Lonworks现场总线在楼宇设备自动化系统中的应用
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摘要本文在分析LonWorks 技术及楼宇自动化系统集成模式基础上，以中央空调系统为例着重讨论了LonWorks 技术在楼宇自动化系统集成中的应用，采用LonWorks现场总线技术能很快捷方便地对智能建筑进行数据采集和控制网络。
关键词智能建筑 楼宇自动化系统 空调LonWorks技术
智能建筑的核心是以建筑物为平台，兼备信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等，集结构、系统、服务、管理及其优化组合为一体，向人们提供安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境。当前智能建筑主要由楼宇自动化系统、通信自动化系统和办公自动化系统组成。其中，楼宇自动化系统是智能建筑中最基本且为最重要的组成部分。
楼宇自动化系统( Building Automation System简称BAS) 是集微电子技术、电力电子技术、计算机技术与自动化控制技术于一身的楼宇控制系统, 是现代高层建筑中一项重要的电气控制系统。楼宇自动化系统利用各种电气设备及网络将建筑物内部各种设备连接成为一个网络，通过对网络上各种参数的调节、控制，以提供便捷、安全、节能环保等各种环境。
BAS 包括以下几部分: 冷热源系统的监控; 空调新风机组的监控; 通风设备的监控; 给、排水系统的监控; 供配电设备的监控以及电梯系统的监视等。
由于楼宇自动化系统的规模不断扩大，人们对其在先进性、开放性、互操作性等方面的要求也越来越高。但由于各厂家提供的设备和控制系统的通信协议不同，使得不同厂商的设备之间缺乏互操作性，给控制网络自身及控制网络与信息网络的集成带来了极大的困难。
1 一种开放的控制技术―Lonworks技术
LonWorks（Local Operating Network）技术是美国Echelon 公司于20 世纪90 年代初推出的总线技术, 是针对控制对象研制的新型网络。其通信协议LonTalk 支持ISO/OSI 的全部7 层模型，这是LON 总线最杰出的特点。LonTalk 协议通过神经元芯片(Neuron Chip)上的硬件和固件实现，提供介质存取、事物确认和对等通信服务；还有一些先进服务如接收认证、优先级传输、单一/ 广播/组播消息发送等。网络拓扑结构可以采用总线型、星型、环形和混合型，实现真正自由组合。
LonWorks 控制网络结构主要包括五个部分：网络协议（LonTalk）、网络传输介质、网络设备、执行机构和管理软件。其中，网络设备包括智能测控单元、路由器、网关等；执行机构包括传感器、执行器等；管理软件包括LonTalk 开放式通信协议，并为设备之间交换控制状态信息建立了一个通用的标准。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芯片来完成协议的监控功能。一个Lonworks控制网络可以有3个到3000个或更多的节点, 可以实现如下功能传感器功能（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变风量等)。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。Lontalk协议为Lonworks控制网络实现可互操作性提供了条件。
在LonWorks网络中，一个智能控制器及其传感器和执行器构成一个节点，可连接各种I/O设备，如火灾报警的烟感探头、四表输出、家电开关等。LonWorks的无主站点对点网络方式，使其中任一节点的故障或关闭都不影响其它住户节点的正常运行，从而提高了系统的稳定度。且网络节点之间使用逻辑连接，使得系统中节点的增加、修改都很容易，便于系统调整和扩充升级。节点的核心是神经元芯片，是通信处理、数据采集和控制的通用处理器，它通过运行芯片上的Neuron C应用程序来完成数据的采集、控制和网络操作的，见图1。
图1 LonWorks智能节点和神经元芯片的结构框图
2 基于Lon 总线技术的空调控制系统
空气调节就是把经过一定处理之后的空气， 以一定方式送入室内， 使室内空气的温度、湿度、流动速度和洁净度等被控制在一定范围内。空气调节的形式很多，一般分为： 集中式空调系统（又称中央空调）、独立式空调系统和混合式空调系统。其中， 集中式空调系统具有卫生、噪音小、使用方便等优点， 目前已被广泛采用。
在集中式空调系统中， 通常采用一部分回风与新鲜空气相混合， 这样既保证了室内空气新鲜， 又利用了回风的能量， 提高了设备运行的经济性。系统一般有进风、回风、空气过滤、空气加湿处理、空气输送等部分。在正常的工作过程中， 新风与回风混合， 经过滤器过滤后， 混合空气与盘管内的冷/热水进行热交换。加湿器对混合空气进行加湿处理， 最后送风机将处理后的空气送到各个房间内。集中空调控制系统是楼宇自动化系统最重要的组成部分之一， 其控制功能主要包括： 温、湿度监视； 风阀的控制； 冷/热水阀门的调节； 加湿阀的控制； 风机控制。
用于空调机组控制的现场总线系统，其工作原理为： 温、湿度控制器测得温度和湿度后， 通过运算获得阀门的调节输出。该输出通过Lon 网络送到智能阀， 产生相应的阀门开度。智能阀门直接连接在Lon 网络上，通过Lon 总线接收阀门开度命令， 该命令以网络变量形式出现，智能阀的数量与空调系统结构有关。开关量控制器则用于启、停机组， 监测空调状态及产生报警等。
温、湿度控制器在系统中作为主控制器使用。其中有8 路模拟信号输入， 可与温度变送器或其它仪表相连接， 也可利用3 路热敏电阻（NTC） 或热电耦输入直接测量温度， 另外还有2 路报警信号输出。
3 结论
采用LonWo rks现场总线技术, 使楼宇自动化系统中通信可靠、便捷，采用LonWorks 总线技术进行空调控制系统的设计，不仅可以实现动态的湿度和温度调节，而且可以控制分散在不同区域的空调设备，规模扩展灵活，可通过网关接口及串行接口与大楼的BA 系统或消防系统、保安系统等控制系统相连接，构成功能更加强大的控制系统。
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