Lonworks总线及其应用
LonWorks现场总线的分析与应用
广 东工程职 业技 术 学院 方伟 中
［ 摘 要］ 本文 简要地介绍 了Ｌ ｎ ｏｋ － 总线技术的概 况和优 点； ｏ Ｗ ｒｓ ￣ 深入地论述 了Ｌ ｎ ｒｓ ｏ Ｗｏｋ 网络 的主要组 成元件 和网格的构成 ； 并 构建 了一 个基 于Ｌ ｎ ｒｓ ｏ ｗｏｋ 现场总线技 术的生活小区楼 宇 自动化 系统。 ［ 关键词 ］ｏ Ｗ ｏｋ 楼 宇 自动化 现场总线技术 Ｌ ｎ ｒｓ
１Ｌ ｎ ｏｋ 现 场 总 线 技 术概 况 ．ｏ Ｗ ｒｓ
补 。Ｎ ｕ ｎ 片可 以通过 ５ ｅｒ 芯 ｏ 个通 信管脚 与 网络上 的其 它节点 交换信 息， 也可 以通过 １ 个 应用管脚与现场 的传感器 和执行器交换信息 。１ １ １ 个应用管脚具 有 ３ 种应用操作模式 ， 以在不 同的配置下为外部提供 ４ 可 灵活 的接 口和芯片 内部 的计 时器应用 。第二个 Ｃ Ｕ为网络处理器 ， Ｐ 它 实现 Ｌ ｎ ａ 协议 的第三层至第六层。第三个 Ｃ Ｕ为应用处理器 ， ｏＴｌ ｋ Ｐ 实现 Ｌ ｎ ａ 协议 的第七层 ， ｏＴｌ ｋ 执行用户 编写的代码及用户代码所调用 的操作 系统服务。神经元芯片实现了完整 的Ｌ ｎ ｒｓ ｏＴ ｌ通信协议 。 ｏＷｏｋ 的Ｌ ｎ ａ ｋ ３２智能节点 ． 构成 Ｌ ｎ ｒｓ ｏＷｏｋ 控制 网络 的 Ｎ ｕｏ 智 能节点 由神经元 芯片 、 ｅｒｎ 传感 器、 控制设 备 、 收发器和 电源等 组成。Ｎ ｕ ｎ ｅ ｒ 智能节点分 为两类 ， ｏ 第一 类是 名为基于 Ｎ ｕｏ 芯片的节点 ， ｅｒ ｎ 节点 中不 再 出现其 它处理器 ， 它利 用 Ｎｕ ｎ ｅ ｒ 芯片完成包括通信 以及用户应用程 序在内的所有工作 ， ｏ 此类 节点结 构简单 、 成本低 ， 用于控制功能较 为简单的 网络 系统 ； 适 另一类 是称作 基于主机 的节 点 ， 节点 中除 了 Ｎ ｕｏ ｅ ｒｎ芯 片以外 ， 还有其 它的处 理器 ， 如单片机等 ， 诸 前者 主要 完成通信工作 ， 后者则完成用 户的应用 程序 ， 此类节点结 构复杂 、 成本 高 ， 但可 实现复杂 的控制功能 。图 １ 为 基于 Ｎ ｕｏ 芯片的节点结构 ｅ ｒｎ 。
第3章 LonWorks技术和LON总线
第3章 LonWorks技术和LON总线3.1 概述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。
LonWorks技术是美国Echelon公司推出的一个实现控制网络系统的完整的开发平台。
它可以解决在控制网络的设计、构成、安装和维护中出现的大量问题。
目前采用LonWorks技术的产品广泛应用在工业、楼宇、家庭、能源等自动化领域。
LON总线也成为当前最为流行的现场总线之一。
3.1.1 LonWorks技术的特点(1)开放性:网络协议开放，对任何用户平等。
(2)通信媒介:可用任何的媒介进行通信，包括双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、无线电波、红外等，而且在同一网络中可以有多种通信媒介。
(3)互操作性: LonWorks技术的通信协议LonTalk是符合国际标准化组织(ISO)定义的开放互连(OSI)模型。
任何制造商的产品都可以实现互操作。
(4)网络结构:可以是主从式、对等式或客户/服务式结构。
(5)网络拓扑:有星形、总线形、环形以及自由形。
(6)网络通信采用面向对象的设计方法。
LonWorks网络技术称之为“网络变量”，它使网络通信的设计简化为参数设置，增加了通信的可靠性。
(7)通信的每帧有效字节数可从0到228个字节。
(8)通信速率可达1.25Mb/s，此时有效距离为130m；78Kb/s的双绞线，直线通信距离可达2700m。
(9)LonWorks网络控制技术在一个测控网络上的节点数可达32 385个。
(10)提供强有力的开发工具平台—LonBuilder与Nodebuilder。
(11)L onWorks技术核心元件—Neuron芯片内部装有3个8位微处理器、34种I/O对象核定时器/计数器，还有LonTalk通信协议。
Neuron芯片具备通信和控制功能。
(12)改善了CSMA，采用可预测P坚持CSMA，这样，在网络负担很重的情况下，不会导致网络瘫痪。
