LONWORKS技术和485通讯的区别 1) LONWORKS技术是一个现场总线，有一个完整的控制网络体系，它包括从物理层到应用层以至网络操作系统的全部内容。
485仅仅是网络物理层的一种规范。
2) LONWORKS技术支持多介质，如：双绞线、同轴电缆、电力线、 光纤、无线、红外等。
485通讯做不到支持多介质。
3) LONWORKS技术具有很好的开放性，采用LONWORKS技术的不同 厂家的产品可在同一网络上协调工作。
采用485技术的不同厂家的产品很难在一个网上工作。
4)LONWORKS技术支持总线式、星形、自由拓扑等多种拓扑结构。 485通讯只能在总线式拓扑结构。
5) LONWORKS技术网络每段的长度可达2700米（不加中继器）。每网络段可以有64个节点。
485通讯网络每段一般只能达1000m，且每段只有32个节点。
6) LONWORKS技术支持域、子网、节点等完整的网络结构。每个LONWORKS网络的一个域最多支持32385个节点。
485通讯很难与此相比。
7) LONWORKS技术的处理器有3个CPU，可以处理复杂的网络通讯应用程序。 一般的485通讯的处理器只有一个CPU，很难处理复杂的网络 通讯、应用程序。
8)LONWORKS技术的耐共模干扰的能力强，可以适应恶劣的环境。 485通讯的抗干扰能力差。
9)LONWORKS技术为对等通讯网络，各节点地位均等，无主节点， 可靠性高、实时性好。
485通讯一般为主从式结构。
10)LONWORKS技术维护容易，可直接从网络上下装程序。
485通讯很难做到这一点。
采用LonWorks(r)技术设计楼宇控制系统
一、 前言
九十年代初，诞生了LonWorks(r)开放式分布式控制网络技术，这使得制造轻小的、低价格的、智能化的控制设备（Smart Intelligent Control Devices）成为可能，这些设备内置了具有标准的LonWorks(r)网络通信协议和控制功能的智能化微处理器CPU，这些协议同以太网络（Ehernet）一样，完全遵守标准化委员会ISO制定的七层网络协议，这些协议由美国Echelon公司提供给基于LonWorks的独立开发商 （LonWorks Independent Developers, LID），而智能化微处理器CPU由美国Motorola 和日本Toshiba制造。这项新的技术使得由不同的产品独立开发商设计和制造的产品直接连接在一起，不需要中间转换设备（如：Gateway，Router等）；这些基于LonWorks(r)协议的产品包括：
HVAC 楼宇空调系统
Flow Controllers 流量控制器
Fire Detection & Prevention 火灾探测和预防
Power Distribution 电力监控
Access Control 刷卡、门禁、侵入控制系统
Transceivers & Modules 网络通信传送接收适配器
CCTV 闭路监控系统
Detectors & Sensors 传感器、探测器及执行机构
Parking Equipment 车库管理设备
Control Network: Development Tools 网络开发工具
Lighting 照明系统
Control Network: Management 网络管理系统
Elevators 电梯系统
Control Network: Infrastructure 网络基本结构
I / O 输入 / 输出设备
Miscellaneous 其他种类设备
Energy Management 能源管理系统
Audio & Video 声音和图象设备
Communications 网络通信
Generator Sets 发电机设备
MMI(Man Machine Interface)人机交互式界面
对于任何基于网络的分布式控制系统，要想在实际工程中设计有效的、强有力的、好的性能价格比的系统，网络结构是及其重要的。在不同的控制水平上，要求不同的系统特点，不同的通讯介质和不同的通讯速率。一个系统必须在每一水平上，满足合适的技术要求。
这篇文章所介绍的控制系统网络结构广泛地采用了LonWorks(r)控制网络作为分散的控制设备间（Control Horizontal Level Device ）的通信连接，而同时在通信主干（Riser backbone Level）采用Ethernet和TCP/IP协议，通过Ethernet- LonWorks(r) Routers路由器连接企业局域网和广域网包括：Intranets和Internet。这样就和结构化综合布线（PDS）完整的结合起来，实现所有子系统真正集成。
二、 LonWorks(r)控制网络技术对兼容性（不同厂家的产品间的互联性、互操作性）的要求
开发和设计LonWorks(r)控制网络技术的目的，就是使所有不同厂家的不同产品间相互兼容，相互开放，就象计算机工业一样。业主和工程师们希望从兼容和开放系统获得利益，因此，这个系统应该满足如下要求：
2.1 为了确保系统的互操作性和互联性，所有产品应该具有LonMark认证 （产品上都有LonMark(r)标记），来自于节点的I/O通信数据应该是标准网络变量类型（Standard Network Variable Types SNVT’s）；进一步说，必须为所有基于LonWorks(r)的节点提供外部界面文件（XIF）以确保用户将来能够维护系统，调整系统的操作和对系统进行扩容。
2.2 所设计的系统必须采用Lontalk协议，以便安装系统时，可以利用标准的、其它厂家开发的人机界面软件MMI作为用户界面。MMI系统采用SNVTs作为通信数据。如FIX, INTOUCH, CITECT等等。
2.3 可以采用标准的、其它厂家开发的软件工具包，进行网络管理、维护和配置，如LonPoint, VisualControl, MetraVision和Visual Integrator, PathBuilder等等。
2.4 为了降低系统的造价，提高系统的性能价格比，在设计系统时，可以在开放的市场，购买来自于许多厂家的通用LonWorks(r)设备，这些设备包括：Smart Controllers（智能控制器）,Rouers（路由器）, Communication Interfaces Network Card（网卡）, Sensors（传感器）, Actuators（执行器）。
三、 楼宇控制控制系统网络结构
控制系统设计的第一步是选择不同类型的控制设备以便满足系统的各种控制需要，例如：用于Packaged HVAC空调系统、VAV变风量系统和Heat Pumps的专用控制器，用于较大的控制系统如空气处理单元、冷水机组的可编程智能通用控制器，用于传感器和执行器的单点智能控制器，具体介绍如下：
3.1 单点智能控制器（Single Point "Smart Nodes", SPN）
单点智能控制器SPN是一些设备，如温度和湿度传感器，单一继电器输出设备，功率及电度传感器等等，它们都内置神经元微处理器（Neuron Chip）和网络界面卡（Network Card），在LonWorks(r)网络中作为单一节点存在，使得控制系统更加分散。
3.2 专用控制器（Application Specific "Smart Nodes", ASN）
专用控制器ASN是非常小的控制器，它们被设计用于某些特殊设备，内置了工厂预编程的专家模式和算法，如Packaged HVAC空调系统、VAV变风量系统、Heat Pumps和风机盘管单元Fan Coil Units等等。这些智能控制器都内置神经元微处理器（Neuron Chip）和网络界面卡（Network Card），具有必要的输入、输出端子（I/O）和内存资源，以便执行特殊的控制任务。ASN不是可以自由编程的，内置在ASN上的专家模式和算法被保存在非易失内存中（如FLASH EPROM）。
3.3 可编程智能通用控制器（Programmable "Smart Nodes", PSN）
可编程智能通用控制器PSN是非常小的控制器，用户可以自由编程以满足相应设备的控制需要，因此它们应用广泛，如：空气处理单元（AHU），冷水机组，冷却塔，热交换器等等，用户应用程序和控制监控程序被存储在PSN上的非易失内存中（如FLASH EPROM）。
应用PSN’s, ASN’s, SPN’s控制器的LonWorks(r)控制网络系统的结构图如下：
3.4 网络中间节点（"Meta-Nodes", MN）
网络中间节点MN执行两个功能：一个功能是它们在LonWorks(r)控制网络中，可以作为连接Ethernet（或其它网络）通信网关（Communication Gateway）或服务器（Server）；另一个功能是它们可以在LonWorks(r)控制网络中，执行高级控制任务，这些控制任务非常庞大，ASN和PSN无法完成，这些控制任务要求大量的数据和复杂的分析、计算；MN典型的控制应用包括：中心控制单元，超大型系统的控制等等。
MN’s也被称为“Hosted Nodes”，控制器板上的神经元微处理器Neuron Chip被用于同LonWorks(r)的通信，控制任务由控制器板上的另一个微处理器执行，如：Intel 80486 和Pentium；作为“Hosted Nodes”，MN能够处理4096个SNVT’s，而PSN’s, ASN’s, SPN’s控制器只能处理62个SNVT’s。
在典型的控制应用中，MN控制器读取由I/O模块和PSN’s, ASN’s, SPN’s控制器所采集的数据，进行大量的数据分析和复杂的计算，如最优启/停控制等。
