LonWorks現場總線技術在樓宇自動化系統中的應用探討

馮思超

【摘 ?要】LonWorks總線具有很強的開放性、兼容性、靈活性、安全性、可靠性和可互操作性，以其優良的性能與特點，LonWorks現場總線技術在樓宇自動化系統中得到了廣泛的應用。文中對LonWorks現場總線技術特點進行了分析，介紹了其控制網絡的構成，對在自動化控制系統中的應用進行了探討。

【關鍵詞】LonWorks總線;樓宇自動化系統;應用

1 前言

隨著通信、計算機、自動控制等科學技術的迅猛發展，人們日益追求更加安全、健康、舒適、高效、靈活的居住環境，智能建筑得 以 高 速 發 展，其 中 樓 宇 自 動 化 系 統 BAS（Building Automatic System）是實現上述目標的關鍵之一。

LonWork現場總線技術集計算機、網絡和控制于一體，以其高可靠性、安全性、易于實現和互可操作性等特點，成為當前最為流行的現場控制總線之一，在樓宇、運輸、能源、環境監測等領域得到廣泛應用。文中對LonWork現場總線技術在樓宇自動化系統中的應用進行探討，具有一定參考意義。

2 LonWorks現場總線技術特點

Lonworks 是一種具有強勁實力的全新現場總線技術，它提供了一個開放性強的局部操作網絡。LonWorks 與其它現場總線相比，有其獨特的優勢與特點，具體表現在以下幾個方面：功能強大的神經芯片、系統的互操作性和 LonTalk 通信協議。

（1）功能強大的神經芯片 ?神經芯片是 Lonworks 系統設備的核心器件。對于控制網絡開發人員而言，神經芯片的特征在于它的完整性。神經芯片內的處理器和內嵌的通信協議簡化了系統編程，準確地說，神經芯片已經提供了 ISO/OSI通信協議模型的前 6 層，僅需要開發商進行應用層編程和參數配置。因此，基于神經芯片的系統開發相當簡便。

（2）系統的互操作性 ?Lonworks 系統提供了一個開放系統設計平臺，使得不同廠家的產品在 Lon 網上都可以實現無縫地互操作。

（3）通信協議 LonTalk ??LonTalk 協議是 Lonworks 系統的靈魂，它固化于神經芯片中，是直接面向對象的網絡協議，LonTalk 支持多種傳輸介質和多種傳輸速度，其地址設置方法提供了巨大的尋址能力，提供了可靠的通信服務，保證了數據的可靠傳輸。

（4）開放性和互操作性網絡協議是開放的，而且對任何用戶都是對等的。該技術提供的微處理器接口程序軟件允許開發各種低成本網關，方便了不同系統的互聯。也使得系統具有高的可靠性。

（5）通信介質可采用包括雙絞線、電力線、無線、紅外線、光纜等在內的多種介質并行通信，并且多種介質可以在同一網絡中混合使用。這一特性使得不同工業現場的不同設備實現互聯，增強了網絡的兼容性。

（6）網絡結構可以是主從式、對等式或客戶服務結構。網絡拓撲可以自由組合，支持總線型、星型、環型和自由拓撲型等。

3 ?LonWorks 智能節點

構成 LonWorks 控制網絡的 Neuron 智能節點由神經元芯片、傳感器、控制設備、收發器和電源等組成。Neuron 智能節點分為兩類，第一類是名為基于 Neuron芯片的節點，節點中不再出現其它處理器，它利用 Neuron 芯片完成包括通信以及用戶應用程序在內的所有工作，此類節點結構簡單、成本低，適用于控制功能較為簡單的網絡系統;另一類是稱作基于主機的節點，節點中除了 Neuron 芯片以外，還有其它的處理器，諸如單片機等，前者主要完成通信工作，后者則完成用戶的應用程序，此類節點結構復雜、成本高，但可實現復雜的控制功能

4 LonWorks 控制網絡的構成

LonWorks 現場總線技術構成控制網絡時支持多種傳輸媒介，通過收發器提供多種典型的拓撲結構，支持諸如總線型、星型、環型、混合型，故而給網絡安裝提供了極大的方便。