LonWorks现场总线及应用实例
LonWorks现场总线及应用实例LonWorks 是美国Echelon 公司推出的现场总线技术，它采用Lon Talk协议，封装在Neuron 神经元芯片。
Neuron 芯片上集成了3 个CPU，其中一个CPU 作为控制器，可以处理现场I/O，另两个CPU 处理网络通信，因此LonWorks 的最大优势是网络处理能力。
它采用ISO/OSI 模型的全部7 层通信协议及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，其通信速率范围为3kb/s~1. 5Mb/s，直接通信距离可达2. 7 阳。
LonWorks 的物理层可以使用多种介质，如EIA485、双绞线、无线电，红外线，等等。
使用双绞线时最高传输速率为1. 25M 胁，最大传输距离为1. 2km，一个网中可以有255 个网段，每个双绞线网段可连接64 个节点;1..onWorks 网上的每个控制节点，称为LON 节点或1..onWorks 智能设备，它包括一块神经元芯片(Neuron)、收发器、νo 网络通信接口及电源等功能块，LonWorks 网由多个节点组成，节点通过收发器接入网络总线。
1.LonWorks 特点LonWorks 是唯一涵盖全部3 个层次(Sensor Bus、Device Bus 和Field Bus)，符合ISO/OSI7 层参考模型的现场总线技术。
在一个多种层次的现场总线产品并存竞争的现实环境下，LonWorks 兼收并蓄，成为连接过去、包容现在、面向未来的工业总线技术。
LonWor ks 技术的核心是以固件形式实现7 层通信协议，遵循元中心控制的真正分散模式;结点应用程序编写简易，开发系统完备;实行开放结构，具备良好的互操作性;另外，还有网关可方便构成局域网，甚至与Internet 相连，实现远程预览现场设备数据的应用。
LonWorks 技术在楼宇自控系统中的技术上的优势是显而易见的:(1)直接互联性。
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总线实时性分析与应用
图4—19冬季流程图
图4-20夏季流程图
-53-
析
对LonTalk MAC算法在不确认服务文献[151给出仿真结果,如图2-5、2-6所示,假定条件是数据包长度是12bytes,信道速率为78kbps下。
图2-5不同节点数下冲突率与负载关系
图2-6不同的节点数下平均访问延迟与负载关系
从图2—5看网络在轻负载下,如果提供负载不超过400包/秒,节点数在一定数目以下,冲突率就能控制在2%以下,而且图2-6平均访问延时在这个范围内也非常小。
图4-17系统菜单
作为一个完整的实时监控系统,全面而详细的系统流程画面是非常必要的,为了便于系统能够形象的展示给用户,便于用户对系统进行操作,维护,根据工程要求,设计将系统图分为系统总图和冬、夏两季流程图如图4—18、4—19、4-20所示,用户可根据季节需求调用不同的界面执行,为了便于用户调试,根据系统的分区情况,还设计了更为清晰的各区画面,各个流程画面的左上角还设定了切换到别的画面的副菜单,按控制要求将各参数点实时的显示在各流程画面上,用户可根据不同需求调用流程图,并根据形象的图形显示,进行很好的监控操作。
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技术原理与应用(第一章)
第二节 Lonworks的技术核心
图1 神经元芯片3150内部结构框图
第二节 Lonworks的技术核心
1号媒体访问控制处理器：媒体访问控制处理器完成媒 体访问控制，也就是控制LonTalk七层协议中的第1层 物理层和第二层数据链路层，并可以驱动通信子系统的 硬件来完成冲突避免算法。 2号网络处理器：它控制网络协议中的第3层到第6层 (网络层、传输层、会话层和表示层)，可以完成网络变 量进程、编址、处理事务进程、报文鉴别、软件定时器、 网络管理和路由寻址等功能。 3号应用处理器：它实现网络协议的第7层应用层，执 行用户代码和用户代码调用的操作系统来进行工作，大 部分应用程序的编程语言为NeuronC。
第三节 Lonworks技术与BAS
3.LonWorks网与工业以太网
