LonWorks技术在智能建筑中的发展与应用

梁沛林

摘要：现场总线已广泛应用于智能建筑中，但由于技术等方面的原因，其应用还存在一些不完善的地方。本文介绍LonWorks现场总线在智能建筑中的应用，并给出了基于LonWorks总线的智能楼宇与住宅小区的结构框架

关键字：智能建筑；LonWorks ；分布式系统

Abstract： fieldbus has been widely used in intelligent building， but because of technology， its application also has some drawbacks. This paper introduces the application of LonWorks fieldbus in intelligent building， and presents a based on LonWorks fieldbus intelligent building and structure framework of residential district

Keywords：Intelligent building；LonWorks；Distributed system

一、引言

智能化小区是通过将楼宇自动化技术应用于住宅小区实现的，它是提升居民居住质量的重要方法。在我国住宅小区智能化系统逐渐普及和成熟，现场总线技术特别是LonWorks技术在智能化小区的设计中得到了广泛的应用。本文分析了LonWorks在智能建筑中的应用及其应用的局限性，并给出应用现场总线时应注意的问题。使之在智能建筑中得到迅速推广。

二、LonWorks总线技术

LON总线时一种当前最为流行的现场总线之一，它具有很强的开放性、兼容性、灵活性、可靠性和可互操作性，其显著的特征在于功能强大的神经芯片、系统互操作性和LonTalk通信协议。

LonWorks控制网结构包括网络协议、网络传输介质、网络设备、执行机构和管理软件5个部分。其中网络设备包括智能测控单元、路由器和网关等；执行机构包括传感器、变送器等；管理软件包括LonTalk开放式协议，并为设备之间交换控制状态信息建立了一个通用的标准。在LonTalk协议的协调下，以往那些孤立的设备融为一体，形成一个网络控制系统。LonTalk是面向对象的网络协议，支持OSI七层协议，设备节点之间的数据传送通过网络变量的互连实现。神经元芯片是除LonTalk协议之外的LonWorks技术核心产品。它不仅是LON总线的通信处理器，同时也可以作为采集和控制的通用处理器，LonWorks技术中关于网络的操作实际上都是通过它来完成的。

三、LonWorks总线的优势

（1）开放性和互操作性

网络由节点（即智能控制器）通过固话在LonWorks内部的符合七层参考模型的网络通信协议互联，OSI LonTalk组成对等网络，开发人员只需将主要精力花在“Peer to Peer”系統应用设计方面，而不需要专门去实现和测试传输线路和通信系统。

（2）分布式无中心控制

网络节点靠近现场传感器和执行机构，每个节点都能完成控制和通信功能，部分节点故障不会造成系统瘫痪，可多至个监控站可随意安装在网络的任何位置，并且位置也可以随时变换，监控站之间功能完全对等，也可以定义成不同级别。这些特点对系统的调试、维护和稳定性都有着重要的意义。

（3）系统组态灵活、开发周期短、应用媒体范围广泛

采用不同类型的收发器，系统可利用双绞线、光缆、同轴电缆、电力线、无线、红外线等多种媒体进行信号传输；根据传输距离的远近、传输速度和现场设备等具体要求组成自由拓扑结构或总线型等结构，这些都给系统设计和维护升级改造带来极大的方便。

四、LonWorks现场总线的局限性

1、协议制订方面

（1）LonWorks现场总线采用开放式的控制系统，但LonWorks现场总线与其他现场总线之间却是不开放的。虽然它们可以通过网关进行通信，或者通过OPC协议进行互操作，但这种互操作只能在各自的主机间进行，不能再彼此的现场仪表之间直接进行。

（2）由于LonWorks自己特有的7层协议标准使得协议本身成为了一个相对封闭的整体，很难与其他的协议进行互动、互连。实际工程中，经常遇到的问题是如何将各种工作在不同地层协议标准下的设备、仪表等很好的统一起来实现互操作，这些是LonWorks较难做到的。

2、现场应用方面

（1）LonWorks现场总线是低速现场总线，现场仪表和设备的计算能力以及信息处理能力都较低。主要用于数据采集和控制信号的输出，实现类似PID等一些简单的控制算法，无法完成复杂的控制算法，如最优控制、自适应控制、神经网络控制等。

（2）当LonWorks现场总线被切断时，系统可能产生不可预知的后果。现场总线的故障确定与排除较困难，因为当某个节点出故障而封锁总线时，要确认是哪个节点出故障并不容易。

（3）LonWorks现场总线通过两根双绞线把各现场智能仪表连接起来，极大的简化了控制系统的走线。但是，由于所有信息均需通过总线串行交换，其实时性必然受到限制。同时，要求每个现场仪表都要有单独的信号放大调理电路、A/D转换电路、载波与通信电路、电源部件及其智能部件，导致现场总线的成本大大提高。

五、LonWorks在智能小区中的应用

1、住户室内安全防护系统

住户室内安全防护熊主要包括室内防盗、紧急求助、煤气泄漏探测和关断等功能。室内采用的各种探测器如：微波红外双鉴器、门磁、紧急求助按钮盒煤气泄漏探测器等，均为简单开关量I/O接口。选用8路开关量I/O接口的LonWorks节点产品，每一通道连接一种探测器，节点程序自动检测各I/O口的状态。一旦某I/O口状态发生变化，节点程序就将相应的报警信号，以网络变量的形式发送到网络变量的形式发送到网络上，小区监控中心收到信号后作出相应的反应。

2、小区远程自动抄表系统

小区远程自动抄表系统使用电子水表、电子电表和电子煤气表。这三种表输出都为电子脉冲，只需对电子脉冲进行计数便可测得表的计量。采用LonWorks节点产品，便可对表头的输出脉冲进行计数，并转化为相应的读数，保存在节点的EEPROM中。管理中心的计算机可通过LonWorks网络读取表数，实现远程自动抄表。

3、小区管理监控系统

小区管理监控系统包括报警监控计算机和远程抄表计算机。在两台计算机上安装有LonWorks网卡，接入LonWorks主干网络，小区内所有的信号均通过LonWorks主干网络传送到监控中心。

六、小结

由于LonWorks现场总线技术的局限性，用户在选择时要慎重考虑实用性、完备性、经济性等各方面的因素。另外，LonWorks现场总线采用ISO/OSI标准完整的7层协议，采用无中心控制的真正分布式控制模式，能独立的完成控制和通信功能，具有强大的功能和广阔的前景。随着LonWorks更加注重了人性化的设计，神经网络及模糊控制在其中的应用更加满足了用户个性化的需求，为智能建筑的发展提供了更为广阔的发展空间。

参考文献：

[1]张小军.基于LonWorks技术的楼宇自动化系统的研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2003.

[2]张守勇.基于LonWorks技术的智能小区管理系统[J].电子技术杂志，2004，（3）；85-8.

[3]谢凌广 LonWorks技术在楼宇自动化领域的应用 工业控制计算机 2001.6