1、LonWorks 现场总线的工程方法冶金部自动化院智能装备所 张云贵摘要 本文介绍了基于 Lonworks 的系统硬件安装、软件选择和系统优化方法，并以 EIC2000 开放控制系统为例，说明了 LonWorks 系统在楼宇自动化中的应用关键词：LonWorks, 网络拓扑, internetAbstract: The hardware installation and software selection of Lonworks based system are descripted in this paper, the method of optimise the system is al
2、so introduced, then a Lonworks based system, which is called EIC2000 Open Control System, is introduced as an example in the Building AutomationKey word: LonWorks, Network Topology, internet 对控制系统技术而言，最具革命性应当是现场总线。由于现场总线技术所带来的巨大经济利益，使得各大利益集团之间标准之争，尤其是 FF 和ProfiBus 之争，日益白热化，成为自动化领域内一道无奈的风景。与此同时，一些极具活
3、力的现场总线技术，远离无谓的纷争，悄然兴起，成为了一些行业的实际标准，如被纷争的各方视为“可怕的对手”的 Lonworks，就已经成为楼宇自动化领域广泛采用的标准之一。应该说 Lonworks 技术是适合中国国情的，是中国的楼宇自动化装备商、集成商推出与国外大公司竞争的系统的大好时机，但是在实践中，一些问题也影响了它的推广，比如合理的工程方法，适当的系统优化措施，以及软件国产化等。冶金部自动化院在开发 EIC2000 开放控制系统中积累了一些经验，并找到了一些解决方法，本文重点就 Lonworks 的网络工程中重要但又由于缺乏技术规范的一些环节进行说明。另外还以 EIC2000 系为例，介绍一
4、些国产化软件，统优化问题将另文阐述。1. LonWorks 网络拓扑LonMark 定义了两种网络拓扑结构：总线拓扑和自由拓扑。总线拓扑见图 1，由一条主干线、若干分支线（STUB）和两个终端匹配器组成，通信信道（Channel）为总线（BUS）的形式，LonWorks 节点由分支线连到主干线上。自由拓扑见图 2，通信信道上只有一个终端匹配器，通信信道可以是总线、星形、环形和混合型。2. LonWorks 网络设备组成 LonWorks 网络的设备有：介质、终端匹配器、分线盒、分支线、路由器、重复器、串行设备接口适配器、PC 机适配器、网关设备、Lonworks 节点，本文重点说明前四种，其它
5、设备参阅 Echelon 产品手册。* 介质及收发器支持多介质传输是 LonWorks 的主要技术特点之一，对不同传输介质的支持是通过收发器（Transceiver）实现的，在一个通信信道上只有使用相同类型的收发器的产品才可以直接相连，用户在选择时必须牢记这一点。全世界有许厂家生产符合 LonMark 标准的收发器。以 Echelon 公司为例，它能提供电力线收发器 PLT10A/PLT-20/PLT-30、总线拓扑收发器 TPT/XF-78 和TPT/XF-1250，自由拓扑收发器 LPT10（总线供电）/FTT10A（非总线供电），其中 FTT10A 使用最多，国内绝大多数 Lonwork
6、s 产品采用的也是 FTT-10, 如冶金部自动化院的 EIC2000 开放控制系统等。要特别指出的是，总线供电的 LPT10 支持有本质安全要求的应用，每个节点通过 LPT10 可以从通信线上获得 DC5V100mA 的供电，并有 Wake-UP 管脚支持省电工作模式。其结构图见图 3。LPT10 和 FFT10 还可以如图四所示混合使用，但必须满足以下条件：。在一个网段上：2*FTT-10A 个数+LPT-10 个数=50V100uF,=50V说明LPI-10 上的跳线跳到“2 CPLR”LPI-10 上的跳线跳到“1 CPLR”* 分线盒分线盒是连接通信主干线和分支线的接线装置。国内 L