1)基于TCP/IP的以太网是一种标准的开放式的网络，非常适 合解决控制系统中不同厂商设备的兼容和互操作的问题。 2)以太网能便捷地访问远程系统，实现远程诊断和远程维护， 共享/访问多数据库。 3)以太网使以万维网为基础的所有手段可以毫不费力地移植 到管控一体化系统中来。 4)能降低成本，包括技术人员的培训费用、系统维护费用及 初期投资。
第二节 Lonworks的技术核心
图2 神经元芯片内部微处理器结构框图
第二节 Lonworks的技术核心
2.存储器 3150片内没有ROM，寻址空间为64KB，其中包括58KB 的片内存储器。其存储器映像如图2所示。外部存储器可以扩 展FLASH、ROM、E2PROM、RAM以及它们的组合。
图3 神经元芯片内部存储器映像
第三节 Lonworks技术与BAS
2.Lonworks网络与Bacnet网络 Bacnet网络通信协议是由ASHRAE(美国暖通空调制冷工 程学会)发起制定并得到美国国家标准局(ANSI)认可的标准。
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
Lonworks技术和LON总线
4．LON总线性能特点
拥有三个处理单元的神经元芯片（Neuron芯片）： 一个用于链路层的控制，一个用于网络层的控制，另一 个用于用户的应用程序，还包含11个I／O口，这样在一 个神经元芯片上就能完成网络和控制的功能；
按照LonWorks标准网络变量来定义数据结构，也 可以解决和不同厂家产品的互操作性问题。
LonMark是与Echelon公司无关的LonWorks用户标 准化组织，按照LonMark规范设计的LonWorks产品， 均可非常容易地集成在一起，用户不必为网络日后的维 护和扩展费用担心。
1．LonWorks节点
采用MIP(Mobility Information Platform)结构的控 制节点
然而，神经元芯片毕竞是8位总线，目前只支持最 高主频是l0MHz，因此它所能完成的功能也十分有限。 对于一些复杂的控制，如带有PID算法的单回路、多回 路的控制就显得力不从心。采用Host Base结构是解决 这一矛盾的很好方法，将神经元芯片作为通信协处理器，
神经元芯片通信端口为适合不同的通信介质，可以
将五个通信管脚配置三种不同的接口模式，以适合不同 的编码方案和不同的波特率。这三种模式是：单端 、 差分和专用模式。
单端模式
单端模式是在LON总线中使用最广泛的一种模式， 无线、红外、光纤和同轴电缆都使用该模式。图为单端 模式的通信口配置。数据通信是通过单端输入输出管脚
由于采用动态分配网络地址的方式，使替换出错 设备非常容易，只需从数据库中提取旧设备的网络信息 下载到新设备即可，而不必修改网络上的其他设备。
LONWORKS总线技术的应用
LONWORKS总线技术的应用摘要在现代住宅小区内、智能通信接口中、智能传感器等方面，LONWORKS神经元片具有独特的优势。
文章主要介绍了LONWORKS总线应用于现代住宅小区内智能节点和其它节点的情况。
1前言随着计算机技术、通讯技术、自动化控制技术及大规模器件技术的发展，加速了计算机数据网的发展，同时也产生了计算机控制网络。
现场总线综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术和智能仪表等多种技术手段，其数据通信具有较高的可靠性、实时性和灵活性。
在现场总线控制网络中，系统的各种设备通过多个节点连接到一根公共总线上，使得各个节点之间可以实现点对点的对等通讯和系统中信息资源的共享，同时也大大减少了系统中的连接线。
LONWORKS现场总线是美国Ｅｃｈｅｌｏｎ公司推出的局部操作网络，它具有统一性、开放性、互操作性及支持多种通信介质等优良性能，是当今最流行的现场总线之一。
现代住宅小区，就是给传统住宅小区加上“灵敏”的神经系统和“聪明”的头脑，以提高人们的居住质量，给住户带来多元化信息和安全、舒适、便利的生活环境。
现代住宅小区首先必须具备一套先进的楼宇设备控制系统，以营造一种温馨、回归大自然的生活环境；其次必须具备一套结构化布线系统，将整座大楼或整个小区的数据通信、语音通信、多媒体通信融为一体；第三必须具备一个现代化的通讯系统，以满足现代信息社会高效率的工作需求；最后必须具备一个对整个小区内的强电设备和弱电系统进行统一监视和管理的系统集成平台，为住户提供良好的物业管理和一流服务。
