摘要： LonWorks是新一代高速控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以其開放、靈活等特點成為樓宇自控系統(tǒng)的最佳選擇。本文對LonWorks 控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在樓宇自控系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行深入的解析，并提示系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)注意的幾個問題。
自90年代初美國Echelon公司開發(fā)出第一片Neuron芯片以來，LonWorks 控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)滲透到了控制領(lǐng)域的每一個角落。LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)擺脫了獨享控制方案和中心控制系統(tǒng)。作為一項革命性的控制系統(tǒng)，LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以其開放性、靈活性、低成本、開發(fā)迅速的特點在樓宇自動化、工業(yè)自動化和家庭自動化等方面取得了令人矚目的成績。
一、 采用LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢
在傳統(tǒng)的集中控制系統(tǒng)中，遠(yuǎn)端傳感器向中心控制器提供反饋信號，每個系統(tǒng)都有自己的I/O及處理過程，這樣造成開發(fā)、安裝、調(diào)試復(fù)雜、成本高、擴(kuò)展性差。系統(tǒng)設(shè)計師大量的精力用在傳遞線路和通訊方面。
LonWorks 控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)擁有諸多優(yōu)點，集中體現(xiàn)在以下幾個方面：
1、系統(tǒng)具有開放性和互操作性。
LonWorks 網(wǎng)絡(luò)由節(jié)點（即智能控制器、智能儀表、智能設(shè)備終端等﹚通過固化在內(nèi)部的符合OSI七層參考模型的LONTALK 網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議互聯(lián)，組成“Peer to Peer”對等網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)人員只需將主要精力花在系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計方面，而不需要專門去實現(xiàn)和測試傳輸線路和通訊系統(tǒng)。
2、真正的分布式控制。
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點靠近現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，每個節(jié)點都能完成控制和通訊功能，部分節(jié)點故障不會造成系統(tǒng)癱瘓，可多個監(jiān)控工作站可隨意安裝在網(wǎng)絡(luò)的任何位置，并且位置也可以隨時變換，監(jiān)控工作站之間功能完全對等，也可以定義成不同級別。這些特點對系統(tǒng)的調(diào)試、維護(hù)和穩(wěn)定性都有著重要的意義。
3、系統(tǒng)組態(tài)靈活、開發(fā)周期短、應(yīng)用媒體范圍廣泛。
采用不同類型的收發(fā)器，系統(tǒng)可利用雙絞線、光纜、同軸電纜、電力線、無線、紅外線等多種媒體進(jìn)行信號傳輸；根據(jù)傳輸距離的遠(yuǎn)近、傳輸速度和現(xiàn)場設(shè)備等具體要求組成星型、環(huán)型、自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或總線型等結(jié)構(gòu)，這些都給系統(tǒng)設(shè)計和維護(hù)升級改造帶來極大的方便。
二、BAS系統(tǒng)構(gòu)成綜述
BAS樓宇自動化系統(tǒng)完全遵守 LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議-- LONTALK,充分利用了LonWorks技術(shù)的控制和通訊功能，其網(wǎng)絡(luò)組成包括：
智能節(jié)點
網(wǎng)絡(luò)接口及連接設(shè)備
人機(jī)界面操作站
1． 智能節(jié)點
智能節(jié)點是最靠近現(xiàn)場設(shè)備的控制器，可與傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，通過數(shù)字量、模擬量的輸入/輸出，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、接收、發(fā)送指令。由Echelon 公司提供的收發(fā)器包括:TP/XF-78、TP/XF-1250雙絞線總線型，TP/FTT-10A自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)雙絞線型，PLC-10動力線型等可組成相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
智能節(jié)點提供的監(jiān)控功能包括數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出以及標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)時鐘等。
系統(tǒng)底層應(yīng)用程序?qū)懭牍?jié)點的存儲器中，每個節(jié)點不但可以獨立完成采集與控制指令，還可以與其他節(jié)點進(jìn)行對等網(wǎng)絡(luò)通訊。
