(海思系統工程部提供)
摘要：在建筑能源監管系統（亦稱能源管理系統、能耗監測系統）建設中，智能計量、智能控制、智能傳感器等方面，LonWorks神經元片具有獨特的優勢。
1、前言
隨著計算機技術、數據通訊技術、自動化控制技術及大規模集成電路器件技術的迅猛發展，推動了計算機數據通信網絡的發展，同時也形成了多種類型的計算機控制網絡。其中，現場總線綜合了數字通信技術、計算機技術、自動控制技術、網絡技術和智能儀表等多種技術手段，其數據通信具有較高的可靠性、實時性和靈活性。尤其是在現場總線控制網絡中，系統的各種設備通過多個節點連接到一根公共總線上，使得各個節點之間可以實現點對點的對等通訊和系統中信息資源的共享，同時也大大減少了系統中的連接線。LonWorks技術是美國Ｅｃｈｅｌｏｎ公司推出的局部操作網絡，它具有統一性、開放性、互操作性、施工與維護便捷性及支持多種通信介質等優良性能，是當今最流行的現場總線之一。
建設建筑能源監管系統，就是通過采集建筑電、水、燃氣、熱能等能源、資源的消耗數據及實時用能數據，建立能源的分類、分項統計數據，分析歷史曲線及趨勢，并提供各類能耗的報表統計數據，為能源管理部門提供科學的決策依據。同時，利用控制網絡的智能化、實時控制的優勢，通過自動化節能控制，為建筑節能提供直接的管控平臺。
現場總線是應用在生產現場、微機化測量控制設備之間實現雙向串行多點數字通信的系統，也稱為開放式、數字化、多點通信的底層控制網絡。目前，在建筑能源監管系統平臺建筑中廣泛應用兩類現場總線，即LonWorks總線和485總線。但眾所周知，485總線屬一主多從，總線上各類智能儀表、設備無法實現對等、互操作，且485總線抗干擾性能差、穩定性差，且有效通信距離短、數據采集時間長，對施工要求高，維護困難。尤其是在大型能源管理系統建設中，485總線構建的系統已逐漸不被用戶認可。而LON（ＬｏｃａｌＯｐｅｒａｔｉｎｇＮｅｔｗｏｒｋｓ）總線是美國Ｅｃｈｅｌｏｎ公司推出的局部操作網絡，它為集散式監控系統提供了強大的實現手段。為了實現ＬＯＮ總線，Ｅｃｈｌｅｌｏｎ公司開發出LonWorks技術，用來為ＬＯＮ總線設計和成品化提供一套完整的開發平臺。
2、LonWorks節點、路由器（或網絡控制器）神經元芯片
一個典型的現場控制節點主要包括應用ＣＰＵ、Ｉ/Ｏ處理單元、通信處理器、收發器和電源等幾部分功能模塊。LonWorks智能節點主要分為兩種類型：以神經元芯片為核心的控制節點和采用ＭＩＰ（ＭｏｄｕｌａｒＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）結構的控制節點。前者充分利用了神經元芯片自身的強大功能，增加部分收發器便構成了一個典型的現場控制節點。神經元節點的結構包括電源、晶振、神經元芯片（３１５０/３１２０）、Ｉ/Ｏ調理、收發器、１６Ｋ～５８ＫＲＯＭ（３１５０）、執行器、傳感器等。然而神經元芯片畢竟是８位總線ＣＰＵ，功能有限，對于復雜控制需求顯得“力不從心”。采用ＨｏｓｅＢａｓｅ結構就很好地解決了這一問題，將神經元芯片作為通信協議處理器，可用高性能主機實現復雜測控功能，其典型結構ＨｏｓｅＢａｓｅ節點包括主處理器、收發器、Ｅｐｒｏｍ、神經元芯片、復位電路等。
