引言
    
    隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，人們對生活辦公條件要求越來(lái)越高，小區監控/智能樓宇自控系統成為了目前的發(fā)展方向。傳統的工業(yè)控制系統以其高可靠性穩定性逐漸得到民用行業(yè)的首肯。網(wǎng)絡(luò )成為了人們日常生活中不可缺少的一部分，而工業(yè)控制系統的網(wǎng)絡(luò )拓展功能也在樓宇控制中得到越來(lái)越廣泛的應用。本文介紹傳統工業(yè)控制系統中常用的PLC在樓宇控制中的應用。
    美國Echelon公司于1991年提出了LonWorks(Local Operating Networks,局部操作網(wǎng)絡(luò )）網(wǎng)絡(luò ),簡(jiǎn)稱(chēng)L0N網(wǎng),它標志著(zhù)控制系統網(wǎng)絡(luò )的新紀元。LonWorks是一種完整的、全開(kāi)放的、可互操作的、成熟的和低成本的分布式控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù),眾多的制造廠(chǎng)和用戶(hù)紛紛在其控制網(wǎng)絡(luò )方案中采用LonWorks技術(shù)。到目前為止,全世界已有2500多家公司利用 LonWorks技術(shù)生產(chǎn)各種各樣的LonWorks產(chǎn)品,以滿(mǎn)足現代化樓宇、工廠(chǎng)、交通運輸系統、城市基礎設施(水、電、氣等)、家庭等環(huán)境自動(dòng)化系統的分布式控制網(wǎng)絡(luò )要求。在1995年,LonWorks控制網(wǎng)絡(luò )被美國確定為樓宇自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò )標準的一部份。目前,世界大的樓宇控制公司,如霍尼維爾、安德沃、西比、江森、蘭吉爾、薩切維爾等都正在采用LonWorks技術(shù)改造產(chǎn)品,已形成世界技術(shù)潮流。前期LONWORKS產(chǎn)品的市場(chǎng)開(kāi)拓過(guò)分集中于和傳統的PLC/IPC現場(chǎng)總線(xiàn)的競爭。然而，在Profibus、Interbus、CAN總線(xiàn)盛行的工業(yè)環(huán)境中，顯然沒(méi)有很強的競爭能力。因此，LONWORKS轉而在樓宇以及一些孤立的工業(yè)現場(chǎng)（例如染色機）取得了巨大進(jìn)展。許多工程實(shí)例表明：通過(guò)精心設計，大樓可以只裝備單獨的一個(gè) LONWORKS網(wǎng)絡(luò )，使得HVAC（供熱、通風(fēng)和制冷）、電力照明、陽(yáng)光屏蔽和安全功能以及開(kāi)放式控制設備能在網(wǎng)絡(luò )上互操作。

圖一 LONWORKS的網(wǎng)絡(luò )圖示
     與之相反，LONWORKS在工業(yè)現場(chǎng)的應用前景并沒(méi)有得到大家的認可，自身也遇到很多的困難。原因就是大家對分布式智能控制的原理接受不足。然而，LONWORKS以其出色的穩定性以及靈活的自由拓撲布線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)先于基于RS485的傳統現場(chǎng)通訊布線(xiàn)技術(shù)。LONWORKS能夠巧妙而經(jīng)濟地滿(mǎn)足特殊要求。能夠以功能簡(jiǎn)表的形式為開(kāi)發(fā)商提供解決方案的基礎。對許多設備諸如發(fā)動(dòng)機、泵、變頻器、PLC、閥門(mén)、傳感器等都有功能簡(jiǎn)表。
    
