建筑设备自动化管理系统之关键技术

先柯桦

建筑设备自动化管理系统中的现场总线技术具有一般总线不同的特点，它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布的控制系统。这项以计算机、数字通讯、智能传感、控制等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将致使自动化系统结构与设备的深刻变革。这是因为现场总线体系简化了系统结构，使控制系统从设计、安装、维护、检修等各个方面更加优越，主要体现在节省投资、减少安装费用，节省维护开销，提高了系统可靠性，易于集成等。

目前现场总线技术有许多不同的选择，例如LonWork、CAN、Profibus、BACnet等。LonWorks现场总线技术在智能建筑方面具有得天独厚的优势，它支持在同一网络上使用混合媒体，可使用多种拓扑结构，支持模块即插即用，有开放性和互操作性，适合在楼宇控制领域将各厂商提供设备和子系统连接起来组成相互联系、协同工作、统一监控与管理的自动化控制系统，实际上起着通用网络总线的作用。

LonWorks现场总线技术是美国Echelon公司推出的一种综合的测控网络。它可以解决在控制网络的设计、构成、安装和维护中出现的大量问题。LonWorks总线的互操作性是指开放网络中的许多智能设备之间可以相互自由通信，而不需加入监控设备负责整个系统的控制流程。LonWorks系统的互操作标准由LonWorks互操作协会负责制定，包含了以下几个方面。

1 Neuron芯片

神经元芯片是LonWorks技术的核心，它包含了所有获取和处理信息、传播控制信息和标准协议以及对不同通信介质的访问控制所需要的功能。

神经元芯片主要包含两大系列：MCI43120和MC143150。两种的区别是：MCI43120不支持外部存储器，它本身带有ROM；而MC143150系列则支持，适合较为复杂的应用。两种的共同点是：内部都有三个8位CPU（MAC CPU、网络CPU、应用CPU）。

2 LonTalk通信协议

LonWorks技术的核心是LonTalk通信协议。LonTalk通信协议提供一套通信服务， 使装置中的应用程序在无需知道名称、地址、网络拓扑或其他装置功能的情况下，能在网上对其他装置收发报文。LonTalk通信协议能有选择地提供报文证实、端到端的报文确认、优先级发送以便设定有界事务处理时间。对网络管理业务的支持， 包括参数的重新配置和网络地址、报告网络问题、节点应用程序的起始、终止、复位和下载应用程序，可以通过网络使远程网络管理工具和其他装置相互作用。

LonWorks协议是一个分层的以数据包为基础的对等的通信协议。和有关的因特网和以太网协议一样， 它是一个遵守国际标准化组织（ISO）分层体系结构要求的标准。可是， LonTalk协议设计用于控制系统而不是数据处理系统的特定的要求。每个包由长度不定、可变数目的字节构成，并且包含寻址以及应用层的信息和其他信息。信道上的每个装置通过监视在信道上传输的每个包，以此来确定自己是否是收信人。假如是收信人， 它处理该包以判明它是否是个网络管理包或者它是包含节点应用程序所需的信息。在应用包中的数据如果是提供给应用程序的， 并且合适的话， 会向发送装置发送一个确认报文。

为了处理网上报文冲突， LonTalk使用类似以太网所用的“载波监听多路访问”（CSMA） 算法。LonTalk协议建立在CSMA基础上， 提供介质访问协议，可以通过预测网络业务量发送优先级报文和动态调整时间槽的数目。通过动态调整网络带宽，使网络能在网络业务量较小的情况下不降低网络速度，而在极高的情况下也能继续运行。

3 Neuron C

LonWorks网络的应用程序基本以Neuron C语言编码完成，写成后， 神经元码就编译成神经元能理解的和的集合， 并输入存储器， 连接到芯片或直接输入芯片。在ANSI C基础上，Neuron C有较大的扩展：

（1）新的语句类型，“何时”语句以介绍“事件”和确定任务执行次序。

（2）2个定时器对象，35个I/O对象，37个额外数据类型使装置控制器标准化， 并可以简化其使用。

（3）可用于隐式（网络变量）和显式（逻辑、物理、目的地名称寻址）报文格式的集成报文传送机制。

Neuron C使用以事件为基础编程模型，并具有较为不同的编程聚合转换。简单地说， 应用程序通常由特定节点上的事件或发生在网上其他地方触发。因此网络本身是事件驱动的，由此表明其他网络类型的业务量远高于LonWorks网络，但同时也意味着一个装置不必等待轮询即可报导状况。在某些复杂的应用中， 神经元系列的最大存储器容量和处理器速度都不足以完成LonWorks节点的要求功能。為了适应这些复杂的应用， 某些种类的神经元芯片拥有高速并行接口， 使任何微处理器能使用神经元芯片， 并以一个专用接口应用微处理器（称为MTP应用）作为它的网络通信微处理器来执行应用程序。作为替代方案， 开放的协议可移植在任何处理器上运行。在这种情况下， LonWorks装置并不需要一个神经元芯片， 但是所有这些装置都要分配一个唯一的48位ID。

4路由器和收发器

路由器是Lonworks技术的一个重要部分，主要用来连接不同通信介质的LON网络。在Lonworks技术中，路由器主要包括中继器、桥接器和路由器三种类型。路由器除连接不同媒介的LON网络外，还能控制网络交通，增加信息流量，提高网络速度等。

LonWorks技术的独特能力是对多种介质的透明支持， 它使开发者能选择最适合他们需要的通信方法和介质。路由器可对多种介质的支持，也能用于控制网络业务量， 将网络分段，抑止从其他部分来的数据流量， 从而增加了网络容量和总通过量。网络工具以网络拓扑为基础自动配置路由器， 使安装者便于安装并对节点透明。路由器装置使单一的对等网络能跨接许多类型传输介质， 支持成千上万的装置。路由器通常有2个互联的神经元， 每个神经元有一个适用于2个信道的收发器， 路由器就连接在这2个信道上。路由器对网络的逻辑操作是完全透明的， 但是它们并不一定传输所有的包。智能路由器充分了解系统配置， 能将没有远地地址的包闭塞。使用了另一类型叫做穿越路由器的路由器， LonWorks系统能在象因特网这样的广域网上跨接巨大的距离。

展望未来的智能建筑与智能住宅，LonWorks总线将在其中得到广泛应用。故LonWorks现场总线将成为建筑设备自动化系统中一项最为关键的技术。

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