BACnet楼宇自控系统技术：理解与应用

2023-08-29 理论教育版权反馈

【摘要】：LonWorks技术非常适合部分工控项目和楼宇自控系统中的信号采集和数据传送。LonWorks网络的基本单元是节点。LonWorks总线网络中的智能节点通过通信介质与周边的外部设备进行通信并实现监控。LonWorks控制网络可以通过网关与其他异构网络相连而构成覆盖区域更大的控制网络。LonWorks总线网络可以构造实现在控制层提供互操作的测控系统，控制的实时性好。LonWords技术使用的通信协议LonWorks技术使用了LonTalk通信协议。

1.LonWorks技术的主要组成

在工控领域和楼控领域，LonWorks总线技术有着广泛而深入的应用，LonWorks是Local Oper-ating Network（局部操作网络）的缩写，LonWorks是由美国Echelon公司于1991年推出的一种性能优良的测控网络，使用LonWorks技术架构的控制网络，其网络协议是完全开放的，可以同时支持多种不同的通信介质，网络拓扑结构灵活。LonWorks技术非常适合部分工控项目和楼宇自控系统中的信号采集和数据传送。

LonWorks技术主要由以下7个部分组成，即

1）智能神经元芯片；

2）LonTalk协议；

3）LonMark互操作性标准；

4）LonWorks收发器；

5）LonWorks网络服务架构；

6）Neuron C语言；

7）LonBuilder网络开发工具和NodeBuilder节点开发工具。

LonWorks网络的基本单元是节点。一个网络节点包括神经元芯片、电源、一个收发器和有监控设备接口的I／O电路。

2.Lonworks技术中重要的技术单元

（1）LonWorks应用系统的组成

LonWorks总线网络是控制域网络，可将数据检测、数据处理、系统监控功能统一起来。Lon-Works总线网络由控制计算机、现场智能节点、网络适配器和通信介质等组成，LonWorks总线是生产现场具有数字通信能力的测控仪表与控制计算机之间的串行数字通信链路。

LonWorks总线网络中的智能节点通过通信介质与周边的外部设备进行通信并实现监控。当控制网络中存在几种不同的通信介质时，可以通过路由器互联。LonWorks控制网络可以通过网关与其他异构网络相连而构成覆盖区域更大的控制网络。LonWorks总线网络可以构造实现在控制层提供互操作的测控系统，控制的实时性好。

LonWorks应用系统中包括LonWorks节点、路由器、LonWorks收发器、网络接口产品模块以及开发平台。其中，神经元芯片是LonWorks节点的核心，它与收发器一起构成了网络智能节点；网络接口产品模块可以使非神经元芯片的节点与LonWorks总线网络通信；开发工具平台包括LonBuilder和NodeBuilder，提供了网络开发的基本工具和网络协议分析工具。

（2）LonWords技术使用的通信协议

LonWorks技术使用了LonTalk通信协议。LonTalk通信协议是一个开放的协议，采用了ISO／OSI的7层参考模型，由于使用了LonTalk通信协议，LonWorks总线网络通信具有以下鲜明的优点：通信过程的交换数据包不大，响应及时、安全、可靠、用对等的方式通信，即通信的实时性好、可靠性高。

LonWorks通信协议被固化在叫做Neuron（神经元）芯片中，这个芯片是LonWorks智能设备中的核心器件。

（3）LonWorks技术核心器件——神经元芯片

Neuron（神经元）芯片是一个超大规模集成电路器件，分为MC143150和MC143120两个型号系列，是LonWorks网络技术的核心器件，它实现网络功能，并执行节点中的特定应用程序。一个典型的节点包含Neuron芯片、电源、收发器和I／O电路（输入／输出通道），如图1-16所示。

图1-16 一个典型的LonWorks网络节点

Neuron芯片内含3个8位CPU，分别为网络CPU、媒体访问CPU和应用CPU，带有网络通信端口，可提供单端、差分、专用模式，可选的传输速率为0.6kbit／s～1.25Mbit／s。

Neuron芯片内的3个微处理器在系统固件中各有独特的功能。媒体访问控制（MAC）CPU主要控制七层网络协议中的1、2层，它负责驱动通信子系统的硬件，并执行避免冲突的算法。媒体访问控制处理器和网络处理器通过共享存储器中的网络缓冲区进行网络信息的收发工作。

