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1、现场总线之 LonWorks技术简介,CAT Simon Pan 2009.08.15,目录,什么是现场总线 现在都有哪些技术 什么是LonWorks LonWorks技术说明 LonTalk的通信协议 LonWorks技术的应用范围 LonWorks的应用实例,什么是现场总线,现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数 字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。 现场总线是20世纪80年代中期在国际上发展起来的； 随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的降低，计算机与计算机网络系统 得到迅速发展，现场总线可实现整个企业的信息集成，实施综合自动
2、化，形成工 厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间 以及生产现场与外界的信息交换。,什么是现场总线,现场总线系统打破了传统控制系统采用的按控制回路要求，设备一对一的分别进 行连线的结构形式； 把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块放入现场设备，加上 现场设备具有通信能力，因而控制系统功能能够不依赖控制室中的计算机或控制 仪表，直接在现场完成，实现了彻底的分散控制；,什么是现场总线,现场总线系统在技术上具有以下特点： (1)系统具有开放性和互用性 通信协议遵从相同的标准，设备之间可以实现信息交换，用户可按自己的需要，把不同供应商的产品组成开放互连的
3、系统。系统间、设备间可以进行信息交换，不同生产厂家的性能类似的设备可以互换。 (2)系统功能自治性 系统将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，现场设备可以完成自动控制的基本功能，并可以随时诊断设备的运行状况。 (3)系统具有分散性 现场总线构成的是一种全分散的控制系统结构，简化了系统结构，提高了可靠性。 (4)系统具有对环境的适应性,什么是现场总线,现场总线支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的 抗干扰能力，能采用两线制实现供电和通信，并可以满足安全防爆的要求； 由于现场总线结构简化，不再需要DCS系统的信号调理、转换隔离等功能单元及 其复杂
4、的接线，节省了硬件数量和投资； 简单的连线设计，节省了安装费用； 设备 具有自诊断与简单故障处理能力，减少了维护工作量； 设备的互换性、智能化、数字化提高了系统的准确性和可靠性； 还具有设计简单，易于重构等优点；,现在都有哪些技术,比较成熟的并且比较有影响力的现场总线则有以下几种类型： 1.FF； 2.PROFIBUS； 3.CAN； 4.Lonworks； 5.Devicenet； 6.Interbus； 7.WorldFIP； 8.Swiftnet； 9.P-net； 10.CC-link； 11.AS-i； 12.controllnet。,什么是LonWorks,Lon is Local
5、 Operating Network,LON的架构,Lonworks是由美国Echelon公司于20世纪90年代初推出的现场总线； 它采用ISO/OSI模型的全部7层通讯协议，这是在现场总线中唯一提 供全部服务的 现场总线； 在工业控制系统中可同时应用在Sensor Bus、Device Bus、Field Bus等任何一层 总线中。,什么是LonWorks,什么是LonWorks,另外，在一个Lonworks控制网络中，智能控制设备(节点)使用同一个通信 协议与网 络中的其它节点通信； 每个节点都包含内置的智能来完成协议的监控功能； 一个Lonworks控制网络可以有3个到30000个或更多
6、的节点：传感 器功能(温度、压 力等)、执行器功能(开关、调节阀、变频驱动等)、操作接口(显示、人机界面等)、控 制功能(新风机组、VAV等)。由于不需要像传统控 制系统中的中央控制器； Lonworks分布式控制技术显示出很高的系统可靠性和系统响应，并且降低了系统的 成本和运行费用； 神经元芯片完成节点的事件处 理，并通过多种介质把处理结果传递给网络上的其它 节点； 同时还采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置； 支持双绞线、同轴电 缆、光缆和红外线等多种通信介质和多种拓扑结构，并开发了 本质安全防爆产品，被誉为通用控制网络。,什么是LonWorks,Lonwork
7、s的核心是神经元芯片(Neuron Chip)，使用CMOS CLSI技术的神经元 芯片使实现低成本的控制网络成为可能； 神经元芯片是高度集成的内部含有3个8位的CPU： 第一个CPU为介质访问控制处理器，处理 LonTalk协议的第一层和第二层； 第二个CPU为网络处理器，它实现LonTalk协议的第三层至第六层； 第三个CPU为应用处理器，实现LonTalk协议的第七层，执行用户编写的代码及用 户代码所调用的操作系统服务。 神经元芯片实现了完整的Lonworks的LonTalk通信协议。,什么是LonWorks,Lonworks系统是开放式的，具有如下的特点： (1)在设计、安装和启动上采