现代住宅小区是一个国家的综合国力和科技水平的具体体现之一，目前世界各国都在加大力度发展现代住宅小区，中国也把现代住宅小区的建设纳入了重要的议程。
有关权威专家认为，随着网络技术、视频技术、通信技术等新技术的发展，使未来现代住宅小区正朝着集约化、系统化、标准化的方向发展，绿色、环保、节能是现代住宅小区发展的主流方向，另外，在现代住宅小区的建设中，应避免重技术、轻管理，重硬轻软的情况，才能创造出以人为中心的数字化的高效家居及办公环境。
LonWorks 技术与Lon总线
Lonworks 技术的应用
Lonworks 技术在数字家庭中的应用
Lonworks 技术在智能小区中的应用
LonWorks住宅社区控制网络的好处
1. 网络结构简单、布线容易、工程施工方便、节省工程 安装费用。 2. 可灵活选择双绞线、电力线或其它通信媒体，在许多场 合可以避免重新布线。 3. 容易与其他监控系统，实现系统总集成，使各系统 之间按要求实现联动和信息共享。
Lonworks 技术概要
为便于高效应用LON协议，Echelon公司将 Lonworks 协议固化在神经元芯片(Neuron chip) 中，协议层采用全部OSI参考模型的七层结构， 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，同时也可作为采集和 控制的通用处理器， 简言之，LonWorks技术中所有关于网络的操作 实际上都是通过神经元芯片来实现的。
电源线收发器
变压器耦合
5kbps
受总线限制
收发器实物
+
7 Lonworks 路由器
路由器/网桥节点结构
RTRபைடு நூலகம்10路由器模块
路由器作用
1）扩展通道容量； 2）连接不同的通信介质和波特率；
3）提高LON总线的可靠性； 4）全面提高网络性能
8 LonWorks 通信协议
LonTalk协议特点
1、LonTalk 协议采用分级编码方式， 即域(Domain)、子网(Subnet)、节点(node) 2、LonTalk 协议支持多种通讯介质， 即双绞线、同轴电缆、电力线、无线、红外线、光纤 3、符合LonTalk 协议的各网络节点互操作性强， 可以彼此直接传输信号，完成控制动作
如：社区设备和设施监控系统、电子巡更系 统、防盗报警系统、火灾报警系统等互联
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。
工业化计算机网络11---典型的现场总线-LonWorks技术
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8.2 LonTalk协议
1. LonTalk七层协议
LonTalk协议是LON总线旳专用协议，是LonWorks 技术旳关键。它符合1SO/OSI参照模型旳七层体系 构造，即具有物理层、链路层、网络层、传播层、 会话层、表达层和应用层。
LonTalk协议提供一系列通信服务，可使一台设备 旳应用程序能够在不了解网络拓扑、名称、地址或 其他设备功能旳情况下发送和接受网络上其他设备 旳报文。
①域地址(domain)： 域是一种信道或多种信道上旳节点旳逻辑集合。一
种域就是一种实际意义上旳网络，通信只能在同一 域中配置旳节点之间进行。 多种域能够占用同一种信道，所以，域地址能够用 来隔离不同网络上旳节点。域旳构造能够确保在不 同旳域中通信是彼此独立旳。 域标识符是唯一旳。
②子网地址(Subnet)： 一种子网是在同一域中节点旳逻辑集合，是一种或
各节点具有本地存储和处理能力，系统旳安全性很 高，能在系统规模大时防止网络通信旳冲突和网络 速度旳不足。
（1）物理层：定义通信信道上位流旳传播，它确保 源设备发送旳位流精确地被目旳设备接受。
（2）数据链路层：定义介质访问措施和单一信道旳 数据编码。
（3）网络层：定义设备名称和地址，源设备旳报文 怎样选择路由到达一台或多台目旳设备，以及当源 设备和目旳设备不在同一信道上时，怎样拟定报文 路由。
1）LonTalk协议旳网络地址构造 2）寻址格式
1）LonTalk协议旳网络地址构造
LonTalk地址唯一地拟定一种LonTalk数据包旳源 节点或目旳节点，路由器则利用这些地址在信道 之间选择数据包旳传播途径。
为了简化路由选择，LonTalk协议定义了分级旳网 络地址形式：
LonWorks现场总线技术在列车监控系统中的应用
