Lonworks网络技术在楼宇自动化系统中的应用 集散式控制系统DCS（distributes control system）从二十世纪七十年代发展起来，在短短的二十多年中，在过程控制领域，同时也在楼宇自动化系统中得到了广泛的应用，现已成为智能建筑中的主流控制技术。目前我国正在运行的楼宇自动化系统其绝大多数都属于集散式控制系统，在楼宇自动化系统中占据主导地位,为我国建筑物自动化的发展起到了重要作用。 清华同方股份有限公司研制并生产的RH系列集散式计算机控制系统在国内外各种建筑物自动化系统中得到大量的应用，目前还在运行着的各种DDC控制器就达五千多台. 二十世纪九十年代以来，随着计算机技术和网络技术的进一步发展，现场总线技术应运而生。现场总线技术打破了集散式控制系统现场层、控制层、网络层和管理层的监控系统结构，打破了不同制造厂商生产的集散式控制系统相互封闭，促进了不同系统之间数据交流和信息共享，满足了不同控制产品和系统生产厂家及用户对开放系统和标准协议的基本要求。 Lonworks网络技术就是目前比较流行的现场总线中的一种，它的主要特点是： Lonworks网络物理结构属于总线拓朴型，是专门用于工业自动化领域及楼宇自动化领域的控制网络，具有可靠性高、便于容错、通信距离长、速率快、多节点、造价低廉和抗干扰强的优点。 Lonworks总线能够直接面对对象通讯，具体实现是采用网络变量这一形式，将连接在网络上的控制设备都作为节点，网络变量使节点之间的通讯只是通过网络变量的互相连接即可完成。它的物理特性和网络协议特性更强调自动化系统的底层监测和控制，在“分散控制、集中管理”的基础上，使得底层控制进一步分散，控制器和各I/O模块可根据被控设备和被监测对象的物理位置就近放置，然后分别连接在Lonworks网络上。控制设备之间可用串行、双向、多站点、总线式网络通信方式。控制网络采用Lonworks网络，现场级仍可使用目前通用的输入输出的模拟量和数字量信号。 它面对物理层的通讯协议适应不同的通讯介质而支持不同的数据编码和解码，可容许使用非常广泛的通讯介质，如双绞线、电力线、同轴电缆、电话线等。在目前实际工程中信息传输介质多采用价廉、可靠性高、易施工和维护的双绞线，可方便的使用中继器（repeater）,用于信号的增强和网络物理距离的延伸。可较好的应用在楼宇自控系统和楼群自控系统中。 Lonworks网络是应用在工程现场，在微机化测量和控制设备之间实现双向串行多节点数据通讯，是一种开放的、数字化的、多点通讯的底层通讯网络，它作为测量、控制设备的联系纽带，把挂接在总线上作为网络节点的测量、控制设备连接成互以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统和自动控制系统，实现其监视、测量、补偿计算、参数修改、报警、显示、优化及一体化综合自动化功能。 下面是几个应用实例： 北京望京小区位于北京城东北，是近年来北京市建设的以高层楼群为主的大型居民居住区，其中A5小区是由二十四座高层居民楼、三个热力换热站和部分公共设施组成。园区东西长1.5公里，南北长800米，设备间位于地下一层，楼宇自动化系统包括有热力站监控子系统、给/排水子系统、机电设备监控子系统、变配电监测子系统，。 根据现场的实际情况和业主的功能需求，我们选用了同方公司和TAC 公司OEM生产的TF desba 系统,该系统采用了Lonworks网络技术和Lonmark国际互操作性标准，符合公认的工业标准结构，具有开放系统的特点。系统软件具有良好的可视用户界面，显示的不同系统及其流程图分级连接、简单明了。可使用Windows DDE 动态数据交换方式、方便实时地与其它系统软件完成数据交换。硬件采用带端子的底座和插入式模块结构，模块分为控制器模块、带I/O口的控制器模块和各种I/O输入输出模块。 中央控制室设在小区西南角,每个楼设控制器模块一个，输入输出模块若干个，将楼内机电设备监控、给排水监控、电量监测和公共照明信号分别接入，进行区域监测控制，换热站设控制器和I/O模块，完成对温度、压力和流量的测控。根据监控对象和设备的物理位置，来选择控制器模块和I/O模块的数量和安放位置，作到选择比较灵活、安装比较方便、性能比较可靠。 根据小区地理位置的特点，我们设置了两条通讯线，在控制主机中插接两块PCLTA通讯网卡与以分别相联。两条通讯线的物理长度分别为5000m和 4000m。通讯线选用百通公司8471 双绞铜线，线规为16AWG,在Lonworks网络中总线拓朴型连接segment距离为2700m,中间加一级中继器repeater,完全满足现场的要求。 