台达PLC在楼宇自控LonWorks网络下的应用

摘 要：本文给出了台达PLC在楼宇自控LonWorks网络下的应用，展示了LONWORKS控制网络的技术特点和应用场景。

关键词：LonWorksLonTalkPLC楼宇自控

中图分类号：TU2文献标识码： A

1.引 言

LonWorks(Local Operating Networks,局部操作网络）是美国Echelon公司提出的一种分布式控制网络技术，简称L0N网。其具有完整、全开放、可互操作、成熟及低成本特性,使得众多制造厂和用户在其控制网络方案中采用LonWorks技术。迄今,全世界已有3300多家公司利用LonWorks技术生产各种各样的LonWorks产品,以满足现代化楼宇、工厂、交通运输系统、城市基础设施(水、电、气等)、家庭等环境自动化系统的分布式控制网络要求。在1995年,LonWorks控制网络被美国确定为楼宇自动化控制网络标准的一部份。目前,世界主要的楼宇控制公司,如霍尼维尔、安德沃、西比、江森、兰吉尔、萨切维尔等都正在采用LonWorks技术改造产品,已形成世界技术潮流。LonWorks在楼宇以及一些孤立的工业现场（例如染色机）取得了巨大进展。许多工程实例表明：通过精心设计，大楼可以通过只装备单独的一个LonWorks网络，从而使得HVAC（供热、通风和制冷）、电力照明、楼宇阳光屏蔽和安全功能以及其它开放式控制设备均能在LON网络上互操作。

2.LonWorks网络技术特点与优势

LonWorks网络具有出色的稳定性，其灵活自由的拓扑结构与布线技术领先于基于RS485的传统现场通讯布线技术。LonWorks能够巧妙而经济地满足特殊要求，能够以“功能简表”形式为应用商提供解决方案的基础。对许多设备诸如发动机、泵、变频器、PLC、阀门、传感器等都有专用且形式简洁的功能简表。LonWorks以其“对等设计与智能分布式现场网络设备”在技术上领先传统工业自动化系统（PLC/IPC现场总线）整整一代。

对于自动化控制而言，平坦且对等的（P2P）体系结构是所有控制网络架构中最稳固的。P2P体系结构和其它任何一种分级的体系结构相比，不再具有分级体系结构与生俱来的故障。传统体系结构中，来自某一个单点设备的信息要传递给目标设备，必须先传送到中央设备或者网关。也就是说在两个非中央设备之间的通信需要一个转接（发）的步骤，这就增加了故障发生的可能性。而在P2P体系结构下，允许两个单点设备之间直接通信，就避免了因中央控制器故障带来的通讯中断影响，并且排除了瓶颈效应，提升了通讯效率。在P2P体系下，单点设备网络故障更多的只影响其自身与其它联网设备的通讯，而不会象在非平坦的、非对等式体系结构中那样会影响到网络中其它设备之间的通讯。图1是通过监控的主/从通讯网络与对等通讯网络的对比。

图1网络组织对比图

所谓的互操作性，意味着每个网络中的装置能够根据自身需要将要的信息变成数字串行数据上传网络并直达另一装置。数据转移通常涉及一个或多个信息发送者，一个或一个以上的接收者。发送者和接收者之间一定要有某种形式的连接，数据才能以一连串的开/关状态转移。所有连接到某一特定信道的装置必须有同一速率运行的兼容收发器，如此才能够达到互操作的目的。LonWorks网络装置间串行数据的转移同样要求有一套通讯协议，该协议通常以嵌入软件或固件代码形式存在于每个网络装置中。包含这个协议代码与某种智能操作装置的设备称之为网络节点。它包括一片Neuron神经芯片、传感和控制设备、收发器(用于建立Neuron芯片与传输之间的物理连接)和电源。