在典型的通信网关应用中，MN控制器作为LonWorks(r)控制网络的节点，同时它连接到以太网（或其它网络）主干；它们也作为通信网关提供与其它非LonWorks(r)网络的接口界面，MN控制器在LonWorks(r)网络和其它系统之间进行必要的协议转换。用户应用程序和控制监控程序被存储在MN上的非易失内存中（如FLASH EPROM，EEPROM和电池供电的RAM中）。
3.5 I/O模块
I/O模块最重要的作用是提供与常规的、非基于LonWorks(r)的传感器和执行控制器的接口界面，如：温度传感器，继电器，执行水阀和风阀等等，基于LonWorks(r)的I/O模块的输入连接这些常规器件监测信息，如温度，湿度，流量，开关量等等，输出连接控制设备如：风机，泵，照明电路，继电器等等。
这些I/O模块内置神经元微处理器（Neuron Chip），它们并不执行控制任务，它们在系统中的作用是采集区域数据信息，通过网络提供它们到系统中其它的智能节点上，这些智能节点基于这些数据信息作出控制决定。
综合上述对MN’s, SPN’s, ASN’s和PSN’s的讨论，我们得出如下的控制系统结构图：
3.6 MN控制器之间在系统级水平上的联网
在大型的控制系统中，可能需要多个MN控制器，因此我们必须在这些网络节点之间建立通信网络；取决于系统的大小和性能要求，这个区域网络可以是控制级网络（LonWorks(r)网络）用于连接各种控制器节点，也可以是标准的企业级广域主干网络如：Ethernet。
LonWorks(r)网络和LonTalk(r)协议已经被证明是控制节点之间信息交流的最快和最可靠的工具；此外这个网络提供较低的节点访问价格比和高灵活性的网络拓扑结构，简化了安装过程，允许无中继的长距离传输，提供各种传输介质，包括：双绞线，光纤，动力线，射频，这些特点使LonWorks(r)网络成为理想的控制应用级网络。
然而，如果要求高容量的数据通信，采用Ethernet以太网作为系统主干，效果可能更好；以太网在办公自动化方面能够传输大量的数据和信息；在控制主干采用以太网的另外一个优点是它采用TCP/IP协议（迄今为止，世界上最流行的网络协议），因此使控制网络同企业级网络如Intranet和Internet容易集成。这就确保了同迅速变化的计算机和网络技术的兼容，保护控制网络不作不必要的改变。基于这些理由，推荐在系统的主干采用以太网，而在控制级水平采用LonWorks(r)网络。
基于这些要求，MN控制器应该内置以太网通信能力（通过一个简单的插接模块），这样设计的BAS系统提供了强大的可伸缩性，可满足不同的应用要求。
采用多个联网的MN控制器和以太网作主干的系统，其结构图如下：
3.7 控制级水平上的联网/系统节点能力
控制级网络应该是LonWorks(r)网络和采用Lontalk(r)协议，LonWorks(r)网络具有自由拓扑结构，可以连接成星型，总线型和环型，LonWorks(r)技术也允许不同的介质类型混合存在，如：双绞线，动力线，射频和光纤。
LonWorks(r)网络系统结构支持Lontalk(r)协议说明的极限，即255/域，127节点/子网，因此，每个域的系统容量是32,385个节点。
3.8 系统冗余度设计
LonWorks(r)网络结构使得实现充分的分布式控制成为可能。
四、 操作人机界面（MMI）
控制系统应该允许操作者通过计算机动态图形显示界面实时观察现场设备的运行状况，为满足这一要求，系统应该允许用户使用标准的、其它厂家开发的、基于WINDOWS 95/NT的人机界面软件工具包，如：Intellution的FIX和Wonderware的Intouch，这些产品必须能够通过其内置的通信驱动软件和DDE或OPC Servers同控制系统交换信息。
4.1 多用户/远程访问功能
控制系统应该支持多用户访问，允许多个用户同时在线操作，也能够通过Modem和Internet支持远程访问。
4.2 编程/系统安装
控制系统应该允许用户编制自己的控制程序，以便满足独特的应用和设备系统的需要。
控制系统的编程应该具有产生复杂的逻辑语言功能（如：IF/THEN...ELSE, GOTO等等）以便优化HVAC系统的操作；应该支持：PID调节，最优启/停控制（Optimum Start/Stop），设定点复位（Setpoint Reset）等等。
4.3 同标准工具包的兼容性要求
控制系统应该允许使用标准的Echelon工具包进行初始化节点安装，除此之外，控制
系统也应该允许使用基于LonWorks(r)协议的工具包进行系统的安装，如：VisualControl, MetraVision和Visual Integrator, PathBuilde等。
4.4 同工作站的物理连接
系统管理工作站（PC）应该能够采用所有标准的LonWorks(r)协议支持的网络界面卡（如：SLTA, PC NSS, PCC-10, PCMCIA等）连接到LonWorks(r)网络。
4.5 支持便携式通信工具
控制系统应能够支持同便携式通信工具的信息交流如，Pager（机）等。
五、 报警信息的实时通信、显示、打印
控制系统的报警信息应该能够通过如下的通信工具实时地显示、打印、声象报警，作为系统的最小配置要求，如：调制解调器的拨出（Modem dial-out），个人呼机（Paqger or Beeper），手机（Mobile Phone）等。
六、 控制系统同其它系统的集成
控制系统应该能够通过MN节点内置的LonWorks(r)通信协议同其它系统完整地集成，MN节点也应该能够通过RS232, RS485, Ethernet同其它系统进行通信。
七、 销售商技术资格认证
系统集成商应该熟悉LonWorks(r)技术并能够熟练使用基于LonWorks(r)的产品，对控制系统进行编程调试。
系统集成商应该独立地或同制造厂家一起合作，为预投标的系统进行技术演示，演示系统将展示所有关键设备的操作，包括智能可编程控制器DDC，用户人/机界面（MMI）软件，控制器的安装和编程，报警信息的显示、打印。
LonWorks控制网络技术在楼宇自控中的典型应用 BAS - K3000楼宇自动化系统
摘要： LonWorks是新一代控制网络技术，以其开放、灵活等特点成为楼宇自控系统的最佳选择。本文以广东发展银行佛山分行广发大厦楼宇自动化系统工程所采用的BAS-K3000作为实例，阐述LonWorks 控制网络技术在楼宇自控系统中的典型应用及设计时应注意的几个问题。
Abstract: LonWorks technology is the new generation of the control networking technology , As a open 、flexible system , It becomes the best choice of Building Automatic System (BAS). This theme, on background of BAS-K3000 system used in the BAS of GUANGFA building , describe the typical application of LonWorks control network technology on BAS and some items which should be paid attention .
关键词：LonWorks, 楼宇自动化系统，智能节点，分布式控制
keywords: LonWorks, Building Automatic System, Intelligent node, distributed Control
自90年代初美国Echelon公司开发出第一片Neuron芯片以来，LonWorks 控制网络技术已经渗透到了控制领域的每一个角落。在摆脱独享控制方案和中心控制系统的队伍中，LonWorks控制网络技术走在最前列。作为一项革命性的控制系统，LonWorks控制网络技术以其开放性、灵活性、低成本、开发迅速的特点在楼宇自动化、工业自动化和家庭自动化等方面取得了令人瞩目的成绩。国际上著名的自控公司都已经或准备推出基于LonWorks控制网络技术的产品。国内最早应用LonWorks控制网络技术的工程单位之一的康联智能自动化工程公司，根据近年来在楼宇自动化方面取得的成功经验开发的BAS K3000楼宇自动化系统，是LonWorks控制网络技术在楼宇自控中的典型应用。
一、 为什么采用LonWorks控制网络技术
传统的集中控制系统中，远端传感器向中心控制器提供反馈信号，每个系统都有自己的I/O及处理过程，这样造成开发、安装、调试复杂、成本高、扩展性差。系统设计师大量的精力用在传递线路和通讯方面。
LonWorks 控制网络技术拥有诸多优点，集中体现在：
1、系统具有开放性和互操作性。
LonWorks 网络由节点（即智能控制器﹚通过固化在内部的符合OSI七层参考模型的LONTALK 网络通讯协议互联，组成“Peer to Peer”对等网络，开发人员只需将主要精力花在系统应用设计方面，而不需要专门去实现和测试传输线路和通讯系统。
2、分布式无中心控制。
网络节点靠近现场传感器和执行机构，每个节点都能完成控制和通讯功能，部分节点故障不会造成系统瘫痪，可多至九个监控站可随意安装在网络的任何位置，并且位置也可以随时变换，监控站之间功能完全对等，也可以定义成不同级别。这 些特点对系统的调试、维护和稳定性都有着重要的意义。
3、系统组态灵活、开发周期短、应用媒体范围广泛。
