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第3章 LonWorks技术和LON总线3.1 概述LON(Local Operating Networks)总线是美国Echelon公司1991年推出的局部操作网络，为集散式监控系统提供了很强的实现手段。
LonWorks技术是美国Echelon公司推出的一个实现控制网络系统的完整的开发平台。
它可以解决在控制网络的设计、构成、安装和维护中出现的大量问题。
目前采用LonWorks技术的产品广泛应用在工业、楼宇、家庭、能源等自动化领域。
LON总线也成为当前最为流行的现场总线之一。
3.1.1 LonWorks技术的特点(1)开放性:网络协议开放，对任何用户平等。
(2)通信媒介:可用任何的媒介进行通信，包括双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、无线电波、红外等，而且在同一网络中可以有多种通信媒介。
(3)互操作性: LonWorks技术的通信协议LonTalk是符合国际标准化组织(ISO)定义的开放互连(OSI)模型。
任何制造商的产品都可以实现互操作。
(4)网络结构:可以是主从式、对等式或客户/服务式结构。
(5)网络拓扑:有星形、总线形、环形以及自由形。
(6)网络通信采用面向对象的设计方法。
LonWorks网络技术称之为“网络变量”，它使网络通信的设计简化为参数设置，增加了通信的可靠性。
(7)通信的每帧有效字节数可从0到228个字节。
(8)通信速率可达1.25Mb/s，此时有效距离为130m；78Kb/s的双绞线，直线通信距离可达2700m。
(9)LonWorks网络控制技术在一个测控网络上的节点数可达32 385个。
(10)提供强有力的开发工具平台—LonBuilder与Nodebuilder。
(11)L onWorks技术核心元件—Neuron芯片内部装有3个8位微处理器、34种I/O对象核定时器/计数器，还有LonTalk通信协议。
Neuron芯片具备通信和控制功能。
(12)改善了CSMA，采用可预测P坚持CSMA，这样，在网络负担很重的情况下，不会导致网络瘫痪。
LonWorks现场总线及应用实例LonWorks 是美国Echelon 公司推出的现场总线技术，它采用Lon Talk协议，封装在Neuron 神经元芯片。
Neuron 芯片上集成了3 个CPU，其中一个CPU 作为控制器，可以处理现场I/O，另两个CPU 处理网络通信，因此LonWorks 的最大优势是网络处理能力。
它采用ISO/OSI 模型的全部7 层通信协议及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，其通信速率范围为3kb/s~1. 5Mb/s，直接通信距离可达2. 7 阳。
LonWorks 的物理层可以使用多种介质，如EIA485、双绞线、无线电，红外线，等等。
使用双绞线时最高传输速率为1. 25M 胁，最大传输距离为1. 2km，一个网中可以有255 个网段，每个双绞线网段可连接64 个节点;1..onWorks 网上的每个控制节点，称为LON 节点或1..onWorks 智能设备，它包括一块神经元芯片(Neuron)、收发器、νo 网络通信接口及电源等功能块，LonWorks 网由多个节点组成，节点通过收发器接入网络总线。
1.LonWorks 特点LonWorks 是唯一涵盖全部3 个层次(Sensor Bus、Device Bus 和Field Bus)，符合ISO/OSI7 层参考模型的现场总线技术。
在一个多种层次的现场总线产品并存竞争的现实环境下，LonWorks 兼收并蓄，成为连接过去、包容现在、面向未来的工业总线技术。
LonWor ks 技术的核心是以固件形式实现7 层通信协议，遵循元中心控制的真正分散模式;结点应用程序编写简易，开发系统完备;实行开放结构，具备良好的互操作性;另外，还有网关可方便构成局域网，甚至与Internet 相连，实现远程预览现场设备数据的应用。
LonWorks 技术在楼宇自控系统中的技术上的优势是显而易见的:(1)直接互联性。
论述lonworks总线的技术特点LonWorks总线是一种用于建筑自动化和工业控制系统的现场总线技术，具有以下技术特点：1. 基于开放标准：LonWorks总线基于开放的标准协议，如ISO/IEC 14908，ANSI/EIA-709.1等。
这些开放标准使得LonWorks总线成为一个通用的、灵活的通信解决方案，可以与各种设备和系统无缝集成。
2. 分布式网络结构：LonWorks总线采用分布式网络结构，通过各种设备之间的通信来实现数据交换和控制。