7、onworks 应用中接线很不规范，大多采用菊花链接线方法，无论是接入的方便性、可靠性、规范性还是可维护性都没有保障。这里介绍几种 LonMark 推荐的分线盒：直通型、T 型、局部环型（图 6）。从电缆的接驳方式上也可以分成镙钉端子型和插头插座型（如 RJ 头，D 型插头插座，航空插头插座等）。 直通式：不同长短的网线之间的连接；T 型： 主干线分支用；局部环：当分支线3m 时，或接路由器等双端口设备时使用（见图 6 b）三种分线盒连线图见图 73. EIC2000 开入控制系统LonWorks 系统的全面解决方案国内外已有许多生产 LonWorks 产品的厂家，但能提供软硬件全面解决方案的
8、并不多。对设计人员来说，虽然 LonWorks 的开放性给设计选型带来了巨大的灵活性，但缺乏配套性又常常让人无所是从。另外国外产品的高价格，尤其是软件的高价格，使得 Lonworks 的应用受到了很大的限制，针对这一情况，冶金部自动化院研制开发了 EIC2000 开放控制系统，它不仅为集成商和设计人员提供了丰富的基于 LonWorks 的硬件产品，还能提供全方位的软件解决方案，使Lonworks 得以摆脱昂贵复杂的进口开发装置，以极具工程化的方式提供从控制网络（infranet）到国际互连网(internet)的全面解决方案。EIC2000 开放控制系统的系统结构如图 8，本文重点介绍 EIC
9、2000 系统的软件。4. EIC2000 开放控制系统软件EIC2000 有以下软件，* Lonworks 节点图形化算法组态：OnLon* Lonworks 网络管理软件：VisualLon* Lonworks 到 internet 接口软件：Weblon* 人机界面软件及其驱动程序（推荐 Intouch 和 LNS DDE Server）VisualLon 和 Onlon 是通用的 Lonworks 系统工具软件，不仅适用于 EIC2000，也适用于所有符合 LonMark 协议的产品。VisualLON 提供 Lonworks 节点的安装、节点替换、节点测试、程序加载、网络变量绑定等网
10、络管理功能，还提供节点的网络变量读取、修改及节点配置参数的设定功能。OnLon 是全世界第二个对 Lonworks 节点图形化编程的软件，它符合IEC11313 标准，用功能方块图编制控制程序，编译后下载到 Lonworks 节点上。除此之外，Onlon 还提供 Nueron C 编程环境，用户可以用此功能编程自己的功能块，并加到 OnLon 的功能块库中。OnLon 提供的编程及调试环境，能满足用户一般的应用及开发需要，用易于使用的软件代替昂贵复杂的开发设备是 OnLon 的根本出发点，这一点对应用工程师来说，尤为重要。OnLon 提供的标准功能块分五种* 算术运算（加、减、乘、除、开方、均
11、值、移位等）* 逻辑运算（与、或、非、比较等）* 控制运算（PID、滤波器、比较器、放大器、触发器、双速、死区等）* 共享功能（锁存、时钟、折线等），这些功能块向用户开放 Nueron C 代码，使用者可以在基础上修改形成新的功能块* 网络变量功能块，提供一个方便直观的对话环境，让用户通过简单的选择，完成网络变量的命名、类型的选择、存贮方式及网络属性的配置，通过这种功能块定义的网络变量，符合 LonMark 标准* 硬件输入输出功能块，这是唯一与承载算法的硬件相关的功能块，在这一交互式环境中，用户选择所用的硬件类型，指定 IO 口及其扫描时间。不同的厂家的硬件产品提供不同的驱动软件，OnLon
12、 接受两种形式的驱动软件：库函数和Nueron C 代码，因此 OnLon 不仅可以用在 EIC2000 系统中，也可用到任何一种基于 3150 Nueron Chip 的 LonWorks 产品中。到目前为止，OnLon 能提供 57 种标准功能块和五种自由共享功能块。OnLon 功能块还将不断地扩展，除 OnLon 开发者开发新的功能块以外，还向全世界OnLon 使用者征集自由共享功能块和购买 OEM 功能块，使这一中国人开发的软件不断完善，成为世界级的精品软件。OnLon 编译后的最终代码是基于时间周期性地执行的。系统提供秒级和毫秒级两个基本时钟，每个模块的执行周期可以用户设置。inte
13、rnet 技术将改变人类的生活方式，自动化控制系统当然不能例外。Wonderware 公司的 SCOUT，intellution 公司的 FIX internet, PC Soft International,Inc 的 WIZCON for internet 以及 EIC2000 的 WEBLON 都是这一理念下的成果。WEBLON 结构如图 2 所示，它运行在 Windows NT 平台上，实现 EIC2000 和internet 的连接。从图中可以看出，运行 WEBLON 的 PC 必须同时运行 HTTP Sever，必须有Lonworks 网络适配器和 TCP/IP 网络接入设备（网卡
