智能建筑(Intelligent Buildings)是建筑技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是未來建筑發(fā)展的方向,。智能建筑主要由樓宇自動化系統(tǒng)(Building AutomationSystem,，BAS)通信自動化系統(tǒng)和辦公自動化系統(tǒng)組成。樓宇自動化系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù),、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)構(gòu)建的綜合管理和控制系統(tǒng),。

　　1 智能大廈自動化領(lǐng)域的幾種現(xiàn)場總線

　　上個世紀(jì)80年代，隨著計(jì)算機(jī)可靠性提高,，價(jià)格大幅下降,，出現(xiàn)了由多個計(jì)算機(jī)構(gòu)成的集中、分散相結(jié)合的分布式控制系統(tǒng)(Distributed Control System,，DCS),。DCS是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作,、管理和分散控制的一種綜合控制系統(tǒng),。它的測量變送儀表一般是模擬儀表，因此屬于一種模擬數(shù)字混合控制系統(tǒng),。

　　90年代,，隨著控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù),、通信技術(shù)的發(fā)展,，出現(xiàn)了基于現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)(Field ControlSystem,，F(xiàn)CS)。FCS是一種全數(shù)字化,、全分散,、全開放、可互操作和開放式互連的新一代控制系統(tǒng),，具有可靠性高,、可維護(hù)性好,、成本低,、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)了控制管理一體化的結(jié)構(gòu)體系等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)場總線開創(chuàng)了工業(yè)自動控制的新紀(jì)元,，被譽(yù)為自動化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。鑒于FCS的許多優(yōu)點(diǎn),，其已被廣泛應(yīng)用到BAS控制領(lǐng)域,，其中比較有代表性的現(xiàn)場總線有LonWorks，BACnet,，CAN,，EIB等。

　　(1)LonWorks

　　LonWorks技術(shù)是美國Echelon公司1991年推出的局域操作網(wǎng),，具有完整的開發(fā)系統(tǒng)平臺,，包含所有設(shè)計(jì)、配置和支持控制網(wǎng)的元素,，是目前最為先進(jìn)的控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù),。

　　(2)BACnet

　　BACnet是世界上第一個面向樓宇自動控制網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，代表了智能建筑發(fā)展的主流趨勢,。它詳細(xì)闡述了系統(tǒng)組成單元相互分享數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)的途徑,、使用的通信介質(zhì)、可以使用的功能以及信息如何翻譯的全部規(guī)則,。它的最大優(yōu)點(diǎn)是可以與Ethernet,、LonWorks等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無縫集成，以解決不同廠家的樓宇自控系統(tǒng)相互間的通訊問題,，故其不太適用于智能傳感器,、執(zhí)行器等末端設(shè)備。

　　(3)CAN

　　CAN總線最初是德國Bosch公司為設(shè)計(jì)汽車監(jiān)控控制系統(tǒng)而提出的,，現(xiàn)在它已經(jīng)成為一種國際標(biāo)準(zhǔn),，在電力、石化,、空調(diào),、建筑等行業(yè)均有應(yīng)用,。CAN的主要優(yōu)點(diǎn)在于：采用8．B的短幀傳送；具有多種錯誤校驗(yàn)方式,；采用無損壞的仲裁技術(shù),；CAN芯片不但價(jià)格低而且供應(yīng)商多。CAN的主要缺點(diǎn)在于其支持的節(jié)點(diǎn)數(shù)較少,。

　　(4)EIB

　　歐洲安裝總線(European Installation Bus,，EIB)1990年被提出，經(jīng)過十多年的發(fā)展,，已成為歐洲最有影響的建筑智能化現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn),。1999年EIB被引進(jìn)中國的智能化建筑領(lǐng)域，并在上海同濟(jì)大學(xué)建立了EIB認(rèn)證技術(shù)培訓(xùn)中心,。

