摘 要：本文介紹了台達PLC在LONWORKS樓宇自控中的應用
，介紹LONWORKS的技術特點以及應用前景
，對工業產品在民用行業的應用作具體的闡述．
關鍵詞：LONWORKS LONTALK PLC 樓宇自控

1 引言

美國Echelon公司於1991年提出了LonWorks(Local Operating Networks,局部操作網絡)網絡,簡稱L0N網。 LonWorks是一種完整的、全開放的


、可互操作的、成熟的和低成本的分布式控製網絡技術,眾多的製造廠和用戶紛紛在其控製網絡方案中采用LonWorks技術。到目前為止,全世界已有2500多家公司利用LonWorks技術生產各種各樣的LonWorks產品,以滿足現代化樓宇、工廠、交通運輸係統、城市基礎設施(水、電、氣等)、家庭等環境自動化係統的分布式控製網絡要求。在1995年,LonWorks控製網絡被美國確定為樓宇自動化控製網絡標準的一部份。目前,世界大的樓宇控製公司,如霍尼韋爾、安德沃、西比、江森
、蘭吉爾、薩切維爾等都正在采用LonWorks技術改造產品,已形成世界技術潮流。L0N網標誌著控製係統網絡的新紀元。

2 L0N網與其它工業總線網

前期LONWORKS產品的市場開拓過分集中於和傳統的PLC/IPC現場總線的競爭。然而
，在Profibus、Interbus、CAN總線盛行的工業環境中，顯然沒有很強的競爭能力。因此，LONWORKS轉而在樓宇以及一些孤立的工業現場（例如染色機）取得了巨大進展。許多工程實例表明：通過精心設計
，大樓可以隻裝備單獨的一個LONWORKS網絡，使得HVAC（供熱、通風和製冷）、電力照明、陽光屏蔽和安全功能以及開放式控製設備能在網絡上互操作，參見圖1。



圖一 LONWORKS的網絡圖示

與之相反，LONWORKS在工業現場的應用前景並沒有得到認可，自身也遇到很多的困難。原因就是對分布式智能控製的原理接受不足。然而
，LONWORKS以其出色的穩定性以及靈活的自由拓撲布線技術領先於基於RS485的傳統現場通訊布線技術。LONWORKS能夠巧妙而經濟地滿足特殊要求。能夠以功能簡表的形式為開發商提供解決方案的基礎。對許多設備諸如發動機、泵、變頻器

、PLC、閥門、傳感器等都有功能簡表。

由於LONWORKS在工業現場的應用前景並沒有得到大家的認可，轉而在樓宇自控行業得到很大的發展。而對於樓宇自控中的機電設備的控製，LONWORKS並沒有大的優勢，這反而是傳統的PLC/IPC的天下。PLC/IPC以其通用性、可靠性以及低廉的成本優勢牢牢地占據著傳統的產業機械/工業設備控製的根據地。這也是LONWORKS在多年來與PLC/IPC競爭工業現場後無法得到很大發展的原因。然而

，畢竟LONWORKS以其對等設計和智能分布式現場設備在技術上領先今天的工業自動化係（PLC/IPC現場總線）整整一代。隨著工業自動化以及網絡技術的發展，對傳統PLC的網絡要求也越來越高，工業以太網這個新鮮名詞也隨之出現。而且也有了取代現場總線的趨勢。