采用不同类型的收发器，系统可利用双绞线、光缆、同轴电缆、电力线、无线、红外线等多种媒体进行信号传输；根据传输距离的远近、传输速度和现场设备等具体要求组成自由拓扑结构或总线型等结构，这些都给系统设计和维护升级改造带来极大的方便。
二、BAS K3000系统构成综述
BAS-K3000楼宇自动化系统完全遵守 LonWorks控制网络标准通讯协议--
LONTALK,充分利用了LonWorks技术的控制和通讯功能，其网络组成包括：
智能节点
网络接口及连接设备
远程通讯设备
人机界面操作站
1． 智能节点
智能节点是最靠近现场设备的控制器，可与传感器、执行机构相连，通过数字量、模拟量的输入/输出，可以进行数据采集、接收、发送指令。由Echelon 公司提供的收发器包括:TP/XF-78、TP/XF-1250双绞线总线型，TP/FTT-10A自由拓扑结构双绞线型，PLC-10动力线型等可组成相应的网络拓扑结构。
智能节点提供的监控功能包括数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出以及标准系统时钟等。
系统底层应用程序写入节点的存储器中，每个节点不但可以独立完成采集与控制指令，还可以与其他节点进行对等网络通讯。
2．网络接口及连接设备
网络接口适配器是操作站与网络之间的通讯设备，采用LONTALK 通讯协议进行通讯。PCLTA (PC LonTalk Adapter)是一种ISA 插卡，插入PC 机后即可与LonWorks 网络进行通讯。SLTA/2 和SLTA-10A (Serial LonTalk Adapter) 是EIA-232 串口适配器，通过标准串口与网络交换数据。
网络连接设备主要是指路由器，用于连接不同拓扑结构或不同通讯媒体的子网或信道，LonWorks 路由器由两个模块组成，分别连接两个通讯信道，有了LonWorks 路
由器就可以将成千上万的节点安装到网络上。
3.远程通讯设备
系统可实现通过电话线、无线扩频或通过INTERNET进行远距离监控，使控制网络延伸到世界各地。
4. 人机界面操作站
不同于以往的集中控制系统中心，本操作站并不是网络数据交换的中心，而只是操作人员对网络进行监视与控制的界面，主要完成系统监控及网络管理功能。网络管理功能包括设定系统参数、选择监控方式、定义和更换节点等，监控功能包括监视系统运行状态、监视系统故障报警、控制设备启停或阀门开启度等。
三、 BAS-K3000楼宇自动化系统监控对象及功能
BAS-K3000楼宇自动化系统能够对现代化建筑进行全面、灵活、可靠的监控，主要包括对中央空调系统、冷量计费系统、锅炉/热交换系统、给排水系统、变配电系统、照明灯光系统、电梯系统、防盗保安系统等的监控。各子系统既可独立运作又可统一协调管理，使整个建筑物内的机电设备能高效、安全、可靠地运行。
1． 中央空调系统
* 监视冷水机组运行状态
* 按照规定的顺序远程/自动控制机组启停
开机顺序为：冷却塔阀门-冷却水蝶阀-冷却水泵-冷冻水蝶阀-冷冻水泵-冷水机组 （冷却塔风机随温度调节）关机顺序相反
* 冷冻/冷却电动蝶阀开启、闭合控制及阀位状态显示。
* 冷冻/冷却水泵启停控制及故障报警。
* 冷冻/冷却水进出水流量、温度、压力等参数的采集和记录。
* 根据实际冷负荷实时调节冷水机组开启台数及对冷冻水泵进行变频调速控制以节约能源。
* 新风及环境温度、湿度监测。
* 对新风机、空气处理机、送/排风机启停控制，比例调节阀开度控制和阀位状态显示。
* 与消防系统配合，发生火灾时开启送/排风机。
* 对以上设备可按预先制订的时间表自动启停。
* 根据冷却塔出水温度实时控制冷却塔风机启停。
2. 冷量计费系统
* 记录风机盘管电磁阀累计开启时间。
* 记录空气处理机比例调节阀流过冷冻水的累计流量。
* 统计、打印中央空调冷量收费单。
3． 锅炉/热交换系统
* 锅炉蒸汽温度、压力监测。
* 减压后锅炉蒸汽温度、压力监测。
* 热交换器工作状态监测。
* 热交换器供回水温度、流量、压力监测。
* 控制供热水泵启停和状态监测。
4. 变配电系统
* 变压器温度监测及报警。
* 配电柜内电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等监测及报警。
* 开关柜各支路的开关状态监测、继电器保护状态监测。
* 发电机组工作状态监测、油温超温报警等。
5． 给排水系统
* 给水泵自动轮换启动、状态监测和故障报警。
* 系统压力、液位、流量监测。
6． 照明系统
* 根据功能要求的不同进行区域照明开关及照度控制
* 根据预订的时间表分区控制照明灯启停。
* 根据环境照度调节照明系统照度。
7．电梯系统
* 监视电梯运行状态。
* 监视电梯所在楼层。
* 与消防系统联动强行控制电梯启停
8． 防盗保安系统
* 通过网络接口与其他子系统互联。
* 对报警信号进行电子地图快速定位，
BAS-K3000系统操作界面软件
基于MICROSOFT WINDOWS 3.X/9X 操作系统的全中文动态图形化操作界面，操作非常容易，按照界面上的中文提示，几乎不需要培训就可完成大部分的操作工作。其主要功能有：
1．对各子系统设备进行全面的监测和控制
系统应用程序和基本参数保存在智能节点的存储器内，节点掉电也不会丢失，智能节点能独立完成数据采集和设备控制功能。操作界面则可让操作者直接进行控制。
1） 在图形操作界面上可进入各子系统界面。
2） 在图形操作界面上动态实时显示设备工作状态、系统参数（包括冷冻/冷却水供/回水温度、压力、流量、阀门开启度、一氧化碳含量等）。其中，中央空调子系统的冷源系统界面将全部相关设备在一屏内同时显示，使操作者能纵观全局，防止错误操作，避免了频繁转换菜单。
3） 利用图形化按钮对设备进行控制。
4） 利用图形和声音报警方式报告设备运行故障。
2．系统初始化及参数设定首次使用本系统时进行初始化。
1） 增减操作员、修改密码。
2） 定义操作者权限，限定相应级别操作员的操作范围。
3） 增减系统功能模块。
4） 设定设备启停时间表。
5） 设定冷却塔温度调节范围。
6） 设定变频器调速参数。
7） 对冷量计费系统可设定不同时间段应收的费率。
3．历史记录的查询、统计、分析
1） 定时自动采集记录
- 冷冻水的供/回水温度、流量、压力值。
- 冷却水的供/回水温度、流量、压力值。
- 新风/送风/回风温度。
- 锅炉/热交换器的蒸汽温度、压力值。
- 变配电系统的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等。
- 给排水系统的压力、流量、液位等。
2）故障报警自动记录
- 冷水机组、冷冻/冷却水泵等故障。
- 冷冻/冷却水超温、超压报警。
- 新风机、风柜等滤网堵塞报警。
- 锅炉蒸汽超温、超压报警。
- 配电系统过载、超温报警。
- 电梯故障报警。
- 给排水水位报警。
- 防盗保安触发报警。
对以上报警信息可详细记录故障种类、发生时间、解决时间等。
3） 历史记录的条件查询、统计和打印报表。
- 用文字、图表等方式方便用户查阅
- 取代以前手工记录、查找的烦琐工作。
- 在需要时可将记录内容报表打印成文件。
四、 工程实例
广东发展银行佛山分行广发大厦楼宇自动化系统：
广发大厦楼高22层，建筑面积约三万平方米，分为设备层、停车场、银行办公室和对外写字楼等部分。大楼按智能大厦进行设计，安装了先进的综合布线系统和楼宇自动化系统，其中，楼宇自动化系统采用佛山康联智能自动化工程公司开发基于LonWorks控制网络技术的BAS-K3000系统。系统共有监控点370个。系统监控操作站设在二楼，智能节点则分散在现场设备附近。由于系统为无中心控制方式，操作站可随时变换位置。
系统软件操作系统为 中文WINDOWS 95，界面图形非常形象、逼真、友好，图形可动态表示设备运行状态，例如灰色表示设备关状态，紫色表示设备开状态，冷水机组水流开关开启后水流的颜色会随之而变化。整个系统包括中央空调设备监控和冷量计费两大部分。操作者可在每个楼层的平面图上监测到本楼层的主要空调设备的运行状态及有否故障等信息，如果想了解更详细的资料，可用鼠标点击该设备图形符号即可进入下一级菜单，详细监控该设备。
系统每隔一个小时采集一次数据，包括空调系统冷冻水总回水流量、冷冻水供/回水温度、冷却水供/回水温度等，在操作界面上可随时查询这些参数的历史记录，以图表形式反映各个量的变化趋势。
系统设备故障报警功能模块可自动记录发生报警的种类、发生时间及解决时间等，操作者可随时查询到所有已发生未处理的报警记录或所有已处理报警记录。
本系统于1998年五月调试完毕并通过验收，至今运行正常。
五、设计基于LonWorks技术的楼宇自控系统应注意的几个问题
1． 应充分利用LonWorks网络技术真正分布式的特点，尽量将节点分散安排在靠近现场设备的位置，以减少布线工作量和提高传输的可靠性。
2． 从底层软件设计角度出发，应尽量将某一设备的控制点与与之相对应的数据采集点安排在同一节点上，目的是减少网络变量在网上的传输量，减少不必要的信息丢失，
提高传输的可靠性，同时也可以简化程序设计的复杂性。 例如，某台冷却塔的启停控制是由该冷却塔出水温度的高低决定的，那么在可能的情况下就应尽量将该温度采集点与该冷却塔的启停控制点安排在同一个节点上。
3． 整个系统的智能节点应尽量采用集中供电方式。减少因部分节点掉电引起的系统参数不一致的机会。
4． 应采用新型号的网络产品，尽量不要用已经过时的产品，且产品之间要注意配套。例如Lonworks TP/XF78K 、TP/XF125K 模块现在已经基本不生产了，代替它们的是FTT-10A 模块，相应的网络接口由原来的SLTA/2 更新为 SLTA-10 .
