摘要：樓宇自控系統(tǒng)的不斷發(fā)展不僅表現(xiàn)在硬件上的不斷升級，在通訊協(xié)議上也在發(fā)生著日新月異的變化，從最早的集中式到后來的集散式，在到今天的開放式，這些技術(shù)都在不停推動著樓宇自控這個行業(yè)。其中當今最流行開放協(xié)議為LonWorks和BACnet技術(shù)，本人詳細分析了這兩種協(xié)議的結(jié)構(gòu)和特點。
　　關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)開放協(xié)議LonWorksBACnet
　　一．    前言
　　樓宇自動控制技術(shù)是工業(yè)控制技術(shù)在民用領(lǐng)域的延伸。樓宇自控系統(tǒng)自問世以來經(jīng)歷幾次產(chǎn)業(yè)革命。主要原因是樓宇自動控制是計算機控制系統(tǒng)的一部分，所以隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，給樓宇自動控制也帶來不斷發(fā)展。下面我們看看樓宇自動化控制都經(jīng)歷了那些變化。
　　第一代：CCMS中央監(jiān)控系統(tǒng)（70年代）
　　從20世紀50年代末期開始，計算機技術(shù)引入控制領(lǐng)域，他出現(xiàn)了第一代計算機過程控制系統(tǒng)，既是集中式控制系統(tǒng)，主要特點是：由一臺計算機完成整個被控對象的全部控制系統(tǒng)的所有監(jiān)控與控制任務(wù)開始主要應(yīng)用于工業(yè)控制。在70年代，集中式控制系統(tǒng)應(yīng)用于樓宇自動控制系統(tǒng)但這種控制系統(tǒng)存在著大量的問題，需要敷設(shè)大量的管線到控制中心，同時所有的控制計算都集中在一臺計算機上，可靠性非常差，一旦計算機出現(xiàn)問題會造成整個系統(tǒng)的癱瘓。90年代基本上被第二代控制系統(tǒng)取代。
　　第二代：DCS集散控制系統(tǒng)（80年代）
　　隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展和成本降低，樓宇自動控制系統(tǒng)與絕大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)一樣，開始由原來的中央監(jiān)控系統(tǒng)向著集散控制系統(tǒng)DCS（DistributedControlSystem）發(fā)展。集散控制系統(tǒng)的主要特征是集中管理和分散控制。它有利于計算機技術(shù)對整個系統(tǒng)進行集中監(jiān)視，操作，管理和分散控制。但是集散式控制系統(tǒng)也存在著不足，各設(shè)備廠家協(xié)議不同不開放，使得各家現(xiàn)場控制器不能互通。
　　第三代：開放式集散系統(tǒng)（90年代產(chǎn)品）
　　90年隨著現(xiàn)成總線技術(shù)的發(fā)展，把接傳感器、執(zhí)行器、控制器都應(yīng)用在同一網(wǎng)絡(luò)上，讓傳感器和執(zhí)行器更智能化，系統(tǒng)的配置更加靈活，同時具有開放的協(xié)議標準成為用戶的迫切需求。這個網(wǎng)絡(luò)的特點是二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：管理層（中央站）、現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)層（現(xiàn)場控制器）國際標準化的開放的通訊協(xié)議有LonWorks，這些網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將是的綜合自動化發(fā)展方向。
　　二.樓宇自控系統(tǒng)的現(xiàn)狀
　　樓宇自控系統(tǒng)發(fā)展到21世界，其非常受工程商和實際應(yīng)用關(guān)注的將不但是控制器的品質(zhì)，而是更在意樓宇自控系統(tǒng)能夠有一套開放的標準，供客戶更好的了解系統(tǒng)和根據(jù)產(chǎn)品廠商的服務(wù)和產(chǎn)品品質(zhì)隨心所欲的更換合適的產(chǎn)品，不再是以往的霸權(quán)主義。所以，用戶現(xiàn)在要求建筑自動化控制網(wǎng)絡(luò)必須是一個開放系統(tǒng)。在目前智能建筑領(lǐng)域，應(yīng)用較多的開放系統(tǒng)技術(shù)有BACnet標準和LonWorks技術(shù)等。在建筑自動化開放系統(tǒng)中，它們各自發(fā)揮著各自的長處，既為競爭對手，又是合作伙伴；它們各自揚長避短，共同促進著建筑自動化開放系統(tǒng)的集成技術(shù)的發(fā)展。下面我們主要來研究下這兩種開放協(xié)議的特點和在實際中的應(yīng)用。
　　在說這兩種協(xié)議前，我們首先要弄清楚一個概念，那就是什么是開放的現(xiàn)場總線。開放技術(shù)是指那種能為任何制造商使用的設(shè)備開發(fā)、制造技術(shù)，設(shè)備可以是個別的開放技術(shù)產(chǎn)品，如一臺控制器，也可以是作為開放系統(tǒng)解決方案的一部分，如一種通信接口軟件�？苫ゲ僮餍栽谝粋�單獨系統(tǒng)內(nèi)(如：暖通空調(diào)系統(tǒng))或者跨越多個系統(tǒng)(如：暖通空調(diào)系統(tǒng)和安全防范系統(tǒng)之問)，雖然不使用任何網(wǎng)關(guān)或翻譯軟件，但是所有設(shè)備只依靠點對點通信，就能實現(xiàn)信息共享。
　　三．LonWorks現(xiàn)場總線
　　LonWorks技術(shù)開始于1988年，美國Echelon公司提出的，開發(fā)此協(xié)議的目標是實現(xiàn)低成本，高效率的自控網(wǎng)絡(luò)，并使基于該技術(shù)的不同廠家自控設(shè)備實現(xiàn)互操作功能。同時LON的網(wǎng)絡(luò)是一個對等的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以有效的降低網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)風險。其整個的網(wǎng)絡(luò)的組成主要有：
　　Lontalk通信協(xié)議-------ANSI/EIA709.1ControlNetworkingStandard(控制r,網(wǎng)絡(luò)標準)；
