开放系统设计指南 设计以LONWORKSâ技术为基础的开放式楼宇控制系统 2.0版 埃施朗公司 保留本文件的一切权利 发行本文件供公众使用。为教育目的或为埃施朗、LONWORKS技术的发展而复制本文件是容许的。对于侵犯埃施朗任何知识产权和其他权利的任何应用，或违反其他适用法规，埃施朗保留采取行动的权利。我们不保证本文件内容的完整性和精确性。 第1章：导言 2 第2章：传统的系统体系结构 3 2．1 传统方法 3 2．2 在老设计中使用新技术 3 第3章：控制网络设计原理 5 3．1 开放系统设计要求 5 3．2 新设计的聚合变换 6 3．3 高效利用基于信息的控制 7 3．4 适应传统要求的BACnet 8 第4章：开放系统设计准则 9 4．1 不仅是开放性装置 9 4．2 开放控制设计的核对表 10 第5章：开放系统的实施 12 第6章：词汇集和参考文献 14 第1章 导言 近几年来，LONWORKS控制技术在商业性控制产业中的应用急剧增长。但是，尽管该技术已包含在一系列产品中，技术顾问/规范制定者们仍然难以设计一个真正开放的互可操作方案。这有几个原因。主要原因是设计和完成商业性控制工程项目中使用的方法。北美大部分的楼宇自动化工程项目继续以多重的，互不相关的子系统来完成。不从整体着眼，楼宇控制分割成条块，以与阶段性的建设计划匹配。 不安，犹豫和怀疑也要负一定责任。虽然控制设备大制造商继续加速采用LONWORKS技术，但许多厂商对采用标准网络协议可能带来的变化忧心忡忡。实施真正开放的体系结构必然在市场供货系统结构中促成显著的变化。对有相当市场份额的较大公司，开放体系结构被看成是一个可能的“潘朵拉盒子”。开放系统能大大扩展市场，为许多竞争者提供多种盈利机会。这样的事实某些人可能难以接受，而另一些人则看不到为新老客户提供新功能和附加价值的机会。尽管有这些保留意见，大部分的制造商发现LONWORKS技术是在他们的装置中建成通信能力的经济方法。 但是，技术进步在各种类型的系统，包括控制系统的体系结构中推动了迅速的变化。近20年来，与哑终端连接的集中化主机被淘汰，代之而起的是与局域网连接的具有分布处理能力的小型机。后者接着又被强大的个人计算机的分布式对等网络取代。每个信息系统产品新浪潮的巨大成功的关键是微处理器的工业标准、通信协议、操作系统、以及其他硬件和软件的积木式模块的广泛流行。这些标准使许多制造商能生产大容量的硬件和软件。他们互可操作，能结合进信息系统，不需开发定制硬件、软件或工具即能适合任何应用。LONWORKS技术现已作为开放标准提供给制造商，它以高度分布的互可操作系统取代专用的集中系统。 LONWORKS技术在楼宇控制中已如此风行，以至于使用名词“LON”或“LONWORKS”来表示开放的多供应商的控制系统已司空见惯。但是，LONWORKS技术是一个启动平台而不是一个保证无缝互可操作性的终端使用方案。使用LONWORKS技术能大为简化开放控制系统的设计和安装。可是正确的运用仍然有赖于理解该技术本身，以及知道如何充分利用该技术的特征和优点来建立一个真正的开放系统。 本文件旨在对使用LONWORKS技术设计开放控制系统感兴趣的人提供帮助。文件提供有关正确设计LONWORKS网络的信息，并说明如何有效利用该技术来建立开放控制网络。本文件无意成为包罗无遗的参考资料，所以，在最后一章列表介绍更详尽的有关读物。 第2章 传统的系统体系结构 2．1 传统方法 有一个时期，控制逻辑不是通过机电继电板就是通过气动接收器/控制器构成。固态技术的出现提供了一种方法：使用逻辑电路来代替线路、管线或继电器，从而降低成本、提高灵活性。但是仍然有与增加、移动、变化有关的问题，并且随系统的扩大而越来越棘手。 经常是软硬件的特有性质造成问题。每个制造商建立他们自己的系统并提供系统内的所有智能装置。虽然这使系统有一个单独的责任方，但这也就锁定了用户，使用户为他们楼宇的工作寿命不断和原来的设备制造商打交道。更不利的是，因为需要设计、建造一个完整的系统，制造商只能限于少数大公司。这些大公司倾向于逐步地改变从客户锁定观念出发形成的业务模式。比较一下改进计算能力和改进建造控制设备的价格/性能比，巨大的差别就一清二楚。 把来自不同制造商的数字式控制器互连一直是困难的。不同系统中的不兼容的通信协议专注于把独立的系统用继电器、定制网关和已编程的RS-232端口连接起来。