LON网络实例和BACnet楼宇自控系统技术

2023-08-29 理论教育版权反馈

【摘要】：图7-25给出了一个含有环形、总线型和星形网段构成的一个LonWorks总线网络的图示。LonWorks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逻辑网络使用网络节点、LonWorks设备和路由器等实物连接的LON网络是物理网络，当使用不同域和子网中的节点组成逻辑上的网络就是LonWorks逻辑网络。图7-29 一个在BAS中常用的LON网络结构

1.开放式控制网络

传统控制系统中，把来自不同厂商生产的数字控制器互联困难重重。不同系统中不兼容的通信协议使人们努力把分离的系统用继电器、定制网关连接起来。使用继电器、网关并不能将异构系统实现无缝连接。

通过网关和定制程序来实现异构系统的互联，系统可靠性会降低。一旦系统完成，用户就永远不能摆脱提供网关和定制程序的厂家了，形成一种排除第三方的依赖。

目前工控、楼宇领域应用中大部分控制系统中典型的集中控制体系结构如图7-21所示。图7-21中的传感器和执行器和辅助面板通过接线连接，然后再通过专用主／从通信总线连接到控制面板。控制面板包括一个高性能微处理器，运行一个定制的实现特定监控目的的应用程序，为连接在它上面的所有I／O点实施控制逻辑。在较大系统中，控制器可以在另一个专用通信总线上和其他控制器通信。传感器和执行器通常是无智能的I／O设备，即现场传感器和执行器是无智能装置和彼此间无通信能力。这种系统通常有专用的中央监控主机监测、控制和管理的人机界面，每个系统必须有一个定制的应用程序。该应用软件使用专用编程语言和非标准的随制造商而异的软件工具来开发。不幸的是，制造商并不试图为工具或编程模式推行标准化。

网络节点如果是智能节点，节点之间能够彼此实现通信，将这些智能节点连接起来的网络是开放性很好的控制网络，这种网络中，不需要监测控制器的干预，向设备轮询信息然后转发到其他设备。不需要监测设备负责整个系统的控制算法。网络中的每个设备能直接向网上其他设备发布信息。信息由发送器以数据包形式发送，由一个或多个接收器接收。图7-22就是这样的一个开放式控制网。

图7-21 集中控制体系结构

图7-22 开放式控制网

控制网有许多独特的要求，使其不同于数据网。其中包括：

1）设备之间经常的、可靠的、安全的通信；

2）被传输的信息采用短报文格式；

3）每个设备具备对等的功能性；

4）价位要适合小型、低成本设备。

2.控制网组件

图7-23表示控制网的关键组件。控制网由智能设备组成，它们使用公用协议在一个或多个信道上互相通信。网络设备有时也被称为节点。

每个设备包括一个或多个处理器，并为其提供智能化以及实现协议。每个设备还包括称为收发器的组件，提供到通信信道的电气接口。

通信协议以嵌入式软件或固件代码的形式存储在网络上的每个设备中。信道有不同种类，信道类型的选择会影响传输速度和距离以及网络结构。

3.对层级结构网络开放性的评价

在控制系统中大量使用层级结构的控制网络，一个典型的分级系统的体系结构如图7-24所示。

图7-23 一个控制网络的组成

图7-24 典型的分级系统的体系结构

通过网关实现两个异构网络的互联，通过多个网关将多个不同的异构网络互联，用这种方法实现的互联控制系统开放性还是很不理想的。系统在分级结构的下一层上仍然是封闭的，底层I／O设备、终端装置和其他监测控制部件之间的控制关系形成的控制域也是封闭的。

所以分层级结构体系并不是最优化的控制解决方案，原因如下：

1）系统较为复杂；

2）系统专用性强、通用性差；

3）在这样的体系结构下，不可能在任何时间，从网上任何地点和任何点通信。因为体系结构由多个控制层组成，不可能让分离信道上的设备相互直接通信，取得经过不同协议两次转换的数据。这个体系结构限制了设备间的信息流，限制了控制算法实现的便捷性。

4.5种LonWorks总线网络组态

（1）混合型拓扑的网络组成

LonWorks总线是性能很优良的控制总线或说控制网络，LonWorks总线网络结构拓扑灵活，可以使用总线型、星形、环形、混合型等多种拓扑结构，这对于构建系统提供了很大的方便。图7-25给出了一个含有环形、总线型和星形网段构成的一个LonWorks总线网络的图示。

图7-25 混合型拓扑网络结构

（2）多介质多传输速率的LonWorks总线网络

LonWorks控制网络可将数据检测、数据处理、系统监控功能统一起来。LonWorks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构成覆盖区域更大的控制网络，如图7-26所示。

（3）LonWorks和BACnet／IP等网络构成的组态

与BACnet／IP网络、RS-485和RS-232总线构成的混合组态如图7-27所示。

（4）LonWorks逻辑网络

使用网络节点、LonWorks设备和路由器等实物连接的LON网络是物理网络，当使用不同域和子网中的节点组成逻辑上的网络就是LonWorks逻辑网络。一个LonWorks网络逻辑结构如图7-28所示。

LonTalk地址惟一地确定了LonTalk数据包的源节点和目的节点。同时路由器也使用这些地址来确定数据报传输的路由。

为了简化路由，LonTalk协议采用域、子网和节点地址的分层式逻辑寻址方式。这种寻址方式可以用来对整个域、一个单独的子网或一个单独的节点进行寻址。为了便于对多个分散的节点寻址，LonTalk协议采用了另外一类使用域和组地址的逻辑寻址方式，简化了在一个功能网络中替换节点的过程，这是因为替换节点被赋予了与被替换节点相同的逻辑地址。