引言
隨著社會的發(fā)展，人們對生活辦公條件要求越來越高，小區(qū)監(jiān)控/智能樓宇自控系統(tǒng)成為了目前的發(fā)展方向。傳統(tǒng)的工業(yè)控制系統(tǒng)以其高可靠性穩(wěn)定性逐漸得到民用行業(yè)的首肯。網(wǎng)絡成為了人們?nèi)粘Ｉ钪?的一部分，而工業(yè)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓展功能也在樓宇控制中得到越來越廣泛的應用。本文介紹傳統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)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（localoperatingnetworks，局部操作網(wǎng)絡）網(wǎng)絡，簡稱l0n網(wǎng)，它標志著控制系統(tǒng)網(wǎng)絡的新紀元。lonworks是一種完整的、全開放的、可互操作的、成熟的和低成本的分布式控制網(wǎng)絡技術，眾多的制造廠和用戶紛紛在其控制網(wǎng)絡方案中采用lonworks技術。到目前為止，*已有2500多家公司利用lonworks技術生產(chǎn)各種各樣的lonworks產(chǎn)品，以滿足現(xiàn)代化樓宇、工廠、交通運輸系統(tǒng)、城市基礎設施（水、電、氣等）、家庭等環(huán)境自動化系統(tǒng)的分布式控制網(wǎng)絡要求。在1995年，lonworks控制網(wǎng)絡被美國確定為樓宇自動化控制網(wǎng)絡標準的一部份。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技術改造產(chǎn)品，已形成潮流。前期lonworks產(chǎn)品的市場開拓過分集中于和傳統(tǒng)的plc/ipc現(xiàn)場總線的競爭。然而，在profibus、interbus、can總線盛行的工業(yè)環(huán)境中，顯然沒有很強的競爭能力。因此，lonworks轉(zhuǎn)而在樓宇以及一些孤立的工業(yè)現(xiàn)場（例如染色機）取得了巨大進展。許多工程實例表明：通過精心設計，大樓可以只裝備單獨的一個lonworks網(wǎng)絡，使得hvac（供熱、通風和制冷）、電力照明、陽光屏蔽和安全功能以及開放式控制設備能在網(wǎng)絡上互操作。
圖一lonworks的網(wǎng)絡圖示
與之相反，lonworks在工業(yè)現(xiàn)場的應用前景并沒有得到大家的認可，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(wěn)定性以及靈活的自由拓撲布線技術于基于rs485的傳統(tǒng)現(xiàn)場通訊布線技術。lonworks能夠巧妙而經(jīng)濟地滿足特殊要求。能夠以功能簡表的形式為開發(fā)商提供解決方案的基礎。對許多設備諸如發(fā)動機、泵、變頻器、plc、閥門、傳感器等都有功能簡表。
由于lonworks在工業(yè)現(xiàn)場的應用前景并沒有得到大家的認可，轉(zhuǎn)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并沒有大的優(yōu)勢，這反而是傳統(tǒng)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(jù)著傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)機械/工業(yè)設備控制的根據(jù)地。這也是lonworks在多年來與plc/ipc競爭工業(yè)現(xiàn)場后無法得到很大發(fā)展的原因。然而，畢竟lonworks以其對等設計和智能分布式現(xiàn)場設備在技術上今天的工業(yè)自動化系統(tǒng)（plc/ipc現(xiàn)場總線）整整一代。隨著工業(yè)自動化以及網(wǎng)絡技術的發(fā)展，對傳統(tǒng)plc的網(wǎng)絡要求也越來越高，工業(yè)以太網(wǎng)這個新鮮名詞也隨之出現(xiàn)。而且也有了取代現(xiàn)場總線的趨勢。
雖然組建控制網(wǎng)絡的方法有很多，但是對于自動化控制而言，平坦的、對等式（p2p）體系結(jié)構(gòu)是的。p2p體系結(jié)構(gòu)和其它任何一種分級的體系結(jié)構(gòu)相比，不再具有分級體系結(jié)構(gòu)與生俱來的單點故障。在傳統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)中，來自某一個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。因此，每兩個非中央設備之間的通信包括了一個額外的步驟，或者說增加了故障的可能性。p2p體系結(jié)構(gòu)的設計相比之下，它允許兩個設備之間直接通信，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設備，而不象非平坦的、非對等式體系結(jié)構(gòu)中潛在的影響到許多設備。由圖2可以看出通過監(jiān)控的傳統(tǒng)的主從通訊網(wǎng)絡與p2p體系通訊網(wǎng)絡的優(yōu)劣。
圖2網(wǎng)絡組織對比圖