5． 应特别注意一次元件的安装质量，这往往不被人重视但又经常是系统缺陷的重要原因。例如，流量计的安装要求前后有一定长度的直管距离，如果不能保证，则所测出的流量很可能就不准确。又比如水流开关的安装螺纹套管管径应足够大才能保证叶片自由摆动的角度足够使触点接触。
六、结束语
我们欣喜地看到由国家建设部等政府部门正在进行大力推广的LonWorks控制网络技术在国内正得到空前高速的发展，先进的技术始终会被人们所接受，相信我国的楼宇自控水平在此带动下会很快迈进世界先进水平的行列。
基于Lonworks技术的模糊控制智能节点的设计 1、引 言
在化工生产中，温度通常是一个重要的控制参数，对于一些过程比较复杂，工艺要求精准的化工生产过程，采用传统的PID控制方式很难克服过程扰动的影响。如果针对特定的工艺情况，总结控制经验，制定一套有效的模糊控制策略，则可实现对温度的精确平稳控制。
现场总线是一种全分布式智能、双向的串行数字通讯链路，它直接沟通生产现场的测量控制和执行设备以及更高层次的自动化控制设备，是一种开放式控制系统。其中LON（Local Operating Networks）总线是美国ECHELON公司于1991年推出的一种功能全面的局部操作网络，广泛应用于冶金、化工、电力以及楼宇自动化等领域中，实现系统的全面网络化现场测控。若将模糊控制与LON现场总线相结合，建立一套基于Lonworks技术的模糊控制系统，则既可以实施现场级的模糊控制，又可以实现复杂模糊算法的上位机控制。
本文以某化工厂一个化学反应生产过程为例，介绍了一种基于Lonworks技术的温度模糊控制系统，详细介绍了其中智能节点的设计方法。该化学反应生产过程是：先将几种化工原料按一定比例混合，制成混合料，再向其中加入另一种化工原料A，发生化学反应生成所需的产品。为保证产品的质量和产量，工艺控制的最佳温度为T℃。由于是放热反应，所以采用调节冷冻水流量来控制反应温度。此温度控制系统具有非线性、时变、有噪声干扰、纯滞后等特性，难以用精确的数学模型描述，因此传统的PID控制方式，很难取得好的控制效果。
2、温度模糊控制系统设计
2.1 模糊控制系统的结构
在工艺控制的要求和特点的基础上，同时分析了大量生产过程中温度、原料A加入速度和冷冻水温度等历史曲线数据，并对熟练操作人员的操作经验进行了归纳整理，最后确定了“三输入——单输出”的温度模糊控制系统。
输入变量：
（1）反应温度：t，单位：℃
（2）反应温度的变化量：△t：t（n）－t（n－1），单位：℃。式中：t（n）为当前第n采样时刻的反应温度，t（n－1）为前一个采样时刻的反应温度，采样周期设为5s。
（3）原料A加入速度：v，单位：kg/h
输出变量：
冷冻水流量调节阀门的开度：u
2.2 各模糊变量的模糊子集
①反应温度t的基本论域为[（t－t0），（t＋t0）]，其模糊子集T的论域为[－4，4]，t0为生产中可能达到的最大温度偏差；②反应温度的变化量△t的基本论域为[－3℃，3℃]，其模糊子集△T的论域为[－3，3]；③原料A加入速度v的基本论域为[0，1200kg/h]，其模糊子集V的论域为[－2，2]；④冷冻水阀门开度u的基本论域为[0，100%]。各对应模糊关系见表1、2、3。其中t1、t2、t3、t4为控制中可能的温度偏差，且t0＞t4＞t3＞t2＞tl。u的精确值将在控制规则中直接给出。
本系统共建立了60条模糊控制规则。根据控制规则，最后得到下面的模糊控制查询表，见表4。其中UF为考虑原料A加入速度v时为确定阀门开度u而引入的中间值，它与原料A加入速度的模糊子集V的关系见表5。
3、系统结构设计
系统结构如图1所示，共包含三大部分：上位机、LON总线和智能节点。其中：
上位机主要负责LON网络的安装、维护和管理，可对温度进行实时监控。同时建
立测量值数据库，对数据进行存档和归表以便查询、打印。上位机还可作为Web服务器与Internet相连，实现远程监控。
智能节点主要包括温度控制节点和温度测量节点。温度测量节点对温度进行测量并对非线性值进行线性化处理，使得到的数值有足够的精度和线性度，并定期将温度对应的数字量发送到LON总线上交上位机处理。温度控制节点采用模糊控制算法对冷水阀进行控制，并负责各采样点温度采样值的显示与上传。
4、智能节点硬件设计
智能节点采用的Neuron芯片是可带外存储器的MC143150。其片内有三个CPU，即：网络CPU、应用CPU和介质访问CPU。它们与I/0口驱动电路、定时器、片内存储器、网络通讯接口通过8位数据总线和16位地址相连。该芯片有11个可编程的I/0口对象。通过引脚的不同配置，为外部硬件提供灵活的接口，实现不同的I/0对象。
4.1 温度控制节点的设计
温度控制节点主要包括：Neuron芯片MC143150，外带的程序存储器，D/A转换，执行机构，显示电路和总线收发器等，如图2所示。D/A转换选用MAX7228，显示电路由MAX7219及相关的驱动电路构成，执行机构包括AD694及其相关的外围电路。执行机构是角行程电动执行机构，应用于冷水阀控制。模糊推理所用的知识库数据存放于神经元芯片的E2PROM存储器中，有一组初始值。系统运行期间可以通过LON总线从上位机获取新的控制参数，从而完成控制参数的更新。
4.2 温度测量节点的设计
温度测量节点的结构如图3所示。包括神经元芯片MC143150、程序存储器、温度传感器、光电耦合器MOC3020、A/D转换电路ADC0809、FTT-10A收发器等。
5、智能节点软件设计
节点应用程序用Neuron C语言编写。Neuron C是神经元芯片的专用语言，是ANSI C的扩展，并增添了一些较强的功能，如网络变量类型，事件调度语句等。神经元芯片的任务调度是事件驱动的。当一个给定的条件变为真时，与该条件相关联的一段代码被执行。该智能节点的软件设计包括主程序、A/D转换程序、D/A转换程序、显示子程序、控制算法子程序等，下面以查表法实现模糊控制为例，给出部分源代码：
signed short fc（float－type＊input1）｛
……//设置局部变量
if（mcc＝＝1）
sp＝sp1；
pe＝e；//记下偏差的上一个状态
fl_sub（input1，& sp，& e）；//计算偏差get e
fl_neg（& range_e，& f1）；//对偏差限幅
if（fl_it（& e，& f1）＝＝TRUE）
ce＝f1；
else if（fl_gt（& ce，& range_ce）＝＝TRUE）
ce＝range_ce；
fl_mul（& e，& f1_6，&f1）；//对偏差进行量程变换
fl_div（& f1，& range_e，& f1）；
fl_add（& f1，& f1_6，& f1）；
fl_round（& f1，& f2）；//对变换后误差进行四舍五入
rol＝low－byte（1ro1）；
fl_mul（& ce，& f1_6，& f1）；//对偏差变化值进行量程变换
fl_div（& f1，& f1_6，& f1）；
fl_add（& f1，& f1_6，& f1）；
fl_round（& f1，& f2）；//对变换后的偏差变化值四舍五入
lcow＝fl_to_ulong（& f2）；
cow＝low_byte（1cow）；
table_u＝table[ro1][cow]；
……
fl_from_ulong（ltable_u，& f1）；//对查表结果进行量程变换
fl_mul（& f1，& range_dtu，& f2）；//查模糊控制表
fl_div（& f2，& f1_6，&f1）；
……
return f_out；//返回输出控制增量
本系统投入运行后，取得了比传统单回路PID控制方式更好的控制效果，见图4中的温度曲线对比。从图中可看出，模糊控制过渡过程时间短，超调量小，达到了工艺生产的要求。
6、结束语
模糊控制技术在我国已广泛应用于工业过程、家用电器等领域，但模糊控制技术的网络应用还不多见。本文将Lonworks技术与模糊控制技术结合起来，通过上位机实现实时测控，在实际应用中取得了良好的控制效果。该系统还可充分利用主机资源，使模糊控制算法位于上层，从而可以绑定多个设备节点，以便于构造不同的模糊控制器。控制参数可以通过人机界面由用户输入，通用性强、操作灵活便捷，为模糊控制生成器与现场设备的集成提供了一种有效的途径。
本文作者创新点：将Lonworks技术与模糊控制技术结合起来，给出了智能节点的设计方法和实例，通过计算机实现网络监控，能远程实施温度测控，在应用中取得了良好的控制效果。
LONWORKS技术和485通讯的区别 1) LONWORKS技术是一个现场总线，有一个完整的控制网络体系，它包括从物理层到应用层以至网络操作系统的全部内容。
485仅仅是网络物理层的一种规范。
2) LONWORKS技术支持多介质，如：双绞线、同轴电缆、电力线、 光纤、无线、红外等。
485通讯做不到支持多介质。
3) LONWORKS技术具有很好的开放性，采用LONWORKS技术的不同 厂家的产品可在同一网络上协调工作。
采用485技术的不同厂家的产品很难在一个网上工作。
4)LONWORKS技术支持总线式、星形、自由拓扑等多种拓扑结构。 485通讯只能在总线式拓扑结构。
5) LONWORKS技术网络每段的长度可达2700米（不加中继器）。每网络段可以有64个节点。