中央站系统软件采用TF desba 3.2,进行数据接收处理显示，报警显示和语音提示，完成动态图形处理、历史数据查询、计算统计和实现预决策。在物业工程部办公室设分控计算机一台，与主控室计算机实现光纤联网，进行异地监视，不参与控制。 武汉国际会展中心楼宇自控系统：武汉国际会展中心是武汉市标志性建筑，总面积为12.6万平米，其中地上五层为6 万平米，地下二层为 6.6 万平米，是集会展、商贸、办公、综合服务为一体的现代化建筑。楼宇设备自控系统是会展中心弱电系统的重要组成部分，它将空调、采暖、通风、给排水、电力、照明、电梯等诸多系统构成一个有机的整体，通过系统的分散控制、集中监视和综合管理，使设备处于最佳运行状态和最佳利用率、提高管理水平、降低运营成本、提供安全舒适、高效便利的工作环境。根据监控功能要求及机电设备数量，监控总点数为4000点。 根据业主照标书的要求，楼宇自动化系统采用控制分散、通讯分散、硬件及软件分散配置的原则，构成计算机控制和管理系统。采用两级网络结构，采用标准和开放的通讯协议，BAS工作站能通过网卡与局域网连接，与上一层BMS集成系统通讯，满足BMS集成系统要求的TCP/IP、OPC、DDE标准通讯协议的提供。 TF Desba 系统可完全满足业主的这一要求和建筑物自动化的功能需求，系统配置包括控制器模块80个，I/O模块480个，BA工作站计算机二台，Echelon公司 PCLTA-20 Adapter 网络识配卡一块，Echelon公司LPR Router Modules 路由器九个，网络结构如图： 根据楼层的地形特点，地上一层到五层，各设一条TP/FT-10通讯网络，地下一层到二层，各设二条TP/FT-10通讯网络。TP/FT-10网络通过路由器连接到通讯速率为1.25M的TP/XF1250的Lonworks主干网络上。通讯网络线总长度约八千米。通过采用主干网络的结构，用来解决整个网络I/O点数多、控制器多、通讯线长的合理分配和使用。突出了Lonworks网络技术在大型控制网络中应用的优势和特点。 BA工作站计算机通过以太网卡接入局域网，以TCP/IP为基本通讯协议，与安全防范系统、火灾报警系统进行系统集成，组成BMS集成系统。通过开发其他子系统的OPC Server 和DDE Server接口软件，实现这些子系统之间的数据双向通讯，建立统一的数据库，实现子系统的无缝连接。BMS系统集成强调的是：先进的自动化控制模式；标准的开放网络协议与通讯模式、系统和设备之间的互操作性；系统的多级联动的实现；数据处理和集中信息管理等。 BMS集成系统将是一个完全开放性的系统，将解决不同系统和产品间接口协议的“标准化”，以使它们之间具备“互操作性”。所有接口均基于标准的TCP/IP数据接口协议和内容。BMS集成系统可以通过局域网Intranet 以浏览器方式实现监控和管理操作。 楼宇自动化有其自身显著的特点；一是测控点较多，高层建筑一般都在千点以上，楼群控制多达几千点；二是测控点分散，遍布建筑物的各个角落；三是被控设备种类较多，包括新风机组、空调机组、冷源及冷却系统、热源及热交换系统、给排水设备、照明及配电、安全防范和火灾报警等，而且这些设备和系统中有些本身又带有了控制系统，这就需要一种低成本的、具有高度分散控制功能的、可以实现互操作的测控系统，对建筑物内所有机电设备进行全面控制。Lonworks网络技术就是满足这一需求的，是在控制网络层实现互操作的现场总线。Lonworks网络技术问世以来，得到了楼宇自动化行业产品制造商和系统集成商的强烈反响，在楼宇自动化领域中得到了迅速推广。 Lonworks网络技术在应用中有关问题： Lonworks网络接入局域网问题一直是人们关注的话题，由于城市宽带网的迅速发展，奠定了楼宇自动化和智能建筑系统集成数据网络的基础，控制网络接入数据网，不同的监控网通过数据网互连以达到数据共享、互动互连和中央信息集成管理的目的，这就提出了网络路由的问题，IP路由器已经有Echelon 公司、TAC 公司及其它一些公司的产品，但还存在着价格昂贵推广困难的问题，这就期待着功能强、价格适中、适用性好的路由产品的出现。 Lonworks 作为一种现场总线技术的应用推广，由于受Echelon公司技术核心神经元Neuron芯片价格的影响，现场仪表的智能化和对现场仪表直接进行统一组态的问题目前还不能实现，控制功能的分散还局限在I/O模块的基础上，还取决于I/O 模块输入输出口类型和数量的选择上。所以在楼宇自动化系统应用中，I/O模块的选择余地还比较小，面向对象的针对性还不够强，I/O口的利用率还不够高，这都是产品制造商应注意的问题。