LON和LonWorks技术解析
三种工业总线及其中的现场总线
一，工业总线三种基本类型*传感器级总线，即485总线网络*设备级总线，即HART总线网络*现场总线，即FieldBus现场总线网络现场总线定义：现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网现场总线分为以下几种：下面就几种主流的现场总线做一简单介绍。
1、基金会现场总线（FoundationFieldbus 简称FF）这是以美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的WorldFIP协议于1994年9月合并的。
该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。
基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型（1，2，7层），即物理层、数据链路层、应用层，另外增加了用户层。
FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。
后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为750m和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号IEC1158-2标准。
FF的物理媒介的传输信号采用曼切斯特编码。
2、CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域网）最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。
CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。
CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。
CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M /1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。
已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。
LON和LonWorks技术教学内容
第二节 LonTalk协议
一、LonTalk协议简介
LonTalk协议是LON总线的专用协议，是LonWorks技术的核心。它 符合1SO/OSI参考模型的七层体系结构，即含有物理层、链路层、网 络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
LonTalk协议提供一系列通信服务，可使一台设备的应用程序可以在 不了解网络拓扑、名称、地址或其他设备功能的情况下发送和接收网 络上其他设备的报文。还提供端到端的报文确认、报文认证、打包业 务和优先传送服务，支持网络管理服务，允许远程网络管理工具与网 络设备进行交互。
图8-3为带预测的P-坚持CSMA概念示意图。当一个节点信息需要发送 而试图占用通道时，首先在Beta 1周期检测通道有没有通信发送，以 确定网络空闲。若空闲，节点产生一个随机等待T，T为0～W个时间片 Beta 2中的一个，当延时结束时，网络仍为空闲，节点发送报文。
在MAC层中，为提高紧急事件的响应时间，提供了一个可选择的优先 级的机制。如图8-4所示为优先级带预测的P—坚持CSMA概念示意图。
LonMaker是图形化工具，用于图形绘制、系统调试和网络的维修 保养；
节点开发工具NodeBuilder； 节点和网络安装工具LonBilder； 网络管理工具LonManage以及客户／服务器网络构架——LNS技
术。
4、开放性
LonWorks技术提供了开放系统设计平台，使不同公司生产的同类 LonWorks产品可以互操互换。LonWorks产品的互操作标准由
多台目的设备，以及当源设备和目的设备不在同一信道上时，如何确定 报文路由。 传输层：确保可靠的报文传输。
会话层：对较低层数据交换加以控制。
表示层：定义报文数据的编码。
应用层：定义一种低层交换数据的公共语义解释，使不同应用程序中的 网络变量改变时，均能自动将更新的网络变量值下传(发送)或上传(接收)。 应用层还定义了一个文件传输协议，用来传输应用程序间的传输流。
关于Lonworks技术的应用分析
建材发展导 向 ２ １ 年 ０ ０ １ ７月
水利 ・ 电 水・
关 于 Ｌ ｎ ｏｋ 技术 的应 用分 析 ｏｗ ｒｓ
潘 敏 哲
