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LONWORKS控制网络技术及其应用 一、Lonworks控制网络概述 Lonworks是由美国Echelon公司开发的一种完整的、全开放、可互操作，目前已十分成熟的分布式控制网络技术的总称。由于Lonworks控制网络技术具有高可靠性、开放性和低成本，众多的制造厂和用户纷纷在其控制网络方案中采用Lonworks技术。到目前为止，莫托罗拉和东芝公司是神经元蕊片的指定生产商，全世界已有2500多家公司利用Lonworks技术生产各种各样的Lonworks产品，以满足现代化楼宇、工厂、交通运输系统、城市基础设施(水、电、气等)、家庭等环境自动化系统的分布式控制网络要求。为了保证来自于如此众多厂家的产品是真正开放的且满足Lonworks技术要求，使多家产品能在一个Lonworks分布式控制网络系统中实现即插即用，在1994年由全球12家著名工业集团发起，由150家公司参加。成立了一个被称为Lon Mark互操作性协会，凡是经Lon Mark互操作协会测试满足Lon Mark技术要求的产品才能标上专用标志，即Lonworks标志。表示此类产品在Lonworks控制网络上的互操作性。在1995年，Lonworks控制网络被美国确定为楼宇自动化控制网络标准的一部份。可以说，Lonworks开放、分布式、互操作控制网络技术是目前应用效果最佳，前景最为看好的分布式控制网络技术。 二、Lonworks控制网络的组成及其网络结构 Lonworks控制网络主要由下列核心技术组成： Lontalk通信协议 神经元蕊片 控制与连接器件 网络操作系统 Lontalk通信协议是Lonworks控制网络技术的心脏，Lontalk通信协议执行ISO定义的OSI七层参考模型。其通信服务功能如下： 通信介质存取 通信应答 结点与结点通信 发送授权 优先级传输 重复传输检测 冲突避免 自动重发 支持混合传送速率 多服务器/多客户机结构 数据类型标准化和标识符 单结点/多结点/广播式结点寻址 支持混合通信介质 误码检测与恢复 神经元蕊片—一具有3个8位的在线处理器，蕊片上固化了Lontalk通信协议，其中二个8位处理器用于执行通信协议，而第三个处理器用于执行结点的监控功能。此外，神经元蕊片还具有下列功能： 故障恢复定时器 故障自诊断 35种控制方式 分布式实时操作系统 实时运行程序库 三种存贮器 48位寻址编号 控制与连接器件——与数据网络(即计算机局域网)相同，控制网络也需要一些控制与连接器件将控制网络上的结点连接起来，控制与连接器件主要有下列部分组成： ·网络收发器，包括双绞线收发器，光纤收发器，同轴电缆收发器，红外线收发器，无线收发器及电力线收发器。各种收发器的技术指标如下：
·网络接口，其中包括PC接口卡，串行接口适配器等，PC接口卡插入装有网络管理工具软件或用户图形监控软件的台式PC机。用于对控制网络进行安装、调试及维护，或对整个控制网络进行实时监控；串行接口适配器与装有网络管理工具软件的手提电脑联接，用于对控制网络进行安装、调试及维护。 ·网络中继器、路由器、网桥及网关。象常见的数据网络一样，中继器用于控制网络的延长；路由器和网桥用于多个子网间的互联；网关用于不同应用网络的集成。 网络操作系统——利用多服务器/多客户机结构形成一个强大的操作平台，以便进行系统安装和系统更新。网络操作系统允许多个用户在一个控制网络上同时进行设备安装，故障诊断及维护。 由于Lonworks控制网络技术规定神经元蕊片在出厂前就要将Lontalk通信协议固化在它上面，因此，各种控制器、传感器及执行部件的其他电子线路做在一起，从而生产了真正的智能化控制器、传感器及执行部件。 在Lonworks控制网络中，一个智能控制器、传感器及执行器被称为一个结点(NODE)。