隨著科技的發(fā)展、社會的進(jìn)步，許多高級建筑物內(nèi)包含的樓宇自控設(shè)備和不同功能的子系統(tǒng)越來越多，越來越復(fù)雜。同時，建筑物業(yè)主也希望整個系統(tǒng)具有更高的性能、更高的效率和相對低的維護(hù)擴(kuò)展費(fèi)用。但由于不同廠商提供了不同功能的產(chǎn)品和子系統(tǒng)，采用了不同的通信協(xié)議，因此將造成各子系統(tǒng)有不同的通信速率、不同的編碼格式和不同的通信規(guī)則，致使各子系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)互操作和系統(tǒng)互連將很困難，實(shí)現(xiàn)智能建筑的系統(tǒng)一體化集成就更加無從談起。如果子系統(tǒng)各自獨(dú)立運(yùn)行，不僅不能對整個系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)和管理，而且會有較高的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用，將來擴(kuò)展起來也不方便。所以，建筑物業(yè)主和管理者迫切需要一種開放的、可互操作的控制技術(shù)。通過這種技術(shù)，建筑物內(nèi)的各種自控設(shè)備都可方便地集成在一起，實(shí)現(xiàn)各個子系統(tǒng)和各個設(shè)備間的自由通信，以取得最佳的經(jīng)濟(jì)利益。
一、ＬｏｎＷｏｒｋｓ網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——一種開放的控制技術(shù)
由于上述的原因，目前使用的傳統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng)已不能滿足市場和用戶的需求，歸納起來體現(xiàn)在以下幾個方面：
（１）傳統(tǒng)的樓宇自控系統(tǒng)就其本身而言是一種封閉的系統(tǒng)，主要表現(xiàn)在其通信協(xié)議上，不同廠商的產(chǎn)品采用不同的通信協(xié)議，互不兼容。如要實(shí)現(xiàn)這些封閉系統(tǒng)的一體化集成，就要在不同通信協(xié)議的系統(tǒng)間用網(wǎng)關(guān)（Ｇａｔｅｗａｙ）把它們連接起來，這將會產(chǎn)生大量的軟件編制工作。這樣實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)不僅性能差，而且費(fèi)用很高，不是理想的解決方案；
（２）由于系統(tǒng)封閉，不同子系統(tǒng)間無法共享信息，不同功能的子系統(tǒng)可能要配置相同的器件，造成極大的資源浪費(fèi)；
?。ǎ常┯捎谙到y(tǒng)的封閉性，所以從業(yè)主選擇了產(chǎn)品后，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、供貨、調(diào)試到以后的維護(hù)、擴(kuò)展、升級都只能由廠商來完成，業(yè)主毫無自由度可言，只能被動接受，最初的投資不能得到有效的保護(hù)；
?。ǎ矗╇S著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，封閉的系統(tǒng)限制了建筑物智能化產(chǎn)品的更新?lián)Q代，只有開放的系統(tǒng)才能為用戶提供真正的低成本產(chǎn)品。
今天，建筑物業(yè)主和管理者正在尋找一種建筑物控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)是一個開放的、可互操作的控制系統(tǒng)，它可以把來自多家廠商的暖通空調(diào)、照明、消防、安保、門禁、給排水和電梯等設(shè)備一體化地集成在這個控制系統(tǒng)中。就像在計(jì)算機(jī)市場上ＰＣ機(jī)帶來的浪潮一樣，開放的、可互操作的控制系統(tǒng)的使用可以為用戶在系統(tǒng)的整個生命周期內(nèi)降低系統(tǒng)安裝費(fèi)用、提高系統(tǒng)性能、節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。另外，在一個控制系統(tǒng)中多廠商產(chǎn)品的一體化集成需要采用一個統(tǒng)一的通信協(xié)議，通過使用相同的通信協(xié)議，就可以取消昂貴的用戶硬件、軟件和網(wǎng)關(guān)等設(shè)備。