（ 东省 广州市 广 ５００） １０ ０ 摘 要 ：ｏｗ ｒｓ Ｌｎ ｏｋ 技术本身具有诸 多技术 特点和优势 ， 在构建建筑 智能化系统时 可以很容 易地 实现 系统的可靠性 、 开放性和 互操作 性， 并且， 在智能建筑 系统集 成中， ｏｗ ｒｓ Ｌ ｎ ｏｋ 技术提供 了较好 的解决方案 。因此 ，ｏ ｗ ｒｓ Ｌ ｎ ｏｋ 技术在智能建筑中具有广泛的应用前景。 关键 词 ： 智能建筑 ； ０ｗ ｒｓ Ｌ ｎ ｏｋ 技术 ； 系统集成
１ ０ｗ ｒｓ Ｌ ｎ ０ｋ 技术在 智能 的高速发展 ，人 们对建筑物 的使用功
能、 境和管理水 的要求也不 断提高 ， 环 传统 的封 闭和 集中的体 系结构 已经不能满足人们的需求。建筑物 内部需要网络化、 全分 布 、全开放 的控 制体系结构， 即实现控 制网络和信息 网络的集 成 。控制 网络和信 息网络 的紧密结合 ， 保证 了底层现场设备到顶 层物业 管理之 间 ， 完成数据 、 息 的正确 的传输和 转发 ， 而实 信 从 现系统集成 。
五种总线介绍1
五种总线介绍总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束，按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。
总线是一种内部结构，它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。
在计算机系统中，各个部件之间传送信息的公共通路叫总线，微型计算机是以总线结构来连接各个功能部件的。
以下为大家介绍五种总线。
Dupline总线：Dupline是一种现场及安装总线，为建筑自动化、配水、能源管理、铁路系统及其它领域提供独一无二的解决方案。
该系统能通过普通双芯线缆传输数字和模拟信号达数公里距离。
系统采用模块化设计，操作原理简单，即使是新手也能很快在现有或新的应用领域熟练使用该系统。
解决方案设计将各种Dupline模块产品结合起来，包括数模I/O模块、可编程逻辑控制器(PLC)和个人计算机接口、人机界面和调制解调器。
安装的所有模块连接到同一条双芯线缆，以在模块间以及中央控制器和模块间实现数据交换。
Dupline总线的应用：Dupline通常用作远程I/O系统，在现场装置（如传感器、接触器、阀门和按钮等）和中央监测控制器（PLC、个人计算机或Dupline控制器）之间建立连接。
但是当信号通过点对点的方式传输，不需要控制器或其它智能装置时，Dupline还可用作简单的接线替代系统。
（Dupline信号不仅可以通过铜线传输，也可通过光缆、无线电调制调解器、租赁电话线或GSM调制调解器传输。
自1986年以来，Dupline已在全球安装了超过10万个系统，为其出色的性能提供了强有力的佐证。
）Dupline总线的优点和特性：传输距离达10公里，不需要中继器，操作简便，高度抗噪，自由拓扑，灵活，无特殊线缆要求，可利用原有线缆，有总线供电设备，与PLC和个人计算机接口灵活连接，通过GSM调制调节器、无线电调制调解器或光缆传输性能经10万个已安装系统证明，低本高效。
LonWorks总线
现场总线控制系统采用总线连接方式替代一对 一的连线，减少了由接线点造成的不可靠因素 系统具有现场级设备的在线故障诊断、报警、 记录功能，可完成远程设备的参数设定、修改 等工作，也增强了系统的可维护性。 现场总线网络系统具有优良的系统扩展性，可 以非常方便增加网络节点
总结
现场总线是数字化通信网络，可以实现设备状 态、故障、参数等信息传送。现场总线控制系 统既是一个开放通信网络，又是一种全分布式 控制系统，它把单个分散的测量控制设 备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们 连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务 的网络系统
2 LonBuilder 和NodeBuilder开发工具
LonBuilder 和NodeBuilder是开发网络系统和 节点的工作平台，是硬件和软件卡法工具的集 合。 LonBuilder是系统的卡法工具，提供一个用 PC操作的开发环境，可支持单个仿真应用节 点，也可支持24个仿真节点和上百个远程节点 组成的复杂分散式把照明控制器和面板之间通 过现场总线相连接 网络节点为照明线路中的开关或控制箱，通过 现场总线这个枢纽组成网络，所有的控制信号、 开关灯的状态信号以及采集的电量信号都通过 现场总线网络进行通信，网络中的每个节点都 可以接受网络中其他节点的信息，非常方便地 实现节点间互相监测与控制。
3.2神经元芯片内部处理器 （1）MAC处理器——介质访问寄存器，主要完成介质访问控制， 即LonTalk协议1、2层，包括驱动通信子系统硬件和执行MAC算 法 （2）网络处理器——完成LonTalk协议3~6层，包括处理网络变 量，寻址，认证，后台诊断，软件定时器，网络管理和路由等 （3）应用处理器——完成用户的编程，宝库用户编写的代码以 及用户程序对操作系统的服务调用等 注意：各个处理器分别同时独立工作，通过缓冲器进行通信。网 络处理器使用网路缓冲器和MAC处理器通信；用应用缓冲器与 应用处理器通信