8、用工业标准的网络服务； (2)包含来自多个厂商的符合Lonmark的产品； (3)除非和传统系统相互作用或者规范要求，不需要网关； (4)与专用垂直子系统的实施不同，强调水平功能性； 并且由于在工程应用中这个开放式系统包含来自多厂商的，那么各个厂家的设备之间使如何 实现一致性和可互操作性呢，LonMark标准便是为解决这一问题而制定的。 如果Lonworks系统集成商想要构建开放式系统，就应该尽可能使用满足LonMark标准的产 品，并且要使用基于Lonworks的网络服务 的网络工具设计、安装和启动网络。,LonWorks技术的特点,一致性 Lonworks的一致性是指产品符合ANSI/EI
9、A709.1标准的指标； ANSI/EIA 709.1标准符合国际标准化组织的底层协议标准，其中从第一层到第六 层的功能完全有标准来处理，使用者只需对应用层进行编程。 神经元芯片和ANSI/EIA 709.1标准配合作为固件可进入所有采用神经元芯片的设 备中去。它可做为主处理器被执行应用，也可以作为总线连接器给世纪的主机提 供通信渠道。,LonWorks技术的特点,互操作性 LonMark互操作性准则为Lonworks设备之间的互操作提供了基础。 符合一致性的两个设备在如何交换数据的过程中仍然存在各种可能性，所以一致 性还不足以保证节点之间有意义的相互作用； 节点之间必须在如何交换数据，如何翻
10、译数据，以及动作引起的反映等方面做出 约定，才能保证互操作性和可靠的通信； 一个基于互操作的Lonworks设备的应用层接口包括很多元素：节点对象；特定应 用的LonMark对象；一般的LonMark对象，如传感器、执行器和控制器对象；单个 的网络变量、配置属性和互操作文件传输机制。,LonWorks技术的特点,物理层的互操作性和收发设备有关。介质、通信方法、位速率和收发器型号必须 匹配； 目前，LonMark标准的物理层通道类型包括光纤、双绞线、电力线、INTERNET 协议。 除了要有连接神经元芯片或相当处理器的通信端口的合适的收发器外，还要设置 合适的一系列的通道参数，使通信协议能够以正
11、确的格式发送和接收报文，来实 现互操作。这个通信协议便是LonTalk协议。,技术参数,LonWorks技术的特点,LonTalk的通信协议,LonTalk协议遵循ISO定义的开放系统互连(OSI)模型，它除了为Lonworks控制网 络实现可互操作性提供条件。还提供了OSI参考模型所定义的全部七层服务。它具 有以下的特点： （1） LonTalk协议支持包括双绞线、电力线、无线、红外线、同轴电缆和光纤在内的多种传输介质。 （2） LonTalk应用可以运行在任何主处理器(Host Processor)上。主处理器(微控制器、微处理器、计算机)管理LonTalk协议的第六层和第七层并使用Lon
12、works网络接口管理第一层到第五层。 (3） LonTalk协议使用网络变量与其它节点通信。网络变量可以是任何单个数据项也可以是结构体，并都有一个由应用程序说明的数据类型。网络变量的概念大大简化了复杂的分布式应用的编程，大大降低了开发人员的工作量。 (4） LonTalk协议支持总线型、星型、自由拓朴等多种拓朴结构类型，极大地方便了控制网络的构建。,2层:,1层:,3层:,4层:,5层:,6层:,多媒体传输,Lontalk 协议 Neuron 芯片,7层:,网络变量 SNVT,Non-Lonwork 应用层,LonMark Profiles,OSI层定义,LonTalk的通信协议,LONWO
13、RKS 支持 Bus, Star 和 Ring 拓扑结构.,LonTalk的通信协议,物理通道 LonTalk 协议支持的物理媒界包括 双绞线 Twisted pair 电力线 Power line 无线电 Radio frequency 红外线 Infrared 同轴电缆 Coaxial cable 光纤 Fiber optics,通信协议提供的服务 1,LonTalk的通信协议,各种物理媒界的技术特征比对,LonTalk的通信协议,通信协议提供的服务 2,寻址及地址定义 网络层 地址类型及格式 LonTalk 地址是层次结构构成的 (域, 子网, 节点) (域, 子网, Neuron_ID
14、) (域,组合, 成员) Domain : 0,1,3 或 6 字节(48位的全世界唯一的域识别码). Group : 8位, 每个域256个组合 Subnet : 8位,每个域256个子网 Node : 7位, 每个子网128个节点 Neuron_ID : 唯一的48位标识码,从出厂起就不能更改 Member : 6 位, 每个组合有个成员位置,LonTalk的通信协议,通信协议提供的服务 3, 传输层信息交换 应答信息 回复信息 不应答信息 授权服务,授权服务格式,LonTalk的通信协议,通信协议提供的服务 4,数据解析是通过 NEURON CHIP来执行的 网络变量，presentat
15、ion层 应用层：用户定义 在Neuron Chip中的应用程序用Neuron C来编写.,LonTalk的通信协议,通信协议提供的服务 5,Lonworks技术是支持完全分布式的网络控制技术，是开放的、可互操作的控制系 统的一个技术平台。 近年来的Lonworks的用户、系统集成商和 OEM产品生产商的队伍迅速扩大，其中 包括世界上许多著名的自动化厂商，如Honeywell、ABB、Philips、HP等。 而Lonworks最大的应用领域在楼宇自动化，它包括建筑物监控系统的所有领域， 即人口控制、梯和能源管理、消防/救生 /安全、照明、保暖通风、测量、保安等。 在工业控制领域，Lonworks在半导体制造厂、石油、印刷、造纸等应用领域都占 有重要的地位。,各技术的应用范围,智能家居控制系统示意图,LonWorks的应用实例,