LonWorks现场总线技术在列车监控系统中的应用1．引言随着科学技术的不断发展和在各行业领域的广泛应用，越来越多的证据证明，某一行业或更广泛领域内技术标准的统一越来越重要，并成为制约或促进行业技术发展的一个极为重要的因素。
在铁路系统中也存在同样的问题，如果没有统一的标准，各车辆系统制造商往往沿着自己的路子，开发出专有的，不兼容接口的产品，以限制买方只能使用他们的系统，不利于产品和技术的竞争，制约了相关技术的发展。
过去相当长的一段时间内，铁路系统列车网络通信技术就处于一种无标准的状态，在很大程度上制约了列车网络监控系统技术的发展。
1999年，对于列车通信网络，国际上制定了两个相应标准：IEC（国际电工委员会）制定的《列车通信网络》和IEEE（美国电气与电子工程师协会）制定的《列车网络通信协议》。
后者的内容范围包含了前者，它规定了两种类型的列车通信网络：T型和L 型。
T型即TCN网络（列车通信网络），L型为《自由拓扑双绞线信道规范》规定的LonWorks 通信网络。
参照上述两大国际标准，并结合国内铁路牵引的实际情况，2002年，我国铁道部也制定了相应的《中华人民共和国铁道行业标准――列车通信网络》。
本标准同样规定了两种类型的列车通信网络：T型和L型。
目前，国内列车通信网络的应用主要集中在L 型网络。
在铁路系统内采用开放的IEEE标准将可以保证多厂家产品的互操作性，从而可以帮助促进供应链中每一环节的竞争力，加快技术发展。
2. 网络控制技术的特点LonWorks（Local Operating Networks）是美国Echelon公司1991年推出的现场总线技术，它可以很好地解决在控制网络的设计、构成、安装和维护中出现的大量问题。
LonWorks网络控制技术的特点：（1）开放性：网络协议开放，对任何用户平等；（2）互操作性：LonWorks通信协议LonTalk符合ISO（国际标准化组织）定义的OSI 开放互连模型。
现场总线LonWorks技术应用
华东理工大学自动化系
华东理工大学自动化系
2.1.1 Neuron芯片内部结构
Neuron 芯片包括3个8位的CPU。
华东理工大学自动化系
CPU-1: 是媒体访问CPU，主要处理LonTalk 7 层协议栈中第一和第二层。包括驱动通信子系 统硬件以及执行MAC算法。CPU-1和CPU-2通 过共享内存中网络缓冲区通信。 CPU-2: 网络处理CPU，实现LonTalk 协议栈的 3-6层。处理网络变量、寻址、事务处理、权限 认证、背景诊断、软件定时器和网络管理。 CPU-2用网络缓冲区和CPU-1通信，CPU-2用 应用缓冲区和CPU3通信。
（1）收发器
每一个网络设备都有一个收发器。收 发器在一个LonWorks设备与LonWorks网 络之间提供了一个物理通讯接口。不同通信 媒介之间用路由器相连。
收发器类型
EIA-232型 自由或总线拓扑的双绞线型 带变压器的双绞线型 带变压器的双绞线型 电力线型 电力线型 电力线型 射频型300MHz 射频型300MHz 射频型300MHz 红外型 光纤型
OSI层
7 应用层
6 表示层
目的
应用 兼容性
数据翻译
华东理工大学自动化系
提供的服务
LonMark对象，配置特性标准网络变量类型， 文件传输 网络变量，应用消息，外来帧传输
5 会话层
远程操作 请求／响应，鉴别，网络管理，网络接口
4 传输层
3 网络层
2 LLC子层 链 路 MAC子层 层
1 物理层
端端的可 靠传输 传输分组
i.Lon100
Echelon公司通过与Cisco Systems公司、 Microsoft公司和Sun Microsystems公司等合作， 开发出i.Lon100。它既是路由器，又是符合工业 标准的Web网络服务器。i.Lon100将LonWorks收 发的数据进行IP数据包处理后，利用IP网络传输。 通过i.Lon100，可更方便地将LonWorks和 Internet连接起来，使用户能够在Internet上访问 到LonWorks控制网上的设备。由于Echelon公司 推出了i.Lon100，使得LonWorks现场总线技术的 应用领域也越来越广。