lonworks網(wǎng)絡中設備的通信是采用一種稱為lontalk的網(wǎng)絡標準語言實現(xiàn)的。lontalk協(xié)議由各種允許網(wǎng)絡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，使得設備中的應用程序能夠在網(wǎng)絡上同其他設備發(fā)送和接收報文而無需知道網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)或者網(wǎng)絡的名稱、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、報文證實和優(yōu)先級發(fā)送，以提供規(guī)定受限制的事務處理次數(shù)。對網(wǎng)絡管理服務的支持使得遠程網(wǎng)絡管理工具能夠通過網(wǎng)絡和其他設備相互作用，這包括網(wǎng)絡地址和參數(shù)的重新配置、下載應用程序、報告網(wǎng)絡問題和啟動/停止/復位設備的應用程序。lontalk——也就是lonworks系統(tǒng)——可以在任何物理媒介上通信，這包括電力線，雙絞線，無線（rf），紅外（ir），同軸電纜和光纖。
而所謂互操作性意味著每個網(wǎng)絡中的裝置能夠根據(jù)自己需要發(fā)布的信息變成數(shù)字式串行數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡直接到達另一個裝置。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移通常涉及一個信息發(fā)送者，一個或一個以上的接收者。發(fā)送者和接收者之間一定要有某種形式的連接，數(shù)據(jù)才能以一連串的開--關狀態(tài)轉(zhuǎn)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)絡并不是傳統(tǒng)的主從式通訊網(wǎng)絡（點對點）可以達到的，網(wǎng)絡裝置間串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)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網(wǎng)絡裝置中。包含這個協(xié)議代碼和某種類型的操作智能的裝置稱之為網(wǎng)絡節(jié)點。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技術的核心，該協(xié)議提供一套通信服務，使裝置中的應用程序能在網(wǎng)上對其他裝置發(fā)送和接收報文而無須知道網(wǎng)絡拓撲、名稱、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、優(yōu)先級發(fā)送以便設定事物處理時間。它是一個分層的以數(shù)據(jù)包為基礎的對等的通信協(xié)議，象有關的以太網(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(tǒng)而不是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的特定的要求。每個數(shù)據(jù)包由可變數(shù)目的字節(jié)構(gòu)成，長度不定，并且包含應用層的信息以及尋址和其他信息。信道上的每個裝置監(jiān)視在信道上傳輸?shù)拿總€數(shù)據(jù)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(jié)點應用程序所需的信息或者它是否是個網(wǎng)絡管理數(shù)據(jù)包。lonta1k協(xié)議是直接面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡協(xié)議，即，通過網(wǎng)絡變量實現(xiàn)網(wǎng)絡節(jié)點間的聯(lián)結(jié)。當定義為輸出的網(wǎng)絡變量改變時，能自動地將網(wǎng)絡變量的值發(fā)送出去，使所有該變量定義為輸入的節(jié)點收到它的改變，以便激活相應的處理進程（事件觸發(fā)型）。標準網(wǎng)絡變量能使不同制造商的產(chǎn)品通過建立標準的數(shù)據(jù)傳送模式、正確地翻譯、傳送數(shù)據(jù)，便于設備的互換和互操作。另外，由于網(wǎng)絡變量的長度有限，zui多31b，又提供了四種類型的報文服務：應答方式、請求/響應方式、非應答重發(fā)方式、非應答方式。
為了簡化網(wǎng)絡配置和管理，可以把邏輯地址分配給節(jié)點，邏輯地址讓用戶把一個名字和物理裝置與節(jié)點配合。使用lontalk的控制網(wǎng)中的邏輯地址在網(wǎng)絡配置時定義。所有邏輯地址有2個部分，*部分是域的id，這個域就是節(jié)點的集合他們之間可以互操作。邏輯地址的第二部分以*的15位節(jié)點地址規(guī)定域中的一個單一節(jié)點。
而對于plc介入到lonworks網(wǎng)絡中，實現(xiàn)plc數(shù)據(jù)/狀態(tài)的實時監(jiān)控，則必須由網(wǎng)關節(jié)點的應用程序?qū)lc進行操作。
本文以上海某大型廣場的智能樓宇控制系統(tǒng)中，涉及到臺達plc的lonworks系統(tǒng)的部分為例，介紹網(wǎng)關節(jié)點與plc通訊配置的網(wǎng)絡變量以及命令格式，在該系統(tǒng)中，機電設備為中央空調(diào)風柜，plc根據(jù)回風溫度經(jīng)過pid調(diào)節(jié)新風閥門的開度，以達到控制房間或單元室溫的目的。風柜網(wǎng)絡原理圖參看圖3。
圖3風柜網(wǎng)絡原理圖
1、網(wǎng)絡變量