雖然組建控製網絡的方法有很多，但是對於自動化控製而言
，平坦的、對等式（P2P）體係結構是最好的。P2P體(ti)係(xi)結(jie)構(gou)和(he)其(qi)它(ta)任(ren)何(he)一(yi)種(zhong)分(fen)級(ji)的(de)體(ti)係(xi)結(jie)構(gou)相(xiang)比(bi)，不(bu)再(zai)具(ju)有(you)分(fen)級(ji)體(ti)係(xi)結(jie)構(gou)與(yu)生(sheng)俱(ju)來(lai)的(de)單(dan)點(dian)故(gu)障(zhang)。在(zai)傳(chuan)統(tong)的(de)體(ti)係(xi)結(jie)構(gou)中(zhong)，來(lai)自(zi)某(mou)一(yi)個(ge)設(she)備(bei)的(de)信(xin)息(xi)要(yao)傳(chuan)遞(di)給(gei)目(mu)標(biao)設(she)備(bei)，必(bi)須(xu)先(xian)傳(chuan)送(song)到(dao)中(zhong)央(yang)設(she)備(bei)或(huo)者(zhe)網(wang)關(guan)。因(yin)此(ci)，每(mei)兩(liang)個(ge)非(fei)中(zhong)央(yang)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian)的(de)通(tong)信(xin)包(bao)括(kuo)了(le)一(yi)個(ge)額(e)外(wai)的(de)步(bu)驟(zhou)
，或(huo)者(zhe)說(shuo)增(zeng)加(jia)了(le)故(gu)障(zhang)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)。P2P體係結構的設計相比之下，它允許兩個設備之間直接通信，這避免了中央控製器的故障可能性，並且排除了瓶頸效應。此外，在P2P設計中
，設備的故障更多的可能是隻影響到一個設備，而不象非平坦的、非對等式體係結構中潛在的影響到許多設備。由圖2 可以看出通過監控的傳統的主從通訊網絡與P2P體係通訊網絡的優劣。


圖2 網絡組織對比圖

3 L0N網原理

LonWorks網絡中設備的通信是采用一種稱為LonTalk的網絡標準語言實現的。LonTalk協議由各種允許網絡上不同設備彼此間智能通信的底層協議組成。 LonTalk協議提供的通信服務，使得設備中的應用程序能夠在網絡上同其他設備發送和接收報文而無需知道網絡的拓撲結構或者網絡的名稱
、地址，或其他設備的功能。LonWorks協議能夠有選擇地提供端到端的報文確認
、baowenzhengshiheyouxianjifasong
，yitigongguidingshouxianzhideshiwuchulicishu。duiwangluoguanlifuwudezhichishideyuanchengwangluoguanligongjunenggoutongguowangluoheqitashebeixianghuzuoyong，zhebaokuowangluodizhihecanshudezhongxinpeizhi、下載應用程序、報告網絡問題和啟動/停止/複位設備的應用程序。LonTalk――也就是LonWorks係統――可以在任何物理媒介上通信，這包括電力線
，雙絞線，無線（RF）
，紅外（IR），同軸電纜和光纖。

而er所suo謂wei互hu操cao作zuo性xing意yi味wei著zhe每mei個ge網wang絡luo中zhong的de裝zhuang置zhi能neng夠gou根gen據ju自zi己ji需xu要yao發fa布bu的de信xin息xi變bian成cheng數shu字zi式shi串chuan行xing數shu據ju通tong過guo網wang絡luo直zhi接jie到dao達da另ling一yi個ge裝zhuang置zhi。數shu據ju轉zhuan移yi通tong常chang涉she及ji一yi個ge信xin息xi發fa送song者zhe，一yi個ge或huo一yi個ge以yi上shang的de接jie收shou者zhe。發fa送song者zhe和he接jie收shou者zhe之zhi間jian一yi定ding要yao有you某mou種zhong形xing式shi的de連lian接jie，數shu據ju才cai能neng以yi一yi連lian串chuan的de開kai--guanzhuangtaizhuanyi。suoyoulianjiedaomouyitedingxindaodezhuangzhibixuyoutongyisulvyunxingdejianrongshoufaqi，rucicainenggoudadaohucaozuodemude。danshikehucaozuodewangluobingbushichuantongdezhucongshitongxunwangluo（點對點）可ke以yi達da到dao的de，網wang絡luo裝zhuang置zhi間jian串chuan行xing數shu據ju的de轉zhuan移yi要yao求qiu一yi套tao通tong訊xun協xie議yi，協xie議yi通tong常chang以yi嵌qian入ru軟ruan件jian或huo固gu件jian代dai碼ma形xing式shi存cun在zai於yu每mei個ge網wang絡luo裝zhuang置zhi中zhong。包bao含han這zhe個ge協xie議yi代dai碼ma和he某mou種zhong類lei型xing的de操cao作zuo智zhi能neng的de裝zhuang置zhi稱cheng之zhi為wei網wang絡luo節jie點dian。它ta包bao括kuo一yi片pianNeuron神經芯片、傳感和控製設備、收發器(用於建立Neuron芯片與傳輸之間的物理連接)和電源。

