jīng)芯片中，是直接面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議，LonTalk 支持多種傳輸介質(zhì)和多種傳輸速度，其地址設(shè)置方法提供了巨大的尋址能力，提供了可靠的通信服務(wù)，保證了數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

（4）開(kāi)放性和互操作性網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是開(kāi)放的，而且對(duì)任何用戶(hù)都是對(duì)等的。該技術(shù)提供的微處理器接口程序軟件允許開(kāi)發(fā)各種低成本網(wǎng)關(guān)，方便了不同系統(tǒng)的互聯(lián)。也使得系統(tǒng)具有高的可靠性。

（5）通信介質(zhì)可采用包括雙絞線(xiàn)、電力線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)、紅外線(xiàn)、光纜等在內(nèi)的多種介質(zhì)并行通信，并且多種介質(zhì)可以在同一網(wǎng)絡(luò)中混合使用。這一特性使得不同工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的不同設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的兼容性。

（6）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以是主從式、對(duì)等式或客戶(hù)服務(wù)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢宰杂山M合，支持總線(xiàn)型、星型、環(huán)型和自由拓?fù)湫偷取?/p>

3 ?LonWorks 智能節(jié)點(diǎn)

構(gòu)成 LonWorks 控制網(wǎng)絡(luò)的 Neuron 智能節(jié)點(diǎn)由神經(jīng)元芯片、傳感器、控制設(shè)備、收發(fā)器和電源等組成。Neuron 智能節(jié)點(diǎn)分為兩類(lèi)，第一類(lèi)是名為基于 Neuron芯片的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)中不再出現(xiàn)其它處理器，它利用 Neuron 芯片完成包括通信以及用戶(hù)應(yīng)用程序在內(nèi)的所有工作，此類(lèi)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，適用于控制功能較為簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);另一類(lèi)是稱(chēng)作基于主機(jī)的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)中除了 Neuron 芯片以外，還有其它的處理器，諸如單片機(jī)等，前者主要完成通信工作，后者則完成用戶(hù)的應(yīng)用程序，此類(lèi)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，但可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能

4 LonWorks 控制網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成

LonWorks 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)時(shí)支持多種傳輸媒介，通過(guò)收發(fā)器提供多種典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，支持諸如總線(xiàn)型、星型、環(huán)型、混合型，故而給網(wǎng)絡(luò)安裝提供了極大的方便。

LonWorks 控制網(wǎng)絡(luò)主要由智能節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，智能節(jié)點(diǎn)與各自的外設(shè)相互聯(lián)系，并通過(guò)各種通信介質(zhì)以一個(gè)公共的、基于消息的控制規(guī)程和其它的智能節(jié)點(diǎn)通信，通信方式可以是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（Pear to pear）的形式。當(dāng)控制網(wǎng)絡(luò)中存在幾種不同的通信介質(zhì)時(shí)，可以通過(guò)路由器互連。LonWorks 控制網(wǎng)絡(luò)還可以通過(guò)網(wǎng)橋、網(wǎng)關(guān)與其它網(wǎng)絡(luò)相連構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)。圖 2.3 示出了網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。在 LonWorks 控制網(wǎng)絡(luò)中也期望通過(guò) Internet 對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行異地和遠(yuǎn)程控制，LonWorks 技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)鏈接設(shè)備適時(shí)地為此需求提供了可能。

5 樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)

5.1 樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)功能

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)，或稱(chēng)建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是一套采用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊和自動(dòng)控制技術(shù)，對(duì)建筑物中的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控管理的中央監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)建筑物內(nèi)的各種設(shè)備實(shí)行綜合自動(dòng)化管理以達(dá)到舒適、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)和節(jié)能的目的，為用戶(hù)提供良好的工作和生活環(huán)境，并使系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備經(jīng)常處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，從而保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和管理的智能化。

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)在智能建筑系統(tǒng)工程中的主要功能如下：

（1）自動(dòng)監(jiān)視并控制各種機(jī)電設(shè)備的啟、停，并可根據(jù)需要顯示或打印當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài);

（2）自動(dòng)檢測(cè)、顯示和打印各種設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)及變化趨勢(shì)或歷史數(shù)據(jù)。如溫度、濕度、壓差、流量、電壓、電流、用電量等等，當(dāng)參數(shù)超過(guò)正常范圍時(shí)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)越線(xiàn)報(bào)警;

（3）根據(jù)外界條件、環(huán)境因素、負(fù)載變化情況自動(dòng)調(diào)節(jié)各種設(shè)備，使其始終運(yùn)行于最佳狀態(tài)。監(jiān)測(cè)并及時(shí)處理各種意外、突發(fā)事件;

（4）能源管理自動(dòng)對(duì)水、電、燃?xì)獾鹊挠?jì)量和收費(fèi)，實(shí)現(xiàn)能源管理自動(dòng)化。自動(dòng)提供最佳能源控制方案，達(dá)到合理、經(jīng)濟(jì)地使用能源;

（5）設(shè)備管理包括設(shè)備檔案管理設(shè)備配置及參數(shù)檔案、設(shè)備運(yùn)行報(bào)表和設(shè)備維修管理。

5.2 樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)組成

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是創(chuàng)建安全、方便、舒適、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的工作和生活環(huán)境，為客戶(hù)提供周全、便利的服務(wù)，為公司提供現(xiàn)代化的管理系統(tǒng)，以提高工作效率、節(jié)省能源、增加附加值，適應(yīng)未來(lái)社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展。通過(guò)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)建筑物內(nèi)部的暖通空調(diào)、變配電、給排水、照明、消防報(bào)警、安全防范、電梯系統(tǒng)、停車(chē)場(chǎng)管理等各子系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)之間最優(yōu)化的控制管理。

一個(gè)典型的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)通常包括供配電、給排水、暖通空調(diào)、照明、電梯、消防、安全防范、車(chē)庫(kù)管理等子系統(tǒng)。根據(jù)我國(guó)我國(guó)《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)又可分為設(shè)備運(yùn)行管理與監(jiān)控子系統(tǒng)和消防與安全防范子系統(tǒng)，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2所示。一般情況下，這兩個(gè)子系統(tǒng)宜一同納人考慮，但由于消防與安全防范系統(tǒng)的行業(yè)管理特殊性，大多數(shù)的做法是把消防與安全防范系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置，同時(shí)與監(jiān)控中心建立通信聯(lián)系，以便災(zāi)情發(fā)生時(shí)，能夠按照約定實(shí)現(xiàn)操作權(quán)轉(zhuǎn)移，進(jìn)行一體化的協(xié)調(diào)控制。

6 結(jié)束語(yǔ)

智能建筑是信息時(shí)代的產(chǎn)物，是社會(huì)發(fā)展的必然，這其中重要的一環(huán)建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)包含了各種繁雜的控制和通訊技術(shù)，是一個(gè)通過(guò)信息通信網(wǎng)絡(luò)組成分散控制、集中監(jiān)視與管理的管控一體化系統(tǒng)。LonWorks總線(xiàn)具有很強(qiáng)的開(kāi)放性、兼容性、靈活性、安全性、可靠性和可互操作性，是支持國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織定義的開(kāi)放系統(tǒng)互連全部七層協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)，世界上許多著名的自動(dòng)化廠商都是它的用戶(hù)。通過(guò)它優(yōu)秀的通訊和控制功能，克服了傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)的不足，真正地實(shí)現(xiàn)了“完全分散”的分布式控制系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]高安邦.LonWorks 技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

（作者單位：大慶油田礦區(qū)服務(wù)事業(yè)部物業(yè)管理四公司）