核心提示：作出自動化領(lǐng)域廣泛采用的LON控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和CAN總線技術(shù)，往往人們認識模糊，難以分辨它們在工程應(yīng)用中的差異，本文對此做詳細比較及應(yīng)用差異分析。
關(guān)鍵詞：LonWorks，CAN，LonTalk，控制網(wǎng)絡(luò)，分布式網(wǎng)絡(luò)
一、Lonworks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹
美國Echelon公司于1991年提出了LonWorks(Local Operating Networks,局部操作網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò),簡稱L0N網(wǎng),它標志著控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的新紀元。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制網(wǎng)絡(luò)技術(shù),眾多的制造廠和用戶紛紛在其控制網(wǎng)絡(luò)方案中采用LonWorks技術(shù)。
到目前為止,全世界已有2500多家公司利用 LonWorks技術(shù)生產(chǎn)各種各樣的LonWorks產(chǎn)品,以滿足現(xiàn)代化樓宇、工廠、交通運輸系統(tǒng)、城市基礎(chǔ)設(shè)施(水、電、氣等)、家庭等環(huán)境自動化系統(tǒng)的分布式控制網(wǎng)絡(luò)要求。在1995年,LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)被美國確定為樓宇自動化控制網(wǎng)絡(luò)標準的一部份。目前,世界大的樓宇控制公司,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(shù)改造產(chǎn)品,已形成世界技術(shù)潮流。
LONWorks是唯一涵蓋全部3個層次（Sensor Bus、Device Bus和Field Bus），符合150/0517層參考模型的現(xiàn)場總線技術(shù)。在一個多種層次的現(xiàn)場總線產(chǎn)品并存競爭的現(xiàn)實環(huán)境下，LonWorks兼收并蓄，成為連接過去、包容現(xiàn)在、面向未來的工業(yè)總線技術(shù)。
LonWorks網(wǎng)絡(luò)上的每個控制點稱為LonWorks接點或LonWorks智能設(shè)備,它包括一片Neuron神經(jīng)芯片、傳感和控制設(shè)備、收發(fā)器(用于建立Neuron芯片與傳輸之間的物理連接)和電源。
Neuron神經(jīng)芯片是節(jié)點的核心部分,它包括一套完整的通信協(xié)議,即LonTalk協(xié)議,從而確保節(jié)點問使用可靠的通信標準進行互操作。
LonTalk通訊協(xié)議遵循ISO/OSI的全部七層模型。Neuron神經(jīng)芯片內(nèi)含三個八位CPU:第一個CPU為介質(zhì)訪問控制處理器,實現(xiàn) Udallt協(xié)議的第1層和第2層:第二個CPU為網(wǎng)絡(luò)處理器,實現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第3層至第6層:第三個CPU為應(yīng)用處理器,實現(xiàn) LonTallt協(xié)議的第7層。
LonTa1k協(xié)議是直接面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議,即,通過網(wǎng)絡(luò)變量實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的聯(lián)結(jié)。當(dāng)定義為輸出的網(wǎng)絡(luò)變量改變時,能自動地將網(wǎng)絡(luò)變量的值發(fā)送出去,使所有該變量定義為輸入的節(jié)點收到它的改變,以便激活相應(yīng)的處理進程(事件觸發(fā)型）。標準網(wǎng)絡(luò)變量能使不同制造商的產(chǎn)品通過建立標準的數(shù)據(jù)傳送模式、正確地翻譯、傳送數(shù)據(jù),便于設(shè)備的互換和互操作。另外,由于網(wǎng)絡(luò)變量的長度有限,最多31B,又提供了四種類型的報文服務(wù)：應(yīng)答方式、請求/響應(yīng)方式、非應(yīng)答重發(fā)方式、非應(yīng)答方式。LonWorks有完整的7層協(xié)議,具備了局域網(wǎng)的基本功能,與異型網(wǎng)的兼容性比任何現(xiàn)存的現(xiàn)場總線都好。它還提供了與LAN的接口,從而實現(xiàn)了二者的有機結(jié)合。
LonWorks支持多種拓撲結(jié)構(gòu),如總線型、星型、環(huán)型和混合型等,及多種傳輸介質(zhì),如雙絞線、電力線、無線電波、紅外線、光纖、同軸電纜和電源線等。這樣,可以根據(jù)不同的現(xiàn)場環(huán)境選擇不同的收發(fā)器和介質(zhì)。采用雙絞線通信速率為78Kbps/2700m/每段64節(jié)點、 1.25Mbps/130m/每段64個節(jié)點。Motor01a已開發(fā)出IS一78本安物理通道,使LonWorks網(wǎng)絡(luò)延伸到危險區(qū)域,還可以在單線纜中實現(xiàn)供電和通信。