14、、路由器或 MODEM）。在流览器一端的 PC 上，必须有一个能运行 JAVA 程序的流览器（IE4.0 或Navigator4.0 以上版本均可以）和一个事先设计好的 WEB 页面。WEB 页面可以用任何一种页面设计工具设计，由一系列 Applet 组成页面的主体，WEBLon 提供的 Applet 有两类，即代理 Applet 和界面 Applet .界面 Applet 通过 WEBLon Server 实现对 Lonworks 网络的访问和进行可视化处理（如实现工业动画、趋势图等），而代理 Applet 统计页面中界面 Applet 的数量，并把它们用到的网络变量清单提交给 WEBLon
15、 Server。一个页面中只有一个代理 Applet，但可以有任意数量的界面 Applet，从而形成丰富多彩的“活”的流览器界面。由于 internet 开放性所带来的安全性问题，WebLon 中设计了完善的访问授权机制。WebLon 除了其技术上的优点外，经济上最主要的好处是只要一套软件（WebLon），通过 internet 技术允许在任意地点有任意多的 PC 对 EIC2000 系统进行监控，而全部免费。图 2 WebLon 结构图5. 结论LonWorks 技术在楼宇自动化中的成功推广，为我国在这一领域参与国际竞争带来了前所未有的机遇，如何使这一技术在应用中规范化，低成本化是当前急待解
16、决的问题，需要业内外人士共同努力和艰苦的工作。参考文献：1. R.W.Lewis Programming industrial control systems using IEC1131-3 The Institution of Electrical Engineer2. Gesytec GmbH Easylon Tools for intelligent networking Gesytec Brochure3张云贵 测控技术1999/6 “基于 Lonworks 的 FCS 全面解决方案“LonWorks 现场总线的工程方法冶金部自动化院智能装备所 张云贵摘要 本文介绍了基于 Lonwor
17、ks 的系统硬件安装、软件选择和系统优化方法，并以 EIC2000 开放控制系统为例，说明了 LonWorks 系统在楼宇自动化中的应用关键词：LonWorks, 网络拓扑, internetAbstract: The hardware installation and software selection of Lonworks based system are descripted in this paper, the method of optimise the system is also introduced, then a Lonworks based system, which
18、is called EIC2000 Open Control System, is introduced as an example in the Building AutomationKey word: LonWorks, Network Topology, internet 对控制系统技术而言，最具革命性应当是现场总线。由于现场总线技术所带来的巨大经济利益，使得各大利益集团之间标准之争，尤其是 FF 和 ProfiBus 之争，日益白热化，成为自动化领域内一道无奈的风景。与此同时，一些极具活力的现场总线技术，远离无谓的纷争，悄然兴起，成为了一些行业的实际标准，如被纷争的各方视为“可怕的对手
19、”的 Lonworks，就已经成为楼宇自动化领域广泛采用的标准之一。应该说 Lonworks 技术是适合中国国情的，是中国的楼宇自动化装备商、集成商推出与国外大公司竞争的系统的大好时机，但是在实践中，一些问题也影响了它的推广，比如合理的工程方法，适当的系统优化措施，以及软件国产化等。冶金部自动化院在开发 EIC2000 开放控制系统中积累了一些经验，并找到了一些解决方法，本文重点就 Lonworks 的网络工程中重要但又由于缺乏技术规范的一些环节进行说明。另外还以 EIC2000 系为例，介绍一些国产化软件，统优化问题将另文阐述。1. LonWorks 网络拓扑LonMark 定义了两种网络拓