LON和LonWorks技术
LonTalk各层协议及功能
LonWorks的MAC子层有以下的优点：支持多介 质的通信，支持低速率的网络，可以在重负载的情况 下保持网络性能，保证在过载情况下不会因为冲突而 降低吞吐量。 当使用支持硬件冲突检测的传输介质(如双绞线) 时，一旦收发器检测到冲突，LonTalk协议就可以有 选择地取消报文的发送，这使节点可以马上重新发送 并使冲突不再重发，有效地避免了碰撞。
LonTalk的七层协议
(3) 网络层 网络层定义设备名称和地址，源设备的 报文如何选择路由到达一台或多台目的设备，以及当 源设备和目的设备不在同一信道上时，如何确定报文 路由。
(4) 传输层 传输层确保可靠的报文传输。报文可以 用应答方式、非应答重发方式、非应答方式三种服务 方式进行数据交换。
(5) 会话层 会话层对较低层数据交换加以控制。它 支持远程操作，使用户可以对远程服务提出请求，并 接收对请示的响应；它还定义了一个认证协议，使报 文接收者确认发送者是否有权发送该报文。
5) 网络节点是低成本、低维护的单片机。
LonTalk的七层协议
LonTalk协议是分层的、基于数据包的对等通信 协议。它符合ISO制订的开放系统互联OSI标准，具有 完备的七层协议，它具有LON总线的所有网络通信功 能，包含一个网络操作系统，通过网络开发工具生成 固件，使通信数据在各种介质中非常可靠地传输。 由于LonTalk协议对OSI的七层协议的支持，使 LON总线能够利用网络变量，直接面向对象通信。通 过网络变量的互相连接便可实现节点之间的通信。
LonWorks技术特点
LonBuilder是系统级开发工具，它提供创建、调 试多设备LonWorks应用的所有工具。
LonManager由一系列的软件开发包和接口卡组成， 例如LonManager DDE、LonManager Profile和 LonMaker、LonManager协议分析仪。 4. 开放性
Lonworks技术和LON总线
四、LonTalk七层协议
• LonTalk是ISO组织制定的OSI开放系统互 连参考模型的七层协议的一个子集。它包容了 LON总线的所有网络通信的功能，包含一个功 能强大的网络操作系统，通过所提供的网络开 发工具生成固件，可使通信数据在各种介质中 非常可靠地传输。由于LonTalk协议对OSI的七 层协议的支持，使LON总线能够直接面向对象 通信，具体实现就是采用网络变量这一形式。 网络变量使节点之间的通信实现只是通过网络 变量的互相连接便可完成(表8.10为LonTalk和 OSI的七层协议的比较)。
Lonworks技术和LON总线
LON(Local Operating Networks)总线 是美国Echelon公司1991年推出的局部操 作网络，为集散式监控系统提供了很强的 实现手段。
为支持LON总线，Echelon公司开发了 Lonwbrks技术，它为LON总线设计、成品 化提供了一套完整的开发平台。
• LPDU (Link Protocol Data Unit)链路层协议数 据单元，数据称为帧(Frame)。
• NPDU (Network Protocol Data Unit)网络层协 议数据单元，数据称为报文 (Packet)。
• TPDU (Transport Protocol Data Unit)传输层 协议数据单元，数据称为消息应答(Message ／ACK)。
• 其余的空间可作为用户编写的应用代码，以 及应用程序所需要的额外读写数据区、应用 缓冲区和网络缓冲区
3、输入／输出
• 神经元芯片和其他设备的互连是通过它的11 个I／O口----IO0~IO10。可根据不同的需求 进行灵活配置，以便同外围设备进行接口。
Lonworks基础知识
选择合适的拓扑结构，如星型、总线型、环型等，以满足网络的可靠性和扩展性要求。
网络设备配置与连接
设备选型
根据应用需求，选择合适的Lonworks设备，如节 点模块、路由器、网关等。
设备配置
对选定的设备进行配置，包括IP地址、设备类型、 通信速率等参数的设置。
设备连接
将设备按照网络规划进行连接，确保节点之间的 通信畅通。
集中控制
将家中的各种设备连接到 Lonworks网络中，实现集中控
制和管理。
远程控制
用户可以通过手机、平板等设 备远程控制家中的设备，随时 随地掌握家居状况。
自动化控制
根据预设的规则和条件，自动 控制家中设备的开关和调节， 提高生活便利性。
节能管理
根据用户的生活习惯和环境因 素，智能调节家中设备的能耗
网络调试与优化
调试工具
使用Lonworks提供的调试工具，如LonManager，对网络进行 调试和测试。
通信测试
测试节点之间的通信是否正常，检查数据传输的准确性和实时性。
网络优化
根据调试结果，对网络进行优化，包括调整设备参数、改善网络 拓扑结构等措施。