總之,Lodorks通過具有通信與控制功能的Neu-ron神經(jīng)芯片、收發(fā)器、電源、傳感器和控制設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,采用專用的編程工具Neuron C,利用所提供的開發(fā)工具LonBuilder,NodeBuilder和LVS技術(shù),可以快速、方便地開發(fā)節(jié)點和聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)有大量的短消息需要頻繁通信應(yīng)用時,是一個普及、低成本的總線系統(tǒng)。
LonWorks技術(shù)在樓宇自控系統(tǒng)中的技術(shù)上的優(yōu)勢：
1.直接互聯(lián)性。不同品牌、功能的DDC組成一個統(tǒng)一控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作。
2.自主通信。數(shù)個小規(guī)模DDC分布式布置，聯(lián)合運行，在功能方面完全替代了單CPU多I/O點的中大型DDC。
3.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多樣化，易于適應(yīng)用戶的不同需求。
4.系統(tǒng)響應(yīng)速率。在合理配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和選擇合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的前提下，作為現(xiàn)場總線的一種，LonWorks也與其他種類的現(xiàn)場總線類似，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、通信順序復(fù)雜，傳輸數(shù)據(jù)量龐大，對硬件資源配置需求高，雖然系統(tǒng)開發(fā)較易人門，但隨著技術(shù)介入深度加大，專用軟件的購置費用許可證及技術(shù)專利等知識產(chǎn)權(quán)相關(guān)費用也隨之上升。
二、Can總線介紹
控制器局部網(wǎng)（CAN－CONTROLLER AREA NETWORK）是BOSCH公司為汽車控制系統(tǒng)應(yīng)用而推出的一種多主機局部網(wǎng)，由于其卓越性能、低廉的開發(fā)成本，以及大量的技術(shù)人才貯備，CAN總線技術(shù)在我國也得到了普及推廣，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于交通運輸、建筑智能化、環(huán)境控制、工業(yè)自動化、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域。
基于對控制系統(tǒng)高可靠性、高靈活性要求，工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為：多元化控制與分布式結(jié)構(gòu)，即負載分散、功能分散、危險分散和地域分散。分布式工業(yè)控制系統(tǒng)就是是以電腦為核心，將5C技術(shù)--COMPUTER（計算機技術(shù)）、CONTROL（自動控制技術(shù)）、COMMUNICATION（通信技術(shù)）、CRT（顯示技術(shù)）和 CHANGE（轉(zhuǎn)換技術(shù)）緊密結(jié)合的產(chǎn)物。它在適應(yīng)范圍、可擴展性、可維護性以及抗故障能力等方面，較之分散型儀表控制系統(tǒng)和集中型計算機控制系統(tǒng)都具有明顯的優(yōu)越性。
分布式控制系統(tǒng)由現(xiàn)場設(shè)備、接口與計算機以及通信設(shè)備組成。現(xiàn)場總線能同時滿足過程控制和制造業(yè)自動化的需要，因而現(xiàn)場總線已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域中最為活躍的一個領(lǐng)域。盡管目前對現(xiàn)場總線的研究尚未能提出一個完善的標準，但現(xiàn)場總線的高性能價格比將吸引眾多工業(yè)控制系統(tǒng)采用。
由于CAN為愈來愈多不同領(lǐng)域采用和推廣，導(dǎo)致要求各種應(yīng)用領(lǐng)域通信報文的標準化。為此，1991年9月PHILIPS SEMICONDUCTORS制訂并發(fā)布了 CAN技術(shù)規(guī)范（VERSION 2.0）。該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分。2.0A給出了曾在CAN技術(shù)規(guī)范版本1.2中定義的CAN報文格式，而2.0B給出了標準的和擴展的兩種報文格式。此后，1993年11月ISO正式頒布了道路交通運載工具--數(shù)字信息交換--高速通信控制器局部網(wǎng)（CAN）國際標準（ISO11898），為控制器局部網(wǎng)標準化、規(guī)范化推廣鋪平了道路。
Can總線的特點與優(yōu)勢：
1.CAN是到目前為止唯一有國際標準的現(xiàn)場總線。
