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现场总线与管控一体化技术是近年来自动化控制领域的高新技术,它体现了自动化控制技术、网络通信技术、计算机技术等多种科技成果。由它组成的双向、串行、数字化的开放式系统,由于它在技术性能和应用成本方面的突出优势,使传统的自动化控制系统发生了重大的变化,其技术革命的深度和广度在自动化领域中是空前的。
LonWorks(LocalOperatingNetwork)技术是美国Echelon公司于90年代初推出的一种现场总线技术,它是用于开发监控网络系统的一个完整的技术平台,并具有现场总线技术的一切特点。LonWorks网络系统由智能节点组成,每个智能节点可具有多种型式的I/O功能,节点之间可通过不同的传输媒介进行通信,并遵守ISO/OSI的7层模型。
LonWorks技术是诸多现场总线中唯一涵盖SensorBus、DeviceBus和Fieldbus三种应用层次的总线技术。是目前各种现场总线中技术最完整、应用领域最广的一种技术。同时,LonWorks是一个完整的控制网络平台,包括网络的设计、开发、安装和调试、监控等一整套工具,以及从神经元芯片、智能收发器、网络接口、路由器、中继器、IP网络连接设备、网络操作系统一整套完整的端到端解决方案。
1)神经元通信控制微处理器芯片(NeuronChip):神经元芯片是LonWorks技术的核心器件,它是由Echelon公司研制的一种集通信、控制、调度和I/O支持为一体的高级VLSI器件。它内含3个8位的流水线CPU。在片内存储单元中固化了7层通信协议中的6层内容,只有第7层需用户编写。它有11个可编程的I/O引脚,可组成34种工作模式(I/O对象),并有5个通信引脚可组成3种通信模式,最高时钟频率为40MHz,有2个16位定时器/计数器,一个48位编码的内部标识符NeuronID,一个用于远程标识和诊断的Service引脚。
2)LonTalk通信协议:LonTalk是LonWorks技术的通信协议的标准,与其它现场总线技术不同的是,它提供了对应于ISO/OSI开放系统互连七层参考模型所有各层的服务。LonTalk协议采用一种基于载波侦听多路访问/介质访问控制(CSMA/MAC)并且针对控制应用进行了优化的新型通信模式,称为带预测的P-PersistentCSMA算法。LonTalk协议支持多种传输介质,如双绞线、电力线、超声波、光纤、无线射频,红外线和信源线(linkpower)以及IP等。每一种介质称为一种信道,每一种信道都有专用的收发器(transceiver)作为智能节点和通信介质之间的接口器件。不同信道之间使用路由器(router)进行连接。各种传输介质具有不同的传输速率,最高为1.25Mbps(IP信道可支持10-100Mbps)。传输报文每帧的最高有效字节为228个,普通双绞线信道最远的传输距离为2.7公里。LonTalk协议支持各种规模的网络,每个域最多可连接3.2万个节点,可有3.2万个域。LonTalk协议支持全分布式的对等层点到点(PeertoPeer)的通信,节点可以组成总线型、环型、树型等多种拓扑网络结构,特别值得一提的是还可以组成自由拓扑结构,它是各种常规拓扑结构的组合。
3)LonWorks技术的其它系列产品:为了使用户方便地进行应用开发,Echelon公司提供了多种模块化系列的硬件和软件产品,其中包括:
a.收发器:完成对发送和接收的信息进行编码和解码,不同的通信介质采用不同型号的收发器。Echelon公司最新的第三代双绞线和电力线智能收发器,将神经元芯片核心和收发器DSP电路集成在一个芯片中,大大提高了产品的性能,和开发应用的方便性。
b.路由器:是连接不同信道的网络基础结构设备。用于提供网络路由,连接不同通信媒介、扩展网络节点数和通信距离等功能。不同信道之间使用的路由器具有不同的型号。
c.LonTalk网络接口适配器:允许用户使用各种不同接口方式,包括PCI总线插槽、PC卡接口、EIA/RS-232串行口、以太网口、USB串行口、RS485串行口等,把PC连接到LonWorks网络上去。