网络（Net）CPU主要控制网络协议中的3～6层，它处理网络变量进程、寻址、鉴别认证、软件定时器、网络管理和路由等功能。网络处理器使用共享存储器中的网络缓冲区同媒体访问控制处理器互传信息，使用共享存储器中的应用缓冲区同应用处理器互传信息。在更新共享缓冲区的数据时，用硬件信号来仲裁对共享缓冲区数据访问的冲突。

应用（APP）CPU主要执行用户代码和为用户代码调用的操作系统服务。应用程序使用的编程语言是Neuron C，它派生于ANSI（美国国家标准学会）C，并为适应集散控制应用作了优化和扩展。Neuron芯片上所有的程序利用LonBuilder网络开发工具或NodeBuilder节点开发工具进行软、硬件调试。

（4）LNS网络操作系统

LNS（LonWorks Network Service，LonWorks网络服务）网络操作系统是为LonWoks控制网络提供监测、管理、安装和设置服务的，通用的，网络化服务的操作系统。它保证了网络工具和应用之间的互操作性，提供了一个支持LonWorks网络互操作应用的标准平台，是设计、组态、安装和维护LonWorks系统的互操作工具及应用的基础。对应用程序来说，通过LNS COM组件的标准接口，访问LonWorks网络设备，遵循同一个访问规则，有利于在不同的应用中共享资源。

（5）LonWorks网络与Internet的互联

如果LonWorks应用系统要连入Internet实现远程监控，可以使用iLON1000 LonWorks／IP服务器，并利用隧道（Tunneling）技术通过IP网络将用户的监控指令和服务请求通过Internet发送至目标节点的传感器、执行器或工作站，实现远程的在线监控。

LonWorks／IP服务器是一个实现从LonWorks网络到Internet连接的服务器，它有一个高性能的网络接口，它可以连接LonWorks网络到企业IP网络或者Internet。它内置了一个Web Server，可以基于Web方式工作。

（6）可灵活使用网络拓扑结构、多种不同传输介质

LonWorks的控制网络拓扑结构灵活多变，可以是总线型、星形、环形和混合型，可根据建筑物的结构特点采用不同的网络连接方式。可以最大限度地降低布线系统的复杂性和工作量，提高系统可靠性、可维护性，充分满足楼宇设备自动控制的要求。

可以灵活地使用多种不同的传输介质，如双绞线、光纤、电力线、同轴电缆和无线传输方式等。

（7）LonWorks总线收发器

LonWorks应用系统中，根据通信介质的不同，可使用不同的总线收发器，如双绞线收发器、电源线收发器、电力线收发器等。除上述收发器外，LonWorks技术中还广泛采用无线电收发器、光纤收发器等，以满足不同应用环境的需求。

（8）LonWorks总线开发工具和网络管理

LonWorks技术包含了一系列开发工具，可使节点开发和系统联网开发快速有效，主要有No-deBuilder节点开发工具和LonBuilder网络开发工具、LonManage网络管理工具和LNS技术。

（9）控制程序的编程语言——Neuron C语言

Neuron C语言是专门为Neuron芯片设计的程序设计语言。它在标准C语言的基础上进行了自然扩展，直接支持Neuron芯片的固化软件，删除了标准C语言中一些不需要的功能（如某些标准的C语言函数库），并为分布式LonWorks环境提供了特定的对象集合及访问这些对象的内部函数。

Neuron C语言提供了一些适用于LonWorks网络开发的新功能，增加了一个新的对象类——网络变量（Network Variable），网络变量分为输出和输入类型，LON网络上各节点之间可通过网络变量互传信息，且网络变量的传送工作由固件自动完成，开发人员只需在Neuron C应用程序中给网络变量赋值即可；此外，还增加了一个新的语句类型—when语句，引入事件（Events）驱动机制，整个应用程序用when语句引导；通过对I／O对象（Object）的声明，使Neuron芯片的多功能I／O得以标准化，便于对多种类型的信号进行监控。

BACnet楼宇自控系统技术：理解与应用

相关推荐