目前，美國Ｅｃｈｅｌｏｎ公司推出的ＬｏｎＷｏｒｋｓ技術(shù)使上述目標(biāo)成為現(xiàn)實(shí)。ＬｏｎＷｏｒｋｓ技術(shù)是開放系統(tǒng)的一種完整的解決方案。
神經(jīng)元芯片和Ｌｏｎ Ｔａｌｋ?yún)f(xié)議是ＬｏｎＷｏｒｋｓ技術(shù)的核心，下面分別進(jìn)行分析。
二、神經(jīng)元芯片（Ｎｅｕｒｏｎ Ｃｈｉｐ）
使用ＣＭＯＳ ＣＬＳＩ技術(shù)的神經(jīng)元芯片使實(shí)現(xiàn)低成本的控制網(wǎng)絡(luò)成為可能。神經(jīng)元芯片是高度集成的，內(nèi)部包含三個８位的ＣＰＵ。第一個ＣＰＵ為介質(zhì)訪問處理器，處理Ｌｏｎ Ｔａｌｋ?yún)f(xié)議的第１～第２層；第二個ＣＰＵ為網(wǎng)絡(luò)處理器，處理Ｌｏｎ Ｔａｌｋ?yún)f(xié)議的第３層～第６層，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變量的處理、尋址、事務(wù)處理、證實(shí)、背景診斷、軟件定時器、網(wǎng)絡(luò)管理和函數(shù)路徑選擇等；第三個ＣＰＵ為應(yīng)用處理器，它執(zhí)行由用戶編寫的代碼及用戶代碼所調(diào)用的操作系統(tǒng)服務(wù)。Ｎｅｕｒｏｎ芯片的編程語言為Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ，它是從ＡＮＳＩ Ｃ中派生出來的，并對ＡＮＳＩ Ｃ進(jìn)行了刪減和增補(bǔ)。
?。危澹酰颍铮钚酒梢酝ㄟ^５個通信管腳與網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點(diǎn)交換信息，也可以通過１１個應(yīng)用管腳與現(xiàn)場的傳感器和執(zhí)行器交換信息。１１個應(yīng)用管腳具有３４種應(yīng)用操作模式，可以在不同的配置下為外部提供靈活的接口和芯片內(nèi)部的計(jì)時器應(yīng)用。
三、 Ｌｏｎ Ｔａｌｋ?yún)f(xié)議
?。蹋铮?nbsp;Ｔａｌｋ?yún)f(xié)議遵循ＩＳＯ定義的開放系統(tǒng)互連（ＯＳＩ）模型，并提供了ＯＳＩ參考模型所定義的全部７層服務(wù)。它具有以下的特點(diǎn)：
?。ǎ保蹋铮?nbsp;Ｔａｌｋ?yún)f(xié)議支持包括雙絞線、電力線、無線、紅外線、同軸電纜和光纖在內(nèi)的多種傳輸介質(zhì)
?。ǎ玻蹋铮?nbsp;Ｔａｌｋ應(yīng)用可以運(yùn)行在任何主處理器（Ｈｏｓｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）上。主處理器（微控制器、微處理器、計(jì)算機(jī)）管理Ｌｏｎ Ｔａｌｋ?yún)f(xié)議的第６層和第７層并使用ＬｏｎＷｏｒｋｓ網(wǎng)絡(luò)接口管理第１層～第５層；
?。ǎ常蹋铮?nbsp;Ｔａｌｋ?yún)f(xié)議使用網(wǎng)絡(luò)變量與其它節(jié)點(diǎn)通信。網(wǎng)絡(luò)變量可以是任何單個數(shù)據(jù)項(xiàng)也可以是結(jié)構(gòu)體，并都有一個由應(yīng)用程序說明的數(shù)據(jù)類型。網(wǎng)絡(luò)變量的概念大大簡化了復(fù)雜的分布式應(yīng)用的編程，大大降低了開發(fā)人員的工作量；
（４）Ｌｏｎ Ｔａｌｋ?yún)f(xié)議支持總線型、星型、自由拓?fù)涞榷喾N拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型，極大地方便了控制網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。
到目前為止，全世界安裝的ＬｏｎＷｏｒｋｓ節(jié)點(diǎn)已涉及到包括建筑、家庭、工業(yè)、通訊和交通等在內(nèi)的多個行業(yè)。ＬｏｎＷｏｒｋｓ技術(shù)是支持完全分布式的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，是開放的、可互操作的控制系統(tǒng)的一個技術(shù)平臺。
