LonWorks技术在楼宇自动化领域的应用

1前言

楼宇自动化系统（BAS）是按分布式信息与控制理论设计的集散监控系统（DCS），它是由计算机技术、自动控制技术、通信网络技术和人机接口技术相互发展渗透而产生[1]。然而，集散型控制系统还没有从根本上解决系统内部通信问题和分布式问题，只是自成封闭系统，以固定集散模式和通信约定构成。因此，这种控制系统还很难适应智能大厦种类繁多的设备检测和控制要求。LonWorks技术是专门为实时控制而设计的、能在控制层提供互操作的现场总线技术，作为局域网络技术在控制领域的延伸和应用，LonWorks网络是将控制系统按局域网络（LAN）的方式进行构造，用网络节点代替LAN中的工作站，并将其安装于监控现场，直接与各种监控传感器和控制器相连。LonWorks网中每个节点间可以实现点到点的信息传送，具有极其良好的互操作性，这样使整个网络实现了无中心的真正的分布式控制模式。这种网络集数据采集、分析、控制和网络通信为一体，十分适合于智能建筑进行分布式网络管理和控制。楼宇自动化近年来正在向着开放系统迅速发展。在实时控制方面，实现可互相操作的现场总线LonWorks网络技术的通信协议LonTalk，为楼宇自动化中的传感器、执行器和控制器之间网络化操作奠定了基础。

2LonWorks技术概述及在楼宇自动化系统的应用

2．1LonWorks技术简介LonWorks技术是美国Echelon公司90年12月推出的一种现场总线技术，Lon（LocalOperatingNetwork）的意思为局部操作网络，具有现场总线技术的一切特点。现场总线是一种工业总线，它是自动化领域中计算机通信体系最低层的低成本网络。国际电工委员会（IEC）和现场总线基金会（FF）对现场总线作了如下定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输多分支结构的通信网络[2]。目前，世界上许多著名的自动化厂商和Honeywell、JohnsenControls、ABB、Philips、Hp等都采用了LonWorks技术。迄今为止，使用LonWorks技术的生产厂商已有3000多家，并安装了500多万个节点。在中国，Echelon北京代表处于1995年成立，目前有六十多家中国厂商加入了LonWorks控制网络的OEM行列，LonWorks控制网络技术已大量应用于各主要工业领域，如工业厂房、楼宇及家庭自动化、农业、医疗和运输业等。LonWorks分布式测控网络技术，它真正并彻底地贯彻了“分散控制、集中管理”的控制思想，在国际和国内都得到越来越广泛的应用。更准确地说LonWorks技术有效地解决了集散控制系统的通讯难题。

2．2LonWorks技术的主要性能特点LonWorks网络系统由智能节点组成，每个智能节点可具有多种功能的I/O功能。用户可以对节点进行再编程，实现用户自定义的算法和功能。节点结构如图1所示，各个节点之间可通过不同的传输介质进行数据传输，并遵循ISO/OSI的7层模型，LonWorks技术包括监控网络的设计、安装、开发和调试的一整套方法，要使用多种专用的硬件设备和软件程序，主要包括以下几个方面：

2．2．1LonWorks的技术核心是神经元芯片Neuron，这种使用CMOSCLSI技术的神经元芯片使实现低成本的网络控制成为可能。
在Neuron芯片中有3个8位的CPU，第一个CPU为介质访问控制处理器，处理LonTalk协议的第一层和第二层，它包括驱动通信子系统硬件和执行冲突避免算法；第二个CPU为网络处理器、处理LonTalk协议的第三层到第六层，它进行网络变量的处理、寻址、事务处理、证实、背景诊断、软件计时器、网络管理和函数路径选择等，它还控制网络通信口，物理地发送和接受数据包；第三个CPU为应用处理器，它执行用户编写的代码及用户代码所调用的操作系统服务。Neuron芯片的编程语言为NeuronC，它是从ANSIC中派生出来的，并对ANSIC进行了册减和增补。一个运行NeuronC应用程序的节点，最多可以说明62个网络变量。一个网络变量可以是NeuronC变量或结构，其最大长度可达31个字节。最多31个字节的数组可以被嵌入在一个结构里并作为一个网络变量来传播。Neuron芯片有一个非常通用的通信口，它有五个引脚组成，利用这五个引脚可以配置成各种通信介质接口（网络收发器）。Neuron芯片既可以从具有五个引脚的通信口，也可以从具有11个引脚的I/O口发送和接受信息。这些引脚可以用在不同的配置下，为外部硬件提供灵活的接口和接入芯片内部计时时钟。I/O口有四类34个预编程的I/O对象，用来实现有效的测量、计时和控制应用操作。
2．2．2LonWorks技术的核心为LonTalk通信协议，协议遵循由国际标准化组织（ISO）定义的开放系统互连（OSI）模型，提供了7层协议所有内容的服务。在通信方式上采用一种改进的CSMA（载波监听多路访问），称为带预测的P-PersistentCSMA算法。