LonTalk通訊協議是LONWORKS技術的核心，該協議提供一套通信服務，使裝置中的應用程序能在網上對其他裝置發送和接收報文而無須知道網絡拓撲、名稱

、地址或其他裝置的功能。LONTALK協議能夠有選擇地提供端到端的報文確認、報文證實、優先級發送以便設定事物處理時間。它是一個分層的以數據包為基礎的對等的通信協議，象有關的以太網和因特網協議一樣。但是，LONTALKxieyishejiyongyukongzhixitongerbushishujuchulixitongdetedingdeyaoqiu。meigeshujubaoyoukebianshumudezijiegoucheng
，changdubuding，bingqiebaohanyingyongcengdexinxiyijixunzhiheqitaxinxi。xindaoshangdemeigezhuangzhijianshizaixindaoshangchuanshudemeigeshujubaoyiquedingzijishifoushouxinren。ruoshi，zechuliyipanmingshifoubaohanbenjiedianyingyongchengxusuoxudexinxihuozhetashifoushigewangluoguanlishujubao。LonTa1k協議是直接麵向對象的網絡協議,即,通過網絡變量實現網絡節點間的聯結。當定義為輸出的網絡變量改變時,能自動地將網絡變量的值發送出去,使所有該變量定義為輸入的節點收到它的改變,以便激活相應的處理進程(事件觸發型）。標準網絡變量能使不同製造商的產品通過建立標準的數據傳送模式、正確地翻譯
、傳送數據,便於設備的互換和互操作。另外,由於網絡變量的長度有限,最多31B,又提供了四種類型的報文服務：應答方式、請求/響應方式、非應答重發方式
、非應答方式。

為了簡化網絡配置和管理
，可以把邏輯地址分配給節點，邏輯地址讓用戶把一個名字和物理裝置與節點配合。使用LONTALK的控製網中的邏輯地址在網絡配置時定義。所有邏輯地址有2個部分，第一部分是指定域的ID
，這個指定域就是節點的集合他們之間可以互操作。邏輯地址的第二部分以獨特的15位節點地址規定域中的一個單一節點。

而對於PLC介入到LONWORKS網絡中，實現PLC數據/狀態的實時監控，則必須由網關節點的應用程序對PLC進行操作。

4 L0N網在智能樓宇控製係統中的應用
本文以上海某大型廣場的智能樓宇控製係統中
，涉及到台達PLC的LONWORKS係統的部分為例，介紹網關節點與PLC通訊配置的網絡變量以及命令格式。在該係統中
，機電設備為中央空調風櫃
，PLC根據回風溫度經過PID調節新風閥門的開度
，以達到控製房間或單元室溫的目的。風櫃網絡原理圖參看圖3。


圖3 風櫃網絡原理圖

網絡變量
nviConfig   配製網絡變量
nvoDR[0～7]   隻讀模擬量（AI）
nvoXR[0～7]   隻讀數字量（DI）
nviMW[0～12]   隻寫數字量（DO）
nviDW[0～31]   隻寫模擬量（AO）
配製網絡變量
nviConfig輸入格式：X 　X X X XXXXXXXX
指令 操作號  ： 設定值

指 令：R 讀設定值
，W 置設定值；
操作號： 00    通信格式設定
01~08   nvoDR[0～7] 連接設定
09~16   nvoXR[0～7] 連接設定
17~29   nvoMW[0～12] 連接設定
30~61   nvoDW[0～31] 連接設定
設定值：通信格式設定 BBBBB_TT (BBBBB波特率 如09600,_ 空格,TT 通信秒間隔 如01)
連接設定： SSIIAAAA (SS設備號 如01
，II指令 如02，AAAA地址 如1AFF)
連接量

隻讀模擬量和隻讀數字量按通信秒間隔自動讀設備進行刷新，隻寫數字量和隻寫模擬量賦值網絡變量時自動發送到設備。

由於LONTALKxieyiguidingwangguanjiediandeyingyongchengxuzhongyijingbaohangaiwangguanjiediandeluojidizhi，bingqieshiyimingchengdexingshicunzaiyuwangguanjiediandeyingyongchengxuzhong。yinci，wangguanjiediandaoPLC的通訊部分無須顧及PLC的通訊地址，而隻需通用默認的PLC地址即可，參見圖4。

