基于个人计算机的楼宇自动化系统中LonWorks设计

2013-10-15湖北工业大学王玉慧

湖北农机化 2013年2期

湖北工业大学王玉慧王粟

0 前言

在如今的工厂自动化和楼宇自动化，以及汽车和飞机上，都建立了相应的控制网络，并发挥着极大的作用。最新的自动控制系统需要更为广泛的应用领域。网络技术将是未来分布式自动化系统的工作核心。针对本地的、区域的或更为广泛的楼宇管理系统整合的趋势正在快速发展。随着社会经济的发展，这种整合的发展方向将转变为更好的能量优化、服务和安全性。

控制网络（即楼宇管理系统的数据网络）使用本地区域网络协议，如BACnet或LonTalk。而互联网采用传输控制协议／网际协议（TCP／IP）和超文本传输协议（HTTP）。为了整合本地控制网络和互联网，这两种协议之间需要开发一种接口。

1 LonWorks技术简述

LonWorks由美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。它采用ISO／OSI模型的全部7层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。LonWorks技术采用的LonTalk协议被封装到Neuron（神经元）的芯片中，并得以实现。采用LonWorks技术和神经元芯片的产品，被广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化等行业。

2 分布式控制方案的实现

用一个可编程的BLN连接LonWorks系统到互联网服务器电脑，其中包含一个收发器和神经元芯片。BLN是用来连接LonWorks到IP网络的电路板，可替代其他网络适配器。采用BLN可以有效地实现IP网络的网络控制系统。

2.1 LonWorks系统中的BLN

BLN为一个控制节点，用于连接控制网络到互联网。它的主要功能是将连接设备的所有信息传送到互联网服务器，或接收和执行来自互联网服务器上的控制指令。在本文中，采用TMPN3150芯片和外部存储器，EEPROM和RAM来存放可编程器件在BLN板上的应用程序，其中LonWorks系统连接到互联网服务器。神经元芯片通过用一对双绞线通信端口的FTT－10A收发器接入LonWorks系统。所实现的硬件结构和神经元TMPN3150芯片包括一个收发器FTT－10A方框图，和外部扩展存储器图包括的RS－232接口图，如图1所示：

图1 BLN硬件框图

BLN具有逻辑上的2种操作模式：局部模式和全局模式。用于发送和接收的控制网络系统的信息。在本地运行模式，BLN不与互联网服务器交换信息。在这种模式下，服务器无法感知节点的状态，但有一个优势，时间信息的通信可以去掉。BLN的2种运行模式如图2所示，在图中，显示了一个简单的LonWorks系统，BLN和个人电脑。这里的LonWorks系统包括一个开关节点和一个指示灯节点。

在指示灯节点，“‘nv＿lamp＿state’被定义为网络输入变量，‘nv＿output’是指在BLN作为输出网络变量，用于与‘nv＿lamp＿state’连接。指示灯节点接收开关指示灯，‘nv＿lamp＿state’，从绑定输出变量在 BLN，‘nv＿output’”，并执行这些指令。

图2 在BLN下2种运行模式框图

2.2 LonWorks现场总线系统的分布式控制方案的实现

利用BLN，大量的局部控制网络可以连接到任何一台作为一个互联网服务器PC机，运行在PC上的LOIS可以访问自己连接的控制网络。此外，系统设计人员可以对在BLN或LOIS上的特定的功能使用一种新的先进的分布式控制系统。图3是一些本地控制网络采用BLN和LOIS连接到互联网上。

图3 控制网络与互联网的连接图

为了证明所提出的方案的正确性，通过电源开关来控制3个指示灯。在开关节点，定义了BLN上的输出网络变量fnv＿switch＿state与输入网络变量fnv＿input，使用这些变量，开关节点连接到BLN。因此，BLN使用自己的输入网络变量fnv＿input，识别开关节点的开关状态，使用输出网络变量fnv＿output可开启或关闭指示灯节点的指示灯。