　　2 LonWorks技術(shù)的特點(diǎn)

　　LonWorks技術(shù)是1991年由美國埃施朗(Eche—lon)公司推出的,，LonWorks技術(shù)所使用的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議是LonTalk協(xié)議，該協(xié)議遵循國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)1984年公布的開放系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)參考模型的定義,，它提供了(OSI)參考模型定義的全部7層協(xié)議,，通過變量直接面向?qū)ο笸ㄐ牛W(wǎng)絡(luò)協(xié)議開放,，可以實(shí)現(xiàn)互操作,。每一個域最多有255個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)最多可以有127個節(jié)點(diǎn),。所以,，一個域最多可以有255×127=32 385個子網(wǎng)。LonWorks技術(shù)是專門為實(shí)時(shí)控制而設(shè)計(jì)的,，在Lon網(wǎng)絡(luò)中大批設(shè)備(傳感器,、執(zhí)行器等)和Lon的控制節(jié)點(diǎn)相互配合，使用LonTalks協(xié)議,，經(jīng)過多種傳輸媒體進(jìn)行節(jié)點(diǎn)之間的通信,，靈活組成各種各樣的分布式智能控制系統(tǒng)。LonWorks技術(shù)能在控制層提供互操作的Lon現(xiàn)場總線技術(shù),，其安裝的節(jié)點(diǎn)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了任何其他現(xiàn)場總線產(chǎn)品,，幾乎囊括了測控應(yīng)用的所有范疇。更準(zhǔn)確地說,，LonWorks技術(shù)有效地解決了集散控制系統(tǒng)的通信難題,。LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，集中體現(xiàn)在：

　　(1)Neuron芯片是LonWorks技術(shù)的核心元件,，它內(nèi)部帶有3個8位微處理器：1個用于鏈路層的控制,；1個用于網(wǎng)絡(luò)層的控制；1個用于執(zhí)行用戶的應(yīng)用程序,。該芯片還包括11個I／O口和完整的LonTalk通信協(xié)議,。包括神經(jīng)元芯片的Lon節(jié)點(diǎn)具有通信和控制功能,，部分節(jié)點(diǎn)故障不會造成系統(tǒng)癱瘓，對系統(tǒng)的調(diào)試,、維護(hù)和穩(wěn)定性都有著重要的意義,。

　　(2)LonWorks技術(shù)支持多種通信介質(zhì)(雙絞線、電力線,、電源線,、光纖、無線和紅外)和它們的互聯(lián),。

　　(3)由于LonWorks技術(shù)直接面向?qū)ο笸ㄐ?。開發(fā)人員只需將主要精力花在Lon節(jié)點(diǎn)應(yīng)用設(shè)計(jì)方面，而不需要專門去實(shí)現(xiàn)和測試傳輸線路和通信系統(tǒng),。

　　(4)LonWorks的微處理器接口程序,，即MIP軟件。用MIP軟件可以開發(fā)出各種低成本的網(wǎng)關(guān),，從而使各種網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)成為輕而易舉的事情。

　　(5)提供LonBuilder,，NodeBuilder,，Neuron C及LonManager等強(qiáng)有力的開發(fā)工具平臺，給系統(tǒng)設(shè)計(jì),、維護(hù)和升級改造帶來極大的方便,。

　　3 基于LonWorks技術(shù)的樓宇自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例

　　某智能大廈系統(tǒng)總監(jiān)控點(diǎn)為1 240個，其中數(shù)字量控制點(diǎn)：DI有625個,，DO有358個,；模擬量控制點(diǎn)：AI有254個，A0有3個,。

　　系統(tǒng)采用美國埃施朗(Echelon)和先導(dǎo)公司(Ad—vanced Tech Inc．)以LonWorks技術(shù)為核心的EU—BAS樓宇自控系統(tǒng)作為大樓的樓宇監(jiān)控系統(tǒng),，而所有的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)則選定美國江森(Johnson con—tro1)公司的進(jìn)口產(chǎn)品，上層監(jiān)控軟件采用美國Wonder—ware公司的Intouch 7．O組態(tài)軟件開發(fā),。