20、扑结构：总线拓扑和自由拓扑。总线拓扑见图 1，由一条主干线、若干分支线（STUB）和两个终端匹配器组成，通信信道（Channel）为总线（BUS）的形式，LonWorks 节点由分支线连到主干线上。自由拓扑见图 2，通信信道上只有一个终端匹配器，通信信道可以是总线、星形、环形和混合型。2. LonWorks 网络设备组成 LonWorks 网络的设备有：介质、终端匹配器、分线盒、分支线、路由器、重复器、串行设备接口适配器、PC 机适配器、网关设备、Lonworks 节点，本文重点说明前四种，其它设备参阅 Echelon 产品手册。* 介质及收发器支持多介质传输是 LonWorks 的主要技术特
21、点之一，对不同传输介质的支持是通过收发器（Transceiver）实现的，在一个通信信道上只有使用相同类型的收发器的产品才可以直接相连，用户在选择时必须牢记这一点。全世界有许厂家生产符合 LonMark 标准的收发器。以 Echelon 公司为例，它能提供电力线收发器 PLT10A/PLT-20/PLT-30、总线拓扑收发器 TPT/XF-78 和TPT/XF-1250，自由拓扑收发器 LPT10（总线供电）/FTT10A（非总线供电），其中 FTT10A 使用最多，国内绝大多数 Lonworks 产品采用的也是 FTT-10, 如冶金部自动化院的 EIC2000 开放控制系统等。要特别指出的
22、是，总线供电的 LPT10 支持有本质安全要求的应用，每个节点通过 LPT10 可以从通信线上获得 DC5V100mA 的供电，并有 Wake-UP 管脚支持省电工作模式。其结构图见图 3。LPT10 和 FFT10 还可以如图四所示混合使用，但必须满足以下条件：。在一个网段上：2*FTT-10A 个数+LPT-10 个数=50V100uF,=50V说明LPI-10 上的跳线跳到“2 CPLR”LPI-10 上的跳线跳到“1 CPLR”* 分线盒分线盒是连接通信主干线和分支线的接线装置。国内 Lonworks 应用中接线很不规范，大多采用菊花链接线方法，无论是接入的方便性、可靠性、规范性还是可
23、维护性都没有保障。这里介绍几种 LonMark 推荐的分线盒：直通型、T 型、局部环型（图 6）。从电缆的接驳方式上也可以分成镙钉端子型和插头插座型（如 RJ 头，D 型插头插座，航空插头插座等）。 直通式：不同长短的网线之间的连接；T 型： 主干线分支用；局部环：当分支线3m 时，或接路由器等双端口设备时使用（见图 6 b）三种分线盒连线图见图 73. EIC2000 开入控制系统LonWorks 系统的全面解决方案国内外已有许多生产 LonWorks 产品的厂家，但能提供软硬件全面解决方案的并不多。对设计人员来说，虽然 LonWorks 的开放性给设计选型带来了巨大的灵活性，但缺乏配套性又
24、常常让人无所是从。另外国外产品的高价格，尤其是软件的高价格，使得 Lonworks 的应用受到了很大的限制，针对这一情况，冶金部自动化院研制开发了 EIC2000 开放控制系统，它不仅为集成商和设计人员提供了丰富的基于 LonWorks 的硬件产品，还能提供全方位的软件解决方案，使Lonworks 得以摆脱昂贵复杂的进口开发装置，以极具工程化的方式提供从控制网络（infranet）到国际互连网(internet)的全面解决方案。EIC2000 开放控制系统的系统结构如图 8，本文重点介绍 EIC2000 系统的软件。4. EIC2000 开放控制系统软件EIC2000 有以下软件，* Lonw
25、orks 节点图形化算法组态：OnLon* Lonworks 网络管理软件：VisualLon* Lonworks 到 internet 接口软件：Weblon* 人机界面软件及其驱动程序（推荐 Intouch 和 LNS DDE Server）VisualLon 和 Onlon 是通用的 Lonworks 系统工具软件，不仅适用于 EIC2000，也适用于所有符合 LonMark 协议的产品。VisualLON 提供 Lonworks 节点的安装、节点替换、节点测试、程序加载、网络变量绑定等网络管理功能，还提供节点的网络变量读取、修改及节点配置参数的设定功能。OnLon 是全世界第二个对 L