     由于LONWORKS在工業(yè)現場(chǎng)的應用前景并沒(méi)有得到大家的認可，轉而在樓宇自控行業(yè)得到很大的發(fā)展。而對于樓宇自控中的機電設備的控制，LONWORKS并沒(méi)有大的優(yōu)勢，這反而是傳統的PLC/IPC的天下。PLC/IPC以其通用性、可靠性以及低廉的成本優(yōu)勢牢牢地占據著(zhù)傳統的產(chǎn)業(yè)機械/工業(yè)設備控制的根據地。這也是LONWORKS在多年來(lái)與PLC/IPC競爭工業(yè)現場(chǎng)后無(wú)法得到很大發(fā)展的原因。然而，畢竟LONWORKS以其對等設計和智能分布式現場(chǎng)設備在技術(shù)上領(lǐng)先今天的工業(yè)自動(dòng)化系統（PLC/IPC現場(chǎng)總線(xiàn)）整整一代。隨著(zhù)工業(yè)自動(dòng)化以及網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，對傳統PLC的網(wǎng)絡(luò )要求也越來(lái)越高，工業(yè)以太網(wǎng)這個(gè)新鮮名詞也隨之出現。而且也有了取代現場(chǎng)總線(xiàn)的趨勢。
     雖然組建控制網(wǎng)絡(luò )的方法有很多，但是對于自動(dòng)化控制而言，平坦的、對等式（P2P）體系結構是最好的。P2P體系結構和其它任何一種分級的體系結構相比，不再具有分級體系結構與生俱來(lái)的單點(diǎn)故障。在傳統的體系結構中，來(lái)自某一個(gè)設備的信息要傳遞給目標設備，必須先傳送到中央設備或者網(wǎng)關(guān)。因此，每?jì)蓚€(gè)非中央設備之間的通信包括了一個(gè)額外的步驟，或者說(shuō)增加了故障的可能性。P2P體系結構的設計相比之下，它允許兩個(gè)設備之間直接通信，這避免了中央控制器的故障可能性，并且排除了瓶頸效應。此外，在P2P設計中，設備的故障更多的可能是只影響到一個(gè)設備，而不象非平坦的、非對等式體系結構中潛在的影響到許多設備。由圖2 可以看出通過(guò)監控的傳統的主從通訊網(wǎng)絡(luò )與P2P體系通訊網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)劣。
                

圖2  網(wǎng)絡(luò )組織對比圖
    
     LonWorks網(wǎng)絡(luò )中設備的通信是采用一種稱(chēng)為L(cháng)onTalk的網(wǎng)絡(luò )標準語(yǔ)言實(shí)現的。LonTalk協(xié)議由各種允許網(wǎng)絡(luò )上不同設備彼此間智能通信的底層協(xié)議組成。 LonTalk協(xié)議提供的通信服務(wù)，使得設備中的應用程序能夠在網(wǎng)絡(luò )上同其他設備發(fā)送和接收報文而無(wú)需知道網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構或者網(wǎng)絡(luò )的名稱(chēng)、地址，或其他設備的功能。LonWorks協(xié)議能夠有選擇地提供端到端的報文確認、報文證實(shí)和優(yōu)先級發(fā)送，以提供規定受限制的事務(wù)處理次數。對網(wǎng)絡(luò )管理服務(wù)的支持使得遠程網(wǎng)絡(luò )管理工具能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò )和其他設備相互作用，這包括網(wǎng)絡(luò )地址和參數的重新配置、下載應用程序、報告網(wǎng)絡(luò )問(wèn)題和啟動(dòng)/停止/復位設備的應用程序。 LonTalk——也就是LonWorks系統——可以在任何物理媒介上通信，這包括電力線(xiàn)，雙絞線(xiàn)，無(wú)線(xiàn)（RF），紅外（IR），同軸電纜和光纖。
    
     而所謂互操作性意味著(zhù)每個(gè)網(wǎng)絡(luò )中的裝置能夠根據自己需要發(fā)布的信息變成數字式串行數據通過(guò)網(wǎng)絡(luò )直接到達另一個(gè)裝置。數據轉移通常涉及一個(gè)信息發(fā)送者，一個(gè)或一個(gè)以上的接收者。發(fā)送者和接收者之間一定要有某種形式的連接，數據才能以一連串的開(kāi)--關(guān)狀態(tài)轉移。所有連接到某一特定信道的裝置必須有同一速率運行的兼容收發(fā)器，如此才能夠達到互操作的目的。但是可互操作的網(wǎng)絡(luò )并不是傳統的主從式通訊網(wǎng)絡(luò )（點(diǎn)對點(diǎn)）可以達到的，網(wǎng)絡(luò )裝置間串行數據的轉移要求一套通訊協(xié)議，協(xié)議通常以嵌入軟件或固件代碼形式存在于每個(gè)網(wǎng)絡(luò )裝置中。包含這個(gè)協(xié)議代碼和某種類(lèi)型的操作智能的裝置稱(chēng)之為網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。它包括一片Neuron神經(jīng)芯片、傳感和控制設備、收發(fā)器(用于建立Neuron芯片與傳輸之間的物理連接)和電源。
    
