LonWorks技术在智能楼宇自动化系统中的应用

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　　摘要： 本文详细阐述了楼宇自动化对控制系统的要求，介绍了LonWorks技术的核心神经元芯片和LonTalk协议，探讨了LonWorks技术在智能楼宇自动化系统中的设计方法，并给出了实施方案，
　　关键词：楼宇自动化，LonWorks，神经元芯片，节点设计，智能建筑
　　 中图分类号：C931.9 文献标识码：A 文章编号：
　　
　　引言
　　现代智能建筑自动化系统是计算机、通信和自动控制技术有机结合的整体。一个智能建筑自动化系统往往包含成千上万个现场传感器、执行装置。这些传感器、执行装置通过智能控制节点实施现场监控。
　　2. 楼宇自动化对控制系统的要求
　　楼宇自动化从系统规模、系统可靠性、灵活性、系统性能、系统集成、安装维护、诊断等各个方面对控制系统提出了要求。：
　　（1）系统规模及子系统连接
　　楼宇自动化系统一般包括：暖通、空调、照明、给排水、供配电、电梯，以及火灾报警等监测控制系统，系统规模因大厦规模及其功能要求而异。系统规模反映到对控制网络的要求是网络编址空间，即每一个节点在控制网络中都分别可寻址，各个子系统反映到网络上是采用子网的编址方式。单层结构支持整个系统的编址要求，通过网络级路由器，可在逻辑上分段。路由器对于节点应用是透明的，而且不妨碍网络安装调试诊断程序对整个系统范围的直接访问。分层结构提供的地址空间较小，当接线改变时，其应用级路由器或网关需要对应用程序作相应的修改，而且这些路由器或网关需要有自己的网络管理工作，因而不同厂商的产品之间不能互操作。
　　（2）系统可靠性
　　系统可靠性要求包括可靠传送信息，控制回路的可靠连接，容错能力及故障隔离和恢复。为了能可靠地传输信息，系统结构和网络协议需能提供多种服务，包括无确认信息服务，确认服务和发送授权。
　　（3）系统的灵活性
　　系统的灵活性主要是指系统扩充和修改是否方便，对系统结构和网络的要求是：要有足够的可扩展的编址空间，连接线缆的距离容易延伸，节点连线容易，网络拓扑结构灵活，可支持多种通信媒体，容易增减设备。
　　（4）系统性能
　　系统性能与许多因素有关，包括：最大数据速度、根据收发器、通信媒体和藕合电路的性能价格比，数据速率能在一定范围内进行选择对于大多数应用场合是需要的。媒体访问模式：对于全部节点采用平等访问，但可对少数关键节点赋予优先权的媒体访问模式，较之只根据优先权顺序的模式对于系统整体性能而言是较优的，后者可能造成低优先权节点无法访问网络，从而使整体性能降到不能接受的程度。对于各种不同类型的系统、不同类型的传感器、执行器和支持设备，数据域的大小有很大区别。随着传感器、执行器智能化程度提高，分组数据的尺寸会随之增加。因此，最好是系统分组尺寸的最大值高一些，且能在0～最大值之间根据需要进行剪裁。
　　（5）系统安装调试和诊断：
　　系统安装调试和诊断对于系统结构的要求包括：能支持各种通信媒体；实验室安装调试和现场安装任务可以很灵活地分开；能方便灵活选择安装参数；系统配置参数有标准的格式；很容易增加和减少设备；能进行远程访问等。
　　（6）生命周期成本：
　　从生命周期成本考虑，对系统的要求包括：必须考虑到主要控制设备部件甚至维修的元器件有多个货源，单一货源的产品容易受制于人，且由于产品的不断更新造成维修和扩充的困难。要有系统开发工具，很容易进行开发调试；要采用开放性系统结构，具有互操作性；很容易集成系统；很容易与现有系统连接。
　　3、LonWorks技术的核心－神经元芯片和LonTalk协议：