05
Lonworks应用案例分析
智能家居系统中的应用
Lonworks技术被国际电工委员会(IEC) 采纳为现场总线国际标准，即 IEC61491。
02
Lonworks网络结构与通信协议
Lonworks网络结构
Lonworks网络由多个智能节点 组成，节点之间通过无线或有线
方式进行通信。
每个节点包含一个Lon芯片，该 芯片集成了Lonworks通信协议
节点软件设计
Lonworks开发环境
使用Lonworks开发环境（如LNS IDE）进行节点软件的设计和开 发。
论述lonworks总线的技术特点
论述lonworks总线的技术特点LonWorks总线是一种用于建筑自动化和工业控制系统的现场总线技术，具有以下技术特点：1. 基于开放标准：LonWorks总线基于开放的标准协议，如ISO/IEC 14908，ANSI/EIA-709.1等。
这些开放标准使得LonWorks总线成为一个通用的、灵活的通信解决方案，可以与各种设备和系统无缝集成。
2. 分布式网络结构：LonWorks总线采用分布式网络结构，通过各种设备之间的通信来实现数据交换和控制。
这种结构使得系统具有良好的可扩展性和灵活性，能够适应不同规模和需求的应用。
3. 多媒体支持：LonWorks总线支持多种传输介质，包括电力线通信、以太网、红外线和无线通信等。
这种多媒体支持使得LonWorks总线能够适应不同环境和应用需求，提供更多的选择和灵活性。
4. 高可靠性和实时性：LonWorks总线采用多主-多从的通信模式，具有高可靠性和实时性。
通过分布式的通信机制和冗余设计，LonWorks总线能够保障数据的稳定传输和系统的稳定运行。
5. 开放的编程接口：LonWorks总线提供了开放的编程接口和工具，使得系统开发更加方便和灵活。
开发人员可以使用多种编程语言和工具，进行快速开发和定制化。
6. 简化安装和维护：LonWorks总线采用插拔式的设备连接方式，简化了系统的安装和维护过程。
同时，LonWorks总线还支持远程诊断和升级功能，方便对系统进行远程监控和管理。
综上所述，LonWorks总线具有开放标准、分布式网络结构、多媒体支持、高可靠性和实时性、开放的编程接口以及简化安装和维护等技术特点。
这些特点使得LonWorks总线成为一个灵活、可靠和易于集成的现场总线技术。
Lonworks技术简介
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主要内容
概况
应用领域 智能节点 技术核心
Lon Talk协议
概况
Lon Works是局部操作网络（Local Operating Network）的缩写。它是由美国Echelon公司研制，于 1990年正式公布的现场总线网络。 它采用了ISO/OSI模型中完整的七层通信协议，采用 了面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计 简化为参数设置。 其最高通信速率为1.25Mbps（通信距离不超过 130m），最远通信距离为27000m（通信速率为 78Kbps），节点总数可达32000个。 其传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤、射频、 红外线、电力线等。
LON架构
Lon Talk协议
Lon Talk的七层协议
Lon Talk协议
Lon Talk协议支持总线型、星型、自由拓朴等多种 拓扑结构类型，极大地方便了控制网络的构建。
Lon Talk协议
Lon Talk协议支持多种传输介质。 包括： • 双绞线 Twisted pair • 电力线 Power line • 无线电 Radio frequency • 红外线 Infrared • 同轴电缆 Coaxial cable • 光纤 Fiber optics
应用领域
目前采用Lon Works技术的产品广泛地应用于工业、 楼宇、家庭、能源等自动化领域。 Lon Works技术最大 的应用领域在楼宇自动化 （building automation） 方面，包括建筑物监控系 统的所有领域，即入口控 制、电梯和能源管理、消 防/救生/安全、照明、供 暖通风、测量、保安等等。
住宅小区的自动抄表系统
八大类现场总线的阐述
八大类现场总线的阐述1、基金会现场总线(FoundationFieldbus 简称FF)这是以美国Fisher-Rousemount公司为首的联合了横河、ABB、西门子、英维斯等80家公司制定的ISP协议和以Honeywell公司为首的联合欧洲等地150余家公司制定的WorldFIP 协议于1994年9月合并的。
该总线在过程自动化领域得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。
