Lonworks总线及其应用

时间:2012-12-04来源:网络

一个基于互操作的Lonworks设备的应用层接口包括很多元素:节点对象;特定应用的LonMark对象;一般的LonMark对象,如传感器、执行器和控制器对象;单个的网络变量、配置属性和互操作文件传输机制。
物理层的互操作性和收发设备有关。介质、通信方法、位速率和收发器型号必须匹配。目前,LonMark标准的物理层通道类型包括光纤、双绞线、电力线、INTERNET协议。
除了要有连接神经元芯片或相当处理器的通信端口的合适的收发器外,还要设置合适的一系列的通道参数,使通信协议能够以正确的格式发送和接收报文,来实现互操作。这个通信协议便是LonTalk协议。
3. LonTalk通信协议
LonTalk协议遵循ISO定义的开放系统互连(OSI)模型,它除了为Lonworks控制网络实现可互操作性提供条件。还提供了OSI参考模型所定义的全部七层服务。它具有以下的特点:
  (1) LonTalk协议支持包括双绞线、电力线、无线、红外线、同轴电缆和光纤在内的多种传输介质。
  (2) LonTalk应用可以运行在任何主处理器(Host Processor)上。主处理器(微控制器、微处理器、计算机)管理LonTalk协议的第六层和第七层并使用Lonworks网络接口管理第一层到第五层。
  (3) LonTalk协议使用网络变量与其它节点通信。网络变量可以是任何单个数据项也可以是结构体,并都有一个由应用程序说明的数据类型。网络变量的概念大大简化了复杂的分布式应用的编程,大大降低了开发人员的工作量。
  (4) LonTalk协议支持总线型、星型、自由拓朴等多种拓朴结构类型,极大地方便了控制网络的构建。
综上可知, Lonworks技术是支持完全分布式的网络控制技术,是开放的、可互操作的控制系统的一个技术平台。近年来的Lonworks的用户、系统集成商和OEM产品生产商的队伍迅速扩大,其中包括世界上许多著名的自动化厂商,如Honeywell、ABB、Philips、HP等。据1997年统计,已有2500家生产和使用Lonworks产品,已有500万个Lonworks节点在使用运用。已有3500种LonworksOEM产品问世,其中30%-40%应用于工业领域。而Lonworks最大的应用领域在楼宇自动化,它包括建筑物监控系统的所有领域,即人口控制、梯和能源管理、消防/救生/安全、照明、保暖通风、测量、保安等。在工业控制领域,Lonworks在半导体制造厂、石油、印刷、造纸等应用领域都占有重要的地位。
2. Lonworks技术在楼宇自动化系统中的应用
  