     LonTalk通訊協(xié)議是LONWORKS技術(shù)的核心，該協(xié)議提供一套通信服務(wù)，使裝置中的應用程序能在網(wǎng)上對其他裝置發(fā)送和接收報文而無(wú)須知道網(wǎng)絡(luò )拓撲、名稱(chēng)、地址或其他裝置的功能。LONTALK協(xié)議能夠有選擇地提供端到端的報文確認、報文證實(shí)、優(yōu)先級發(fā)送以便設定事物處理時(shí)間。它是一個(gè)分層的以數據包為基礎的對等的通信協(xié)議，象有關(guān)的以太網(wǎng)和因特網(wǎng)協(xié)議一樣。但是，LONTALK協(xié)議設計用于控制系統而不是數據處理系統的特定的要求。每個(gè)數據包由可變數目的字節構成，長(cháng)度不定，并且包含應用層的信息以及尋址和其他信息。信道上的每個(gè)裝置監視在信道上傳輸的每個(gè)數據包以確定自己是否收信人。若是，則處理以判明是否包含本節點(diǎn)應用程序所需的信息或者它是否是個(gè)網(wǎng)絡(luò )管理數據包。LonTa1k協(xié)議是直接面向對象的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議,即,通過(guò)網(wǎng)絡(luò )變量實(shí)現網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)間的聯(lián)結。當定義為輸出的網(wǎng)絡(luò )變量改變時(shí),能自動(dòng)地將網(wǎng)絡(luò )變量的值發(fā)送出去,使所有該變量定義為輸入的節點(diǎn)收到它的改變,以便激活相應的處理進(jìn)程(事件觸發(fā)型）。標準網(wǎng)絡(luò )變量能使不同制造商的產(chǎn)品通過(guò)建立標準的數據傳送模式、正確地翻譯、傳送數據,便于設備的互換和互操作。另外,由于網(wǎng)絡(luò )變量的長(cháng)度有限, 最多31B,又提供了四種類(lèi)型的報文服務(wù)：應答方式、請求/響應方式、非應答重發(fā)方式、非應答方式。
     為了簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )配置和管理，可以把邏輯地址分配給節點(diǎn)，邏輯地址讓用戶(hù)把一個(gè)名字和物理裝置與節點(diǎn)配合。使用LONTALK的控制網(wǎng)中的邏輯地址在網(wǎng)絡(luò )配置時(shí)定義。所有邏輯地址有2個(gè)部分，第一部分是指定域的ID，這個(gè)指定域就是節點(diǎn)的集合他們之間可以互操作。邏輯地址的第二部分以獨特的15位節點(diǎn)地址規定域中的一個(gè)單一節點(diǎn)。
    
     而對于PLC介入到LONWORKS網(wǎng)絡(luò )中，實(shí)現PLC數據/狀態(tài)的實(shí)時(shí)監控，則必須由網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)的應用程序對PLC進(jìn)行操作。
     本文以上海某大型廣場(chǎng)的智能樓宇控制系統中，涉及到臺達PLC的LONWORKS系統的部分為例，介紹網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)與PLC通訊配置的網(wǎng)絡(luò )變量以及命令格式，在該系統中，機電設備為中央空調風(fēng)柜，PLC根據回風(fēng)溫度經(jīng)過(guò)PID調節新風(fēng)閥門(mén)的開(kāi)度，以達到控制房間或單元室溫的目的。風(fēng)柜網(wǎng)絡(luò )原理圖參看圖3。
           

圖3 風(fēng)柜網(wǎng)絡(luò )原理圖
1、 網(wǎng)絡(luò )變量
nviConfig   配制網(wǎng)絡(luò )變量
nvoDR[0～7]   只讀模擬量（AI）
nvoXR[0～7]   只讀數字量（DI）
nviMW[0～12]   只寫(xiě)數字量（DO）
nviDW[0～31]   只寫(xiě)模擬量（AO）
2、 配制網(wǎng)絡(luò )變量
nviConfig輸入格式：X  　X X     X   XXXXXXXX
指令   操作號   ：     設定值
㈠指   令：R  讀設定值，W  置設定值；
㈡操作號：00    通信格式設定，
01~08   nvoDR[0～7] 連接設定
09~16   nvoXR[0～7] 連接設定
17~29   nvoMW[0～12] 連接設定
30~61   nvoDW[0～31] 連接設定

    ㈢設定值：通信格式設定  BBBBB_TT   (BBBBB波特率 如09600,_ 空格,TT 通信秒間隔 如01)
    ㈣連接設定：  SSIIAAAA  (SS設備號 如01，II指令 如02，AAAA地址 如1AFF)
3、 連接量
     只讀模擬量和只讀數字量按通信秒間隔自動(dòng)讀設備進(jìn)行刷新，只寫(xiě)數字量和只寫(xiě)模擬量賦值網(wǎng)絡(luò )變量時(shí)自動(dòng)發(fā)送到設備。
     由于LONTALK協(xié)議規定網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)的應用程序中已經(jīng)包含該網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)的邏輯地址，并且是以名稱(chēng)的形式存在于網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)的應用程序中。因此，網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)到PLC的通訊部分無(wú)須顧及PLC的通訊地址，而只需通用默認的PLC地址即可。
     圖4中，變量規定為只讀，在臺達PLC的通訊協(xié)議中，D0對應的地址為H1000，則，D100對應的地址為H1064，依此類(lèi)推。由于LONTALK協(xié)議的網(wǎng)關(guān)地址已經(jīng)在網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)的應用程序中得到確定，那么，網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)與PLC的通訊就變成了標準的統一的程序，只需使用PLC默認的通訊地址即可，如圖4、圖5、圖6所示PLC的通訊地址都統一為1。
         

