LONWORKS系统的应用现状

 严迪化 上海希比环境控制有限公司
摘要：本文主要介绍了常见各类LONWORKS系统互联性的差别及其产生原因，讨论了LONWORKS系统作为现场总线与管理总线的连接方式、网络结构及其适用范围。

关键词：现场总线 LONWORKS、管理总线、以太网、通讯接口、网络连接控制器 

    近年来，自控界热衷于现场总线系统，几乎西方各大自控厂商都在力推各自推崇的现场总线系统。这种百花各放的现状跟当初想利用一种或为数不多的几种现场总线规范自控系统的初衷显然是差距甚远。在楼宇自控领域内，最引人瞩目的当数Echelon公司推出的LONWORKS总线。由于LONWORKS总线开发系统配置齐全，即插即用互联方便，开发厂商人多势众，实际应用已成燎原之势。但也由于厂商众多，技术应用层次不同，缺乏严格的规范约束。尽管都自称LONWORKS系统，但实际差别甚大。Echelon公司所推出的LONWORKS技术实际是一整套可供自控系统厂商二次开发的技术平台。而自控系统厂商在二次开发过程中应用LONWORKS技术的程度不同，所提供的系统互联性能也就截然不同，目前常见的所谓LONWORKS系统按互联性大致可分为三类：


 1 采用部分LONWORKS器件的系统。这类系统通常仅在现场总线通讯端口的物理层采用LONWORKS技术，如采用FTT－10收发器、TP／XT－10、TP／XF－78网络接口等，所以这类系统可与其它LONWORKS系统共享同一条总线，即DDC可挂在一条总线上。而实际上却只能与本系统的设备通讯，根本不具备LONWORKS互联性，这类系统多数不具备点对点通讯功能，而采用主从令牌网方式实现系统呼应。


 2 采用LONWORKS开发系统的非LONMARK产品。这类系统通常全套采用了LONWORKS开发平台，而未采用LONMARK协会规定的网络变量来定义DDC间的通讯，这类系统由于完全采用了LONTALK协议，通常采用自定义用户包进行数据通讯，系统现场总线的通讯效率高，DDC功能强，LONWORKS技术所有技术特征除互联性外几乎均能得到充分体现，但由于其网络传输变量的非标准化，使这类系统在互联性上大打折扣，其不符LONMARK规定的网络变量只能在本系统内传输，外系统是无法正确接收的。


 3 完全符合LONMARK规约的产品。由于LONWORKS网络技术的高速发展，及厂商大量介入LONMARK领域进行二次开发，如今，即使完全符合LONMARK规约的产品，其互联性也不敢说完全地实现。目前，LONWORKS系统的DDC基础编程软件为Visual Control，Lonbuilder，Neuron C，Visio等，由于各厂商的DDC编程工具不同，DDC通讯连接表征文件也不尽相同，时有个别类别的网络变量在异系统中无法调用。当然这类问题通过修改连接表征文件或网络变量的表达方式，一般还是能够解决互联性问题的。
    LONWORKS系统要有效工作，除了DDC之间的互联性外，系统网络组网方式也很重要，特别是LONWORKS现场总线与上一级高速――网络管理总线之间的连接，是LONWORKS系统应用中的关键问题。LONWORKS作为控制系统的现场总线，其大量现场数据需要通过上一级高速网络――管理总线来传送，以解决整个系统的响应速度以及与管理总线（一般是以太网）之间的数据交换和共享。由于参与LONWORKS开发的厂商众多，侧重各自不同，所以组网方式也呈现出多样化。

① 通过计算机插LONWORKS通讯卡直接构网
    这种方式构网比较容易，有多种软硬件设备可选，系统成本较低。但由于高低速两网之间数据传输只有通过计算机实现，即使是使用工控机，由于操作系统是常规的市售软件，系统的软硬件结构可靠性较低。这种结构网络有单机型及网络型两种，一般网络型的人机操作界面需配置实时专用数据库，以解决网络中数据存放及共享与数据实时性之间的矛盾。此类构网方式常见于小规模LONWORKS系统。