  为了方便我们更好地理解Lonworks所控制的对象是什么,应该怎样控制,如何更好地控制。下面则给出两个具体的工程应用实例对Lonworks技术进行说明,为此,本文插入下面一些有关BAS(Building Automation System)的一些相关知识。
相比与传统的那种封闭的楼宇控制系统,现在的楼宇自动化控制系统(BAS)就是对大厦内的各种机电设施进行全面的计算机监控管理,如空调制冷系统、给排水系统、变配电系统、照明系统、电梯、消防、安全防范系统等;通过对各个子系统进行监控、控制、信息记录,实现分散节能控制和集中科学管理,为建筑物用户提供良好的工作环境,为建筑物的管理者提供方便的管理手段,从而减少建筑物的能耗并降低管理成本。其基本组成及相应功能如下:
BAS的组成:
1. 建筑设备运行管理的监控,包括:1、 暖通空调系统的监控(HVAC); 2、 给排水系统监控; 3 、供配电与照明系统监控。
2. 火灾报警与消防联动控制、电梯运行管制
3. 公共安全技术防范,包括:1、电视监控系统;2、防盗报警系统;3、出入口控制及门禁系统;4、安保人员巡查系统;5、汽车库综合管理系统;6、各类重要仓库防范设施;7、安全广播信息系统。
  诸多的机电设备之间有着内在的相互联系,于是就需要完善的自动化管理。建立机电设备管理系统,达到对机电设备进行综合管理、 调度、监视、操作和控制。
BAS的功能:
1. 制定系统的管理、调度、操作和控制的策略;
2. 存取有关数据与控制的参数;管理、调度、监视与控制系统的运行;
3. 显示系统运行的数据、图象和曲线;打印各类报表;
4. 进行系统运行的历史记录及趋势分析;统计设备的运行时间、进行设备维护、保养管理等;
具体地说,传统的楼宇自控系统就其本身而言是一种封闭的系统,主要表现在其通信协议上。不同厂商的产品采用不同的通信协议,互不兼容,而现在的BAS则使用的是一种开放控制技术,为实现对建筑物内水、电、消防、保安等各类设备的综合监控和管理,利用计算机网络和接口技术将分散在各子系统中不同楼层的直接数字控制器连接起来,通过联网实现各个子民中央监控管理级计算机之及子系统之间的信息通信是一套分布式智能控制系统,该系统在网络结构上突破了传统集散系统二级网、三级网的概念,系统中所有的控制和管理设备均可通过Lon Words现场总线连接在一起,各控制设备之间可实现点对点的通讯方式,组成对等式的通讯网络。
3.Lonworks技术应用实例如下:
1.工程简介
  本工程是一栋机关办公楼,分主楼和配楼两部分,由办公室、多功能厅、餐厅及接待室等用房组成。主楼建筑面积26000平方米,地下一层,地上九层。配楼建筑面积7600平方米,地下一层,地上五层。本工程属于旧楼改造项目,改造后的大楼将实现楼宇设备的自动控制,达到对大楼内的水、电、热、空调、通风、电梯、高低压配电、停车场等系统进行监测、控制和科学管理,以实现舒适、安全、高效、节能的目的,并使设备损耗降低,延长使用寿命。
2. 系统总体设计
  本楼宇自动化系统包括:冷冻水系统、新风机组、空调机组、给排水系统、变配电系统、电梯系统、照明系统、有害气体检测系统和热交换系统九部分。由于Lonworks技术的开放性和全分布式的特点,并且考虑到以后与其它功能子系统的集成,决定采用Lonworks技术作为本系统的技术平台。这个平台上集成了来自三个不同厂商的基于Lonworks技术的产品,它们分别是:美国SIEBE公司的I/A系列新风、空调控制器;澳大利亚AUSLON公司的DI-10E1;Echelon公司的LonPoint系列产品(DI-10、DO-10、AI-10、SCH-10和LPR-10路由器模块)。
  系统的网络结构充分体现了Lonworks控制网络的特点,即全分布式的,对等的,开放性的网络结构,与集中式网络比较,Lonworks控制网络的节点控制箱放置在被控对象的附近,这样做减少了布线工作量,节省了人力,降低了成本,提高了工作效率,也十分便于调试及维护。另外,如果网络中一个设备出现故障不会影响全网其它设备的正常工作,把故障点分散到最小的程度。
  整个网络采用自由拓朴结构,网线线采用Echelon公司推荐的Belden公司8741型双绞线,连接方式全部采用手拉手连接方式。整个系统分为三个子网,主楼部分分成两个子网:21台新风机组组成一个子网,其它照明、给排水、变配电等系统为另一个子网;配楼所有系统组成第三个子网。每个子网之间采用路由器(LonPoint的LPR-10)相互隔离。
3. 系统功能
  在系统功能设计过程中,除了要对楼宇内各机电设备实现基本功能的控制以外,要着重考虑系统节能,以便为用户日后带来更大的经济效益。
 3.1 冷冻水系统
  主要是对3台冷水机组、3台冷却塔、3台冷却水泵、3台冷冻水泵、集水器、分水器及相关阀门和水流开关等设备进行监视和控制。
  ◆ 自动监测冷水机组、冷却塔、冷却水泵、冷冻水泵的工作状态、故障情况。
  ◆ 由LonPoint的SCH-10模块控制冷冻机组定时启/停。
  ◆ 由实际冷负荷控制冷水机组的开启台数,并对相应的阀门和水泵进行联动控制。
  ◆ 根据供回水压差PID控制旁通阀的开度,保持供回水压差平衡。
  ◆ 在人机界面(HMI)上,可实时地观察到系统各个设备的运行情况,并可强制控制旁通阀的开度。
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关键词: Lonworks总线 BAS 外部网络

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