LonWorks网络中设备间的通信采用一种称为LonTalk的网络标准语言实现。LonTalk由各种允许LON网上不同设备间智能通信的底层协议组成。LonTalk协议提供的通信服务，使得网络中的设备能够与其他联网设备进行发送和接收报文作业而无需知道网络的拓扑结构，或者网络的名称、地址，或者其他设备的功能。LonWorks协议能够有选择地提供端到端的报文确认、报文证实和优先级发送服务。对网络管理服务的支持使得远程网络管理工具能够通过网络与其他联网设备相互作用，这包括网络地址和参数的重新配置、下载应用程序、报告网络问题和启动/停止/复位设备的应用程序。LonTalk――也就是LonWorks系统――可以在任何物理媒介上通信，这包括电力线、双绞线、无线（RF）、红外（IR）、同轴电缆和光纤。

LonTalk通讯协议是LonWorks技术的核心，它是一个分层的以数据包为基础的对等的通信协议。每个数据包由可变数目的字节构成，长度不定，并且包含应用层的信息以及寻址和其他信息。信道上的每个装置监视在信道上传输的每个数据包以确定自己是否收信人。若是，则处理以判明是否包含本节点应用程序所需的信息或者它是否是个网络管理数据包。LonTa1k协议是直接面向对象的网络协议,即通过网络变量实现网络节点间的联结。当定义为输出的网络变量改变时,能自动地将该网络变量的值发送出去,使所有将该变量定义为输入的节点收到此变量值,以便激活相应的处理进程(事件触发型）。标准网络变量能使不同制造商的产品通过建立标准的数据传送模式正确地翻译、传送数据,便于设备的互换和互操作。由于网络变量的长度有限,最多31字节, LonTa1k协议提供了四种类型的报文服务：应答方式、请求/响应方式、非应答重发方式、非应答方式。

为了简化网络配置和管理，用户可以把逻辑地址分配给节点，把一个名字和物理装置与节点配合。逻辑地址在网络配置时定义。每个逻辑地址有2个部分，第一部分是指定域的ID，这个指定域就是节点的集合――他们之间可以互操作。逻辑地址的第二部分以独特的15位节点地址规定域中的某个单一节点。

3.台达PLC在LonWorks网络下的应用

而对于PLC介入到LonWorks网络中，实现PLC数据/状态的实时监控，则必须由网关节点的应用程序对PLC进行操作。

本文以华东地区某大型广场的智能楼宇控制系统中涉及到的台达PLC在LonWorks网络下的应用为例，介绍网关节点与PLC通讯配置的网络变量以及命令格式。该系统中，机电设备为中央空调风柜，PLC根据回风温度经过PID调节新风阀门的开度，以达到控制房间或单元室温度的目的。风柜网络原理图参看图2。

图2 风柜网络原理图

1. 网络变量

nviConfig 配制网络变量

nvoDR[0～7] 只读模拟量（AI）

nvoXR[0～7] 只读数字量（DI）

nviMW[0～12] 只写数字量（DO）

nviDW[0～31] 只写模拟量（AO）

2. 配制网络变量

nviConfig 输入格式：XX X X XXXXXXXX

指令操作号：设定值

①指令：R读设定值，W置设定值。

②操作号：

00 通信格式设定；

01～08 nvoDR[0～7]连接设定；

09～16 nvoXR[0～7]连接设定；

17～29 nviMW[0～12] 连接设定；

30～61 nviDW[0～31] 连接设定。

③设定值：通信格式设定 BBBBB_TT (BBBBB波特率 如09600,_空格,TT 通信秒间隔 如01)。

④连接设定：SSIIAAAA (SS设备号 如01，II指令 如02，AAAA地址 如1AFF)。

3. 连接量

只读模拟量和只读数字量按通信秒间隔自动读设备进行刷新，只写数字量和只写模拟量变量赋值时网络自动发送到设备。

由于LonTalk协议规定网关节点的应用程序中已经包含该网关节点的逻辑地址，并且是以名称的形式存在于网关节点的应用程序中。因此，网关节点到PLC的通讯部分无须顾及PLC的通讯地址，而只需通用默认的PLC地址即可。