　　长期以来，控制系统的开发和集成商寻求一种一体化的解决办法，即将所有的监测控制功能：如环境监测、保安、安全、供配电、给排水等等集成于一个控制系统中，换句话说，就是将控制系统通过一条通用的控制总线连成一个控制网络。LonWorks技术的核心是Neuron芯片MC143120和MC143150。它主要应用于使用LonWorks技术的自动检测与控制系统中。许多OEM公司，如VACOM公司，为LonWorks技术的具体应用、方便用户更快地将此技术应用于楼宇自动化和工业控制工程项目中，设计了多种通用或专用的基于Neuron芯片的智能检测和控制节点。
　　4、 LonWorks智能楼宇自动化系统的设计
　　采用LonWorks网络使得从封闭的依赖于单个厂商的控制系统到完全可以互操作的智能楼宇自动化系统的转变成为现实。作为智能楼宇自动化产品的开发者，或系统集成者，可以以LonWorks技术为依托，开发LonWorks兼容的通用智能控制节点，各种专用节点，以及各种智能传感器、执行器；也可以从LonWorks兼容的不同OEM厂商的硬件和软件中按照应用的要求配置，灵活选用，完全没有必要依赖于单一的货源。LonWorks的开放性和互操作性使得不同厂商的产品很容易集成于一个功能齐全、结构灵活、容易安装、维护和扩充的一体化的智能建筑管理控制系统。
　　4.1 智能节点设计
　　一般说来，使用LonWorks技术组成的自动控制网络中，检测、控制点可分为四类，即数字量(开关量)输入/输出，模拟量输入/输出。在节点设计时，可以根据应用要求和器件能力，选择各种输入输出的优化组合，形成系列产品。下面以VACOM威世达公司的VCN通用智能节点系列产品为基础分别做一简要说明。
　　数字量(开关量)输入节点：数字量(开关量)输入节点主要用于检测外部数字信号和具有开关状态的信号，这类节点在设计过程中主要考虑的问题是如何将各种各样的数字量和开关量转换成Neuron芯片能够接收的信号，并且这类信号在输入通道上要加光电隔离器，以提高节点运行的安全性和可靠性。
　　数字量输出节点：在LonWorks网络中，很多的控制机制都是通过数字量输出节点来完成的。在设计这类节点时，主要是要解决外部高电压、大电流的提供问题。在电路中，同样也需要进行光电隔离，来提高节点的可靠性和安全性。
　　模拟量输入节点：模拟量输入节点主要用于采集网络中的模拟信号。由于模拟信号种类繁多，而这类信号根据应用的场合和使用的传感器不同，其范围也不尽相同，所以模拟量输入节点的前端应增加信号整理电路，以使这些信号处于一个合理的范围内，便于采集。
　　在进行模拟输入节点的设计时，还可以使用其他类型的A/D变换形式，比方说在A/D速度要求不高，精度要求较高的场合可以使用V/F变换来实现模拟量到数字量的转换。
　　模拟量输出节点：模拟量输出节点对于驱动某些控制设备是必需的，和模拟量输入节点一样，在这类节点中使用最多的还是串行的D/A变换器件。根据所控制对象的不同，可能要求模拟量输出节点提供不同的信号，如电压信号、电流信号等，所以在实际的设计中，要增加输出信号整理电路。
　　节点设计中的抗干扰措施：过程通道是前向接口，后向接口与Neuron芯片或Neuron芯片之间进行信息传输的路径，在过程通道中长线传输的干扰是主要因素。随着系统主振频率越来越高，系统过程通道的长线传输不可避免。
　　5. 结束语
　　LonWorks技术体现了控制网络技术发展的最新趋势，它对控制领域各种不同应用的适应性，它提供的一体化解决办法.它的开放性、互操作性，以及它被工业界的广泛接受，成为控制网络的实际主流标准，使得基于LonWorks平台开发真正一体化的智能建筑管理控制系统，不但是现实可行的，而且是具有广阔前景的。

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