　　專用硬件-------NeuronChip,Transceiver,i.Lon以及網(wǎng)絡(luò)接口和路由器等；
　　專業(yè)軟件工具------NeuronC,NodeBuilder,LonBuilder和LNS系統(tǒng)集成工具等；
　　LonMark互操作規(guī)范------LonMarkInteroperabilityGuidelines（LonMark互操作指南）
　　其中Lontalk通訊協(xié)議屬于技術(shù)本身內(nèi)容，是LonWorks技術(shù)的核心和基礎(chǔ)，專用硬件和專用軟件工具屬于技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用的內(nèi)容，LonMark互操作規(guī)范屬于技術(shù)應(yīng)用行業(yè)的規(guī)范和產(chǎn)品認證的內(nèi)容。
　　Lontalk通信協(xié)議是LonWorks技術(shù)的核心，原為封閉專用標準，1996年以前是通過NeuronChip專利硬件芯片向外銷售該協(xié)議的固件實現(xiàn)版本�，F(xiàn)在該協(xié)議已開放在全球工程文檔中心可以購買，但是要將該協(xié)議應(yīng)用于商業(yè)活動還必須與Echelon公司簽訂“協(xié)議專利許可授權(quán)書”。以避免他人對協(xié)議的修改，從而保持公司對該協(xié)議的專利技術(shù)的絕對控制。Lontalk通信協(xié)議是對等自控網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。其組成內(nèi)容分為文字說明和基于MotoralaMC68360處理器的C程序參考實現(xiàn)代碼兩部分。前者是協(xié)議的解釋性說明，是非形式化的描述，后者為一種形式化的描述，是協(xié)議精確描述的參考。Lontalk通信協(xié)議是遵守ISO/OSI—RM模型的自控通信網(wǎng)絡(luò)。具體對應(yīng)為：
　　第一層物理層，物理層主要現(xiàn)實的是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的電器信號互聯(lián)，以保證節(jié)點間位信息的正確傳輸。在LONWORKS網(wǎng)絡(luò)中可以支持多種類型的通信介質(zhì)，并可以將不同通訊介質(zhì)按其傳輸性能劃分為不同的信道類型，然后通過路由器把不同的網(wǎng)絡(luò)連接起來。
　　第二層數(shù)據(jù)鏈路層主要是實現(xiàn)通信介質(zhì)的訪問控制（MAC）、幀結(jié)構(gòu)處理以及幀錯誤檢測等，其**質(zhì)訪問控制功能由數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層協(xié)議實現(xiàn)，其作用是充分利用通信介質(zhì)的性能以提高信息傳輸速率。
　　第三層網(wǎng)絡(luò)層是通過一些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備把不同通信介質(zhì)組成的LONWORKS網(wǎng)絡(luò)正常的連接起來，網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)中包括：域、子網(wǎng)、節(jié)點等。網(wǎng)絡(luò)層最基本的功能是路由的選擇。網(wǎng)絡(luò)層分為三層基本的尋址方式,(Domain,Subnet,Node);(Domain,Subnet,Unique-Node-ID);(Domain,Group,Member)其中需要注意的是Unique-Node-ID地址在形式與ISO以太網(wǎng)中的MAC地址相同，但不同的是，以太網(wǎng)中MAC地址在第二層數(shù)據(jù)鏈路層，但在LONWORKS網(wǎng)絡(luò)中Unique-Node-ID不在數(shù)據(jù)鏈路層，而在網(wǎng)絡(luò)層，所以LONWORKS網(wǎng)絡(luò)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層沒有地址識別功能可以直接接收信道上所有的幀數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)層除了具有地址識別功能，還有一個主要的功能就是路由功能，路由器根據(jù)其路由表將報文從一個子網(wǎng)發(fā)到與之連接的另一個子網(wǎng)，當進行全局范圍的廣播時，路由器將報文轉(zhuǎn)發(fā)給所有的目標子網(wǎng)。
　　第四層傳輸層在LONWORKS網(wǎng)絡(luò)中可分為三個子層，事務(wù)控制層的功能主要是控制報文的傳輸順序和重復報文的檢測，認證子層是提供請求和相應(yīng)的認證功能；傳輸層是為應(yīng)用層提供可靠的報文傳輸。
　　第五層會話層在LONWORKS網(wǎng)絡(luò)中只是利用傳輸層的事務(wù)控制子層以控制傳輸順序和報文重復檢測。
　　第六層表示層在LONWORKS網(wǎng)絡(luò)中，主要提出的是“網(wǎng)絡(luò)變量”的概念，簡化了底層的工作，使設(shè)計和應(yīng)用更容易。
　　第七層應(yīng)用層中則可以進行網(wǎng)絡(luò)變量報文傳輸服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)變量別名，通用應(yīng)用報文傳輸服務(wù)允許應(yīng)用層構(gòu)造任意類型的報文。網(wǎng)絡(luò)管理和診斷報文服務(wù)。
　　以上是LONWORKS網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)ISO\OSI標準七層結(jié)構(gòu)所要執(zhí)行的功能。而LONWORKS網(wǎng)絡(luò)本身還有自己非常特別的特點是就NeuronChip芯片，他不僅是LON總線的通信處理器還是采集和控制的通用處理器，LonWorks技術(shù)中所有關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的操作實際上都是通過NeuronChip芯片來完成的，

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