采用ＬｏｎＷｏｒｋｓ網(wǎng)絡(luò)使得從封閉的依賴于單個廠商的控制系統(tǒng)到完全可以互操作的智能樓宇自動化系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變成為現(xiàn)實(shí)。作為智能樓宇自動化產(chǎn)品的開發(fā)者或系統(tǒng)集成者，可以以ＬｏｎＷｏｒｋｓ技術(shù)為依托，開發(fā)ＬｏｎＷｏｒｋｓ兼容的通用智能控制節(jié)點(diǎn)、各種專用節(jié)點(diǎn)，以及各種智能傳感器、執(zhí)行器；也可以從ＬｏｎＷｏｒｋｓ兼容的不同ＯＥＭ廠商的硬件和軟件中按照應(yīng)用的要求配置靈活選用，完全沒有必要依賴于單一的貨源。ＬｏｎＷｏｒｋｓ的開放性和互操作性使得不同廠商的產(chǎn)品很容易集成于一個功能齊全，結(jié)構(gòu)靈活，容易安裝、維護(hù)和擴(kuò)充的一體化的智能建筑管理控制系統(tǒng)。
下面對ＬｏｎＷｏｒｋｓ智能樓宇自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施分別進(jìn)行討論。
四、 智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
一般說來，使用ＬｏｎＷｏｒｋｓ技術(shù)組成的自動控制網(wǎng)絡(luò)中，檢測、控制點(diǎn)可分為四類，即數(shù)字量（開關(guān)量）輸入／輸出，模擬量輸入／輸出。在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時，可以根據(jù)應(yīng)用要求和器件能力，選擇各種輸入輸出的優(yōu)化組合，形成系列產(chǎn)品。
４．１ 數(shù)字量（開關(guān)量）輸入節(jié)點(diǎn)
數(shù)字量（開關(guān)量）輸入節(jié)點(diǎn)主要用于檢測外部數(shù)字信號和具有開關(guān)狀態(tài)的信號，比如檢測繼電器的閉合狀態(tài)，某些開關(guān)的狀態(tài)，電平信號的輸入等，這類節(jié)點(diǎn)在設(shè)計(jì)過程中主要考慮的問題是如何將各種各樣的數(shù)字量和開關(guān)量轉(zhuǎn)換成Ｎｅｕｒｏｎ芯片能夠接收的信號，并且這類信號在輸入通道上要加光電隔離器，以提高節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的安全性和可靠性。
４．２ 數(shù)字量輸出節(jié)點(diǎn)
在ＬｏｎＷｏｒｋｓ網(wǎng)絡(luò)中，很多的控制機(jī)制都是通過數(shù)字量輸出節(jié)點(diǎn)來完成的，比如繼電器的驅(qū)動，各種顯示器的驅(qū)動等。在設(shè)計(jì)這類節(jié)點(diǎn)時，主要解決外部高電壓、大電流的提供問題。在電路中，同樣也需要進(jìn)行光電隔離，來提高節(jié)點(diǎn)的可靠性和安全性。
?。矗?nbsp;模擬量輸入節(jié)點(diǎn)
模擬量輸入節(jié)點(diǎn)主要用于采集網(wǎng)絡(luò)中的模擬信號。由于模擬信號種類繁多，如電壓信號、電流信號等，而這類信號根據(jù)應(yīng)用的場合和使用的傳感器不同，其范圍也不盡相同，所以模擬量輸入節(jié)點(diǎn)的前端應(yīng)增加信號整理電路，以使這些信號處于一個合理的范圍內(nèi)，便于采集。由于Ｎｅｕｒｏｎ芯片所提供的Ｉ／Ｏ接口只有１１個引腳，所以在節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，大多都采用串行接口的Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器，而Ｎｅｕｒｏｎ芯片中的ＩＯ８～ＩＯ１０提供了標(biāo)準(zhǔn)的ＳＰＩ總線，為串行Ａ／Ｄ到Ｎｅｕｒｏｎ芯片的連接提供了方便條件。當(dāng)然，為了在節(jié)點(diǎn)中進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)采集速度，也可以使用并行接口的Ａ／Ｄ器件，只是這種器件連接到Ｎｅｕｒｏｎ芯片時，要使用較多的Ｉ／Ｏ口；另外在節(jié)點(diǎn)中使用串行Ａ／Ｄ器件可以比較容易地實(shí)現(xiàn)光電隔離，而使用并行Ａ／Ｄ時要實(shí)現(xiàn)光電隔離在速度和使用數(shù)量等方面比較困難。在進(jìn)行模擬量輸入節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)時，還可以使用其他類型的Ａ／Ｄ變換形式，比方說在Ａ／Ｄ速度要求不高，精度要求較高的場合可以使用Ｖ／Ｆ變換來實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。