基金会现场总线采用国际标准化组织ISO的开放化系统互联OSI的简化模型(1，2，7层)，即物理层、数据链路层、应用层，另外增加了用户层。
FF分低速H1和高速H2两种通信速率，前者传输速率为31.25Kbit/秒，通信距离可达1900m，可支持总线供电和本质安全防爆环境。
后者传输速率为1Mbit/秒和2.5Mbit/秒，通信距离为750m和500m，支持双绞线、光缆和无线发射，协议符号IEC1158-2标准。
FF的物理媒介的传输信号采用曼切斯特编码。
2、CAN(ControllerAreaNetwork控制器局域网)最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。
CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。
CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。
CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M/1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。
目前已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。
3、Lonworks它由美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。
它采用ISO/OSI模型的全部7层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。
工控领域最流行的九大现场总线
工控领域最流行的九大现场总线目前国际上有40多种现场总线，但没有任何一种现场总线能覆盖所有的应用面，按其传输数据的大小可分为3类：传感器总线（sensorbus），属于位传输；设备总线（devicebus），属于字节传输；现场总线，属于数据流传输。
1、FF现场总线FF现场总线基金会是由WORLDFIPNA（北美部分，不包括欧洲）和ISPFoundation 于1994年6月联合成立的，它是一个国际性的组织，其目标是建立单一的、开放的、可互操作的现场总线国际标准。
这个组织给予了IEC现场总线标准起草工作组以强大的支持。
这个组织目前有l00多成员单位，包括了全世界主要的过程控制产品及系统的生产公司。
1997年4月这个组织在中国成立了中国仪协现场总线专业委员会（CFC）。
致力于这项技术在中国的推广应用。
FF成立的时间比较晚，在推出自己的产品和把这项技术完整地应用到工程上相对于PROFIBUS和WORLDFIP要晚。
但是正由于FF是 1992年9月成立的，是以FisherRosemount公司为核心的ISP（可互操作系统协议）与WORLDFIPNA两大组织合并而成的，因此这个组织具有相当实力：目前FF在IEC现场总线标准的制订过程中起着举足轻重的作用。
现场总线基金会自成立以来，经过十年的发展，已经形成了一个开放的、全数字化的工业通信系统，并在上世纪末开始进入中国市场，推动了中国的工业自动化技术进步，并开始了大型全区域系统集成的应用。
一个开放式的总线协议，很重要的一点就是有多少设备支持这个协议。
否则，这个协议的开放性就没有意义了。
在无线和远程I/O管理方面，现场总线基金会发布了基金会远程运营管理初步规范。
新的技术规范是基金会面向无线和远程I/O进行远程运营管理解决方案的一部分，面向远程运营管理设备定义了代表基金会HART设备的现场总线变送器模块。
该模块可以显示有线HART及无线HART设备。
此外，该规范还描述了通过基金会高速以太网（HSE）传输基本HART命令协议接触HART设备进行配置和资产管理的理想方法。
LonWorks现场总线
用于对LonWorks节点设备进行调试和故障排除， 提高开发效率。
04
LonWorks应用案例
智能家居系统
智能家居系统是利用LonWorks技术 的典型应用之一。通过LonWorks总 线，各种智能家居设备可以互联互通 ，实现集中控制和远程监控。
智能家居系统可以实现的功能包括： 自动控制家电、远程监控家庭安全、 调节室内环境等，从而提高居住的舒 适度和便利性。
03
LonWorks设备与工具
LonWorks节点设备
智能节点设备
具备数据采集、控制和通 信功能的设备，如传感器、 执行器等。
网关节点设备
用于连接不同总线网络的 设备，实现不同总线协议 之间的转换。
路由器节点设备
用于扩展总线网络的通信 范围，实现多跳通信。
LonWorks网络设备
总线网络
由多个节点设备组成的通信网络， 采用LonWorks技术实现设备间
城市照明系统还可以根据天气、交通等因素自动调节灯光亮 度、开关时间等，提高城市照明的智能化水平。
楼宇自动化系统
01
楼宇自动化系统是利用 LonWorks技术实现楼宇设备的 集中监控和管理的应用。通过 LonWorks总线，可以实现设备