485通讯网络每段一般只能达1000m，且每段只有32个节点。
6) LONWORKS技术支持域、子网、节点等完整的网络结构。每个LONWORKS网络的一个域最多支持32385个节点。
485通讯很难与此相比。
7) LONWORKS技术的处理器有3个CPU，可以处理复杂的网络通讯应用程序。 一般的485通讯的处理器只有一个CPU，很难处理复杂的网络 通讯、应用程序。
8)LONWORKS技术的耐共模干扰的能力强，可以适应恶劣的环境。 485通讯的抗干扰能力差。
9)LONWORKS技术为对等通讯网络，各节点地位均等，无主节点， 可靠性高、实时性好。
485通讯一般为主从式结构。
10)LONWORKS技术维护容易，可直接从网络上下装程序。
485通讯很难做到这一点。
采用LonWorks(r)技术设计楼宇控制系统
一、 前言
九十年代初，诞生了LonWorks(r)开放式分布式控制网络技术，这使得制造轻小的、低价格的、智能化的控制设备（Smart Intelligent Control Devices）成为可能，这些设备内置了具有标准的LonWorks(r)网络通信协议和控制功能的智能化微处理器CPU，这些协议同以太网络（Ehernet）一样，完全遵守标准化委员会ISO制定的七层网络协议，这些协议由美国Echelon公司提供给基于LonWorks的独立开发商 （LonWorks Independent Developers, LID），而智能化微处理器CPU由美国Motorola 和日本Toshiba制造。这项新的技术使得由不同的产品独立开发商设计和制造的产品直接连接在一起，不需要中间转换设备（如：Gateway，Router等）；这些基于LonWorks(r)协议的产品包括：
HVAC 楼宇空调系统
Flow Controllers 流量控制器
Fire Detection & Prevention 火灾探测和预防
Power Distribution 电力监控
Access Control 刷卡、门禁、侵入控制系统
Transceivers & Modules 网络通信传送接收适配器
CCTV 闭路监控系统
Detectors & Sensors 传感器、探测器及执行机构
Parking Equipment 车库管理设备
Control Network: Development Tools 网络开发工具
Lighting 照明系统
Control Network: Management 网络管理系统
Elevators 电梯系统
Control Network: Infrastructure 网络基本结构
I / O 输入 / 输出设备
Miscellaneous 其他种类设备
Energy Management 能源管理系统
Audio & Video 声音和图象设备
Communications 网络通信
Generator Sets 发电机设备
MMI(Man Machine Interface)人机交互式界面
对于任何基于网络的分布式控制系统，要想在实际工程中设计有效的、强有力的、好的性能价格比的系统，网络结构是及其重要的。在不同的控制水平上，要求不同的系统特点，不同的通讯介质和不同的通讯速率。一个系统必须在每一水平上，满足合适的技术要求。
这篇文章所介绍的控制系统网络结构广泛地采用了LonWorks(r)控制网络作为分散的控制设备间（Control Horizontal Level Device ）的通信连接，而同时在通信主干（Riser backbone Level）采用Ethernet和TCP/IP协议，通过Ethernet- LonWorks(r) Routers路由器连接企业局域网和广域网包括：Intranets和Internet。这样就和结构化综合布线（PDS）完整的结合起来，实现所有子系统真正集成。
二、 LonWorks(r)控制网络技术对兼容性（不同厂家的产品间的互联性、互操作性）的要求
开发和设计LonWorks(r)控制网络技术的目的，就是使所有不同厂家的不同产品间相互兼容，相互开放，就象计算机工业一样。业主和工程师们希望从兼容和开放系统获得利益，因此，这个系统应该满足如下要求：
2.1 为了确保系统的互操作性和互联性，所有产品应该具有LonMark认证 （产品上都有LonMark(r)标记），来自于节点的I/O通信数据应该是标准网络变量类型（Standard Network Variable Types SNVT’s）；进一步说，必须为所有基于LonWorks(r)的节点提供外部界面文件（XIF）以确保用户将来能够维护系统，调整系统的操作和对系统进行扩容。
2.2 所设计的系统必须采用Lontalk协议，以便安装系统时，可以利用标准的、其它厂家开发的人机界面软件MMI作为用户界面。MMI系统采用SNVTs作为通信数据。如FIX, INTOUCH, CITECT等等。
2.3 可以采用标准的、其它厂家开发的软件工具包，进行网络管理、维护和配置，如LonPoint, VisualControl, MetraVision和Visual Integrator, PathBuilder等等。
2.4 为了降低系统的造价，提高系统的性能价格比，在设计系统时，可以在开放的市场，购买来自于许多厂家的通用LonWorks(r)设备，这些设备包括：Smart Controllers（智能控制器）,Rouers（路由器）, Communication Interfaces Network Card（网卡）, Sensors（传感器）, Actuators（执行器）。
三、 楼宇控制控制系统网络结构
控制系统设计的第一步是选择不同类型的控制设备以便满足系统的各种控制需要，例如：用于Packaged HVAC空调系统、VAV变风量系统和Heat Pumps的专用控制器，用于较大的控制系统如空气处理单元、冷水机组的可编程智能通用控制器，用于传感器和执行器的单点智能控制器，具体介绍如下：
3.1 单点智能控制器（Single Point "Smart Nodes", SPN）
单点智能控制器SPN是一些设备，如温度和湿度传感器，单一继电器输出设备，功率及电度传感器等等，它们都内置神经元微处理器（Neuron Chip）和网络界面卡（Network Card），在LonWorks(r)网络中作为单一节点存在，使得控制系统更加分散。
3.2 专用控制器（Application Specific "Smart Nodes", ASN）
专用控制器ASN是非常小的控制器，它们被设计用于某些特殊设备，内置了工厂预编程的专家模式和算法，如Packaged HVAC空调系统、VAV变风量系统、Heat Pumps和风机盘管单元Fan Coil Units等等。这些智能控制器都内置神经元微处理器（Neuron Chip）和网络界面卡（Network Card），具有必要的输入、输出端子（I/O）和内存资源，以便执行特殊的控制任务。ASN不是可以自由编程的，内置在ASN上的专家模式和算法被保存在非易失内存中（如FLASH EPROM）。
3.3 可编程智能通用控制器（Programmable "Smart Nodes", PSN）
可编程智能通用控制器PSN是非常小的控制器，用户可以自由编程以满足相应设备的控制需要，因此它们应用广泛，如：空气处理单元（AHU），冷水机组，冷却塔，热交换器等等，用户应用程序和控制监控程序被存储在PSN上的非易失内存中（如FLASH EPROM）。
应用PSN’s, ASN’s, SPN’s控制器的LonWorks(r)控制网络系统的结构图如下：
3.4 网络中间节点（"Meta-Nodes", MN）
网络中间节点MN执行两个功能：一个功能是它们在LonWorks(r)控制网络中，可以作为连接Ethernet（或其它网络）通信网关（Communication Gateway）或服务器（Server）；另一个功能是它们可以在LonWorks(r)控制网络中，执行高级控制任务，这些控制任务非常庞大，ASN和PSN无法完成，这些控制任务要求大量的数据和复杂的分析、计算；MN典型的控制应用包括：中心控制单元，超大型系统的控制等等。
MN’s也被称为“Hosted Nodes”，控制器板上的神经元微处理器Neuron Chip被用于同LonWorks(r)的通信，控制任务由控制器板上的另一个微处理器执行，如：Intel 80486 和Pentium；作为“Hosted Nodes”，MN能够处理4096个SNVT’s，而PSN’s, ASN’s, SPN’s控制器只能处理62个SNVT’s。
在典型的控制应用中，MN控制器读取由I/O模块和PSN’s, ASN’s, SPN’s控制器所采集的数据，进行大量的数据分析和复杂的计算，如最优启/停控制等。
在典型的通信网关应用中，MN控制器作为LonWorks(r)控制网络的节点，同时它连接到以太网（或其它网络）主干；它们也作为通信网关提供与其它非LonWorks(r)网络的接口界面，MN控制器在LonWorks(r)网络和其它系统之间进行必要的协议转换。用户应用程序和控制监控程序被存储在MN上的非易失内存中（如FLASH EPROM，EEPROM和电池供电的RAM中）。
3.5 I/O模块