?。矗?nbsp;模擬量輸出節(jié)點(diǎn)
模擬量輸出節(jié)點(diǎn)對于驅(qū)動某些控制設(shè)備是必需的，比如步進(jìn)電機(jī)的控制、一些調(diào)節(jié)閥的控制等。與模擬量輸入節(jié)點(diǎn)一樣，在這類節(jié)點(diǎn)中使用最多的還是串行的Ｄ／Ａ變換器件。根據(jù)所控制對象的不同，可能要求模擬量輸出節(jié)點(diǎn)提供不同的信號，如電壓信號、電流信號等，所以在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，要增加輸出信號整理電路。
?。矗?nbsp;節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中的抗干擾措施
過程通道是前向接口（Ａ／Ｄ等）后向接口（Ｄ／Ａ等）與Ｎｅｕｒｏｎ芯片或Ｎｅｕｒｏｎ芯片之間進(jìn)行信息傳輸?shù)穆窂?，在過程通道中長線傳輸?shù)母蓴_是主要因素。隨著系統(tǒng)主振頻率越來越高，系統(tǒng)過程通道的長線傳輸越來越不可避免。例如，按照經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，當(dāng)主機(jī)主振頻率為１ＭＨｚ時，傳輸線大于０．５ｍ或主振為４ＭＨｚ時，傳輸線大于０．３ｍ，即作為長線傳輸處理。為保證長線傳輸?shù)目煽啃?，主要措施有光電耦合隔離、雙絞線傳輸、阻抗匹配等。比如在上述的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，一般都增加了光電隔離電路，一方面提高了節(jié)點(diǎn)的安全性，同時也增加了節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力。在ＬｏｎＷｏｒｋｓ網(wǎng)絡(luò)中傳輸媒體大多使用雙絞線，它保證了信號傳遞的質(zhì)量，從而可以使信號傳送到足夠遠(yuǎn)的地點(diǎn)。另外在使用雙絞線時，網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)的阻抗匹配也是影響信號質(zhì)量及傳輸距離的重要因素，在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時要格外注意。
五、 智能樓宇自動化系統(tǒng)實(shí)施
在實(shí)施樓宇自動化系統(tǒng)時，一般遵循下列步驟：建立控制邏輯；選擇控制節(jié)點(diǎn)和其它設(shè)備；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；布線、安裝、調(diào)試。
?。担?nbsp;建立控制邏輯
即定義監(jiān)控對象，確定監(jiān)控點(diǎn)以及監(jiān)控對象與其他設(shè)備的通信方式。樓宇自動化系統(tǒng)一般監(jiān)控對象包括：暖通空調(diào)、照明、保安門禁、火災(zāi)報警、能源監(jiān)測等系統(tǒng)，以及和大廈信息管理系統(tǒng)的接口。控制邏輯是根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的監(jiān)控要求確定的，例如，公共地段的照明按時間開關(guān)，辦公室照明在有人進(jìn)入時打開，公共門禁和ＨＶＡＣ按時間程序開關(guān)，保安系統(tǒng)使用動目標(biāo)傳感器等。監(jiān)控對象的性質(zhì)和監(jiān)控要求決定了監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)目和類型（模擬量輸入ＡＩ，模擬量輸出ＡＯ，數(shù)字量輸入ＤＩ，數(shù)字量輸出ＤＯ等），以及這些輸入輸出之間的關(guān)系。
?。担?nbsp;選擇控制節(jié)點(diǎn)及其它設(shè)備