路由器是LonWorks技術的重要組成部分，它使LonWorks總線突破了傳統現場總線的限制，其通信不受通信介質、通信距離和通信速率的限制。在LonWorks技術中，路由器包括中繼器和橋接器等。LonWorks技術的核心是神經元芯片，它主要包括MC143150、MC143120、FT5000、FT6000等四大系列。MC143150系列支持外部存儲器，適合更為復雜的應用；MC143120則不支持外部存儲器，它本身帶有Ｒｏｍ。神經元芯片的結構包括ＭＡＣＣＰＵ（系統復位和節點服務）、網絡ＣＰＵ、應用ＣＰＵ、ＥＥＰＲＯＭ（５１２Ｂ×３、２ＫＢ×４）、外部存儲器（３１５０）、Ｉ/Ｏ（包含１６位寄存器、脈沖計數器、２０ｍＡ環電流等）、網絡網絡通信口和８位數據線等。
LonWorks網絡控制器是埃施朗公司專為能源管理開發的LON控制網絡智能管理服務器，其在節能服務網絡中的巨大優勢及應用便捷性，為大型建筑或建筑群的能源管理系統構建提供了強大的現場子網管理、數據上傳下達及網絡路由功能。具體功能及應用可點擊LonWorks網絡控制器，本文不再贅述。
3、LonWorks網絡通信協議
LonWorks技術采用LonTalk通信協議。該協議為七層協議，通過網絡變量直接面向對象通信。該協議具有發送的報文都是很短的數據（一般是幾個字節到幾十個字節）、通信帶寬不高（一般從幾KB/ｓ到２ＭB/ｓ）、網絡上各節點往往是低成本低維護的單片機、多節點、多介質、可靠性高、實時性高等特點。LonTalk協議的網絡地址采用三層結構，域（Ｄｏｍａｉｎ）、子網（Ｓｕｂｎｅｔ）和節點（Ｎｏｄｅ）。域為第一層結構，它保證在域中通信的彼此獨立性。子網為網絡地址結構的第二層，每一個域最多有２５５個子網，一個子網可以是一個或多個通道的邏輯分組。節點是網絡地址的第三個子網最多可以有１２７個節點，所以一個域最多有２５５×１２７ ＝３２３８５個節點。
4、收發器
LonWorks技術的一個重要特征是它支持多種介質通信。根據通信介質的不同，LonWorks技術可分為雙絞線收發器、電源線收發器、電力線收發器等多種總線收發器。除上述收發器外，LonWorks技術中還廣泛采用無線收發器、光纖收發器等，以滿足特殊情況的需要。
雙絞線是使用最為廣泛的一種介質，用于雙絞線介質的收發器主要有直接驅動收發器、ＥＩＡ－４８５收發器、變壓器耦合驅動等三種。直接驅動是使用神經元芯片的通信端口作為收發同時加入電阻和瞬態抑制器作為電流限制和ＥＳＤ這種方式適合于網絡上所有節點在同一個大型設備中，使用同一個電源。直接驅動收發器支持的最大通信速率為２５ＭB/ｓ，該速率下一條通道最多能達６４個節點，距離長達３０ｍ。ＥＩＡ－４８５接口是現場總線中常用的電氣接口，LonWorks同樣支持該電氣接口。使用ＥＩＡ－４８５共模電壓比直接驅動效果好，但不如變壓器耦合驅動。
ＬONＭARK建議使用ＥＩＡ－４８５的通信速率是３９KB/ｓ。變壓器耦合驅動可滿足系統的高性能、高共模隔離要求，并具有噪聲隔離的作用。因此，目前相當多的網絡收發器采用變壓器耦合的方式。
電源線是指通信線和電源線纜共用一對雙絞線。使用電源線的意義在于所有節點通過一個４８Ｖ直流中央電源供電，這對于一些電力資源匱乏的地區具有非常重要的意義。同時通信線和電源線纜共用一對雙絞線，可以節約一對雙絞線，也便于系統的安裝和維護。由于電源線收發器采用的是直流供電，可以和變壓器耦合的雙絞線直接連接。
電力線收發器是將通信數據調制成載波信號或擴頻信號，然后通過耦合器耦合到２２０Ｖ或其它交直流電力線上，或是沒有電力的雙絞線。這種方式減少了施工布線等建設費用，是一種將神經元節點加入到電力線中簡單、有效的方法。當然，該方法也會遇到電力線通信的普遍問題，如電力線間歇性噪聲大等問題，需要采用一定的技術加以解決。
5、開發工具和網絡管理工具