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Lonworks 总线及其应用2008-2-27 17:03:00 来源：一、现场总线 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， -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。
(4)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。
由于现场总线结构简化，不再需要 DCS 系统的信号调理、转换隔离等功能单元及其复杂的接线， 节省了硬件数量和投资。
简单的连线设计，节省了安装费用。
设备具有自诊断与简单故障处理能力，减 少了维护工作量。
设备的互换性、智能化、数字化提高了系统的准确性和可靠性。
还具有设计简单，易 于重构等优点。
下面本文对 Lonworks 总线和其技术特点及原理进行详细阐述： 1. Lonworks 总线及 Lonworks 系统特点 Lonworks 是由美国 Echelon 公司于 20 世纪 90 年代初推出的现场总线， 它采用 ISO/OSI 模型的全部 7 层通讯协议， 这是在现场总线中唯一提供全部服务的现场总线， 在工业控制系统中可同时应用在 Sensor Bus、Device Bus、Field Bus 等任何一层总线中。
它除了具有上面说提到的现场总线的公共的特点外， 另外，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来完成协议的监控功能。
一个 Lonworks 控制网络可以有 3 个到 30000 个或更多的节点：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 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。
同时还采用面向对象的设 计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。
支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种 通信介质和多种拓扑结构，并开发了本质安全防爆产品，被誉为通用控制网络。
Lonworks 的核心是神经元芯片(Neuron Chip)， 使用 CMOS CLSI 技术的神经元芯片使实现低成本的 控制网络成为可能。
神经元芯片是高度集成的内部含有 3 个 8 位的 CPU：第一个 CPU 为介质访问控制 处理器，处理 LonTalk 协议的第一层和第二层；Neuron 芯片的编程语言为 Neuron C，它是从 ANSI C 中派生出来的，并对 ANSI C 进行了删减和增补。
Neuron 芯片可以通过 5 个通信管脚与网络上的其它节 点交换信息，也可以通过 11 个应用管脚与现场的传感器和执行器交换信息。
11 个应用管脚具有 34 种 应用操作模式，可以在不同的配置下为外部提供灵活的接口和芯片内部的计时器应用。
第二个 CPU 为 网络处理器，它实现 LonTalk 协议的第三层至第六层；第三个 CPU 为应用处理器，实现 LonTalk 协议 的第七层， 执行用户编写的代码及用户代码所调用的操作系统服务。
神经元芯片实现了完整的 Lonworks 的 LonTalk 通信协议。
而开放式 Lonworks 系统具有如下的特点： (1)在设计、安装和启动上采用工业标准的网络服务。
(2)包含来自多个厂商的符合 Lonmark 的产品。
(3)除非和传统系统相互作用或者规范要求，不需要网关。
(4)与专用垂直子系统的实施不同，强调水平功能性。
并且由于在工程应用中这个开放式系统包含来自多厂商的， 那么各个厂家的设备之间使如何实现一 致性和可互操作性呢，LonMark 标准便是为解决这一问题而制定的。
如果 Lonworks 系统集成商想要构 建开放式系统，就应该尽可能使用满足 LonMark 标准的产品，并且要使用基于 Lonworks 的网络服务的 网络工具设计、安装和启动网络。
2. Lonworks 的一致性和互操作性 2.1. Lonworks 的一致性 Lonworks 的一致性是指产品符合 ANSI/EIA709.1 标准的指标。
ANSI/EIA 709.1 标准符合国际标准 化组织的底层协议标准，其中从第一层到第六层的功能完全有标准来处理，使用者只需对应用层进行编 程。
