LonWorks技术在楼宇自动化系统中的应用
日期：2007-1-2 21:39:51 来源： 中国自动化网
点击： 作者：未知
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1 引 言
建筑设备自动化系统（BAS）的目标是对楼宇设备系统进行自动监测、控制和科学管理。BAS对控制系统有严格的要求：尽可能采用最先进的控制网络技术,即现场总线控制系统（FCS）；对主要监控对象如供热、通风等子系统实施集成协调运作；高性能价格比，BAS的控制网络必须具有开放性和互操作性，将智能建筑中所有的硬、软件平台，网络、数据库平台整合成一个满足用户功能需要的完整系统。BAS的显著特点是测控点非常分散，被控设备种类繁多，为达到全面协调控制，保证经济运行和便于科学管理，BAS系统一般采用集散控制系统(DCS)结构[1]。它由现场执行级、监控级和管理级构成：现场执行级直接负责现场控制；监控级用于对现场级进行监控；管理级实施相关系统协调与信息共享。DCS的“控制分散，信息集中”结构 [2]极大分散了系统的危险，使系统的可靠性、灵活性和可扩展性都有较大提高。
2 基于FieldBus的 DCS 系统结构
FCS以单个的传感器和执行器为通信节点，信号点可分散分布，不受距离限制，其测量和控制精度不受距离影响，通过现场总线（FieldBus）技术，使现场传感器和执行器等通过两线制网络互连，进行全数字、双向、多站的数字通信。其优点主要表现在[3][4]：全数字化取代了传统的模拟量信号；开放式系统结构与标准的通信协议，使产品设备有交互操作与互换性；采用通信线供电；通信线延伸到生产现场，构成设备仪表互连的现场通信网络；分散的功能块，有利于向综合自动化发展。DCS具有丰富的监控管理功能，FCS可以实现信号串行双向快速传输，抗干扰能力强，结合FCS与DCS两者优点的DCS系统结构如图1所示，它进一步完善了整个系统的控制、管理、决策等功能。
图1 基于FieldBus的DCS系统结构
3 系统设计
针对BAS的特点，LonWorks总线技术完全满足其要求， 1） LonWorks网络采用了ISO/OSI参考模型的七层协议，有很好的开放性，所定义的网络变量标准使不同厂商的设备具有良好的互操作性。2） 支持多种通信介质，保证系统可以有多种组态。3） Neuron芯片集通信和控制于一体，便于实现直接接入网络的控制系统，为开发应用提供了广阔的空间。因此，LonWorks控制网络为BAS的集成提供了一个彻底的解决方案，具有很好的可靠性、开放性和互操作性。
3.1 系统结构分析与网络总体设计
BAS包括：冷水系统、新风机组、空调机组、给排水系统、变配电系统、电梯系统、照明系统和换热系统等，可采用LonWorks技术作技术平台，系统结构采用基于LonWorks现场总线的DCS结构，如图2所示。该网络结构充分体现了LonWorks控制网络的特点，即使网络中一个设备出现故障也不会影响全网其他设备的正常工作，把故障点分散到最小的程度。
图2 BAS的网络结构图
3.2 基于LonWorks技术的网络实现
基于LonWorks技术实现的网络控制需要四个步骤：系统设计、网络配置、应用配置和安装。⑴ 系统设计：选择与输入输出部件相配合的LonWorks设备，并运行诸如PID控制应用程序的LonWorks设备；确定适当的通信信道数量和信道类型，并选择连接信息的路由器。⑵ 网络配置：给所有的设备和设备组赋予域ID和逻辑地址；捆绑网络变量，创建设备间的逻辑连接；在每个设备中配置各种各样的LonWorks协议参数，包括信道位率、应答、确认和优先级服务。网络功能设计可以把设备功能块拖放到设计图中，连接其输入、输出。⑶ 应用配置：通过应用配置，使每个设备的应用程序可进行剪接以达到满意、理想的功能。⑷ 安装：安装信道的物理通信介质；把LonWorks设备连接到网络，包括路由器；把I/O部件连接到LonWorks设备；用网络集成工具下载网络配置数据和设备的应用配置数据。