如适用各种控制领域的I/O控制器；电力部门用的智能化电度表；工业或大楼自动化系统用的温度、湿度、压力、流量等传感器、阀门及风门驱动器等；用于大楼保安系统的红外探头，火灾报警用的烟感探头等。 一个独立的Lonworks控制网络叫作一个网域(DOMAIN)，一个网域可分成若干个组(GROUP)或子网(SUBNET)，一个子网可分成若干个网段(CHENNAL)。在一个网域内，一个结点可同时属于一个网段，多个组或多个子网。 Lonworks控制网络支持多种网络拓朴，在一个网域内，还可通过网络中继器、网桥、路由器将多个网段或子网联接成一个很大的网域。由于采用48位寻址编码，因此，在一个网域内可多达3万多个结点。Lonworks控制网络所支持的拓朴结构如图1所示，系统结构如图2所示 综上所述，Lonworks控制网络具有下列特点： 1.支持下列多种通信媒介 ·双绞线 ·同轴电缆 ·光缆 ·红外线 ·无线通信 ·电力线载波 2.多种传输媒介和通信速度可在一个控制网络内共存。 3.控制网络规模可以非常大。少至几千个结点，大至几万个结点，但控制网络的效果却与小容量控制网络无异。 4.任何结点不需要主控制器或中央计算机干预即可实现相互通信。 5.提供有效的互操作性机构，不同厂家的产品在一个控制网络上即插即用。 三、Lonworks控制网络的应用 自从LonMark互操作性协会成立以来，分别成立了空调控制、火灾报警、保安监控、工业控制、系统集成等多个工作小组，分别制定了用于各种领域的智能控制器、传感器、执行器制造的标准文件，用于设备制造厂的开发软件都已十分成熟，因此，各种各样的LonMark产品如雨后春笋般地涌现出来。系统集成商必须的系统安装、调试及维护软件，以及控制网络图形监控软件也已十分成熟。 由于Lonworks控制网络的开放性、高速度及互操作性，因而其特别适用于飞机，高速火车或地铁、现代化楼宇，城市基础设施(水、电、气、环境保护等)的分布式监控环境。例如，目前国外部分大中城市已开始采用具有Lon Mark标志的水、电、气表，通过有线或无线方式形成一个覆盖整个城市的分布式控制网络，从而免去人工抄表麻烦。在现代化的智能大厦中，通常包括楼宇自控、火灾报警、保安监控等子系统，尽管这些子系统都是智能化的，但是，由于构成子系统的网络结构、通信协议，系统软件都不一致，因此，不能充分发挥其应有的功能。由于各个专业厂家为了保护各自的利益，大多数系统都是不开放的，因而，系统集成困难很多。一个典型的例子是由常规三个子系统集成的楼宇控制系统构成如图3所示。从图中可见，采用不开放系统的缺点是明显的： 1.三个子系统都需要独立的布线，资源浪费。 2.每个子系统都需要独立的监控工作站，管理复杂。 3.不论子系统大小，均要通过网关进行系统集成，软件工作量大。 4.增加新功能十分困难。 如采用即插即用的LonMark产品，则该楼宇控制网络系统如图4所示，从图中看出，由于所有智能化控制器、传感器及执行器共享一条控制网络线，因而，可大大简化系统走线。由于整个系统只有一个管理工作站，子系统之间可共享资源，如保安报警子系统的人员移动传感器不仅用于保安报警，还可以用来自动控制灯光及空调调节器设备的开关；管理中心可根据楼层的火灾报警信号自动关闭该楼层的空调设备或其他通风设备；系统集成的工作量也可大大减少；如系统中要增加新的功能，只要将要增加的控制器，传感器执行器接至控制网络，并在管理工作站上作适当的配置和编程即可。 四、结束语 Lonworks开放式、可互操作控制网络技术对控制产品生产厂家，系统集成公司及最终用户都带来了明显的好处。内置Lontalk通信协议的神经元蕊片为生产厂家省去了产品开发中最麻烦的通信接口的软硬件开发，从而可大大缩短产品开发周期和降低成本；系统集成公司可在众多厂家中选择性能价格比最好的产品，工程造价可大大降低，产品即插即用还可大大缩短工程的编程和调试时间；对于最终用户来说，项目的初期投资大为减少，系统管理简单，增加新功能又十分简便。由此可以推断，Lonworks控制网络技术会越来越为人们重视和推广。 |