02 的互联互通和智能化控制。
楼宇自动化系统可以提高楼宇的 能源利用效率和管理效率，降低 运营成本，提高楼宇的安全性和 舒适性。
应用编程接口
为了方便设备开发，LonWorks提 供了应用编程接口（API），开发人 员可以通过API进行设备开发。
通信速率与距离
通信速率
LonWorks网络的通信速率可以根据实际需要进行配置，常见的通信速率为 1.25-500kbps。
通信距离
楼控系统中Lonworks总线及其应用技术总结
楼控系统中Lonworks总线及其应用技术总结现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的。
随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的降低，计算机与计算机网络系统得到迅速发展。
现场总线可实现整个企业的信息集成，实施综合自动化，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产现场与外界的信息交换。
现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。
迄今为止，比较成熟的并且比较有影响力的现场总线则有以下几种类型：1.FF，2.PROFIBUS，3.CAN，4.Lonworks，5.Devicenet，6.Interbus，7.WorldFIP，8.Swiftnet，9.P-net，10. CC-link，11.AS-i，12.controllnet。
由于现场总线系统打破了传统控制系统采用的按控制回路要求，设备一对一的分别进行连线的结构形式。
把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块放入现场设备，加上现场设备具有通信能力，因而控制系统功能能够不依赖控制室中的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制。
现场总线系统在技术上具有以下特点：1.系统具有开放性和互用性通信协议遵从相同的标准，设备之间可以实现信息交换，用户可按自己的需要，把不同供应商的产品组成开放互连的系统。
系统间、设备间可以进行信息交换，不同生产厂家的性能类似的设备可以互换。
2.系统功能自治性系统将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，现场设备可以完成自动控制的基本功能，并可以随时诊断设备的运行状况。
3.系统具有分散性现场总线构成的是一种全分散的控制系统结构，简化了系统结构，提高了可靠性。
系统具有对环境的适应性现场总线支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电和通信，并可以满足安全防爆的要求。
LONWORKS技术介绍-原理和实践概述(第2版)
LONWORKS技术介绍-原理和实践概述（第2版）引言LONWORKS技术是一种用于建筑和工业领域的开放式网络技术。
它已经得到广泛应用，并且在智能建筑和工业自动化方面具有重要的作用。
本文将介绍LONWORKS技术的原理和实践，旨在帮助读者了解和应用这一技术。
LONWORKS技术原理LONWORKS技术是一种基于总线的网络技术，它使用了控制器区域网络（Controller Area Network，CAN）和媒体访问控制（Medium Access Control，MAC）协议。
LONWORKS网络由一个主节点和多个从节点组成，主节点负责整个网络的管理和控制。
节点之间通过总线进行通信，实现数据的传输和设备的控制。
LONWORKS采用了分布式控制系统的思想，每个节点都可以独立地执行任务。
节点之间通过消息传递进行通信，消息可以是控制指令、状态信息等。
LONWORKS网络中的节点可以是传感器、执行器、控制器等设备。
LONWORKS技术还提供了灵活的网络配置和管理功能。
可以通过编程来配置和管理网络节点，实现网络的自适应和扩展。
LONWORKS技术实践LONWORKS网络架构LONWORKS网络的架构包括了物理层、数据链路层、网络层和应用层。
物理层LONWORKS网络可以使用多种物理介质进行通信，包括串行线、红外线、无线电等。
物理层负责将数据转换成适合传输的电信号，以及将接收到的电信号转换成数据。
数据链路层数据链路层主要负责数据的传输和错误处理。
它使用CAN和MAC协议来实现数据的可靠和高效传输。
数据链路层还提供了节点之间的寻址和连接功能。
网络层网络层负责节点之间的路由和转发。
它通过一组规则来决定消息的传输路径，确保消息能够正确地到达目的节点。
网络层还提供了网络管理和配置功能。
应用层应用层是LONWORKS网络的最上层，负责定义应用协议和应用对象。
应用层通过消息和服务来实现设备之间的交互。
