基于个人计算机的楼宇自动化系统中LonWorks设计

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。

3 结论

本文提出了一种先进的分布式控制方案，基于Lon－Works系统将控制网络连接到IP网络。所提出的方法是通过使用一个简单的可编程的BLN和作为互联网服务器的个人计算机来实现。所提出的方法可以在互联网上以较低的成本提供灵活和低成本的分布式控制系统，这是最具发展前景的控制网络之一。