最容易达到的办法是应用包含有 ANSI/EIA 709.1 标准的微处理器。
神经元芯片和 ANSI/EIA 709.1 标准配合作为固件可进入所有采用神经元芯片的设备中去。
它可做为主处理器被执行应用，也可以作为 总线连接器给世纪的主机提供通信渠道。
2.2. Lonworks 的互操作性 因为符合一致性的两个设备在如何交换数据的过程中仍然存在各种可能性， 所以一致性还不足以保 证节点之间有意义的相互作用。
节点之间必须在如何交换数据，如何翻译数据，以及动作引起的反映等 方面做出约定，才能保证互操作性和可靠的通信。
LonMark 互操作性准则便为 Lonworks 设备之间的互 操作提供了基础。
一个基于互操作的 Lonworks 设备的应用层接口包括很多元素：节点对象；特定应用的 LonMark 对 象；一般的 LonMark 对象，如传感器、执行器和控制器对象；单个的网络变量、配置属性和互操作文 件传输机制。
物理层的互操作性和收发设备有关。
介质、 通信方法、 位速率和收发器型号必须匹配。
目前， LonMark 标准的物理层通道类型包括光纤、双绞线、电力线、INTERNET 协议。
除了要有连接神经元芯片或相当处理器的通信端口的合适的收发器外， 还要设置合适的一系列的通 道参数，使通信协议能够以正确的格式发送和接收报文，来实现互操作。
这个通信协议便是 LonTalk 协 议。
3. LonTalk 通信协议 LonTalk 协议遵循 ISO 定义的开放系统互连(OSI)模型，它除了为 Lonworks 控制网络实现可互操作 性提供条件。
还提供了 OSI 参考模型所定义的全部七层服务。
它具有以下的特点： （1）LonTalk 协议支持包括双绞线、电力线、无线、红外线、同轴电缆和光纤在内的多种传输介 质。
（2）LonTalk 应用可以运行在任何主处理器(Host Processor)上。
主处理器(微控制器、微处理器、 计算机)管理 LonTalk 协议的第六层和第七层并使用 Lonworks 网络接口管理第一层到第五层。
（3）LonTalk 协议使用网络变量与其它节点通信。
网络变量可以是任何单个数据项也可以是结构 体，并都有一个由应用程序说明的数据类型。
网络变量的概念大大简化了复杂的分布式应用的编程，大 大降低了开发人员的工作量。
（4）LonTalk 协议支持总线型、星型、自由拓朴等多种拓朴结构类型，极大地方便了控制网络的 构建。
综上可知，Lonworks 技术是支持完全分布式的网络控制技术，是开放的、可互操作的控制系统的 一个技术平台。
近年来的 Lonworks 的用户、系统集成商和 OEM 产品生产商的队伍迅速扩大，其中包 括世界上许多著名的自动化厂商，如 Honeywell、ABB、Philips、HP 等。
据 1997 年统计，已有 2500 家 生产和使用 Lonworks 产品，已有 500 万个 Lonworks 节点在使用运用。
已有 3500 种 LonworksOEM 产 品问世，其中 30％-40％应用于工业领域。
而 Lonworks 最大的应用领域在楼宇自动化，它包括建筑物 监控系统的所有领域，即人口控制、梯和能源管理、消防/救生/安全、照明、保暖通风、测量、保安等。
在工业控制领域，Lonworks 在半导体制造厂、石油、印刷、造纸等应用领域都占有重要的地位。
二、Lonworks 技术在楼宇自动化系统中的应用 为了方便我们更好地理解 Lonworks 所控制的对象是什么，应该怎样控制，如何更好地控制。
下面 则给出两个具体的工程应用实例对 Lonworks 技术进行说明， 为此， 本文插入下面一些有关 BAS （Building Automation System）的一些相关知识。
相比与传统的那种封闭的楼宇控制系统，现在的楼宇自动化控制系统（BAS）就是对大厦内的各种 机电设施进行全面的计算机监控管理，如空调制冷系统、给排水系统、变配电系统、照明系统、电梯、 消防、安全防范系统等；通过对各个子系统进行监控、控制、信息记录，实现分散节能控制和集中科学 管理，为建筑物用户提供良好的工作环境，为建筑物的管理者提供方便的管理手段，从而减少建筑物的 能耗并降低管理成本。
其基本组成及相应功能如下： 1.BAS 的组成 (1) 建筑设备运行管理的监控,包括：a.暖通空调系统的监控(HVAC); b.给排水系统监控; c.供配电与照明系统监控。