2．網(wǎng)絡(luò)接口及連接設(shè)備
網(wǎng)絡(luò)接口適配器是操作站與網(wǎng)絡(luò)之間的通訊設(shè)備，采用LONTALK 通訊協(xié)議進(jìn)行通訊。PCLTA (PC LonTalk Adapter)是一種ISA 插卡，插入PC 機(jī)后即可與LonWorks 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。SLTA/2 和SLTA-10A (Serial LonTalk Adapter) 是EIA-232 串口適配器，通過標(biāo)準(zhǔn)串口與網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)。
網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備主要是指路由器，用于連接不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或不同通訊媒體的子網(wǎng)或信道，LonWorks 路由器由兩個模塊組成，分別連接兩個通訊信道，有了LonWorks 路由器就可以將成千上萬的節(jié)點安裝到網(wǎng)絡(luò)上。
3.人機(jī)界面操作站
不同于以往的集中控制系統(tǒng)中心，LonWorks系統(tǒng)操作站并不是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換的中心，而只是操作人員對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)視與控制的界面，主要完成系統(tǒng)監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)管理功能。網(wǎng)絡(luò)管理功能包括設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)、選擇監(jiān)控方式、定義和更換節(jié)點等，監(jiān)控功能包括監(jiān)視系統(tǒng)運行狀態(tài)、監(jiān)視系統(tǒng)故障報警、控制設(shè)備啟停或閥門開啟度等。
三、 BAS樓宇自動化系統(tǒng)監(jiān)控對象及功能
BAS樓宇自動化系統(tǒng)能夠?qū)ΜF(xiàn)代化建筑進(jìn)行全面、靈活、可靠的監(jiān)控，主要包括對中央空調(diào)系統(tǒng)、冷量計費系統(tǒng)、鍋爐/熱交換系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、照明燈光系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、防盜保安系統(tǒng)等的監(jiān)控。各子系統(tǒng)既可獨立運作又可統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，使整個建筑物內(nèi)的機(jī)電設(shè)備能高效、安全、可靠地運行。
1． 中央空調(diào)系統(tǒng)
* 監(jiān)視冷水機(jī)組運行狀態(tài)
* 按照規(guī)定的順序遠(yuǎn)程/自動控制機(jī)組啟停
開機(jī)順序為：冷卻塔閥門-冷卻水蝶閥-冷卻水泵-冷凍水蝶閥-冷凍水泵-冷水機(jī)組 （冷卻塔風(fēng)機(jī)隨溫度調(diào)節(jié)）關(guān)機(jī)順序相反
* 冷凍/冷卻電動蝶閥開啟、閉合控制及閥位狀態(tài)顯示。
* 冷凍/冷卻水泵啟停控制及故障報警。
* 冷凍/冷卻水進(jìn)出水流量、溫度、壓力等參數(shù)的采集和記錄。
* 根據(jù)實際冷負(fù)荷實時調(diào)節(jié)冷水機(jī)組開啟臺數(shù)及對冷凍水泵進(jìn)行變頻調(diào)速控制以節(jié)約能源。
* 新風(fēng)及環(huán)境溫度、濕度監(jiān)測。
* 對新風(fēng)機(jī)、空氣處理機(jī)、送/排風(fēng)機(jī)啟停控制，比例調(diào)節(jié)閥開度控制和閥位狀態(tài)顯示。
* 與消防系統(tǒng)配合，發(fā)生火災(zāi)時開啟送/排風(fēng)機(jī)。
* 對以上設(shè)備可按預(yù)先制訂的時間表自動啟停。
* 根據(jù)冷卻塔出水溫度實時控制冷卻塔風(fēng)機(jī)啟停。
2. 冷量計費系統(tǒng)
* 記錄風(fēng)機(jī)盤管電磁閥累計開啟時間。
* 記錄空氣處理機(jī)比例調(diào)節(jié)閥流過冷凍水的累計流量。
* 統(tǒng)計、打印中央空調(diào)冷量收費單。
3． 鍋爐/熱交換系統(tǒng)
* 鍋爐蒸汽溫度、壓力監(jiān)測。
* 減壓后鍋爐蒸汽溫度、壓力監(jiān)測。
* 熱交換器工作狀態(tài)監(jiān)測。
* 熱交換器供回水溫度、流量、壓力監(jiān)測。
* 控制供熱水泵啟停和狀態(tài)監(jiān)測。
4. 變配電系統(tǒng)
* 變壓器溫度監(jiān)測及報警。
* 配電柜內(nèi)電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等監(jiān)測及報警。
* 開關(guān)柜各支路的開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測、繼電器保護(hù)狀態(tài)監(jiān)測。
* 發(fā)電機(jī)組工作狀態(tài)監(jiān)測、油溫超溫報警等。
5． 給排水系統(tǒng)
* 給水泵自動輪換啟動、狀態(tài)監(jiān)測和故障報警。
* 系統(tǒng)壓力、液位、流量監(jiān)測。
6． 照明系統(tǒng)