由圖3，現場(chǎng)的監控由文本顯示器TP04G來(lái)實(shí)現，遠端的監控通過(guò)LONWORKS網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)來(lái)實(shí)現。這樣組成一個(gè)分布式智能控制系統。遠端的上位計算機通過(guò)與末端的LON網(wǎng)關(guān)交換數據，網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)根據從信道中接受到的數據包判斷是否是合適本網(wǎng)關(guān)的數據包，如是，則網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)應用程序再將數據下達至PLC，完成遠端的監控。
     雖然LON分布式智能控制系統不要求末端的PLC提供地址，但是文本顯示器與PLC的地址設置功能大大地方便了程序編寫(xiě)者與現場(chǎng)的調試人員，以下簡(jiǎn)單地介紹該功能的使用：TP04G提供了DELTA Mx的DRIVER，該功能適用于DELTA PLC的多地址應用場(chǎng)合。我們知道，在標準設備的生產(chǎn)制造中，我們需要的是標準化的程序，以簡(jiǎn)化現場(chǎng)的調試以及方便程序文件的管理。那么，在標準設備的組網(wǎng)過(guò)程中，必不可少地需要改變PLC的地址，以達到組網(wǎng)控制的目的。如果通過(guò)傳統的改變PLC程序來(lái)實(shí)現的話(huà)，一臺標準設備就有一套程序。很不方便程序的管理。使用文本顯示器的DELTA Mx功能只需在文本的系統菜單中改變文本的通訊地址即可，而文本程序中需要對PLC的D1121設置成相應地址即可實(shí)現。
     文本顯示器提供的萬(wàn)年歷功能為實(shí)現空調系統定時(shí)開(kāi)/關(guān)機功能提供了方便，PLC可以通過(guò)萬(wàn)年歷的時(shí)間實(shí)現對風(fēng)機的定時(shí)開(kāi)關(guān)機控制。網(wǎng)絡(luò )功能的實(shí)現為樓宇機電設備的管理者提供了方便，管理人員可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對位于大樓任何位置的機電設備下達指令，也可以隨時(shí)通過(guò)LON網(wǎng)絡(luò )查看任何位置的機電設備的運行狀態(tài)。實(shí)現了樓宇智能控制。
    
     LonWorks技術(shù)已經(jīng)逐漸成為小區/樓宇智能化系統的基本規范。LonWorks網(wǎng)絡(luò )非常容易與其他網(wǎng)絡(luò )實(shí)現互連,如Internet網(wǎng)絡(luò ),可以實(shí)現遠程操作和控制。LonWorks開(kāi)放式、可互操作性、成熟和低成本的特點(diǎn),使得眾多的制造廠(chǎng)和用戶(hù)紛紛在其控制網(wǎng)絡(luò )方案中采用LonWorks技術(shù)。另外,對于最終用戶(hù)來(lái)說(shuō),項目的初期投資大為減少,系統管理簡(jiǎn)單,增加新功能又十分簡(jiǎn)便。由此可以推斷,LonWorks控制網(wǎng)絡(luò )技術(shù)會(huì )越來(lái)越為人們重視和推廣。PLC作為通用可靠的工業(yè)控制器，依然在工業(yè)現場(chǎng)得到廣泛的應用，在民用市場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò )要求越來(lái)越多的今天，相信日益強大的PLC的網(wǎng)絡(luò )功能一定也會(huì )越來(lái)越多地進(jìn)入人們的日常生活中。
結束語(yǔ)
     PLC以其高可靠性/通用性以及強大的網(wǎng)絡(luò )通訊功能，很好地將工業(yè)設備與民用系統結合在一起。集成化的樓宇監控系統將工業(yè)設備的運轉狀態(tài)實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)。操作者可以一目了然地知道大樓里任何一臺設備的情況，并隨時(shí)可以對任意一臺設備進(jìn)行控制。極大地降低了管理成本，提高了自動(dòng)化程度。因此極具應用前景。