LonWorks现场总线在楼宇自控系统中的应用

摘要：智能建筑是建筑技术与计算机技术相结合的产物，是未来建筑发展的方向。现场总线是一种全数字化、全分散、全开放、可互操作和开放式互连的新一代控制系统，具有可靠性高、可维护性好、成本低、实时性强，实现了控制管理一体化的结构体系等优点。着重讨论了LonWorks现场总线技术的特点并将其应用在智能建筑中，同时给出了基于LonWorks技术的楼宇自控系统设计的实例，提出LonWorks技术能有效地解决集散控制系统的通信难题。
关键词：LonWorks总线；BA系统；智能建筑；智能节点

智能建筑(Intelligent Buildings)是建筑技术与计算机技术相结合的产物，是未来建筑发展的方向。智能建筑主要由楼宇自动化系统(Building AutomationSystem，BAS)通信自动化系统和办公自动化系统组成。楼宇自动化系统是利用计算机及网络技术、自动控制技术和通信技术构建的综合管理和控制系统。

1 智能大厦自动化领域的几种现场总线
上个世纪80年代，随着计算机可靠性提高，价格大幅下降，出现了由多个计算机构成的集中、分散相结合的分布式控制系统(Distributed Control System，DCS)。DCS是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种综合控制系统。它的测量变送仪表一般是模拟仪表，因此属于一种模拟数字混合控制系统。
90年代，随着控制技术、计算机技术、通信技术的发展，出现了基于现场总线的控制系统(Field ControlSystem，FCS)。FCS是一种全数字化、全分散、全开放、可互操作和开放式互连的新一代控制系统，具有可靠性高、可维护性好、成本低、实时性强、实现了控制管理一体化的结构体系等优点。现场总线开创了工业自动控制的新纪元，被誉为自动化领域的计算机局域网。鉴于FCS的许多优点，其已被广泛应用到BAS控制领域，其中比较有代表性的现场总线有LonWorks，BACnet，CAN，EIB等。
(1)LonWorks
LonWorks技术是美国Echelon公司1991年推出的局域操作网，具有完整的开发系统平台，包含所有设计、配置和支持控制网的元素，是目前最为先进的控制网络技术。
(2)BACnet
BACnet是世界上第一个面向楼宇自动控制网络的数据通信协议，代表了智能建筑发展的主流趋势。它详细阐述了系统组成单元相互分享数据实现的途径、使用的通信介质、可以使用的功能以及信息如何翻译的全部规则。它的最大优点是可以与Ethernet、LonWorks等网络进行无缝集成，以解决不同厂家的楼宇自控系统相互间的通讯问题，故其不太适用于智能传感器、执行器等末端设备。
(3)CAN
CAN总线最初是德国Bosch公司为设计汽车监控控制系统而提出的，现在它已经成为一种国际标准，在电力、石化、空调、建筑等行业均有应用。CAN的主要优点在于：采用8．B的短帧传送；具有多种错误校验方式；采用无损坏的仲裁技术；CAN芯片不但价格低而且供应商多。CAN的主要缺点在于其支持的节点数较少。
(4)EIB
欧洲安装总线(European Installation Bus，EIB)1990年被提出，经过十多年的发展，已成为欧洲最有影响的建筑智能化现场总线标准。1999年EIB被引进中国的智能化建筑领域，并在上海同济大学建立了EIB认证技术培训中心。

2 LonWorks技术的特点
LonWorks技术是1991年由美国埃施朗(Eche―lon)公司推出的，LonWorks技术所使用的标准通信协议是LonTalk协议，该协议遵循国际标准化组织(ISO)1984年公布的开放系统互联(OSI)参考模型的定义，它提供了(OSI)参考模型定义的全部7层协议，通过变量直接面向对象通信，网络协议开放，可以实现互操作。每一个域最多有255个子网，每个子网最多可以有127个节点。所以，一个域最多可以有255×127=32 385个子网。LonWorks技术是专门为实时控制而设计的，在Lon网络中大批设备(传感器、执行器等)和Lon的控制节点相互配合，使用LonTalks协议，经过多种传输媒体进行节点之间的通信，灵活组成各种各样的分布式智能控制系统。LonWorks技术能在控制层提供互操作的Lon现场总线技术，其安装的节点数远远超过了任何其他现场总线产品，几乎囊括了测控应用的所有范畴。更准确地说，LonWorks技术有效地解决了集散控制系统的通信难题。LonWorks控制网络技术拥有诸多优点，集中体现在：
(1)Neuron芯片是LonWorks技术的核心元件，它内部带有3个8位微处理器：1个用于链路层的控制；1个用于网络层的控制；1个用于执行用户的应用程序。该芯片还包括11个I／O口和完整的LonTalk通信协议。包括神经元芯片的Lon节点具有通信和控制功能，部分节点故障不会造成系统瘫痪，对系统的调试、维护和稳定性都有着重要的意义。
(2)LonWorks技术支持多种通信介质(双绞线、电力线、电源线、光纤、无线和红外)和它们的互联。
(3)由于LonWorks技术直接面向对象通信。开发人员只需将主要精力花在Lon节点应用设计方面，而不需要专门去实现和测试传输线路和通信系统。
(4)LonWorks的微处理器接口程序，即MIP软件。用MIP软件可以开发出各种低成本的网关，从而使各种网络的互联成为轻而易举的事情。
(5)提供LonBuilder，NodeBuilder，Neuron C及LonManager等强有力的开发工具平台，给系统设计、维护和升级改造带来极大的方便。