nviconfig配制網(wǎng)絡變量
nvodr[0～7]只讀模擬量（ai）
nvoxr[0～7]只讀數(shù)字量（di）
nvimw[0～12]只寫數(shù)字量（do）
nvidw[0～31]只寫模擬量（ao）
2、配制網(wǎng)絡變量
nviconfig輸入格式：xxxxxxxxxxx
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，
01~08nvodr[0～7]連接設定
09~16nvoxr[0～7]連接設定
17~29nvomw[0～12]連接設定
30~61nvodw[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(shù)字量按通信秒間隔自動讀設備進行刷新，只寫數(shù)字量和只寫模擬量賦值網(wǎng)絡變量時自動發(fā)送到設備。由于lontalk協(xié)議規(guī)定網(wǎng)關節(jié)點的應用程序中已經(jīng)包含該網(wǎng)關節(jié)點的邏輯地址，并且是以名稱的形式存在于網(wǎng)關節(jié)點的應用程序中。因此，網(wǎng)關節(jié)點到plc的通訊部分無須顧及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(guī)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，依此類推。由于lontalk協(xié)議的網(wǎng)關地址已經(jīng)在網(wǎng)關節(jié)點的應用程序中得到確定，那么，網(wǎng)關節(jié)點與plc的通訊就變成了標準的統(tǒng)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(tǒng)一為1。
由圖3，現(xiàn)場的監(jiān)控由文本顯示器tp04g來實現(xiàn)，遠端的監(jiān)控通過lonworks網(wǎng)關節(jié)點來實現(xiàn)。這樣組成一個分布式智能控制系統(tǒng)。遠端的上位計算機通過與末端的lon網(wǎng)關交換數(shù)據(jù)，網(wǎng)關節(jié)點根據(jù)從信道中接受到的數(shù)據(jù)包判斷是否是合適本網(wǎng)關的數(shù)據(jù)包，如是，則網(wǎng)關節(jié)點應用程序再將數(shù)據(jù)下達至plc，完成遠端的監(jiān)控。
雖然lon分布式智能控制系統(tǒng)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者與現(xiàn)場的調(diào)試人員，以下簡單地介紹該功能的使用：tp04g提供了deltamx的driver，該功能適用于deltaplc的多地址應用場合。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，以簡化現(xiàn)場的調(diào)試以及方便程序文件的管理。那么，在標準設備的組網(wǎng)過程中，*地需要改變plc的地址，以達到組網(wǎng)控制的目的。如果通過傳統(tǒng)的改變plc程序來實現(xiàn)的話，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deltamx功能只需在文本的系統(tǒng)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現(xiàn)。
文本顯示器提供的萬年歷功能為實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)定時開/關機功能提供了方便，plc可以通過萬年歷的時間實現(xiàn)對風機的定時開關機控制。網(wǎng)絡功能的實現(xiàn)為樓宇機電設備的管理者提供了方便，管理人員可以通過網(wǎng)絡對位于大樓任何位置的機電設備下達指令，也可以隨時通過lon網(wǎng)絡查看任何位置的機電設備的運行狀態(tài)。實現(xiàn)了樓宇智能控制。
lonworks技術已經(jīng)逐漸成為小區(qū)/樓宇智能化系統(tǒng)的基本規(guī)范。lonworks網(wǎng)絡非常容易與其他網(wǎng)絡實現(xiàn)互連，如internet網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)遠程操作和控制。lonworks開放式、可互操作性、成熟和低成本的特點，使得眾多的制造廠和用戶紛紛在其控制網(wǎng)絡方案中采用lonworks技術。另外，對于zui終用戶來說，項目的初期投資大為減少，系統(tǒng)管理簡單，增加新功能又十分簡便。由此可以推斷，lonworks控制網(wǎng)絡技術會越來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(xiàn)場得到廣泛的應用，在民用市場的網(wǎng)絡要求越來越多的今天，相信日益強大的plc的網(wǎng)絡功能一定也會越來越多地進入人們的日常生活中。
結(jié)束語
plc以其高可靠性/通用性以及強大的網(wǎng)絡通訊功能，很好地將工業(yè)設備與民用系統(tǒng)結(jié)合在一起。集成化的樓宇監(jiān)控系統(tǒng)將工業(yè)設備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)實時地顯示出來。操作者可以一目了然地知道大樓里任何一臺設備的情況，并隨時可以對任意一臺設備進行控制。極大地降低了管理成本，提高了自動化程度。因此應用前景。