* 根據(jù)功能要求的不同進(jìn)行區(qū)域照明開關(guān)及照度控制
* 根據(jù)預(yù)訂的時間表分區(qū)控制照明燈啟停。
* 根據(jù)環(huán)境照度調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)照度。
7．電梯系統(tǒng)
* 監(jiān)視電梯運行狀態(tài)。
* 監(jiān)視電梯所在樓層。
* 與消防系統(tǒng)聯(lián)動強(qiáng)行控制電梯啟停
8． 防盜保安系統(tǒng)
* 通過網(wǎng)絡(luò)接口與其他子系統(tǒng)互聯(lián)。
* 對報警信號進(jìn)行電子地圖快速定位，
BAS系統(tǒng)操作界面軟件
全中文動態(tài)圖形化操作界面，操作非常容易，按照界面上的中文提示，就可完成大部分的操作工作。其主要功能有：
1．對各子系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行全面的監(jiān)測和控制
系統(tǒng)應(yīng)用程序和基本參數(shù)保存在智能節(jié)點的存儲器內(nèi)，節(jié)點掉電也不會丟失，智能節(jié)點能獨立完成數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制功能。操作界面則可讓操作者直接進(jìn)行控制。
1） 在圖形操作界面上可進(jìn)入各子系統(tǒng)界面。
2） 在圖形操作界面上動態(tài)實時顯示設(shè)備工作狀態(tài)、系統(tǒng)參數(shù)（包括冷凍/冷卻水供/回水溫度、壓力、流量、閥門開啟度、一氧化碳含量等）。其中，中央空調(diào)子系統(tǒng)的冷源系統(tǒng)界面將全部相關(guān)設(shè)備在一屏內(nèi)同時顯示，使操作者能縱觀全局，防止錯誤操作，避免了頻繁轉(zhuǎn)換菜單。
3） 利用圖形化按鈕對設(shè)備進(jìn)行控制。
4） 利用圖形和聲音報警方式報告設(shè)備運行故障。
2．系統(tǒng)初始化及參數(shù)設(shè)定首次使用本系統(tǒng)時進(jìn)行初始化。
1） 增減操作員、修改密碼。
2） 定義操作者權(quán)限，限定相應(yīng)級別操作員的操作范圍。
3） 增減系統(tǒng)功能模塊。
4） 設(shè)定設(shè)備啟停時間表。
5） 設(shè)定冷卻塔溫度調(diào)節(jié)范圍。
6） 設(shè)定變頻器調(diào)速參數(shù)。
7） 對冷量計費系統(tǒng)可設(shè)定不同時間段應(yīng)收的費率。
3．歷史記錄的查詢、統(tǒng)計、分析
1） 定時自動采集記錄
- 冷凍水的供/回水溫度、流量、壓力值。
- 冷卻水的供/回水溫度、流量、壓力值。
- 新風(fēng)/送風(fēng)/回風(fēng)溫度。
- 鍋爐/熱交換器的蒸汽溫度、壓力值。
- 變配電系統(tǒng)的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等。
- 給排水系統(tǒng)的壓力、流量、液位等。
2）故障報警自動記錄
- 冷水機(jī)組、冷凍/冷卻水泵等故障。
- 冷凍/冷卻水超溫、超壓報警。
- 新風(fēng)機(jī)、風(fēng)柜等濾網(wǎng)堵塞報警。
- 鍋爐蒸汽超溫、超壓報警。
- 配電系統(tǒng)過載、超溫報警。
- 電梯故障報警。
- 給排水水位報警。
- 防盜保安觸發(fā)報警。
對以上報警信息可詳細(xì)記錄故障種類、發(fā)生時間、解決時間等。
3） 歷史記錄的條件查詢、統(tǒng)計和打印報表。
- 用文字、圖表等方式方便用戶查閱
- 取代以前手工記錄、查找的煩瑣工作。
- 在需要時可將記錄內(nèi)容報表打印成文件。
四、 設(shè)計基于LonWorks技術(shù)的樓宇自控系統(tǒng)應(yīng)注意的幾個問題
1． 應(yīng)充分利用LonWorks網(wǎng)絡(luò)技術(shù)真正分布式的特點，盡量將節(jié)點分散安排在靠近現(xiàn)場設(shè)備的位置，以減少布線工作量和提高傳輸?shù)目煽啃浴?/SPAN>
2． 從底層軟件設(shè)計角度出發(fā)，應(yīng)盡量將某一設(shè)備的控制點與與之相對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集點安排在同一節(jié)點上，目的是減少網(wǎng)絡(luò)變量在網(wǎng)上的傳輸量，減少不必要的信息丟失，提高傳輸?shù)目煽啃裕瑫r也可以簡化程序設(shè)計的復(fù)雜性。 例如，某臺冷卻塔的啟停控制是由該冷卻塔出水溫度的高低決定的，那么在可能的情況下就應(yīng)盡量將該溫度采集點與該冷卻塔的啟停控制點安排在同一個節(jié)點上。
3． 整個系統(tǒng)的智能節(jié)點應(yīng)盡量采用集中供電方式。減少因部分節(jié)點掉電引起的系統(tǒng)參數(shù)不一致的機(jī)會。
4． 應(yīng)采用新型號的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，盡量不要用已經(jīng)過時的產(chǎn)品，且產(chǎn)品之間要注意配套。例如Lonworks TP/XF78K 、TP/XF125K 模塊現(xiàn)在已經(jīng)基本不生產(chǎn)了，代替它們的是FTT-10A 模塊，相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口由原來的SLTA/2 更新為 SLTA-10 .
5． 應(yīng)特別注意一次元件的安裝質(zhì)量，這往往不被人重視但又經(jīng)常是系統(tǒng)缺陷的重要原因。例如，流量計的安裝要求前后有一定長度的直管距離，如果不能保證，則所測出的流量很可能就不準(zhǔn)確。又比如水流開關(guān)的安裝螺紋套管管徑應(yīng)足夠大才能保證葉片自由擺動的角度足夠使觸點接觸。