② 通过网关设备连接构网
    这种模式目前为Echelon公司主推的构网模式，其又可分为网桥连接和路由器连接两
种。
（1） 网桥连接。其高速网络与低速网络都运行LONTALK协议，网桥不具备通讯协
议转换功能，仅对通讯数据包的长短、通讯波特率等作一些变化，经适应高低速两网不同的通讯需求，其高速网为1.25Mbps，低速网常规为78.8k。
（2） 路由器连接。其高速网络一般为10至100兆的以太网，运行TCP／IP协议，而
低速网络为78.8kbps的标准LONWORKS现场网络，路由器具有协议双向转换功能。
这种模式特点是网关设备仅有通讯连接功能，而没有数据暂存，数据处理及网关设备间点对点自主通讯功能，网关设备对高低速两种网来讲都是“透明”的，即在控制过程中无自主功能，从而加重了高速网上的人机界面工作站及实时数据库的负担。所以，这类网络只也不宜规模过大。

③ 用网络连接控制器连接构网
    LONWORKS网络以无主式点对点通讯方式运行，网络中DDC之间可以直接自主进行数据通讯而不需要如主从令牌网中的网络控制器来安排网络中的数据交换。然而，由于LONWORKS的DDC一般由3150或3120神经元芯片作处理器，内存等资源有限，运算速度也不高，实际运行中常需在网络中运算功能强大的重任务控制器。另外，为提高系统的实时性，必须在网络中分布式配置实时关系型数据库。再加上为沟通高低速两层网络的数据信息交换，所以配置具有网络通讯协议转换、分布式实时数据库、高速复杂运算功能的网络连接控制器是提高LONWORKS现场总线网络性能所必需的，特别是对于在大型控制网络中应用LONWORKS技术，则使用网络连接控制器的数量是网络性能配置的重要标志，也是目前各大厂商竞相开发这类产品的原因。用网络连接控制器构网的LONWORKS系统，特别是规模较大的系统，其实时性、可靠性、互联性等多方面性能，均明显优于前两类系统。

④ 利用可编程通讯接口模块将LONWORKS系统接入DCS系统
    这里所谓可编程通讯接口模块，是指专门用于LONWORKS网络与其它类型总线的通讯接口模块，用于LONWORKS系统与其它非LONWORKS系统的异协议双向数据通讯，这类通讯模块不仅具有协议转换功能，并都带有可编程可二次开发功能，这对于当前应用LONWORKS系统具有非常重要的实际意义，目前许多重要机电设备及子系统，都带有自成体系的独立专用控制系统，如要与LONWORKS系统整合成一个完整的控制系统，通讯接口模块是必不可少的。而对于非开放的DCS系统，在不放弃原有产品的前提下，使系统部分总线纳入LONWORKS网络使用可编程通讯接口是最常见的技术方案。
    近两年来，我们南到深圳、北至北京，在十余个项目中成功地应用了LONWORKS系统。项目小到几十个DDC、近千个网络变量，大到近2千个DDC、2万余个网络变量。目前项目都已通过验收或正处于试运行期中。LONWORKS技术在楼宇自控系统中的应用，其技术上的优势是显而易见的：
① 直接互联性。不同品牌、功能的DDC组成一个统一的控制网络协同工作。
② 自主通讯。数个小规模DDC分布式布置，联合运行，在功能完全替代了单CPU多
I／O点的中大型DDC。
③ 网络结构多样化，易于适应用户的不同需求。
④ 系统响应速度。在合理配置网络设备和选择合理的网络结构的前提下，LONWORKS系统的响
应速度和数据传输率都是较高的。
    作为现场总线的一种，LONWORKS也与其它种类的现场总线类似，数据结构、通讯顺序复杂，传输数据量庞大，对硬件资源配置需求高，虽然系统开发较易入门，但随着技术介入深度加大，专用的软件的购置费用许可证及技术专利等知识产权相关费用也随之上升。
    纵观十几年来，我国智能化大厦领域发展迅速，但这决不是中国品牌的成功，目前洋品牌百家争鸣，洋系统百舸争流，中国人在其中连具有知识产权的产品实在是凤毛麟角。实际不仅如此，在整个自控界，国产品牌、产品不断萎缩，个中缘由自然众多，但在通讯总线范畴内没有一个国家标准，是很重要的原因，致使众多厂家研究机构跟在洋货后面乱追，低水平重复开发，错过了许多发展良机，空耗了大量宝贵的资源。
    进入21世纪，我们正面临着新一轮新技术发展的浪潮。我国拥有庞大的专业技术队伍，市场潜力巨大，在向基础微电子行业进行大量投资的同时，充分发挥社会制度的优势，集中专业力量重点面向现场总线领域投入，完全具备在这次机遇中崭露头角的条件，做出比LONWORKS更好的总线系统，由此带动一批企业，重振中国自控行业的雄风。