LONWORKS网络开发开发一个LONWORKS网络需要以下几个步骤：1.硬件设计：选择适合的LONWORKS节点和物理介质，设计节点的电路和接口。
LONWORKS技术介绍
L ON W ORKS 技术介绍原理和实践概述第2版第1章：绪论 2 第2章：网络和协议 3 2.1 网络 3 2.2 通信协议 4 2.3 协议模型化 4 2.4 控制网络 5 第3章：LonTalk®协议 6 3.1 协议定义 6 3.2 LonTalk协议寻址 6 3.3 LonTalk网络变量7 3.4 LonTalk报文类型8 3.5 LonTalk信道类型8 3.6 LonTalk特征和优点9 3.7 LonTalk标准9 第4章：L ON W ORKS技术10 4.1 建立平台10 4.2 神经元®芯片11 4.3 神经元芯片应用程序12 4.4 收发器12 4.5 L ON W ORKS装置12 4.6 路由器13 4.7 开发工具13 4.8 网络适配器14 4.9 网络操作系统14 第5章：互可操作性16 5.1 L ON M ARK®协会16 5.2 收发器和物理信道准则17 5.3 应用程序准则17 5.4 对象和功能简介18 5.5 L ON M ARK资源文档19 5.6 L ON M ARK程序ID (Program ID) 20 第6章：词汇集21 第7章：经常问到的问题23 第8章：参考文献27第1章：绪论在80年代后期，埃施朗公司(Echelon)开始开发L ON W ORKS技术平台，确信它将成为控制网的通用标准。
控制网是以对等方式工作、监控传感器、控制执行器、可靠地通信、管理网络操作和提供对网络数据全面接入的任何装置的集合。
L ON W ORKS控制网使用LonTalk协议来完成这些任务。
L ON W ORKS技术已经成为控制网的通用标准，因为今天确实有几千家公司以它为基础来开发产品。
L ON W ORKS控制网在某些方面相似于被称为局域网或LAN的数据网。
数据网由结合各种通信介质以路由器连接的计算机组成，它们使用公用协议相互通信。
LonWorks简介
LonWorks®技术介绍LonWorks技术为设计、创建、安装和维护设备网络方面的许多问题提供解决方案：网络的大小可以是两个到32385个设备，并且可以适用于任何场合，从超市到加油站，从飞机到铁路客车，从熔解激光到自动贩卖机，从单个家庭到一栋摩天大楼。
今天，在几乎每种工业应用中，有一种趋势就是远离专用控制方案和集中系统。
制造商正在使用基于开放技术的产品，如现成的芯片、操作系统和功能模块产品。
这些特性可以改进可靠性、提高灵活性、降低系统成本、改善系统性能。
LonWorks技术通过所提供的互操作性、先进的技术架构、快速地产品开发和可估算的成本节约，加速了这个趋势的发展。
LonWorks网络中设备的通信是采用一种称为LonTalk的网络标准语言实现的。
LonTalk协议由各种允许网络上不同设备彼此间智能通信的底层协议组成。
LonTalk协议提供一整套通信服务，这使得设备中的应用程序能够在网络上同其他设备发送和接收报文而无需知道网络的拓扑结构或者网络的名称、地址，或其他设备的功能。
LonWorks 协议能够有选择地提供端到端的报文确认、报文证实和优先级发送，以提供规定受限制的事务处理次数。
对网络管理服务的支持使得远程网络管理工具能够通过网络和其他设备相互作用，这包括网络地址和参数的重新配置、下载应用程序、报告网络问题和启动/停止/复位设备的应用程序。
LonTalk——也就是LonWorks系统——可以在任何物理媒介上通信，这包括电力线，双绞线，无线（RF），红外（IR），同轴电缆和光纤。
虽然组建控制网络的方法有很多，但是对于自动化控制而言，平坦的、对等式（P2P）体系结构是最好的。
P2P体系结构和其它任何一种分级的体系结构相比，不再具有分级体系结构与生俱来的单点故障。
在传统的体系结构中，来自某一个设备的信息要传递给目标设备，必须先传送到中央设备或者网关。
因此，每两个非中央设备之间的通信包括了一个额外的步骤，或者说增加了故障的可能性。
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不同介质的传输距离、传输速率、网络拓 扑结构以及所使用的收发器均不相同，为 支持各种传输介质，物理层协议支持多种 通信协议。
收发器是神经元芯片与信道的接口， LonTalk协议支持在通信介质上的硬件碰 撞检测，可自动地将正在发生碰撞的报文 取消，重新再发。
（2）链路层
为使数据帧传输独立于所采用的物理介 质和介质访问的控制方法，将数据链路 层分为两个子层：逻辑链路控制LLC （Logical Link Control）和介质访问控 制MAC。
（3）网络层：定义设备名称和地址，源设备 的报文如何选择路由到达一台或多台目的设 备，以及当源设备和目的设备不在同一信道 上时，如何确定报文路由。
