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)絡成為了人們日常生活中不可缺少的一部分，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(Local Operating Networks,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,全世界已有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,已形成世界技術潮流。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1 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領先于基于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)場設備在技術上領先今天的工業(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的單點故障。在傳統(tǒng)的體系結構中，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體系結構的設計相比之下，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、非對等式體系結構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)絡的拓撲結構或者網(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)議是直接面向對象的網(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。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,最多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，第一部分是指定域的ID，這個指定域就是節(jié)點的集合他們之間可以互操作。邏輯地址的第二部分以獨特的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)點的應用程序對PLC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風柜，PLC根據(jù)回風溫度經(jīng)過PID調節(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 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） 配置網(wǎng)絡變量 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) 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