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建筑设备自动化系统（BAS）的目标是对楼宇设备系统进行自动监测、控制和科学管理。BAS对控制系统有严格的要求：尽可能采用最先进的控制网络技术,即现场总线控制系统（FCS）；对主要监控对象如供热、通风等子系统实施集成协调运作；高性能价格比，BAS的控制网络必须具有开放性和互操作性，将智能建筑中所有的硬、软件平台，网络、数据库平台整合成一个满足用户功能需要的完整系统。BAS的显著特点是测控点非常分散，被控设备种类繁多，为达到全面协调控制，保证经济运行和便于科学管理，BAS系统一般采用集散控制系统(DCS)结构[1]。它由现场执行级、监控级和管理级构成：现场执行级直接负责现场控制；监控级用于对现场级进行监控；管理级实施相关系统协调与信息共享。DCS的“控制分散，信息集中”结构 [2]极大分散了系统的危险，使系统的可靠性、灵活性和可扩展性都有较大提高。
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2 基于FieldBus的 DCS 系统结构
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FCS以单个的传感器和执行器为通信节点，信号点可分散分布，不受距离限制，其测量和控制精度不受距离影响，通过现场总线（FieldBus）技术，使现场传感器和执行器等通过两线制网络互连，进行全数字、双向、多站的数字通信。其优点主要表现在[3][4]：全数字化取代了传统的模拟量信号；开放式系统结构与标准的通信协议，使产品设备有交互操作与互换性；采用通信线供电；通信线延伸到生产现场，构成设备仪表互连的现场通信网络；分散的功能块，有利于向综合自动化发展。DCS具有丰富的监控管理功能，FCS可以实现信号串行双向快速传输，抗干扰能力强，结合FCS与DCS两者优点的DCS系统结构如图1所示，它进一步完善了整个系统的控制、管理、决策等功能。
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3 系统设计
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针对BAS的特点，LonWorks总线技术完全满足其要求， 1） LonWorks网络采用了ISO/OSI参考模型的七层协议，有很好的开放性，所定义的网络变量标准使不同厂商的设备具有良好的互操作性。2） 支持多种通信介质，保证系统可以有多种组态。3） Neuron芯片集通信和控制于一体，便于实现直接接入网络的控制系统，为开发应用提供了广阔的空间。因此，LonWorks控制网络为BAS的集成提供了一个彻底的解决方案，具有很好的可靠性、开放性和互操作性。
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3.1 系统结构分析与网络总体设计
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BAS包括：冷水系统、新风机组、空调机组、给排水系统、变配电系统、电梯系统、照明系统和换热系统等，可采用LonWorks技术作技术平台，系统结构采用基于LonWorks现场总线的DCS结构，如图2所示。该网络结构充分体现了LonWorks控制网络的特点，即使网络中一个设备出现故障也不会影响全网其他设备的正常工作，把故障点分散到最小的程度。
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3.2 基于LonWorks技术的网络实现
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基于LonWorks技术实现的网络控制需要四个步骤：系统设计、网络配置、应用配置和安装。⑴ 系统设计：选择与输入输出部件相配合的LonWorks设备，并运行诸如PID控制应用程序的LonWorks设备；确定适当的通信信道数量和信道类型，并选择连接信息的路由器。⑵ 网络配置：给所有的设备和设备组赋予域ID和逻辑地址；捆绑网络变量，创建设备间的逻辑连接；在每个设备中配置各种各样的LonWorks协议参数，包括信道位率、应答、确认和优先级服务。网络功能设计可以把设备功能块拖放到设计图中，连接其输入、输出。⑶ 应用配置：通过应用配置，使每个设备的应用程序可进行剪接以达到满意、理想的功能。⑷ 安装：安装信道的物理通信介质；把LonWorks设备连接到网络，包括路由器；把I/O部件连接到LonWorks设备；用网络集成工具下载网络配置数据和设备的应用配置数据。
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