这种结构使得系统具有良好的可扩展性和灵活性，能够适应不同规模和需求的应用。
3. 多媒体支持：LonWorks总线支持多种传输介质，包括电力线通信、以太网、红外线和无线通信等。
这种多媒体支持使得LonWorks总线能够适应不同环境和应用需求，提供更多的选择和灵活性。
4. 高可靠性和实时性：LonWorks总线采用多主-多从的通信模式，具有高可靠性和实时性。
通过分布式的通信机制和冗余设计，LonWorks总线能够保障数据的稳定传输和系统的稳定运行。
5. 开放的编程接口：LonWorks总线提供了开放的编程接口和工具，使得系统开发更加方便和灵活。
开发人员可以使用多种编程语言和工具，进行快速开发和定制化。
6. 简化安装和维护：LonWorks总线采用插拔式的设备连接方式，简化了系统的安装和维护过程。
同时，LonWorks总线还支持远程诊断和升级功能，方便对系统进行远程监控和管理。
综上所述，LonWorks总线具有开放标准、分布式网络结构、多媒体支持、高可靠性和实时性、开放的编程接口以及简化安装和维护等技术特点。
这些特点使得LonWorks总线成为一个灵活、可靠和易于集成的现场总线技术。
LONWORKS总线技术的应用摘要在现代住宅小区内、智能通信接口中、智能传感器等方面，LONWORKS神经元片具有独特的优势。
文章主要介绍了LONWORKS总线应用于现代住宅小区内智能节点和其它节点的情况。
1前言随着计算机技术、通讯技术、自动化控制技术及大规模器件技术的发展，加速了计算机数据网的发展，同时也产生了计算机控制网络。
现场总线综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术和智能仪表等多种技术手段，其数据通信具有较高的可靠性、实时性和灵活性。
在现场总线控制网络中，系统的各种设备通过多个节点连接到一根公共总线上，使得各个节点之间可以实现点对点的对等通讯和系统中信息资源的共享，同时也大大减少了系统中的连接线。
LONWORKS现场总线是美国Ｅｃｈｅｌｏｎ公司推出的局部操作网络，它具有统一性、开放性、互操作性及支持多种通信介质等优良性能，是当今最流行的现场总线之一。
现代住宅小区，就是给传统住宅小区加上“灵敏”的神经系统和“聪明”的头脑，以提高人们的居住质量，给住户带来多元化信息和安全、舒适、便利的生活环境。
现代住宅小区首先必须具备一套先进的楼宇设备控制系统，以营造一种温馨、回归大自然的生活环境；其次必须具备一套结构化布线系统，将整座大楼或整个小区的数据通信、语音通信、多媒体通信融为一体；第三必须具备一个现代化的通讯系统，以满足现代信息社会高效率的工作需求；最后必须具备一个对整个小区内的强电设备和弱电系统进行统一监视和管理的系统集成平台，为住户提供良好的物业管理和一流服务。
现代住宅小区是一个国家的综合国力和科技水平的具体体现之一，目前世界各国都在加大力度发展现代住宅小区，中国也把现代住宅小区的建设纳入了重要的议程。
有关权威专家认为，随着网络技术、视频技术、通信技术等新技术的发展，使未来现代住宅小区正朝着集约化、系统化、标准化的方向发展，绿色、环保、节能是现代住宅小区发展的主流方向，另外，在现代住宅小区的建设中，应避免重技术、轻管理，重硬轻软的情况，才能创造出以人为中心的数字化的高效家居及办公环境。
Lonworks 总线及其应用2008-2-27 17:03:00 来源：一、现场总线 现场总线是 20 世纪 80 年代中期在国际上发展起来的。
随着微处理器与计算机功能的不断增强和价 格的降低，计算机与计算机网络系统得到迅速发展。
现场总线可实现整个企业的信息集成，实施综合自 动化，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产 现场与外界的信息交换。
现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点 数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。
迄今为止，比较成熟的并且比较有影响力的现场总线则有以下几种类型： 1.FF，2.Profibus，3.CAN，4.Lonworks，5.Devicenet，6.Interbus，7.WorldFIP，8.Swiftnet，9.P-net， -link，11.AS-i，12.controllnet。
由于现场总线系统打破了传统控制系统采用的按控制回路要求， 设备一对一的分别进行连线的结构 形式。
把原先 DCS 系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块放入现场设备，加上现场设备具有 通信能力，因而控制系统功能能够不依赖控制室中的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底 的分散控制。
