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(jí)，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(lái)的集散式，在到今天的開(kāi)放式，這些技術(shù)都在不停推動(dòng)著樓宇自控這個(gè)行業(yè)。其中當(dāng)今最流行開(kāi)放協(xié)議為L(zhǎng)onWorks和BACnet技術(shù)，本人詳細(xì)分析了這兩種協(xié)議的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。
　　關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)開(kāi)放協(xié)議LonWorksBACnet
　　一．    前言
　　樓宇自動(dòng)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(wèn)世以來(lái)經(jīng)歷幾次產(chǎn)業(yè)革命。主要原因是樓宇自動(dòng)控制是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一部分，所以隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，給樓宇自動(dòng)控制也帶來(lái)不斷發(fā)展。下面我們看看樓宇自動(dòng)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(jì)50年代末期開(kāi)始，計(jì)算機(jī)技術(shù)引入控制領(lǐng)域，他出現(xiàn)了第一代計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)，既是集中式控制系統(tǒng)，主要特點(diǎn)是：由一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成整個(gè)被控對(duì)象的全部控制系統(tǒng)的所有監(jiān)控與控制任務(wù)開(kāi)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(dòng)控制系統(tǒng)但這種控制系統(tǒng)存在著大量的問(wèn)題，需要敷設(shè)大量的管線到控制中心，同時(shí)所有的控制計(jì)算都集中在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，可靠性非常差，一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題會(huì)造成整個(gè)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(dòng)控制系統(tǒng)與絕大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)一樣，開(kāi)始由原來(lái)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(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)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(kāi)放，使得各家現(xiàn)場(chǎng)控制器不能互通。
　　第三代：開(kāi)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(shí)具有開(kāi)放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)成為用戶的迫切需求。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：管理層（中央站）、現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)層（現(xiàn)場(chǎng)控制器）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的開(kāi)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(dòng)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(shí)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(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)，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(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)必須是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)。在目前智能建筑領(lǐng)域，應(yīng)用較多的開(kāi)放系統(tǒng)技術(shù)有BACnet標(biāo)準(zhǔn)和LonWorks技術(shù)等。在建筑自動(dòng)化開(kāi)放系統(tǒng)中，它們各自發(fā)揮著各自的長(zhǎng)處，既為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，又是合作伙伴；它們各自揚(yáng)長(zhǎng)避短，共同促進(jìn)著建筑自動(dòng)化開(kāi)放系統(tǒng)的集成技術(shù)的發(fā)展。下面我們主要來(lái)研究下這兩種開(kāi)放協(xié)議的特點(diǎn)和在實(shí)際中的應(yīng)用。
　　在說(shuō)這兩種協(xié)議前，我們首先要弄清楚一個(gè)概念，那就是什么是開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線。開(kāi)放技術(shù)是指那種能為任何制造商使用的設(shè)備開(kāi)發(fā)、制造技術(shù)，設(shè)備可以是個(gè)別的開(kāi)放技術(shù)產(chǎn)品，如一臺(tái)控制器，也可以是作為開(kāi)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�(gè)單獨(dú)系統(tǒng)內(nèi)(如：暖通空調(diào)系統(tǒng))或者跨越多個(gè)系統(tǒng)(如：暖通空調(diào)系統(tǒng)和安全防范系統(tǒng)之問(wèn))，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(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，就能實(shí)現(xiàn)信息共享。
　　三．LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線
　　LonWorks技術(shù)開(kāi)始于1988年，美國(guó)Echelon公司提出的，開(kāi)發(fā)此協(xié)議的目標(biāo)是實(shí)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(shí)現(xiàn)互操作功能。同時(shí)LON的網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)對(duì)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(fēng)險(xiǎn)。其整個(gè)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(biāo)準(zhǔn))；
　　專(zhuān)用硬件-------NeuronChip,Transceiver,i.Lon以及網(wǎng)絡(luò)接口和路由器等；
　　專(zhuān)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(zhuān)用硬件和專(zhuān)用軟件工具屬于技術(shù)開(kāi)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(rèn)證的內(nèi)容。
　　Lontalk通信協(xié)議是LonWorks技術(shù)的核心，原為封閉專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)，1996年以前是通過(guò)NeuronChip專(zhuān)利硬件芯片向外銷(xiāo)售該協(xié)議的固件實(shí)現(xiàn)版本。現(xiàn)在該協(xié)議已開(kāi)放在全球工程文檔中心可以購(gòu)買(mǎi)，但是要將該協(xié)議應(yīng)用于商業(yè)活動(dòng)還必須與Echelon公司簽訂“協(xié)議專(zhuān)利許可授權(quán)書(shū)”。以避免他人對(duì)協(xié)議的修改，從而保持公司對(duì)該協(xié)議的專(zhuān)利技術(shù)的絕對(duì)控制。Lontalk通信協(xié)議是對(duì)等自控網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。其組成內(nèi)容分為文字說(shuō)明和基于MotoralaMC68360處理器的C程序參考實(shí)現(xiàn)代碼兩部分。前者是協(xié)議的解釋性說(shuō)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(duì)應(yīng)為：
　　第一層物理層，物理層主要現(xiàn)實(shí)的是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的電器信號(hào)互聯(lián)，以保證節(jié)點(diǎn)間位信息的正確傳輸。在LONWORKS網(wǎng)絡(luò)中可以支持多種類(lèi)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(lèi)型，然后通過(guò)路由器把不同的網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。
　　第二層數(shù)據(jù)鏈路層主要是實(shí)現(xiàn)通信介質(zhì)的訪問(wèn)控制（MAC）、幀結(jié)構(gòu)處理以及幀錯(cuò)誤檢測(cè)等，其**質(zhì)訪問(wèn)控制功能由數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層協(xié)議實(shí)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(guò)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(lái)，網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)中包括：域、子網(wǎng)、節(jié)點(diǎn)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(méi)有地址識(shí)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(shí)別功能，還有一個(gè)主要的功能就是路由功能，路由器根據(jù)其路由表將報(bào)文從一個(gè)子網(wǎng)發(fā)到與之連接的另一個(gè)子網(wǎng)，當(dāng)進(jìn)行全局范圍的廣播時(shí)，路由器將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給所有的目標(biāo)子網(wǎng)。
　　第四層傳輸層在LONWORKS網(wǎng)絡(luò)中可分為三個(gè)子層，事務(wù)控制層的功能主要是控制報(bào)文的傳輸順序和重復(fù)報(bào)文的檢測(cè)，認(rèn)證子層是提供請(qǐng)求和相應(yīng)的認(rèn)證功能；傳輸層是為應(yīng)用層提供可靠的報(bào)文傳輸。
　　第五層會(huì)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(bào)文重復(fù)檢測(cè)。
　　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(jiǎn)化了底層的工作，使設(shè)計(jì)和應(yīng)用更容易。
　　第七層應(yīng)用層中則可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變量報(bào)文傳輸服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)變量別名，通用應(yīng)用報(bào)文傳輸服務(wù)允許應(yīng)用層構(gòu)造任意類(lèi)型的報(bào)文。網(wǎng)絡(luò)管理和診斷報(bào)文服務(wù)。
　　以上是LONWORKS網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)ISO\OSI標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)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(shí)際上都是通過(guò)NeuronChip芯片來(lái)完成的，

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