LonWorks技术在楼宇自动化系统中的应用研究*

何丽莉

（杭州职业技术学院，浙江杭州 310018）

0 引言

智能建筑是现代科技的产物，包含各种楼宇自控设备和不同功能的子系统。本着节能、减排、低碳的原则，世界各地的大厦管理部门都在环境质量和管理水平等方面不断找寻新的控制办法。通过系统的集成，把计算机网络技术、自动控制技术、现代通信技术与建筑艺术有机地融合在一起。利用软件平台对设备进行自动监控、对信息资源进行有效管理以及对使用者服务的提升优化，使整个系统处于高性能、高效率、低维护的工作状态，为业主提供一个安全、舒适、高效、节能的环境[1]。

楼宇自动化系统BAS作为智能建筑非常重要的组成部分，集供配电、空调通风、电梯、电力照明、给排水等系统为一体，担负着对建筑物内所有机电设备的集中监测和控制，保证所有设备处于正常运行状态。

BAS是一个开放的网络通信系统，采用先进的多层次、多用户、多任务、可独立工作的集散控制系统结构，来完成各种楼宇设备自控功能。整个系统中分散的控制单元的操作是高度自治的，并不依赖中央操作站。当系统通信故障时，控制单元仍然能正常完成监测和调控的功能，实现集中管理、分散控制，使建筑物的环境满足业主所需的要求[2]。

1 LonWorks总线技术

1.1 LonWorks技术概述

LonWorks技术起源于二十世纪九十年代，是美国Echelon公司推出的一种新的现场总线技术，是开放系统的一种完整的解决方案[3]。LonWorks网络由通信协议LonTalk、网络传输介质、网络设备、执行机构和变送器等组成[4]。LonTalk是Lon⁃Works网络通信的基础，LON总线的网络通信功能都通过它来实现。

1.2 神经元芯片Neuron

神经元芯片Neuron是LonWorks技术的核心，在完成通信处理的同时，还具有数据采集与控制功能。Neuron芯片其实是一种嵌入式系统，它的优越在于其完整性，芯片内置通信协议和处理器免除了在这些方面的任何开发和编程。Neuron芯片提供了ISO/OSI模型的前面六个协议层，只需要给定应用层编程和配置，简化了开发。

每一个Neuron芯片都被赋予了一个独一无二的、永久保存的48位标识码，称为Neuron ID。根据是否支持外部存储器，分成64脚的3150和32脚的3120两大类。该芯片集成度高，通过三个八位处理器，以及RAM、ROM、通信和输入输出设备，完成网络通信协议的固化、用户控制要求的程序实现等功能。

1.3 智能节点

在Lonwork测控网络中，采用了具有分布控制和通信网络功能的智能测控单元（节点），一个典型的现场控制节点包括CPU、I/O单元、通信处理、收发器和电源。以Neuron芯片为核心的控制节点包括Neuron芯片、传感器、电源、控制设备和收发器等。网络功能是芯片本身自带的，它易于组成局域网，实现联网功能，通过扩展，可以实现监控功能，从而将测控和组网统一，融为一体。

Neuron智能节点分为两类，第一类是基于Neuron芯片的节点，通过通信管脚与网络中的其他节点进行信息交换，完成用户程序。节点中不再出现其他处理器，通常适用于结构简单、成本低的网络控制系统；还有一类是基于主机的节点，通过应用管脚与现场设备进行通信，还有其他的处理器完成用户程序，适用于结构复杂、成本高的复杂控制系统[5]。

1.4 LonTalk协议

LonWorks网络通信协议LonTalk面向对象，支持ISO/OSI模型的全部七层标准。在该协议下，以往的“孤岛”可以形成一个完整的网络控制系统。不同的设备间控制信息状态交换，需要一个通用的标准，而LonTalk协议正是提供了这样一个信息平台，它可以通过网络变量实现节点间的通信，通信方式面向对象，是一套安全、完整、有效的系统[6]。

LonTalk协议的网络地址包含域 （Domain）、子网(Subnet)和节点(Node)三层结构。其中域是第一层，它保证了各个域独立通信，提高系统的抗干扰能力。子网是第二层，通常一个域中的所有节点分配在相同的子网中，每个域可以有255个子网，子网间的连接可由路由器来实现。节点是第三层，每个子网最多可接127个节点，所以一个域最多可以有32 385个节点。

综合LonWorks总线的软硬件技术，恰好能解决楼宇自动化系统控制点较分散、控制器要求安装方便、可互操作性要求较高、集成周期较短等要求，为楼宇自动化系统的集成提供了一个彻底的解决方案。

