基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中LonWorks設(shè)計(jì)

湖北工業(yè)大學(xué) 王玉慧 王 粟

0 前 言

在如今的工廠自動(dòng)化和樓宇自動(dòng)化，以及汽車和飛機(jī)上，都建立了相應(yīng)的控制網(wǎng)絡(luò)，并發(fā)揮著極大的作用。最新的自動(dòng)控制系統(tǒng)需要更為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將是未來分布式自動(dòng)化系統(tǒng)的工作核心。針對(duì)本地的、區(qū)域的或更為廣泛的樓宇管理系統(tǒng)整合的趨勢正在快速發(fā)展。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這種整合的發(fā)展方向?qū)⑥D(zhuǎn)變?yōu)楦玫哪芰績?yōu)化、服務(wù)和安全性。

控制網(wǎng)絡(luò)（即樓宇管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)）使用本地區(qū)域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如BACnet或LonTalk。而互聯(lián)網(wǎng)采用傳輸控制協(xié)議／網(wǎng)際協(xié)議（TCP／IP）和超文本傳輸協(xié)議（HTTP）。為了整合本地控制網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)，這兩種協(xié)議之間需要開發(fā)一種接口。

1 LonWorks技術(shù)簡述

LonWorks由美國Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡導(dǎo)。它采用ISO／OSI模型的全部7層通訊協(xié)議，采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡化為參數(shù)設(shè)置。LonWorks技術(shù)采用的LonTalk協(xié)議被封裝到Neuron（神經(jīng)元）的芯片中，并得以實(shí)現(xiàn)。采用LonWorks技術(shù)和神經(jīng)元芯片的產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化等行業(yè)。

2 分布式控制方案的實(shí)現(xiàn)

用一個(gè)可編程的BLN連接LonWorks系統(tǒng)到互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器電腦，其中包含一個(gè)收發(fā)器和神經(jīng)元芯片。BLN是用來連接LonWorks到IP網(wǎng)絡(luò)的電路板，可替代其他網(wǎng)絡(luò)適配器。采用BLN可以有效地實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。

2.1 LonWorks系統(tǒng)中的BLN

BLN為一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)，用于連接控制網(wǎng)絡(luò)到互聯(lián)網(wǎng)。它的主要功能是將連接設(shè)備的所有信息傳送到互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，或接收和執(zhí)行來自互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器上的控制指令。在本文中，采用TMPN3150芯片和外部存儲(chǔ)器，EEPROM和RAM來存放可編程器件在BLN板上的應(yīng)用程序，其中LonWorks系統(tǒng)連接到互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。神經(jīng)元芯片通過用一對(duì)雙絞線通信端口的FTT－10A收發(fā)器接入LonWorks系統(tǒng)。所實(shí)現(xiàn)的硬件結(jié)構(gòu)和神經(jīng)元TMPN3150芯片包括一個(gè)收發(fā)器FTT－10A方框圖，和外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器圖包括的RS－232接口圖，如圖1所示：

圖1 BLN硬件框圖

BLN具有邏輯上的2種操作模式：局部模式和全局模式。用于發(fā)送和接收的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的信息。在本地運(yùn)行模式，BLN不與互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器交換信息。在這種模式下，服務(wù)器無法感知節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，但有一個(gè)優(yōu)勢，時(shí)間信息的通信可以去掉。BLN的2種運(yùn)行模式如圖2所示，在圖中，顯示了一個(gè)簡單的LonWorks系統(tǒng)，BLN和個(gè)人電腦。這里的LonWorks系統(tǒng)包括一個(gè)開關(guān)節(jié)點(diǎn)和一個(gè)指示燈節(jié)點(diǎn)。

在指示燈節(jié)點(diǎn)，“‘nv＿lamp＿state’被定義為網(wǎng)絡(luò)輸入變量，‘nv＿output’是指在BLN作為輸出網(wǎng)絡(luò)變量，用于與‘nv＿lamp＿state’連接。指示燈節(jié)點(diǎn)接收開關(guān)指示燈，‘nv＿lamp＿state’，從綁定輸出變量在 BLN，‘nv＿output’”，并執(zhí)行這些指令。

圖2 在BLN下2種運(yùn)行模式框圖

2.2 LonWorks現(xiàn)場總線系統(tǒng)的分布式控制方案的實(shí)現(xiàn)

利用BLN，大量的局部控制網(wǎng)絡(luò)可以連接到任何一臺(tái)作為一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器PC機(jī)，運(yùn)行在PC上的LOIS可以訪問自己連接的控制網(wǎng)絡(luò)。此外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以對(duì)在BLN或LOIS上的特定的功能使用一種新的先進(jìn)的分布式控制系統(tǒng)。圖3是一些本地控制網(wǎng)絡(luò)采用BLN和LOIS連接到互聯(lián)網(wǎng)上。

圖3 控制網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的連接圖

為了證明所提出的方案的正確性，通過電源開關(guān)來控制3個(gè)指示燈。在開關(guān)節(jié)點(diǎn)，定義了BLN上的輸出網(wǎng)絡(luò)變量fnv＿switch＿state與輸入網(wǎng)絡(luò)變量fnv＿input，使用這些變量，開關(guān)節(jié)點(diǎn)連接到BLN。因此，BLN使用自己的輸入網(wǎng)絡(luò)變量fnv＿input，識(shí)別開關(guān)節(jié)點(diǎn)的開關(guān)狀態(tài)，使用輸出網(wǎng)絡(luò)變量fnv＿output可開啟或關(guān)閉指示燈節(jié)點(diǎn)的指示燈。

3 結(jié)論

本文提出了一種先進(jìn)的分布式控制方案，基于Lon－Works系統(tǒng)將控制網(wǎng)絡(luò)連接到IP網(wǎng)絡(luò)。所提出的方法是通過使用一個(gè)簡單的可編程的BLN和作為互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的個(gè)人計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。所提出的方法可以在互聯(lián)網(wǎng)上以較低的成本提供靈活和低成本的分布式控制系統(tǒng)，這是最具發(fā)展前景的控制網(wǎng)絡(luò)之一。