　　3．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　EU—BAS樓宇自動化系統(tǒng)是一種通過中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)將分布在各監(jiān)測現(xiàn)場的區(qū)域智能節(jié)點(diǎn)連接起來的集散型控制系統(tǒng),，具有集中操作、管理和分散控制的功能,。按照分布式控制理論,，系統(tǒng)采用分層分布式控制結(jié)構(gòu)，由中央控制中心的操作站和各監(jiān)控現(xiàn)場的區(qū)域智能節(jié)點(diǎn)組成,，系統(tǒng)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間連接采用現(xiàn)場總線技術(shù)來實(shí)現(xiàn),。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　監(jiān)控系統(tǒng)由三部分組成：信號轉(zhuǎn)換子系統(tǒng),、LonWorks采集控制網(wǎng)絡(luò),、上位監(jiān)控PC子系統(tǒng),。

　　系統(tǒng)中LonWorks現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)由三類節(jié)點(diǎn)組成：

　　(1)模擬量采集節(jié)點(diǎn)

　　主要由Neuron芯片、TP—FTl0自由拓?fù)涫瞻l(fā)器,、程序存儲器,、串行A／D芯片等組成?？赏瓿?4路模擬量信號的數(shù)一模轉(zhuǎn)換,，采樣分辨率為10位。

　　(2)開關(guān)量采集節(jié)點(diǎn)

　　主要由Neuron芯片,、TP—FTlO自由拓?fù)涫瞻l(fā)器,、程序存儲器、移位寄存器等組成,?？山?4路開關(guān)量輸入，信號全部采用光電隔離,。

　　(3)通信協(xié)議轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)

　　通過RS 232C串口LonTalk接口模塊LON—EU／SLTA,，支持LonTalk協(xié)議，可以對LonWorks網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安裝,、配置,、網(wǎng)絡(luò)管理；LON—EU／SLTA通過連接Modem的RS 232C接口,，各類主機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對LonWorks網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程遙控及進(jìn)行現(xiàn)場維護(hù),；L0nWorks網(wǎng)絡(luò)的工作節(jié)點(diǎn)通過Modem也可以向遠(yuǎn)程主機(jī)報(bào)警、傳遞信息等,。LON—EU／SLTA還能實(shí)現(xiàn)LonWorks網(wǎng)絡(luò)向其他RS 232C測控網(wǎng)絡(luò)的路由功能,。

　　主干網(wǎng)為總線型結(jié)構(gòu)，通信速度達(dá)到1．25 MB／s,；各子網(wǎng)為星型結(jié)構(gòu),，通信速度為78．5 KB／s。主干網(wǎng)與子網(wǎng)通過LonWorks專用路由器進(jìn)行連接,，子網(wǎng)的局部網(wǎng)絡(luò)故障不會影響主干網(wǎng)和其他子網(wǎng)的正常通過Lon—Works網(wǎng)絡(luò)為對等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，監(jiān)控主機(jī)的故障不會影響整個監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點(diǎn)的正常工作。

　　在上位PC機(jī)部分,，采用LON—EU／SLTA作為LonWorks網(wǎng)絡(luò)接口,，將LonTalk協(xié)議轉(zhuǎn)換為串行通信，與上位監(jiān)控機(jī)相聯(lián),。這樣通過監(jiān)控機(jī)將LonWorks網(wǎng)絡(luò)集成到計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)(LAN),，在LAN上則采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行更高一級的系統(tǒng)集成。

　　3．2 軟件實(shí)現(xiàn)

　　軟件設(shè)計(jì)主要包括LON智能節(jié)點(diǎn)的編程、安裝維護(hù)和上位監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn),。

　　LON智能節(jié)點(diǎn)編程采用Neuron C,，它完全兼容C，具有豐富的功能子程序,，用戶無須關(guān)心網(wǎng)絡(luò)通信,、內(nèi)存分布等問題，只須根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的需求直接編程控制節(jié)點(diǎn)I／O端口,，實(shí)現(xiàn)對測控對象的訪問,；各節(jié)點(diǎn)之間以網(wǎng)絡(luò)變量的形式進(jìn)行互訪，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn),、點(diǎn)對多點(diǎn)的信息交換,。

