Lonworks现场总线在楼宇设备自动化系统中的应用

Lonworks现场总线在楼宇设备自动化系统中的应用摘要本文在分析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。

参考文献:

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【2】黄蓉. 基于lonworks技术的中央空调自动控制系统设计及节能研究。机电产品开发与创新.2009年1月

【3】汤德明.lonworks技术在楼宇自动化系统中的应用.建筑电气.2004年2月

【4】杨占国.楼宇自动化中冷热源控制系统集成.广东广播电视大学学报.2005年4月