现场总线系统在技术上具有以下特点： (1)系统具有开放性和互用性 通信协议遵从相同的标准，设备之间可以实现信息交换，用户可按自己的需要，把不同供应商的产 品组成开放互连的系统。
系统间、 设备间可以进行信息交换， 不同生产厂家的性能类似的设备可以互换。
(2)系统功能自治性 系统将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，现场设备可以完成 自动控制的基本功能，并可以随时诊断设备的运行状况。
(3)系统具有分散性 现场总线构成的是一种全分散的控制系统结构，简化了系统结构，提高了可靠性。
(4)系统具有对环境的适应性 现场总线支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采 用两线制实现供电和通信，并可以满足安全防爆的要求。
由于现场总线结构简化，不再需要 DCS 系统的信号调理、转换隔离等功能单元及其复杂的接线， 节省了硬件数量和投资。
简单的连线设计，节省了安装费用。
设备具有自诊断与简单故障处理能力，减 少了维护工作量。
设备的互换性、智能化、数字化提高了系统的准确性和可靠性。
还具有设计简单，易 于重构等优点。
下面本文对 Lonworks 总线和其技术特点及原理进行详细阐述： 1. Lonworks 总线及 Lonworks 系统特点 Lonworks 是由美国 Echelon 公司于 20 世纪 90 年代初推出的现场总线， 它采用 ISO/OSI 模型的全部 7 层通讯协议， 这是在现场总线中唯一提供全部服务的现场总线， 在工业控制系统中可同时应用在 Sensor Bus、Device Bus、Field Bus 等任何一层总线中。
它除了具有上面说提到的现场总线的公共的特点外， 另外，在一个 Lonworks 控制网络中，智能控制设备(节点)使用同一个通信协议与网络中的其它节点通信。
每个节点都包含内置的智能来完成协议的监控功能。
一个 Lonworks 控制网络可以有 3 个到 30000 个或更多的节点：传感器功能(温度、压力等)、执行器功能(开关、调节阀、变频驱动等)、操作接口(显 示、 人机界面等)、 控制功能(新风机组、 VAV 等)。
由于不需要像传统控制系统中的中央控制器， Lonworks 分布式控制技术显示出很高的系统可靠性和系统响应，并且降低了系统的成本和运行费用。
神经元芯片 完成节点的事件处理，并通过多种介质把处理结果传递给网络上的其它节点。
同时还采用面向对象的设 计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。
支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种 通信介质和多种拓扑结构，并开发了本质安全防爆产品，被誉为通用控制网络。
Lonworks 的核心是神经元芯片(Neuron Chip)， 使用 CMOS CLSI 技术的神经元芯片使实现低成本的 控制网络成为可能。
神经元芯片是高度集成的内部含有 3 个 8 位的 CPU：第一个 CPU 为介质访问控制 处理器，处理 LonTalk 协议的第一层和第二层；Neuron 芯片的编程语言为 Neuron C，它是从 ANSI C 中派生出来的，并对 ANSI C 进行了删减和增补。
Neuron 芯片可以通过 5 个通信管脚与网络上的其它节 点交换信息，也可以通过 11 个应用管脚与现场的传感器和执行器交换信息。
11 个应用管脚具有 34 种 应用操作模式，可以在不同的配置下为外部提供灵活的接口和芯片内部的计时器应用。
第二个 CPU 为 网络处理器，它实现 LonTalk 协议的第三层至第六层；第三个 CPU 为应用处理器，实现 LonTalk 协议 的第七层， 执行用户编写的代码及用户代码所调用的操作系统服务。
神经元芯片实现了完整的 Lonworks 的 LonTalk 通信协议。
而开放式 Lonworks 系统具有如下的特点： (1)在设计、安装和启动上采用工业标准的网络服务。
(2)包含来自多个厂商的符合 Lonmark 的产品。
(3)除非和传统系统相互作用或者规范要求，不需要网关。
(4)与专用垂直子系统的实施不同，强调水平功能性。
并且由于在工程应用中这个开放式系统包含来自多厂商的， 那么各个厂家的设备之间使如何实现一 致性和可互操作性呢，LonMark 标准便是为解决这一问题而制定的。
如果 Lonworks 系统集成商想要构 建开放式系统，就应该尽可能使用满足 LonMark 标准的产品，并且要使用基于 Lonworks 的网络服务的 网络工具设计、安装和启动网络。