在確定好控制邏輯之后，就可以開始選擇節(jié)點(diǎn)，選擇節(jié)點(diǎn)時，主要考慮采用何種節(jié)點(diǎn)才能適合應(yīng)用要求。為簡單起見，我們將節(jié)點(diǎn)分為兩大類：通用節(jié)點(diǎn)和專用節(jié)點(diǎn)。通用節(jié)點(diǎn)是可以通過使用Ｎｅｕｒｏｎ Ｃ編程監(jiān)測控制多個輸入／輸出點(diǎn)；專用控制節(jié)點(diǎn)是已經(jīng)定義為某種專用的輸入／輸出（如ＤＩ、ＤＯ、ＡＩ、ＡＯ）。
通信類型即采用何種通信媒體（雙絞線自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、信道電源線、供電線、天線），要根據(jù)實(shí)際的需要和可能考慮。一般來說，雙絞線自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成本較低；信道電源線在需要使用電池或備用電源時比較適合；供電線在裝修改造的工程中可能比較經(jīng)濟(jì)；天線在無法使用其他通信媒體時（例如無法連線時）提供解決辦法。在考慮通信類型時，還需要考慮是否需要采用路由器、網(wǎng)橋或重發(fā)器。
５．３ 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
確定每一個控制節(jié)點(diǎn)的位置、網(wǎng)絡(luò)中使用節(jié)點(diǎn)的數(shù)量及路由器、網(wǎng)橋和重發(fā)器的數(shù)量。網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)型，即是否要有多個域（Ｄｏｍａｉｎ）、子網(wǎng)（Ｓｕｂｎｅｔ）、組（Ｇｒｏｕｐ），哪些節(jié)點(diǎn)屬于哪個域和組，還有人機(jī)界面是否采用主監(jiān)控ＰＣ等。
５．４ 布線、安裝、調(diào)試
布線是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，樓宇自動化系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)化布線技術(shù)的結(jié)合使布線更加規(guī)范化。采用雙絞線自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)收發(fā)器的ＬｏｎＷｏｒｋｓ節(jié)點(diǎn)很容易使用結(jié)構(gòu)化布線的普通雙絞線或屏蔽雙絞線作為其通信媒體。除了網(wǎng)絡(luò)布線外，電源、傳感器、變送器、執(zhí)行器的輸入／輸出連線、空調(diào)控制線、門鎖、照明設(shè)備控制線等都需要加以確定。在確定設(shè)備位置和布線要求后，制定布線計(jì)劃和細(xì)節(jié)，即可實(shí)施布線、安裝。調(diào)試過程是反復(fù)進(jìn)行的過程，包括節(jié)點(diǎn)程序的調(diào)試、設(shè)備功能調(diào)試及網(wǎng)絡(luò)聯(lián)調(diào)。使用開發(fā)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)安裝調(diào)試工具進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)模擬調(diào)試，無疑可以減少現(xiàn)場安裝調(diào)試的工作量，從而節(jié)省調(diào)試成本。
六、 結(jié)束語
?。蹋铮睿祝铮颍耄蠹夹g(shù)體現(xiàn)了控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的最新趨勢，它對控制領(lǐng)域各種不同應(yīng)用的適應(yīng)性，它提供的一體化解決辦法，它的無中心真正分布式控制模式，它的開放性、互操作性，以及它被工業(yè)界的廣泛接受，成為控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際主流標(biāo)準(zhǔn)，使得基于ＬｏｎＷｏｒｋｓ平臺開發(fā)真正一體化的智能建筑管理控制系統(tǒng)，不但是現(xiàn)實(shí)可行的，而且具有廣闊前景。
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