智能建筑(Intelligent Buildings)是建筑技術與計算機技術相結合的產物，是未來建筑發展的方向。智能建筑主要由樓宇自動化系統(Building AutomationSystem，BAS)通信自動化系統和辦公自動化系統組成。樓宇自動化系統是利用計算機及網絡技術、自動控制技術和通信技術構建的綜合管理和控制系統。

　　1 智能大廈自動化領域的幾種現場總線

　　上個世紀80年代，隨著計算機可靠性提高，價格大幅下降，出現了由多個計算機構成的集中、分散相結合的分布式控制系統(Distributed Control System，DCS)。DCS是利用計算機技術對生產過程進行集中監視、操作、管理和分散控制的一種綜合控制系統。它的測量變送儀表一般是模擬儀表，因此屬于一種模擬數字混合控制系統。

　　90年代，隨著控制技術、計算機技術、通信技術的發展，出現了基于現場總線的控制系統(Field ControlSystem，FCS)。FCS是一種全數字化、全分散、全開放、可互操作和開放式互連的新一代控制系統，具有可靠性高、可維護性好、成本低、實時性強、實現了控制管理一體化的結構體系等優點。現場總線開創了工業自動控制的新紀元，被譽為自動化領域的計算機局域網。鑒于FCS的許多優點，其已被廣泛應用到BAS控制領域，其中比較有代表性的現場總線有LonWorks，BACnet，CAN，EIB等。

　　(1)LonWorks

　　LonWorks技術是美國Echelon公司1991年推出的局域操作網，具有完整的開發系統平臺，包含所有設計、配置和支持控制網的元素，是目前最為先進的控制網絡技術。

　　(2)BACnet

　　BACnet是世界上第一個面向樓宇自動控制網絡的數據通信協議，代表了智能建筑發展的主流趨勢。它詳細闡述了系統組成單元相互分享數據實現的途徑、使用的通信介質、可以使用的功能以及信息如何翻譯的全部規則。它的最大優點是可以與Ethernet、LonWorks等網絡進行無縫集成，以解決不同廠家的樓宇自控系統相互間的通訊問題，故其不太適用于智能傳感器、執行器等末端設備。

　　(3)CAN

　　CAN總線最初是德國Bosch公司為設計汽車監控控制系統而提出的，現在它已經成為一種國際標準，在電力、石化、空調、建筑等行業均有應用。CAN的主要優點在于：采用8．B的短幀傳送；具有多種錯誤校驗方式；采用無損壞的仲裁技術；CAN芯片不但價格低而且供應商多。CAN的主要缺點在于其支持的節點數較少。

　　(4)EIB

　　歐洲安裝總線(European Installation Bus，EIB)1990年被提出，經過十多年的發展，已成為歐洲最有影響的建筑智能化現場總線標準。1999年EIB被引進中國的智能化建筑領域，并在上海同濟大學建立了EIB認證技術培訓中心。

　　2 LonWorks技術的特點

　　LonWorks技術是1991年由美國埃施朗(Eche—lon)公司推出的，LonWorks技術所使用的標準通信協議是LonTalk協議，該協議遵循國際標準化組織(ISO)1984年公布的開放系統互聯(OSI)參考模型的定義，它提供了(OSI)參考模型定義的全部7層協議，通過變量直接面向對象通信，網絡協議開放，可以實現互操作。每一個域最多有255個子網，每個子網最多可以有127個節點。所以，一個域最多可以有255×127=32 385個子網。LonWorks技術是專門為實時控制而設計的，在Lon網絡中大批設備(傳感器、執行器等)和Lon的控制節點相互配合，使用LonTalks協議，經過多種傳輸媒體進行節點之間的通信，靈活組成各種各樣的分布式智能控制系統。LonWorks技術能在控制層提供互操作的Lon現場總線技術，其安裝的節點數遠遠超過了任何其他現場總線產品，幾乎囊括了測控應用的所有范疇。更準確地說，LonWorks技術有效地解決了集散控制系統的通信難題。LonWorks控制網絡技術擁有諸多優點，集中體現在：

　　(1)Neuron芯片是LonWorks技術的核心元件，它內部帶有3個8位微處理器：1個用于鏈路層的控制；1個用于網絡層的控制；1個用于執行用戶的應用程序。該芯片還包括11個I／O口和完整的LonTalk通信協議。包括神經元芯片的Lon節點具有通信和控制功能，部分節點故障不會造成系統癱瘓，對系統的調試、維護和穩定性都有著重要的意義。

　　(2)LonWorks技術支持多種通信介質(雙絞線、電力線、電源線、光纖、無線和紅外)和它們的互聯。

　　(3)由于LonWorks技術直接面向對象通信。開發人員只需將主要精力花在Lon節點應用設計方面，而不需要專門去實現和測試傳輸線路和通信系統。

　　(4)LonWorks的微處理器接口程序，即MIP軟件。用MIP軟件可以開發出各種低成本的網關，從而使各種網絡的互聯成為輕而易舉的事情。

　　(5)提供LonBuilder，NodeBuilder，Neuron C及LonManager等強有力的開發工具平臺，給系統設計、維護和升級改造帶來極大的方便。

　　3 基于LonWorks技術的樓宇自控系統設計實例

　　某智能大廈系統總監控點為1 240個，其中數字量控制點：DI有625個，DO有358個；模擬量控制點：AI有254個，A0有3個。

　　系統采用美國埃施朗(Echelon)和先導公司(Ad—vanced Tech Inc．)以LonWorks技術為核心的EU—BAS樓宇自控系統作為大樓的樓宇監控系統，而所有的傳感器和執行機構則選定美國江森(Johnson con—tro1)公司的進口產品，上層監控軟件采用美國Wonder—ware公司的Intouch 7．O組態軟件開發。