2. Lonworks 的一致性和互操作性 2.1. Lonworks 的一致性 Lonworks 的一致性是指产品符合 ANSI/EIA709.1 标准的指标。
ANSI/EIA 709.1 标准符合国际标准 化组织的底层协议标准，其中从第一层到第六层的功能完全有标准来处理，使用者只需对应用层进行编 程。
最容易达到的办法是应用包含有 ANSI/EIA 709.1 标准的微处理器。
神经元芯片和 ANSI/EIA 709.1 标准配合作为固件可进入所有采用神经元芯片的设备中去。
它可做为主处理器被执行应用，也可以作为 总线连接器给世纪的主机提供通信渠道。
2.2. Lonworks 的互操作性 因为符合一致性的两个设备在如何交换数据的过程中仍然存在各种可能性， 所以一致性还不足以保 证节点之间有意义的相互作用。
节点之间必须在如何交换数据，如何翻译数据，以及动作引起的反映等 方面做出约定，才能保证互操作性和可靠的通信。
LonMark 互操作性准则便为 Lonworks 设备之间的互 操作提供了基础。
一个基于互操作的 Lonworks 设备的应用层接口包括很多元素：节点对象；特定应用的 LonMark 对 象；一般的 LonMark 对象，如传感器、执行器和控制器对象；单个的网络变量、配置属性和互操作文 件传输机制。
物理层的互操作性和收发设备有关。
介质、 通信方法、 位速率和收发器型号必须匹配。
目前， LonMark 标准的物理层通道类型包括光纤、双绞线、电力线、INTERNET 协议。
除了要有连接神经元芯片或相当处理器的通信端口的合适的收发器外， 还要设置合适的一系列的通 道参数，使通信协议能够以正确的格式发送和接收报文，来实现互操作。
这个通信协议便是 LonTalk 协 议。
3. LonTalk 通信协议 LonTalk 协议遵循 ISO 定义的开放系统互连(OSI)模型，它除了为 Lonworks 控制网络实现可互操作 性提供条件。
还提供了 OSI 参考模型所定义的全部七层服务。
它具有以下的特点： （1）LonTalk 协议支持包括双绞线、电力线、无线、红外线、同轴电缆和光纤在内的多种传输介 质。
（2）LonTalk 应用可以运行在任何主处理器(Host Processor)上。
主处理器(微控制器、微处理器、 计算机)管理 LonTalk 协议的第六层和第七层并使用 Lonworks 网络接口管理第一层到第五层。
（3）LonTalk 协议使用网络变量与其它节点通信。
网络变量可以是任何单个数据项也可以是结构 体，并都有一个由应用程序说明的数据类型。
网络变量的概念大大简化了复杂的分布式应用的编程，大 大降低了开发人员的工作量。
（4）LonTalk 协议支持总线型、星型、自由拓朴等多种拓朴结构类型，极大地方便了控制网络的 构建。
综上可知，Lonworks 技术是支持完全分布式的网络控制技术，是开放的、可互操作的控制系统的 一个技术平台。
近年来的 Lonworks 的用户、系统集成商和 OEM 产品生产商的队伍迅速扩大，其中包 括世界上许多著名的自动化厂商，如 Honeywell、ABB、Philips、HP 等。
据 1997 年统计，已有 2500 家 生产和使用 Lonworks 产品，已有 500 万个 Lonworks 节点在使用运用。
已有 3500 种 LonworksOEM 产 品问世，其中 30％-40％应用于工业领域。
而 Lonworks 最大的应用领域在楼宇自动化，它包括建筑物 监控系统的所有领域，即人口控制、梯和能源管理、消防/救生/安全、照明、保暖通风、测量、保安等。
在工业控制领域，Lonworks 在半导体制造厂、石油、印刷、造纸等应用领域都占有重要的地位。
二、Lonworks 技术在楼宇自动化系统中的应用 为了方便我们更好地理解 Lonworks 所控制的对象是什么，应该怎样控制，如何更好地控制。
下面 则给出两个具体的工程应用实例对 Lonworks 技术进行说明， 为此， 本文插入下面一些有关 BAS （Building Automation System）的一些相关知识。
相比与传统的那种封闭的楼宇控制系统，现在的楼宇自动化控制系统（BAS）就是对大厦内的各种 机电设施进行全面的计算机监控管理，如空调制冷系统、给排水系统、变配电系统、照明系统、电梯、 消防、安全防范系统等；通过对各个子系统进行监控、控制、信息记录，实现分散节能控制和集中科学 管理，为建筑物用户提供良好的工作环境，为建筑物的管理者提供方便的管理手段，从而减少建筑物的 能耗并降低管理成本。
其基本组成及相应功能如下： 1.BAS 的组成 (1) 建筑设备运行管理的监控,包括：a.暖通空调系统的监控(HVAC); b.给排水系统监控; c.供配电与照明系统监控。