2 LonWorks技术在楼宇自动化系统中的应用

随着智能楼宇自控系统不断取得新的成绩，被人们逐渐地接受并重视，开始大力推进对楼宇自动化系统进行研究、设计和宣传。楼宇自动化系统的实质是通过信息管理层和控制层实现底层建筑物现场机电设备和能源的自动化、智能化监控管理模式。它以建筑物内各子系统为核心环节，集中管理，分散控制，使各子系统设备始终能以有条不紊、协同一致、高效节能的状态运行[7]。

一个典型的BAS主要由供配电系统、照明系统、给排水系统、新风空调系统、电梯系统、安防系统和物管系统等子系统组成[8]。各子系统均处于最佳运行状态，保证工作环境的安全性、高效性和舒适性。图1是基于LonWorks总线技术的楼宇自动化控制系统结构组成框图。

根据我国《智能建筑设计标准》，BAS包括两个子系统，一个是设备运行管理与监控系统，另一个是消防与安全防范系统。一般情况下BAS要统一考虑这两个子系统，即便是分开独立设置，也必须构建两个子系统间的通信与联系，保证有紧急情况出现时，整个系统可以协调控制，能够通过网络实现互动或联动，并能够按照约定转移操作权，以便各个子系统能有机地集成在一起，共同构成建筑物的自动控制网络。

图1 楼宇自动化控制系统结构组成框图

3 楼宇自动化系统的集成

随着智能建筑的规模越来越大，楼宇自动化系统内各子系统的数量和规模都在持续增加。针对各个子系统进行信息的统一管理，确保信息交换顺畅，使其能够实现协同运行，已成为智能楼宇自动化发展的主要方向。

BAS集成的目标主要如下。

（1）集成各子系统监测、控制和管理的信息，将目前由不同生产厂家生产的各类楼宇控制设备子系统，由网络集成在一起，如图2所示。通过楼宇网络中心能够对这些控制设备子系统进行统一的监测、控制和管理，同时要求有一个操作方便、合理适用的软件平台，来展示智能楼宇中管理者应该获取的各种信息。

（2）建立各设备之间的联动关系，使各个子系统有机地集成在一起，实现系统的集中管理与协调。楼宇自动化系统集成后，各个子系统通过网络实现互动或联动，相互协调，具有互操作性。例如：当消防系统发现火灾报警时，智能控制中心首先要对接收到的火灾报警进行核实，如果是“虚”报警，则撤销报警。若确实发生火灾，则要同时控制照明系统、电梯系统和空调自动控制系统中的通风设备，转入火灾运行模式，使得消防自动控制得到有效的应用，保证安全[7]。各个子系统间的联动，实现了跨系统控制，大大提高了楼宇的智能水平。集成后的系统，在系统的安全性、快速性方面有了较大的改善、提升了楼宇管理的品质和水平。

图2 LonWorks技术集成的BAS结构图

（3）开放的数据结构，实现了信息资源的共享。楼宇网络中心可以建立一个采集和转换各子系统设备参数、数据信息的软件平台。在这个统一开放的数据库中，用户可以及时沟通信息，共享网络资源，为管理运行提供开放的、最佳的服务。

（4）实现高效管理，节约能源，降低建筑物维护、运行成本。楼宇自动化系统集成后，可充分发挥各设备子系统的功能，减少硬件设施，节约投资，进行统一调度。例如：利用智能化温度传感器不仅可以检测所控制地区的温度，还可以用作火灾探测器；视频监控器不仅可以用于安全保卫，还可在火灾时作为监控火灾区域的有效设备[8]。

4 结束语

LonWorks现场总线应用在楼宇自动化系统中，很大程度上节约了人力、物力资源，减少事故的发生，提高了运作管理水平。智能建筑的概念必将发生新的变化，期待着它能带给我们更美好的生活。

［1］张瑞武.智能建筑的系统集成及工程实施［M］.北京：清华大学出版社，2000.

［2］马占敖.基于LonWorks技术的智能建筑楼宇自动化系统的研究［J］.制造业自动化，2010（6）：98-100.

［3］刘聃.楼宇自动化中的LonWorks技术［J］.广西轻工业，2011（7）：75-76.

［4］贺智修.我国对LonWorks技术的开发应用现状［J］.城市建筑智能系统，2002（10）：55-57.

［5］杨帅，薛岚，高安邦.基于主机LON节点的研究与开发［J］.自动化与仪表，2007（6）：30-34.

［6］朱静，杨帅，薛岚，等.LonWorks技术通信机制的研究［J］.中国新通信，2007（15）：36-38.

［7］谭天.论智能楼宇系统集成的应用与发展［J］.企业科技与发展，2012（9）：27-29.

［8］智淑亚.浅论LonWorks技术在楼宇自控系统中的应用［J］.金陵科技学院学报，2013（3）：34-37.