LonWorks技術包含了一系列開發工具，可使節點開發和系統聯網開發快速有效，主要有節點開發工具ＮｏｄｅＢｕｉｌｄｅｒ、節點和網絡安裝工具ＬｏｎＢｕｉｌｄｅｒ、網絡管理工具ＬｏｎＭａｎａｇｅ和ＬＮＳ技術。節點開發工具ＮｏｄｅＢｕｉｌｄｅｒ，它只能完成節點開發的功能，不具備網絡的功能，它只有一個在線仿真器。節點和網絡安裝工具ＬｏｎＢｕｉｌｄｅｒ，ＮｏｄｅＢｔｌｉｌｄｅｒ是LonWorks技術中最主要的一個開發工具，它包括節點開發器（用于ＮｅｌｉｒｏｎＣ語言編程開發和網絡通信仿真等）、網絡管理器（用于現場總線網絡的邏輯地址分配與連接、子網和網絡通道定義、路由器安裝、優先級設定等網絡安裝、維護工作）、協議分析器和報文統計器（用于截獲網絡上所有節點的通信報文，分析當前網絡報文流量等網絡狀態信息）、例子程序和開發板（提供練習的開發板、應用模塊和演示程序）等幾個部分。
網絡管理工具ＬｏｎＭａｎａｇｅ，ＬｏｎＭａｎ．ａｇｅ主要由一系列的軟件開發包和接口、卡組成，它包括ＬｏｎＭａｎａｇｅＤＤＥ、ＬｏｎＭａｎａｇｅＰｒｏｆｉｌｅ、ＬｏｎＭａｋｅｒ和ＬｏｎＭａｌｎａｇｅｒ協議分析等。ＬＮＳ（LonWorksＮｅｔｗｏｒｋＳｅｒｖｉｃｅ）是Ｅｃｈｅｌｏｎ公司最近新開發的LonWorks總線開發工具，它為用戶提供了一個強大的客戶/服務器網絡構架，是未來LonWorks總線的可互操作性基礎。使用ＬＮＳ提供的網絡服務，可以保證從不同網絡服務器上提供的網絡管理工具一起執行網絡安裝、網絡維護和網絡監測。客戶可以同時申請這些服務器所提供的網絡服務。LonWorks技術需要用網絡管理工具實現其網絡安裝、網絡維護和網絡監控等功能。其中，網絡安裝主要用于網絡建設初期網絡地址的動態分配，通過網絡變量和顯示報表進行設備間的通信。網絡維護是指在系統運行過程中對設備增加或刪除的管理與實現，通過數據庫修改網絡信息即可實現設備的增減，而不必修改網絡上的其它設備。網絡監控為用戶提供了一個系統級的檢測和控制服務，用戶可以在網絡上以遠程方式監控整個系統。
6、、LonWorks控制系統經濟性和全開放性
傳統的４～２０ｍＡ電流信號，一條線只能傳遞一路信號。現場總線設備則在一條線上即可以向上傳遞傳感器信號，也可以向下傳遞控制信息；即一對Ｎ結構，一對傳輸線，連接Ｎ臺儀表雙向傳輸多個信號，節省電纜費用可觀，且安裝簡單，維護容易。傳統的控制系統每個儀表都需要一條線連到中央控制室，在中央控制室裝備一個大配線架。而在LonWorks現場總線系統中多臺現場設備可串聯在一條總線上，這樣就只需極少的線進入中央控制室，節省了大量布線費用，同時也降低了建筑能源監管系統中央控制室的造價。
由于LonWorks現場總路線的互換性和互操作性，打破了傳統ＤＣＳ自成體系，互相封鎖的局面。１９９９年底現場總線協議已被ＩＥＣ批準正式成為國際標準，從而使現場總線成為一種開放的技術。現場總線為開放互鏈網絡，所有技術和標準全是公共的，制造商只能在其體系結構、工藝等方面保留特色，而最終也需在質量上取勝。現場總線標準保證不同廠家的產品可以互相操作，這樣就可以在一個企業中由用戶根據產品的性能、價格選用不同廠商的產品，集成在一起，避免了在傳統控制系統中必須選用同一廠家的產品限制，促進了有效的競爭，降低了控制系統的成本。
7、LonWorks控制系統的智能化與自診斷性
建筑內現代數字信號傳輸技術抗干擾能力強、精度高，操作員在控制室既可了解現場儀表的工作狀況，也能對其進行參數調整。建筑LonWorks現場總線儀表具備智能和綜合能力，可檢測、變換、補償，又有控制和運算功能。現場總線設備能處理各種參數、運行狀態信息及故障信息，具有很高的智能，能在部件、甚至網絡故障的情況下獨立工作，大大提高了大型建筑或建筑群整個控制系統的可靠性和容錯能力。