LonWorks 控制網絡主要由智能節點構成，智能節點與各自的外設相互聯系，并通過各種通信介質以一個公共的、基于消息的控制規程和其它的智能節點通信，通信方式可以是點對點（Pear to pear）的形式。當控制網絡中存在幾種不同的通信介質時，可以通過路由器互連。LonWorks 控制網絡還可以通過網橋、網關與其它網絡相連構成現場總線控制網絡。圖 2.3 示出了網絡的結構。在 LonWorks 控制網絡中也期望通過 Internet 對控制網絡進行異地和遠程控制，LonWorks 技術的互聯網鏈接設備適時地為此需求提供了可能。

5 樓宇自動化系統

5.1 樓宇自動化系統功能

樓宇自動化系統，或稱建筑設備自動化系統，實質上是一套采用計算機、網絡通訊和自動控制技術，對建筑物中的設備進行自動化監控管理的中央監控系統。通過對建筑物內的各種設備實行綜合自動化管理以達到舒適、安全、可靠、經濟和節能的目的，為用戶提供良好的工作和生活環境，并使系統中的各個設備經常處于最佳運行狀態，從而保證系統運行的經濟性和管理的智能化。

樓宇自動化系統在智能建筑系統工程中的主要功能如下：

（1）自動監視并控制各種機電設備的啟、停，并可根據需要顯示或打印當前運轉狀態;

（2）自動檢測、顯示和打印各種設備的運行參數及變化趨勢或歷史數據。如溫度、濕度、壓差、流量、電壓、電流、用電量等等，當參數超過正常范圍時，自動實現越線報警;

（3）根據外界條件、環境因素、負載變化情況自動調節各種設備，使其始終運行于最佳狀態。監測并及時處理各種意外、突發事件;

（4）能源管理自動對水、電、燃氣等的計量和收費，實現能源管理自動化。自動提供最佳能源控制方案，達到合理、經濟地使用能源;

（5）設備管理包括設備檔案管理設備配置及參數檔案、設備運行報表和設備維修管理。

5.2 樓宇自動化系統組成

樓宇自動化系統的建設目標是創建安全、方便、舒適、經濟、節能的工作和生活環境，為客戶提供周全、便利的服務，為公司提供現代化的管理系統，以提高工作效率、節省能源、增加附加值，適應未來社會的進步和發展。通過樓宇自動化系統的建設，實現建筑物內部的暖通空調、變配電、給排水、照明、消防報警、安全防范、電梯系統、停車場管理等各子系統內部及系統之間最優化的控制管理。

一個典型的樓宇自動化系統通常包括供配電、給排水、暖通空調、照明、電梯、消防、安全防范、車庫管理等子系統。根據我國我國《智能建筑設計標準》，樓宇自動化系統又可分為設備運行管理與監控子系統和消防與安全防范子系統，樓宇自動化系統的系統結構圖2所示。一般情況下，這兩個子系統宜一同納人考慮，但由于消防與安全防范系統的行業管理特殊性，大多數的做法是把消防與安全防范系統獨立設置，同時與監控中心建立通信聯系，以便災情發生時，能夠按照約定實現操作權轉移，進行一體化的協調控制。

6 結束語

智能建筑是信息時代的產物，是社會發展的必然，這其中重要的一環建筑設備自動化系統包含了各種繁雜的控制和通訊技術，是一個通過信息通信網絡組成分散控制、集中監視與管理的管控一體化系統。LonWorks總線具有很強的開放性、兼容性、靈活性、安全性、可靠性和可互操作性，是支持國際標準化組織定義的開放系統互連全部七層協議的現場總線標準的技術，世界上許多著名的自動化廠商都是它的用戶。通過它優秀的通訊和控制功能，克服了傳統的集散控制系統的不足，真正地實現了“完全分散”的分布式控制系統。

參考文獻：

[1]高安邦.LonWorks 技術原理與應用[M].北京：機械工業出版社，2009.

（作者單位：大慶油田礦區服務事業部物業管理四公司）