I/O模块最重要的作用是提供与常规的、非基于LonWorks(r)的传感器和执行控制器的接口界面，如：温度传感器，继电器，执行水阀和风阀等等，基于LonWorks(r)的I/O模块的输入连接这些常规器件监测信息，如温度，湿度，流量，开关量等等，输出连接控制设备如：风机，泵，照明电路，继电器等等。
这些I/O模块内置神经元微处理器（Neuron Chip），它们并不执行控制任务，它们在系统中的作用是采集区域数据信息，通过网络提供它们到系统中其它的智能节点上，这些智能节点基于这些数据信息作出控制决定。
综合上述对MN’s, SPN’s, ASN’s和PSN’s的讨论，我们得出如下的控制系统结构图：
3.6 MN控制器之间在系统级水平上的联网
在大型的控制系统中，可能需要多个MN控制器，因此我们必须在这些网络节点之间建立通信网络；取决于系统的大小和性能要求，这个区域网络可以是控制级网络（LonWorks(r)网络）用于连接各种控制器节点，也可以是标准的企业级广域主干网络如：Ethernet。
LonWorks(r)网络和LonTalk(r)协议已经被证明是控制节点之间信息交流的最快和最可靠的工具；此外这个网络提供较低的节点访问价格比和高灵活性的网络拓扑结构，简化了安装过程，允许无中继的长距离传输，提供各种传输介质，包括：双绞线，光纤，动力线，射频，这些特点使LonWorks(r)网络成为理想的控制应用级网络。
然而，如果要求高容量的数据通信，采用Ethernet以太网作为系统主干，效果可能更好；以太网在办公自动化方面能够传输大量的数据和信息；在控制主干采用以太网的另外一个优点是它采用TCP/IP协议（迄今为止，世界上最流行的网络协议），因此使控制网络同企业级网络如Intranet和Internet容易集成。这就确保了同迅速变化的计算机和网络技术的兼容，保护控制网络不作不必要的改变。基于这些理由，推荐在系统的主干采用以太网，而在控制级水平采用LonWorks(r)网络。
基于这些要求，MN控制器应该内置以太网通信能力（通过一个简单的插接模块），这样设计的BAS系统提供了强大的可伸缩性，可满足不同的应用要求。
采用多个联网的MN控制器和以太网作主干的系统，其结构图如下：
3.7 控制级水平上的联网/系统节点能力
控制级网络应该是LonWorks(r)网络和采用Lontalk(r)协议，LonWorks(r)网络具有自由拓扑结构，可以连接成星型，总线型和环型，LonWorks(r)技术也允许不同的介质类型混合存在，如：双绞线，动力线，射频和光纤。
LonWorks(r)网络系统结构支持Lontalk(r)协议说明的极限，即255/域，127节点/子网，因此，每个域的系统容量是32,385个节点。
3.8 系统冗余度设计
LonWorks(r)网络结构使得实现充分的分布式控制成为可能。
四、 操作人机界面（MMI）
控制系统应该允许操作者通过计算机动态图形显示界面实时观察现场设备的运行状况，为满足这一要求，系统应该允许用户使用标准的、其它厂家开发的、基于WINDOWS 95/NT的人机界面软件工具包，如：Intellution的FIX和Wonderware的Intouch，这些产品必须能够通过其内置的通信驱动软件和DDE或OPC Servers同控制系统交换信息。
4.1 多用户/远程访问功能
控制系统应该支持多用户访问，允许多个用户同时在线操作，也能够通过Modem和Internet支持远程访问。
4.2 编程/系统安装
控制系统应该允许用户编制自己的控制程序，以便满足独特的应用和设备系统的需要。
控制系统的编程应该具有产生复杂的逻辑语言功能（如：IF/THEN...ELSE, GOTO等等）以便优化HVAC系统的操作；应该支持：PID调节，最优启/停控制（Optimum Start/Stop），设定点复位（Setpoint Reset）等等。
4.3 同标准工具包的兼容性要求
控制系统应该允许使用标准的Echelon工具包进行初始化节点安装，除此之外，控制
系统也应该允许使用基于LonWorks(r)协议的工具包进行系统的安装，如：VisualControl, MetraVision和Visual Integrator, PathBuilde等。
4.4 同工作站的物理连接
系统管理工作站（PC）应该能够采用所有标准的LonWorks(r)协议支持的网络界面卡（如：SLTA, PC NSS, PCC-10, PCMCIA等）连接到LonWorks(r)网络。
4.5 支持便携式通信工具
控制系统应能够支持同便携式通信工具的信息交流如，Pager（机）等。
五、 报警信息的实时通信、显示、打印
控制系统的报警信息应该能够通过如下的通信工具实时地显示、打印、声象报警，作为系统的最小配置要求，如：调制解调器的拨出（Modem dial-out），个人呼机（Paqger or Beeper），手机（Mobile Phone）等。
六、 控制系统同其它系统的集成
控制系统应该能够通过MN节点内置的LonWorks(r)通信协议同其它系统完整地集成，MN节点也应该能够通过RS232, RS485, Ethernet同其它系统进行通信。
七、 销售商技术资格认证
系统集成商应该熟悉LonWorks(r)技术并能够熟练使用基于LonWorks(r)的产品，对控制系统进行编程调试。
系统集成商应该独立地或同制造厂家一起合作，为预投标的系统进行技术演示，演示系统将展示所有关键设备的操作，包括智能可编程控制器DDC，用户人/机界面（MMI）软件，控制器的安装和编程，报警信息的显示、打印。
LonWorks控制网络技术在楼宇自控中的典型应用 BAS - K3000楼宇自动化系统
摘要： LonWorks是新一代控制网络技术，以其开放、灵活等特点成为楼宇自控系统的最佳选择。本文以广东发展银行佛山分行广发大厦楼宇自动化系统工程所采用的BAS-K3000作为实例，阐述LonWorks 控制网络技术在楼宇自控系统中的典型应用及设计时应注意的几个问题。
Abstract: LonWorks technology is the new generation of the control networking technology , As a open 、flexible system , It becomes the best choice of Building Automatic System (BAS). This theme, on background of BAS-K3000 system used in the BAS of GUANGFA building , describe the typical application of LonWorks control network technology on BAS and some items which should be paid attention .
关键词：LonWorks, 楼宇自动化系统，智能节点，分布式控制
keywords: LonWorks, Building Automatic System, Intelligent node, distributed Control
自90年代初美国Echelon公司开发出第一片Neuron芯片以来，LonWorks 控制网络技术已经渗透到了控制领域的每一个角落。在摆脱独享控制方案和中心控制系统的队伍中，LonWorks控制网络技术走在最前列。作为一项革命性的控制系统，LonWorks控制网络技术以其开放性、灵活性、低成本、开发迅速的特点在楼宇自动化、工业自动化和家庭自动化等方面取得了令人瞩目的成绩。国际上著名的自控公司都已经或准备推出基于LonWorks控制网络技术的产品。国内最早应用LonWorks控制网络技术的工程单位之一的康联智能自动化工程公司，根据近年来在楼宇自动化方面取得的成功经验开发的BAS K3000楼宇自动化系统，是LonWorks控制网络技术在楼宇自控中的典型应用。
一、 为什么采用LonWorks控制网络技术
传统的集中控制系统中，远端传感器向中心控制器提供反馈信号，每个系统都有自己的I/O及处理过程，这样造成开发、安装、调试复杂、成本高、扩展性差。系统设计师大量的精力用在传递线路和通讯方面。
LonWorks 控制网络技术拥有诸多优点，集中体现在：
1、系统具有开放性和互操作性。
LonWorks 网络由节点（即智能控制器﹚通过固化在内部的符合OSI七层参考模型的LONTALK 网络通讯协议互联，组成“Peer to Peer”对等网络，开发人员只需将主要精力花在系统应用设计方面，而不需要专门去实现和测试传输线路和通讯系统。
2、分布式无中心控制。
网络节点靠近现场传感器和执行机构，每个节点都能完成控制和通讯功能，部分节点故障不会造成系统瘫痪，可多至九个监控站可随意安装在网络的任何位置，并且位置也可以随时变换，监控站之间功能完全对等，也可以定义成不同级别。这 些特点对系统的调试、维护和稳定性都有着重要的意义。
3、系统组态灵活、开发周期短、应用媒体范围广泛。
采用不同类型的收发器，系统可利用双绞线、光缆、同轴电缆、电力线、无线、红外线等多种媒体进行信号传输；根据传输距离的远近、传输速度和现场设备等具体要求组成自由拓扑结构或总线型等结构，这些都给系统设计和维护升级改造带来极大的方便。
二、BAS K3000系统构成综述