圖4中，變量規定為隻讀，在台達PLC的通訊協議中
，D0對應的地址為H1000
，則
，D100對應的地址為H1064
，依此類推。由於LONTALK協議的網關地址已經在網關節點的應用程序中得到確定，那麼
，網關節點與PLC的通訊就變成了標準的統一的程序，隻需使用PLC默認的通訊地址即可
，如圖4、圖5
、圖6所示PLC的通訊地址都統一為1。

由圖3
，現場的監控由文本顯示器TP04G來實現
，遠端的監控通過LONWORKS網關節點來實現。這樣組成一個分布式智能控製係統。遠端的上位計算機通過與末端的LON網關交換數據，網關節點根據從信道中接受到的數據包判斷是否是合適本網關的數據包，如是
，則網關節點應用程序再將數據下達至PLC，完成遠端的監控。

雖然LON分布式智能控製係統不要求末端的PLC提供地址，但是文本顯示器與PLC的地址設置功能大大地方便了程序編寫者與現場的調試人員，以下簡單地介紹該功能的使用：TP04G提供了DELTA Mx的DRIVER，該功能適用於DELTA PLC的de多duo地di址zhi應ying用yong場chang合he。我wo們men知zhi道dao
，在zai標biao準zhun設she備bei的de生sheng產chan製zhi造zao中zhong
，我wo們men需xu要yao的de是shi標biao準zhun化hua的de程cheng序xu，以yi簡jian化hua現xian場chang的de調tiao試shi以yi及ji方fang便bian程cheng序xu文wen件jian的de管guan理li。那na麼me，在zai標biao準zhun設she備bei的de組zu網wang過guo程cheng中zhong，必bi不bu可ke少shao地di需xu要yao改gai變bianPLC的地址，以達到組網控製的目的。如果通過傳統的改變PLC程序來實現的話，一台標準設備就有一套程序。很不方便程序的管理。使用文本顯示器的DELTA Mx功能隻需在文本的係統菜單中改變文本的通訊地址即可，而文本程序中需要對PLC的D1121設置成相應地址即可實現。

文本顯示器提供的萬年曆功能為實現空調係統定時開/關機功能提供了方便，PLC可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)萬(wan)年(nian)曆(li)的(de)時(shi)間(jian)實(shi)現(xian)對(dui)風(feng)機(ji)的(de)定(ding)時(shi)開(kai)關(guan)機(ji)控(kong)製(zhi)。網(wang)絡(luo)功(gong)能(neng)的(de)實(shi)現(xian)為(wei)樓(lou)宇(yu)機(ji)電(dian)設(she)備(bei)的(de)管(guan)理(li)者(zhe)提(ti)供(gong)了(le)方(fang)便(bian)，管(guan)理(li)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)網(wang)絡(luo)對(dui)位(wei)於(yu)大(da)樓(lou)任(ren)何(he)位(wei)置(zhi)的(de)機(ji)電(dian)設(she)備(bei)下(xia)達(da)指(zhi)令(ling)
，也(ye)可(ke)以(yi)隨(sui)時(shi)通(tong)過(guo)LON網絡查看任何位置的機電設備的運行狀態。實現了樓宇智能控製。

5結束語

LonWorks技術已經逐漸成為小區/樓宇智能化係統的基本規範。LonWorks網絡非常容易與其他網絡實現互連,如Internet網絡,可以實現遠程操作和控製。LonWorks開放式、可互操作性、成熟和低成本的特點,使得眾多的製造廠和用戶紛紛在其控製網絡方案中采用LonWorks技術。另外,對於最終用戶來說,項目的初期投資大為減少,係統管理簡單,增加新功能又十分簡便。由此可以推斷,LonWorks控製網絡技術會越來越為人們重視和推廣。PLC作為通用可靠的工業控製器
，依然在工業現場得到廣泛的應用

，在民用市場的網絡要求越來越多的今天，相信日益強大的PLC的網絡功能一定也會越來越多地進入人們的日常生活中。

參考文獻：
［1］LONWORKS原理和實踐概述.埃施朗公司
［2］Jurgen W.hertel . Industrial Control

作者簡介:
李錦铖（1973-）　工程師　從事工業自動化技術多年，現在中達電通股份有限公司任應用工程師。