　　3．1 系統結構

　　EU—BAS樓宇自動化系統是一種通過中央計算機系統的網絡將分布在各監測現場的區域智能節點連接起來的集散型控制系統，具有集中操作、管理和分散控制的功能。按照分布式控制理論，系統采用分層分布式控制結構，由中央控制中心的操作站和各監控現場的區域智能節點組成，系統內的節點之間連接采用現場總線技術來實現。系統的結構如圖1所示。

　　監控系統由三部分組成：信號轉換子系統、LonWorks采集控制網絡、上位監控PC子系統。

　　系統中LonWorks現場網絡由三類節點組成：

　　(1)模擬量采集節點

　　主要由Neuron芯片、TP—FTl0自由拓撲收發器、程序存儲器、串行A／D芯片等組成。可完成24路模擬量信號的數一模轉換，采樣分辨率為10位。

　　(2)開關量采集節點

　　主要由Neuron芯片、TP—FTlO自由拓撲收發器、程序存儲器、移位寄存器等組成。可接24路開關量輸入，信號全部采用光電隔離。

　　(3)通信協議轉換節點

　　通過RS 232C串口LonTalk接口模塊LON—EU／SLTA，支持LonTalk協議，可以對LonWorks網絡進行安裝、配置、網絡管理；LON—EU／SLTA通過連接Modem的RS 232C接口，各類主機可以實現對LonWorks網絡遠程遙控及進行現場維護；L0nWorks網絡的工作節點通過Modem也可以向遠程主機報警、傳遞信息等。LON—EU／SLTA還能實現LonWorks網絡向其他RS 232C測控網絡的路由功能。

　　主干網為總線型結構，通信速度達到1．25 MB／s；各子網為星型結構，通信速度為78．5 KB／s。主干網與子網通過LonWorks專用路由器進行連接，子網的局部網絡故障不會影響主干網和其他子網的正常通過Lon—Works網絡為對等網絡結構，監控主機的故障不會影響整個監控網絡各個節點的正常工作。

　　在上位PC機部分，采用LON—EU／SLTA作為LonWorks網絡接口，將LonTalk協議轉換為串行通信，與上位監控機相聯。這樣通過監控機將LonWorks網絡集成到計算機局域網(LAN)，在LAN上則采用TCP/IP網絡協議進行更高一級的系統集成。

　　3．2 軟件實現

　　軟件設計主要包括LON智能節點的編程、安裝維護和上位監控軟件實現。

　　LON智能節點編程采用Neuron C，它完全兼容C，具有豐富的功能子程序，用戶無須關心網絡通信、內存分布等問題，只須根據應用系統的需求直接編程控制節點I／O端口，實現對測控對象的訪問；各節點之間以網絡變量的形式進行互訪，實現點對點、點對多點的信息交換。

　　BA系統的網絡安裝維護軟件選用LonMaker forWindows軟件。LonMaker for Windows軟件是美國Echelon公司開發的LonWorks網絡安裝維護軟件。它提供密碼保護為操作人員提供操作與維護權限，該軟件的圖形化界面使操作人員能直接明了地對各個智能節點進行安裝、下載應用程序以及參數設置，操作人員利用其完善的自診斷功能對各個智能節點或網絡的故障進行檢測。

　　BA系統的上層監控軟件采用Intouch 7．O組態軟件來開發，它是基于Windows的32位面向對象的圖形化HMI應用程序生成工具，用于工業自動化、過程控制和管理性監測，集成了當今微軟最先進的軟件技術。Intouch 7．O提供了支持LonWorks技術的I／O Serv—er，可與LON—EU2000系統產品進行連接，實現整個BA系統的實時監控。

　　當BA系統安裝配置完成后，操作人員即口關閉LonMaker for Windows軟件讓BA系統獨立運行；對BA系統的監控通過Intouch 7．O軟件實現，這樣有利于系統安裝和監控的完全獨立，可以有效地防止操作人員的誤操作而導致系統的癱瘓。

　　方案設計選用LNS DDE Server全32位應用軟件，安裝在中央監控主機中，有上層監控軟件Intouch 7．O同時運行，它的功能是實現BA系統和In—touch 7．O軟件的實時數據交換。記錄數據、報警信息和紀要等可以直接分別存入上層監控軟件的系統數據庫，或轉換成Microsoft Execl等文件格式并存在當地硬盤中，通過大樓內部局域網，任何上網用戶都可以讀取該文件并打印出來，方便使用。

　　整個LonWorks BA系統各部分之間的數據通訊如圖2所示。

　　DDE是進程之間的通訊機制，它使用Windows消息和共享內存，使相互合作應用程序能夠交換數據。DDE中存在著一種協議，發送應用程序和接收應用程序在交換數據時必須遵守這種協議。一般來說，數據的提供者就是DDE服務程序，而數據的接受者就是DDE客戶程序。在這里，Intouch 7．0應用程序為DDE客戶程序，Lon Manager DDE服務程序為服務程序。LonManager服務程序在LonWorks網絡和Windows客戶程序之間交換網絡變量數據。

　　4 結 語

　　以LonWorks技術為核心的LonMark標準將被世界更多標準組織認證與認可、引用，成為世界家用電器和控制設備網絡化方面重要的跨行業標準。LonWorks技術將人們的生活帶入Internet時代。我們身邊的樓宇、家庭、工廠和交通運輸系統中，存在著由家用電器相互連接構成的無形網絡。