BAS-K3000楼宇自动化系统完全遵守 LonWorks控制网络标准通讯协议--
LONTALK,充分利用了LonWorks技术的控制和通讯功能，其网络组成包括：
智能节点
网络接口及连接设备
远程通讯设备
人机界面操作站
1． 智能节点
智能节点是最靠近现场设备的控制器，可与传感器、执行机构相连，通过数字量、模拟量的输入/输出，可以进行数据采集、接收、发送指令。由Echelon 公司提供的收发器包括:TP/XF-78、TP/XF-1250双绞线总线型，TP/FTT-10A自由拓扑结构双绞线型，PLC-10动力线型等可组成相应的网络拓扑结构。
智能节点提供的监控功能包括数字量输入、数字量输出、模拟量输入、模拟量输出以及标准系统时钟等。
系统底层应用程序写入节点的存储器中，每个节点不但可以独立完成采集与控制指令，还可以与其他节点进行对等网络通讯。
2．网络接口及连接设备
网络接口适配器是操作站与网络之间的通讯设备，采用LONTALK 通讯协议进行通讯。PCLTA (PC LonTalk Adapter)是一种ISA 插卡，插入PC 机后即可与LonWorks 网络进行通讯。SLTA/2 和SLTA-10A (Serial LonTalk Adapter) 是EIA-232 串口适配器，通过标准串口与网络交换数据。
网络连接设备主要是指路由器，用于连接不同拓扑结构或不同通讯媒体的子网或信道，LonWorks 路由器由两个模块组成，分别连接两个通讯信道，有了LonWorks 路
由器就可以将成千上万的节点安装到网络上。
3.远程通讯设备
系统可实现通过电话线、无线扩频或通过INTERNET进行远距离监控，使控制网络延伸到世界各地。
4. 人机界面操作站
不同于以往的集中控制系统中心，本操作站并不是网络数据交换的中心，而只是操作人员对网络进行监视与控制的界面，主要完成系统监控及网络管理功能。网络管理功能包括设定系统参数、选择监控方式、定义和更换节点等，监控功能包括监视系统运行状态、监视系统故障报警、控制设备启停或阀门开启度等。
三、 BAS-K3000楼宇自动化系统监控对象及功能
BAS-K3000楼宇自动化系统能够对现代化建筑进行全面、灵活、可靠的监控，主要包括对中央空调系统、冷量计费系统、锅炉/热交换系统、给排水系统、变配电系统、照明灯光系统、电梯系统、防盗保安系统等的监控。各子系统既可独立运作又可统一协调管理，使整个建筑物内的机电设备能高效、安全、可靠地运行。
1． 中央空调系统
* 监视冷水机组运行状态
* 按照规定的顺序远程/自动控制机组启停
开机顺序为：冷却塔阀门-冷却水蝶阀-冷却水泵-冷冻水蝶阀-冷冻水泵-冷水机组 （冷却塔风机随温度调节）关机顺序相反
* 冷冻/冷却电动蝶阀开启、闭合控制及阀位状态显示。
* 冷冻/冷却水泵启停控制及故障报警。
* 冷冻/冷却水进出水流量、温度、压力等参数的采集和记录。
* 根据实际冷负荷实时调节冷水机组开启台数及对冷冻水泵进行变频调速控制以节约能源。
* 新风及环境温度、湿度监测。
* 对新风机、空气处理机、送/排风机启停控制，比例调节阀开度控制和阀位状态显示。
* 与消防系统配合，发生火灾时开启送/排风机。
* 对以上设备可按预先制订的时间表自动启停。
* 根据冷却塔出水温度实时控制冷却塔风机启停。
2. 冷量计费系统
* 记录风机盘管电磁阀累计开启时间。
* 记录空气处理机比例调节阀流过冷冻水的累计流量。
* 统计、打印中央空调冷量收费单。
3． 锅炉/热交换系统
* 锅炉蒸汽温度、压力监测。
* 减压后锅炉蒸汽温度、压力监测。
* 热交换器工作状态监测。
* 热交换器供回水温度、流量、压力监测。
* 控制供热水泵启停和状态监测。
4. 变配电系统
* 变压器温度监测及报警。
* 配电柜内电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等监测及报警。
* 开关柜各支路的开关状态监测、继电器保护状态监测。
* 发电机组工作状态监测、油温超温报警等。
5． 给排水系统
* 给水泵自动轮换启动、状态监测和故障报警。
* 系统压力、液位、流量监测。
6． 照明系统
* 根据功能要求的不同进行区域照明开关及照度控制
* 根据预订的时间表分区控制照明灯启停。
* 根据环境照度调节照明系统照度。
7．电梯系统
* 监视电梯运行状态。
* 监视电梯所在楼层。
* 与消防系统联动强行控制电梯启停
8． 防盗保安系统
* 通过网络接口与其他子系统互联。
* 对报警信号进行电子地图快速定位，
BAS-K3000系统操作界面软件
基于MICROSOFT WINDOWS 3.X/9X 操作系统的全中文动态图形化操作界面，操作非常容易，按照界面上的中文提示，几乎不需要培训就可完成大部分的操作工作。其主要功能有：
1．对各子系统设备进行全面的监测和控制
系统应用程序和基本参数保存在智能节点的存储器内，节点掉电也不会丢失，智能节点能独立完成数据采集和设备控制功能。操作界面则可让操作者直接进行控制。
1） 在图形操作界面上可进入各子系统界面。
2） 在图形操作界面上动态实时显示设备工作状态、系统参数（包括冷冻/冷却水供/回水温度、压力、流量、阀门开启度、一氧化碳含量等）。其中，中央空调子系统的冷源系统界面将全部相关设备在一屏内同时显示，使操作者能纵观全局，防止错误操作，避免了频繁转换菜单。
3） 利用图形化按钮对设备进行控制。
4） 利用图形和声音报警方式报告设备运行故障。
2．系统初始化及参数设定首次使用本系统时进行初始化。
1） 增减操作员、修改密码。
2） 定义操作者权限，限定相应级别操作员的操作范围。
3） 增减系统功能模块。
4） 设定设备启停时间表。
5） 设定冷却塔温度调节范围。
6） 设定变频器调速参数。
7） 对冷量计费系统可设定不同时间段应收的费率。
3．历史记录的查询、统计、分析
1） 定时自动采集记录
- 冷冻水的供/回水温度、流量、压力值。
- 冷却水的供/回水温度、流量、压力值。
- 新风/送风/回风温度。
- 锅炉/热交换器的蒸汽温度、压力值。
- 变配电系统的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等。
- 给排水系统的压力、流量、液位等。
2）故障报警自动记录
- 冷水机组、冷冻/冷却水泵等故障。
- 冷冻/冷却水超温、超压报警。
- 新风机、风柜等滤网堵塞报警。
- 锅炉蒸汽超温、超压报警。
- 配电系统过载、超温报警。
- 电梯故障报警。
- 给排水水位报警。
- 防盗保安触发报警。
对以上报警信息可详细记录故障种类、发生时间、解决时间等。
3） 历史记录的条件查询、统计和打印报表。
- 用文字、图表等方式方便用户查阅
- 取代以前手工记录、查找的烦琐工作。
- 在需要时可将记录内容报表打印成文件。
四、 工程实例
广东发展银行佛山分行广发大厦楼宇自动化系统：
广发大厦楼高22层，建筑面积约三万平方米，分为设备层、停车场、银行办公室和对外写字楼等部分。大楼按智能大厦进行设计，安装了先进的综合布线系统和楼宇自动化系统，其中，楼宇自动化系统采用佛山康联智能自动化工程公司开发基于LonWorks控制网络技术的BAS-K3000系统。系统共有监控点370个。系统监控操作站设在二楼，智能节点则分散在现场设备附近。由于系统为无中心控制方式，操作站可随时变换位置。
系统软件操作系统为 中文WINDOWS 95，界面图形非常形象、逼真、友好，图形可动态表示设备运行状态，例如灰色表示设备关状态，紫色表示设备开状态，冷水机组水流开关开启后水流的颜色会随之而变化。整个系统包括中央空调设备监控和冷量计费两大部分。操作者可在每个楼层的平面图上监测到本楼层的主要空调设备的运行状态及有否故障等信息，如果想了解更详细的资料，可用鼠标点击该设备图形符号即可进入下一级菜单，详细监控该设备。
系统每隔一个小时采集一次数据，包括空调系统冷冻水总回水流量、冷冻水供/回水温度、冷却水供/回水温度等，在操作界面上可随时查询这些参数的历史记录，以图表形式反映各个量的变化趋势。
系统设备故障报警功能模块可自动记录发生报警的种类、发生时间及解决时间等，操作者可随时查询到所有已发生未处理的报警记录或所有已处理报警记录。
本系统于1998年五月调试完毕并通过验收，至今运行正常。
五、设计基于LonWorks技术的楼宇自控系统应注意的几个问题
1． 应充分利用LonWorks网络技术真正分布式的特点，尽量将节点分散安排在靠近现场设备的位置，以减少布线工作量和提高传输的可靠性。
2． 从底层软件设计角度出发，应尽量将某一设备的控制点与与之相对应的数据采集点安排在同一节点上，目的是减少网络变量在网上的传输量，减少不必要的信息丢失，
提高传输的可靠性，同时也可以简化程序设计的复杂性。 例如，某台冷却塔的启停控制是由该冷却塔出水温度的高低决定的，那么在可能的情况下就应尽量将该温度采集点与该冷却塔的启停控制点安排在同一个节点上。
3． 整个系统的智能节点应尽量采用集中供电方式。减少因部分节点掉电引起的系统参数不一致的机会。
4． 应采用新型号的网络产品，尽量不要用已经过时的产品，且产品之间要注意配套。例如Lonworks TP/XF78K 、TP/XF125K 模块现在已经基本不生产了，代替它们的是FTT-10A 模块，相应的网络接口由原来的SLTA/2 更新为 SLTA-10 .