　　BA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安裝維護(hù)軟件選用LonMaker forWindows軟件。LonMaker for Windows軟件是美國Echelon公司開發(fā)的LonWorks網(wǎng)絡(luò)安裝維護(hù)軟件,。它提供密碼保護(hù)為操作人員提供操作與維護(hù)權(quán)限,，該軟件的圖形化界面使操作人員能直接明了地對各個智能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安裝、下載應(yīng)用程序以及參數(shù)設(shè)置,，操作人員利用其完善的自診斷功能對各個智能節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)的故障進(jìn)行檢測,。

　　BA系統(tǒng)的上層監(jiān)控軟件采用Intouch 7．O組態(tài)軟件來開發(fā)，它是基于Windows的32位面向?qū)ο蟮膱D形化HMI應(yīng)用程序生成工具,，用于工業(yè)自動化,、過程控制和管理性監(jiān)測，集成了當(dāng)今微軟最先進(jìn)的軟件技術(shù),。Intouch 7．O提供了支持LonWorks技術(shù)的I／O Serv—er，可與LON—EU2000系統(tǒng)產(chǎn)品進(jìn)行連接,，實(shí)現(xiàn)整個BA系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,。

　　當(dāng)BA系統(tǒng)安裝配置完成后，操作人員即口關(guān)閉LonMaker for Windows軟件讓BA系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行,；對BA系統(tǒng)的監(jiān)控通過Intouch 7．O軟件實(shí)現(xiàn),，這樣有利于系統(tǒng)安裝和監(jiān)控的完全獨(dú)立，可以有效地防止操作人員的誤操作而導(dǎo)致系統(tǒng)的癱瘓,。

　　方案設(shè)計(jì)選用LNS DDE Server全32位應(yīng)用軟件,，安裝在中央監(jiān)控主機(jī)中，有上層監(jiān)控軟件Intouch 7．O同時(shí)運(yùn)行,，它的功能是實(shí)現(xiàn)BA系統(tǒng)和In—touch 7．O軟件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換,。記錄數(shù)據(jù)、報(bào)警信息和紀(jì)要等可以直接分別存入上層監(jiān)控軟件的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫,，或轉(zhuǎn)換成Microsoft Execl等文件格式并存在當(dāng)?shù)赜脖P中,，通過大樓內(nèi)部局域網(wǎng)，任何上網(wǎng)用戶都可以讀取該文件并打印出來，方便使用,。

　　整個LonWorks BA系統(tǒng)各部分之間的數(shù)據(jù)通訊如圖2所示,。

　　DDE是進(jìn)程之間的通訊機(jī)制，它使用Windows消息和共享內(nèi)存,，使相互合作應(yīng)用程序能夠交換數(shù)據(jù),。DDE中存在著一種協(xié)議，發(fā)送應(yīng)用程序和接收應(yīng)用程序在交換數(shù)據(jù)時(shí)必須遵守這種協(xié)議,。一般來說,，數(shù)據(jù)的提供者就是DDE服務(wù)程序，而數(shù)據(jù)的接受者就是DDE客戶程序,。在這里,，Intouch 7．0應(yīng)用程序?yàn)镈DE客戶程序，Lon Manager DDE服務(wù)程序?yàn)榉?wù)程序,。LonManager服務(wù)程序在LonWorks網(wǎng)絡(luò)和Windows客戶程序之間交換網(wǎng)絡(luò)變量數(shù)據(jù),。

　　4 結(jié) 語

　　以LonWorks技術(shù)為核心的LonMark標(biāo)準(zhǔn)將被世界更多標(biāo)準(zhǔn)組織認(rèn)證與認(rèn)可、引用,，成為世界家用電器和控制設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化方面重要的跨行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),。LonWorks技術(shù)將人們的生活帶入Internet時(shí)代。我們身邊的樓宇,、家庭,、工廠和交通運(yùn)輸系統(tǒng)中，存在著由家用電器相互連接構(gòu)成的無形網(wǎng)絡(luò),。