d.控制模块:是一块包含Neuron5000神经元芯片、收发器(或智能收发器)、Flash存储器和晶振的微缩电路卡。采用多层电路板和表面焊接的先进工艺,它是LonWorks技术中智能节点的核心。不同的通信介质和不同的网络拓扑结构应采用不同型号的控制模块。
4)i.LON系列IP网络连接产品,包括i.LON10以太网适配器,i.LON100、i.LON1000、iLON Smart Server互联网智能服务器、i.LON600IP路由器,提供不同通信媒体的LonWorks控制网络与IP网的无缝连接。使LonWorks局部控制网络扩展为广域网络,为地理分布的大范围、多地点的远程集中监控管理提供了广阔的应用前景。
LonWorks技术具有下列优势:
1.使控制网络结构简单、布线容易、更改方便,并可灵活选择双绞线、电力线或其它通信媒体,在许多场合可以避免重新布线。
2.容易对各种监控系统,如:设备和设施监控系统、环境监控系统、安防系统、火灾报警系统、等,按照应用要求进行互联,实现系统总集成,使各系统之间按要求实现联动和信息共享。
3.容易与管理微机局域网络实现联网和信息共享。
4.可通过Internet实现远程管理和监控,有助于全局的集中管理,包括设备的远程监测、远程控制和远程诊断。
5.LonWorks的互操作性保证总体规划和分步实施能顺利实现。系统设计和实施的各个阶段采用统一的平台,统一的协议,统一的工具,而分步实施过程中的各个系统设备可以根据市场情况及性能价格比灵活选择。
6.遥信、遥测、遥控、遥调、设备监控与设施监控可以采用同一控制网络平台,有利于系统的实施、管理和维护。
7.LonWorks的通信协议(即LonTalk协议)已成为许多国家和国际标准化组织采纳的控制网络通信协议的标准。也是我国建设部和信息产业部正在制订的《建筑及住宅社区控制网络通信协议》国家标准首选的参照标准。其开放性和互操作性保证了系统的标准化、可持续发展和建设,以保证投资者的长期利益。
8.LonWorks功能强大的网络管理服务体系,使网络配置、管理、监控、维护非常方便,适用于各种不同类型的应用,和不同规模的控制网络。
9.LonWorks完备的开发工具适合各种不同的开发要求,使开发者很容易掌握和使用,以最快的速度开发出产品。
10.LonWorks备有成套的培训教材和课程设置体系,内容涉及各种技术层面,可对教师和学生进行有针对性的、系统的培训。
LonWorks在全球应用情况简介
1、目前全球80%以上的楼宇控制设备厂商采用LonWorks技术,生产其楼宇控制产品。
2、国际互操作协会LonMark制定了基于LonWorks产品的互操作设计指南,保证不同厂商产品之间的互操作。
3、国际著名的控制厂商、空调及家电厂商,如:霍尼威尔、江森、施耐德、西门子、英维思、特灵空调、麦克维尔、日本横河、日本山武、韩国三星等,国内主要厂商有5168cc银河官网娱线路自动化等,都已经推出基于LonWorks系列产品。
4、全球已有约5000个厂商采用LonWorks开发OEM产品,已有超过5000万台LonWorks设备安装使用。
5、LonWorks的通信协议(即LonTalk协议)已成为许多国家和国际标准化组织采纳的控制网络通信协议的标准,其中包括美国暖通空调工程师协会(ASHRAE)标准、消费电子联盟(CEA)和美国国家标准化组织(ANSI/CEA-709.1)标准,欧洲CEN-247标准等。
6、中国建设部、信息产业部和北京市技术质量监督局主持制定的《建筑及住宅社区数字化应用》国家标准(GB/TXXXX)中采纳LonWorks为控制网络通信协议推荐标准。
7、全国工业测量和控制标准化技术委员会已将ANSI/EIA709系列标准转化为中国国家标准《控制网络LONWORKS技术规范》(GB/ZXXXX),包括:
《协议规范》
《电力线信道规范》
《自由拓扑双绞线规范》
《基于隧道技术在IP信道上传输控制网络协议的规范》