2.CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可在任一時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從。
3.在報文標識符上，CAN上的節(jié)點分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時需要，優(yōu)先級高的數(shù)據(jù)最多可在134μs內(nèi)得到傳輸。
4.CAN采用非破壞總線仲裁技術(shù)。當(dāng)多個節(jié)點同時向總線發(fā)送信息發(fā)生沖突時，優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動的退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點可不受影響的繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時間。尤其是在網(wǎng)絡(luò)負載很重的情況下，也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況（以太網(wǎng)則可能）。
5.CAN節(jié)點只需要通過對報文的標識符濾波即可實現(xiàn)點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。
6.CAN的直接通信距離最遠可達10km（速率5kbps以下）；通信速率最高可達1Mbps（此時通信距離最長為40m）。
7.CAN上的節(jié)點數(shù)取決于總線驅(qū)動電路，目前可達110個。在標準幀報文標識符有11位，而在擴展幀的報文標識符（29位）的個數(shù)幾乎不受限制。
8.報文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾概率低，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。
9.CAN的每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。
10.CAN通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。
11. CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響。
12. CAN總線具有較高的性能價格比。它結(jié)構(gòu)簡單,期間容易購置,每個接點的價格較低,而且開發(fā)技術(shù)容易掌握,能充分利用現(xiàn)有的單片機開發(fā)工具。
三、lonworks與Can總線性能差異：
在總線標準中LonWorks和CAN總線以其高性能、高可靠性、極其獨特的設(shè)計越來越受到人們的重視。
1、CAN是一個允許任何網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在同一個網(wǎng)絡(luò)中交流的多方協(xié)議，lonworks是一個支持多方操作，以及允許任何網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在同一個網(wǎng)絡(luò)中交流的LonTalk協(xié)議。
2、CAN總線沒有邏輯地址，也不是一個路由協(xié)議，LonTalk協(xié)議包含了邏輯地址，同時也是一個路由協(xié)議。
3、CAN總線為了非破壞性沖突利用載波感，多址接入。Lonworks利用預(yù)測持久的載波感，多址接入和沖突解決以及沖突避免。
4、CAN總線和Lonworks都使用一個具有不同數(shù)據(jù)字節(jié)的固定格式的幀，CAN是0到8個字節(jié)，而Lonworks是1到288個字節(jié)，并且更長的文檔轉(zhuǎn)換要使用Lonworks FTP。
5、CAN總顯得錯誤檢測計劃使用每一個鏈路層的知識，那些知識由所有結(jié)點或沒有結(jié)點的信息提供，而Lonworks提供具有傳輸層知識的組播信息。
6、CAN總線的標準沒有標出物理層規(guī)定的地址，Lonworks標準為了變壓器隔離雙絞線，電源線，RF和光纖定義了物理層。
7、CAN總線響應(yīng)時間變化是根據(jù)信息大小，比特率，信息服務(wù)，資源處的主機處理器，目的節(jié)點，調(diào)度實施的效率和協(xié)議層3,4,5,6,7.。Lonworks的響應(yīng)時間由于位和時鐘的不同而不同使用一個5Mbphs的網(wǎng)絡(luò)和40MHz的時鐘的響應(yīng)時間會小于2.5ms。
8、CAN總線協(xié)議被用于實施SDS和DeviceNET，但這兩個系統(tǒng)卻沒有互操作性。Lonworks設(shè)備使用相同的Lon Talk協(xié)議。
相比于Lonworks，CAN的有時是小于2毫秒的響應(yīng)時間。但是Lonworks也有許多自己的優(yōu)勢，比如它有多方多媒體的支持，還有完全的內(nèi)置安全系統(tǒng)和信息服務(wù)的路由協(xié)議，比CAN總線更少的開發(fā)時間，擁有開放的，且同行使用相同基礎(chǔ)設(shè)施的多方市場，還有一點，Lonworks有更少的節(jié)點耗資，但使用壽命會更長。