但是这些接口并不能在各个系统内提供详尽的无缝的景象，他们只允许有限的状态和控制信息在各个系统间通行。故障状态信息不能共享，来自各个传感器的信息也并非经常可取用。此外，各个系统不能以整个大系统状态为基础实时适配他们的响应。可以使用网关和定制程序建立智能楼宇，但他们通常不经济，系统的可靠性也受到影响。智能楼宇一旦建成，业主就永远和提供网关和定制程序的厂商难解难分。 右图表示集中化的体系结构，直到最近，它一直是工商业应用中的大部分控制系统的典型。传感器和执行器接线辅助面板，后者又通过专用的主/从通信总线连接到控制面板。控制面板包括一个运行定制应用程序的高效微处理器。应用程序为所有连接到微处理器I/O点执行控制逻辑。在大系统中，该控制器可以通过另一专用通信总线和其他控制器通信。传感器和执行器是典型的“哑”终端，也就是说他们没有内部智能或通信能力。系统通常有一个专用的人机接口。每个系统必须有一个定制的应用程序。该程序使用专用的编程语言和厂商规定的非标准软件工具开发。不幸的是，制造商们并未尝试使工具系列或编程模型标准化。 2．2 在老设计中使用新技术 并非所有系统制造商准备提供真正开放式平台。图1表示今日在楼宇自控中布置的较常见的系统体系结构。这里我们可以看到连接在孤立的LONWORKS信道段上的LONWORKS控制器。该体系结构强调的仍然是把传感器和执行器接线到盒内而不是把智能分布到现场各装置上。单一的销售商为专用的控制器/网关提供软件，没有一个接口的标准化程度足以使用来自多个厂商的工具。 图1：今日典型的系统体系结构 这个体系结构并未充分利用LONWORKS技术的能力。LONWORKS节点在这个体系结构中通常只负担有限的决策责任，跟其他通道段上的节点只有很少的相互作用。这是从完全专用系统向前跨出的一步，但远非真正的开放。该系统仍然在分级的下一层——监控控制器上关闭。这些装置在I/O装置、终端单元和其他监控控制器之间建立大部分的控制关系。这些大控制板或“黑箱”，对于从标准LONWORKS协议进入某些其他传输机构的信息，也起着“网关”的作用。系统控制器经常用来提供定制驱动程序，以建立对其他专用总线的连通性或把传统设备包括进系统中。这是一次性解决问题的习用方法，远非真正开放。每个制造商都有配置和管理的专用网络工具。还有，每个制造商通常有专用的HMI工具，这使得集成员必须花费时间来学习如何使用没有标准的各种各样的接口。 由于许多原因，图1所示的体系结构并非最佳控制方案。对终端用户来说最重要的原因直接涉及软件的工作寿命期成本： 1.这是不必要的复杂 假如控制系统的体系结构是以真正对等的结构实现的，控制器层的网络可以撤消而不致造成功能的损失。终端用户从额外的分级层上并未得益，事实上，反而受到额外成本和复杂性的负面影响。因为必须安装、配置、维护基于不同技术的第二个控制层网络。 2.仍然是专用的 虽然装置网络上的各个装置是LONWORKS的，甚至可能按LONMARK标准制造，但集中化的控制器和他们包含的控制算法并不是LONWORKS的。他们需要使用专用工具的定制编程，也需要网络管理工具。这阻碍了终端用户达到开放标准的真正目标之一：自由选择修改、增加、设置新功能和维护。 3.不可能在网络上在任何时间、任何地点和任何点通信。因为体系结构由多个控制“层”组成，分离的信道上的装置间不能直接通信。取得经过分离协议两次变换的数据并将其储存在可能已有几分钟之久的全局数据库中是不能接受的。这个体系结构限制了装置间的信息流，增加了执行控制算法的难度，最终降低了系统的有效性。 图1所示的体系结构对终端用户来说是不便和昂贵的。它迷惑了那些不知详情的客户，使他们相信正在购买一个开放系统，因为该系统是基于提供开放性的技术的。多层控制体系结构实际上是孤立的LONWORKS网络的一个集合。LONWORKS网络包含相对少的对等装置。在这个体系结构中，即使在装置层网络上有互可操作性，仍要由专用控制器提供全系统的通信。LONWORKS装置限于在他们本地信道上和其他LONWORKS装置直接分享数据。 专用的“黑箱”软件管理控制器层的网络，而不是由开放的网络管理软件协调业务量。这个软件是“有价值的”，因为他对终端用户隐瞒了双层体系结构的复杂性。所以制造商可以由此获益，并能确信用户在未来某一时刻一定会要求他们服务。 第3章 控制网络设计原理