5． 应特别注意一次元件的安装质量，这往往不被人重视但又经常是系统缺陷的重要原因。例如，流量计的安装要求前后有一定长度的直管距离，如果不能保证，则所测出的流量很可能就不准确。又比如水流开关的安装螺纹套管管径应足够大才能保证叶片自由摆动的角度足够使触点接触。
六、结束语
我们欣喜地看到由国家建设部等政府部门正在进行大力推广的LonWorks控制网络技术在国内正得到空前高速的发展，先进的技术始终会被人们所接受，相信我国的楼宇自控水平在此带动下会很快迈进世界先进水平的行列。
基于Lonworks技术的模糊控制智能节点的设计 1、引 言
在化工生产中，温度通常是一个重要的控制参数，对于一些过程比较复杂，工艺要求精准的化工生产过程，采用传统的PID控制方式很难克服过程扰动的影响。如果针对特定的工艺情况，总结控制经验，制定一套有效的模糊控制策略，则可实现对温度的精确平稳控制。
现场总线是一种全分布式智能、双向的串行数字通讯链路，它直接沟通生产现场的测量控制和执行设备以及更高层次的自动化控制设备，是一种开放式控制系统。其中LON（Local Operating Networks）总线是美国ECHELON公司于1991年推出的一种功能全面的局部操作网络，广泛应用于冶金、化工、电力以及楼宇自动化等领域中，实现系统的全面网络化现场测控。若将模糊控制与LON现场总线相结合，建立一套基于Lonworks技术的模糊控制系统，则既可以实施现场级的模糊控制，又可以实现复杂模糊算法的上位机控制。
本文以某化工厂一个化学反应生产过程为例，介绍了一种基于Lonworks技术的温度模糊控制系统，详细介绍了其中智能节点的设计方法。该化学反应生产过程是：先将几种化工原料按一定比例混合，制成混合料，再向其中加入另一种化工原料A，发生化学反应生成所需的产品。为保证产品的质量和产量，工艺控制的最佳温度为T℃。由于是放热反应，所以采用调节冷冻水流量来控制反应温度。此温度控制系统具有非线性、时变、有噪声干扰、纯滞后等特性，难以用精确的数学模型描述，因此传统的PID控制方式，很难取得好的控制效果。
2、温度模糊控制系统设计
2.1 模糊控制系统的结构
在工艺控制的要求和特点的基础上，同时分析了大量生产过程中温度、原料A加入速度和冷冻水温度等历史曲线数据，并对熟练操作人员的操作经验进行了归纳整理，最后确定了“三输入——单输出”的温度模糊控制系统。
输入变量：
（1）反应温度：t，单位：℃
（2）反应温度的变化量：△t：t（n）－t（n－1），单位：℃。式中：t（n）为当前第n采样时刻的反应温度，t（n－1）为前一个采样时刻的反应温度，采样周期设为5s。
（3）原料A加入速度：v，单位：kg/h
输出变量：
冷冻水流量调节阀门的开度：u
2.2 各模糊变量的模糊子集
①反应温度t的基本论域为[（t－t0），（t＋t0）]，其模糊子集T的论域为[－4，4]，t0为生产中可能达到的最大温度偏差；②反应温度的变化量△t的基本论域为[－3℃，3℃]，其模糊子集△T的论域为[－3，3]；③原料A加入速度v的基本论域为[0，1200kg/h]，其模糊子集V的论域为[－2，2]；④冷冻水阀门开度u的基本论域为[0，100%]。各对应模糊关系见表1、2、3。其中t1、t2、t3、t4为控制中可能的温度偏差，且t0＞t4＞t3＞t2＞tl。u的精确值将在控制规则中直接给出。
本系统共建立了60条模糊控制规则。根据控制规则，最后得到下面的模糊控制查询表，见表4。其中UF为考虑原料A加入速度v时为确定阀门开度u而引入的中间值，它与原料A加入速度的模糊子集V的关系见表5。
3、系统结构设计
系统结构如图1所示，共包含三大部分：上位机、LON总线和智能节点。其中：
上位机主要负责LON网络的安装、维护和管理，可对温度进行实时监控。同时建
立测量值数据库，对数据进行存档和归表以便查询、打印。上位机还可作为Web服务器与Internet相连，实现远程监控。
智能节点主要包括温度控制节点和温度测量节点。温度测量节点对温度进行测量并对非线性值进行线性化处理，使得到的数值有足够的精度和线性度，并定期将温度对应的数字量发送到LON总线上交上位机处理。温度控制节点采用模糊控制算法对冷水阀进行控制，并负责各采样点温度采样值的显示与上传。
4、智能节点硬件设计
智能节点采用的Neuron芯片是可带外存储器的MC143150。其片内有三个CPU，即：网络CPU、应用CPU和介质访问CPU。它们与I/0口驱动电路、定时器、片内存储器、网络通讯接口通过8位数据总线和16位地址相连。该芯片有11个可编程的I/0口对象。通过引脚的不同配置，为外部硬件提供灵活的接口，实现不同的I/0对象。
4.1 温度控制节点的设计
温度控制节点主要包括：Neuron芯片MC143150，外带的程序存储器，D/A转换，执行机构，显示电路和总线收发器等，如图2所示。D/A转换选用MAX7228，显示电路由MAX7219及相关的驱动电路构成，执行机构包括AD694及其相关的外围电路。执行机构是角行程电动执行机构，应用于冷水阀控制。模糊推理所用的知识库数据存放于神经元芯片的E2PROM存储器中，有一组初始值。系统运行期间可以通过LON总线从上位机获取新的控制参数，从而完成控制参数的更新。
4.2 温度测量节点的设计
温度测量节点的结构如图3所示。包括神经元芯片MC143150、程序存储器、温度传感器、光电耦合器MOC3020、A/D转换电路ADC0809、FTT-10A收发器等。
5、智能节点软件设计
节点应用程序用Neuron C语言编写。Neuron C是神经元芯片的专用语言，是ANSI C的扩展，并增添了一些较强的功能，如网络变量类型，事件调度语句等。神经元芯片的任务调度是事件驱动的。当一个给定的条件变为真时，与该条件相关联的一段代码被执行。该智能节点的软件设计包括主程序、A/D转换程序、D/A转换程序、显示子程序、控制算法子程序等，下面以查表法实现模糊控制为例，给出部分源代码：
signed short fc（float－type＊input1）｛
……//设置局部变量
if（mcc＝＝1）
sp＝sp1；
pe＝e；//记下偏差的上一个状态
fl_sub（input1，& sp，& e）；//计算偏差get e
fl_neg（& range_e，& f1）；//对偏差限幅
if（fl_it（& e，& f1）＝＝TRUE）
ce＝f1；
else if（fl_gt（& ce，& range_ce）＝＝TRUE）
ce＝range_ce；
fl_mul（& e，& f1_6，&f1）；//对偏差进行量程变换
fl_div（& f1，& range_e，& f1）；
fl_add（& f1，& f1_6，& f1）；
fl_round（& f1，& f2）；//对变换后误差进行四舍五入
rol＝low－byte（1ro1）；
fl_mul（& ce，& f1_6，& f1）；//对偏差变化值进行量程变换
fl_div（& f1，& f1_6，& f1）；
fl_add（& f1，& f1_6，& f1）；
fl_round（& f1，& f2）；//对变换后的偏差变化值四舍五入
lcow＝fl_to_ulong（& f2）；
cow＝low_byte（1cow）；
table_u＝table[ro1][cow]；
……
fl_from_ulong（ltable_u，& f1）；//对查表结果进行量程变换
fl_mul（& f1，& range_dtu，& f2）；//查模糊控制表
fl_div（& f2，& f1_6，&f1）；
……
return f_out；//返回输出控制增量
本系统投入运行后，取得了比传统单回路PID控制方式更好的控制效果，见图4中的温度曲线对比。从图中可看出，模糊控制过渡过程时间短，超调量小，达到了工艺生产的要求。
6、结束语
模糊控制技术在我国已广泛应用于工业过程、家用电器等领域，但模糊控制技术的网络应用还不多见。本文将Lonworks技术与模糊控制技术结合起来，通过上位机实现实时测控，在实际应用中取得了良好的控制效果。该系统还可充分利用主机资源，使模糊控制算法位于上层，从而可以绑定多个设备节点，以便于构造不同的模糊控制器。控制参数可以通过人机界面由用户输入，通用性强、操作灵活便捷，为模糊控制生成器与现场设备的集成提供了一种有效的途径。
本文作者创新点：将Lonworks技术与模糊控制技术结合起来，给出了智能节点的设计方法和实例，通过计算机实现网络监控，能远程实施温度测控，在应用中取得了良好的控制效果。