（4）传输层：确保可靠的报文传输。 （5）会话层：对较低层数据交换加以控制。 （6）表示层：定义报文数据的编码。 （7）应用层：定义一种低层交换数据的公共
LLC与介质无关，MAC则依赖于介质。
1）MAC子层
MAC协议是确定设备安全地传送数据包， 减少冲突的控制算法。
MAC协议是CSMA（载波信号多路侦听） 协议的改进：
带预测的P—坚持CSMA (Predictive P－ presistent CSMA)。
优先级带预测的P—坚持CSMA
LonWorks的MAC子层的优点：
（3）基于LNS（LonWorks Network Operating System）的软件工具
LonWorks技术有多种基于LNS的工具，用于 LON网络的维护和组态。
LonMaker是图形化工具，用于图形绘制、系 统调试和网络的维修保养；
节点开发工具NodeBuilder；
节点和网络安装工具LonBuilder；
第九章
LON 和 LonWorks 现场总线技术
第9章 LON和LonWorks现场总线技术
LON（Local Operating Networks）是 Echelon公司开发的现场总线，并开发了 配套的LonWorks技术。
开放的总线平台技术，该技术给各种控制 网络应用提供端到端的解决方案。
基于图形方式的软件开发工具Visual Control， 通过组态构成控制系ROM中。 对复杂系统，需编制自定义模块。
9.2 LonTalk协议
1.LonTalk七层协议 LonTalk协议是LON总线的专用协议，是
LonWorks技术的核心。它符合ISO/OSI参 考模型的七层体系结构，即含有物理层、 链路层、网络层、传输层、会话层、表示 层和应用层。
语义解释，使不同应用程序中的网络变量改 变时，均能自动将更新的网络变量值下传(发 送)或上传(接收)。应用层还定义了一个文件 传输协议，用来传输应用程序间的传输流。
2.LonTalk各层协议及功能
（1）物理层
LonTalk协议支持一种或多种不同传输介质构 成的网络
传输介质：双绞线(twisted-pair)、电力线 (powerline)、无线射频(radio-frequency)、 红外线（infrared）、同轴电缆(coaxial cable)和光纤(fiber)，甚至是用户自定义的通 信介质。
LonTalk协议提供一系列通信服务，可使一 台设备的应用程序可以在不了解网络拓扑、 名称、地址或其它设备功能的情况下发送和 接收网络上其它设备的报文。
还提供端到端的报文确认，报文认证、打包 业务和优先传送服务，支持网络管理服务， 允许远程网络管理工具与网络设备进行交互。
采用神经元芯片的网络节点含有LonTalk协 议固件，使网络节点可以可靠地通信。
网络管理工具LonManage以及客户／服务器 网络构架——LNS技术。
（4）开放性
LonWorks技术提供了开放系统设计平 台，使不同公司生产的同类LonWorks 产品可以互操互换。LonWorks产品的 互操作标准由LonMark协会制定。
2.LON总线系统的开发
基于开发工具LonBuilder或NodeBuilder， 使用Neuron C语言编程，即针对具体控制系 统的要求编写应用代码，然后经过编译与通 信协议代码连接生成总的目标代码，一起烧 录到节点的存储器中；
（2）神经元芯片
神经元芯片是LonWorks技术的核心，它不 仅是LON总线的通信处理器，而且是具有I/O 和控制的通用处理器。神经元芯片已提供了 LonTalk协议的第1-6层，开发者只需用 Neuron C语言开发。
神经元芯片包括3个8位CPU、RAM、ROM、 通信接口和I/O接口。ROM中存储操作系统、 LonTalk协议和I/O函数库；RAM用于存储从 网络上下载的配置数据和应用程序。
LON和LonWorks技术可以应用于工业控 制、交通控制、楼宇自动化等领域。
第9章 LON和LonWorks现场总线技术
9.1 总体概述 9.2 LonTalk协议
9.1 总体概述
1.LonWorks技术特点 （1）支持OSI七层模型的LonTalk通
信协议 （2）神经元芯片 （3）基于LNS（LonWorks
网络节点是相互独立的，任一节点发生故障 时，不影响整个网络工作，提高了系统的可 靠性和可维护性。
各节点具有本地存储和处理能力，系统的安 全性很高，能在系统规模大时避免网络通信 的冲突和网络速度的局限性。
（1）物理层：定义通信信道上位流的传输， 它确保源设备发送的位流准确地被目的设备 接收。
（2）数据链路层：定义介质访问方法和单一 信道的数据编码。
Network Operating System）的软 件工具 （4）开放性
（1）支持OSI七层模型的LonTalk通信协议
LonTalk通信协议支持OSI／RM的所有七层 模型，是直接面向对象的网络协议。
LonTalk协议通过神经元芯片实现，不仅提供 介质存取、事务确认和点对点通信服务；还 提供一些如认证、优先级传输、广播／组播 消息等高级服务。