26、onworks 节点图形化编程的软件，它符合IEC11313 标准，用功能方块图编制控制程序，编译后下载到 Lonworks 节点上。除此之外，Onlon 还提供 Nueron C 编程环境，用户可以用此功能编程自己的功能块，并加到 OnLon 的功能块库中。OnLon 提供的编程及调试环境，能满足用户一般的应用及开发需要，用易于使用的软件代替昂贵复杂的开发设备是 OnLon 的根本出发点，这一点对应用工程师来说，尤为重要。OnLon 提供的标准功能块分五种* 算术运算（加、减、乘、除、开方、均值、移位等）* 逻辑运算（与、或、非、比较等）* 控制运算（PID、滤波器、比较器、放大器、触发器、
27、双速、死区等）* 共享功能（锁存、时钟、折线等），这些功能块向用户开放 Nueron C 代码，使用者可以在基础上修改形成新的功能块* 网络变量功能块，提供一个方便直观的对话环境，让用户通过简单的选择，完成网络变量的命名、类型的选择、存贮方式及网络属性的配置，通过这种功能块定义的网络变量，符合 LonMark 标准* 硬件输入输出功能块，这是唯一与承载算法的硬件相关的功能块，在这一交互式环境中，用户选择所用的硬件类型，指定 IO 口及其扫描时间。不同的厂家的硬件产品提供不同的驱动软件，OnLon 接受两种形式的驱动软件：库函数和Nueron C 代码，因此 OnLon 不仅可以用在 EIC20
28、00 系统中，也可用到任何一种基于 3150 Nueron Chip 的 LonWorks 产品中。到目前为止，OnLon 能提供 57 种标准功能块和五种自由共享功能块。OnLon 功能块还将不断地扩展，除 OnLon 开发者开发新的功能块以外，还向全世界OnLon 使用者征集自由共享功能块和购买 OEM 功能块，使这一中国人开发的软件不断完善，成为世界级的精品软件。OnLon 编译后的最终代码是基于时间周期性地执行的。系统提供秒级和毫秒级两个基本时钟，每个模块的执行周期可以用户设置。internet 技术将改变人类的生活方式，自动化控制系统当然不能例外。Wonderware 公司的 SCO
29、UT，intellution 公司的 FIX internet, PC Soft International,Inc 的 WIZCON for internet 以及 EIC2000 的 WEBLON 都是这一理念下的成果。WEBLON 结构如图 2 所示，它运行在 Windows NT 平台上，实现 EIC2000 和internet 的连接。从图中可以看出，运行 WEBLON 的 PC 必须同时运行 HTTP Sever，必须有Lonworks 网络适配器和 TCP/IP 网络接入设备（网卡、路由器或 MODEM）。在流览器一端的 PC 上，必须有一个能运行 JAVA 程序的流览器（IE4
30、.0 或Navigator4.0 以上版本均可以）和一个事先设计好的 WEB 页面。WEB 页面可以用任何一种页面设计工具设计，由一系列 Applet 组成页面的主体，WEBLon 提供的 Applet 有两类，即代理 Applet 和界面 Applet .界面 Applet 通过 WEBLon Server 实现对 Lonworks 网络的访问和进行可视化处理（如实现工业动画、趋势图等），而代理 Applet 统计页面中界面 Applet 的数量，并把它们用到的网络变量清单提交给 WEBLon Server。一个页面中只有一个代理 Applet，但可以有任意数量的界面 Applet，从而形成
31、丰富多彩的“活”的流览器界面。由于 internet 开放性所带来的安全性问题，WebLon 中设计了完善的访问授权机制。WebLon 除了其技术上的优点外，经济上最主要的好处是只要一套软件（WebLon），通过 internet 技术允许在任意地点有任意多的 PC 对 EIC2000 系统进行监控，而全部免费。图 2 WebLon 结构图5. 结论LonWorks 技术在楼宇自动化中的成功推广，为我国在这一领域参与国际竞争带来了前所未有的机遇，如何使这一技术在应用中规范化，低成本化是当前急待解决的问题，需要业内外人士共同努力和艰苦的工作。参考文献：1. R.W.Lewis Programming industrial control systems using IEC1131-3 The Institution of Electrical Engineer2. Gesytec GmbH Easylon Tools for intelligent networking Gesytec Brochure3张云贵 测控技术1999/6 “基于 Lonworks 的 FCS 全面解决方案“