表1 只读配置网络变量表

变量名称 序号 变量名称 PLC地址 备注 输入量

送风温度 1 nvoDR[0] D100 温度显示 R R01:01031064

新风温度 2 nvoDR[1] D110 温度显示 R R02:0103106E

阀门开度 3 nvoDR[2] D72 开度显示 R R03:01031048

表2 读/写配置网络变量表

新风下限 31 nviDW[1] D511 下限温度 R/W W31:010611FF

新风上限 32 nviDW[2] D512 上限温度 R/W W32:01061200

风机状态设置 37 nviDW[7] D520 制冷0送风1制热2 W W37:01061208

阀门行程 33 nviDW[3] D513 阀门行程 R W33:01061201

表3 状态配置网络变量表

滤网状态 9 nvoXR[0] X0 R W09:01020400

运行状态 10 nvoXR[1] X1 R W10:01020401

故障状态 11 nvoXR[2] X2 R W11:01020402

手自动 12 nvoXR[3] X3 R W12:01020403

Alarm 13 nvoXR[4] X4 R W13:01020404

表1中，变量规定为只读，在台达PLC的通讯协议中，D0对应的地址为H1000，则，D100对应的地址为H1064，依此类推。由于LONTALK协议的网关地址已经在网关节点的应用程序中得到确定，那么，网关节点与PLC的通讯就变成了标准的统一的程序，只需使用PLC默认的通讯地址即可，如表1、表2、表3所示PLC的通讯地址都统一为1（即设备号为1）。

如前图图2所示，现场的监控由文本显示器来实现（型号为TP04G），远端的监控通过LonWorks网关节点来实现。由此组成一个分布式智能控制系统。远端的上位计算机通过与末端的LON网关交换数据，网关节点根据从信道中接受到的数据包判断是否是合适本网关的数据包，如是，则网关节点应用程序再将数据下达至PLC，完成远端的监控。

虽然LON分布式智能控制系统并不要求末端的PLC提供地址，但是文本显示器与PLC的地址设置功能还是大大地方便了程序编写者与现场的调试人员。以下简单地介绍该功能的使用：TP04G提供了DELTA Mx的DRIVER，该功能适用于DELTA PLC的多地址应用场合。我们知道，在标准设备的生产制造中，通常我们需要的是标准化的程序，以简化现场调试工作以及方便程序文件的管理。那么，在标准设备的组网过程中，必不可少地需要改变PLC的地址，以达到组网控制的目的。如果通过传统的改变PLC程序来实现的话，一台标准设备就要有一套程序，非常不便于程序的管理。而使用文本显示器的DELTA Mx功能只需在文本的系统菜单中改变文本的通讯地址即可，而文本程序中需要对PLC的D1121设置成相应地址即可实现。

文本显示器提供的万年历功能为实现空调系统定时开/关机功能提供了方便，PLC可以通过万年历的时间实现对风机的定时开关机控制。网络功能的实现为楼宇机电设备的管理者提供了方便，管理人员可以通过网络对位于大楼任何位置的机电设备下达指令，也可以随时通过LON网络查看任何位置的机电设备的运行状态。实现了楼宇智能控制。

LonWorks技术已经逐渐成为小区/楼宇智能化系统的基本规范。LonWorks网络非常容易与其他网络实现互连,如Internet网络,可以实现远程操作和控制。LonWorks开放式、可互操作性、成熟和低成本的特点,使得众多的制造厂和用户纷纷在其控制网络方案中采用LonWorks技术。另外,对于最终用户来说,项目的初期投资大为减少,系统管理简单,增加新功能又十分简便。由此可以推断,LonWorks控制网络技术会越来越为人们重视和推广。PLC作为通用可靠的工业控制器，依然在工业现场得到广泛的应用，在民用市场的网络要求越来越多的今天，相信日益强大的PLC的网络功能一定也会越来越多地进入人们的日常生活中。

4.结论

本文给出了LonWorks网络技术的特点和优势，重点展示了台达PLC在智能住宅小区/楼宇智能化系统中LonWorks网络下对中央空调风柜这一有代表性建筑电气设备的状态数据参数获取和过程控制参数发送的网络连接配置的具体实现方法，突出了平坦且对等的P2P网络架构的优势，表明了LonWorks网络控制技术与相关设备在智能住宅小区/楼宇智能化系统应用中高度的安装使用便捷性和巨大的性能优势。

参考文献

[1] 埃施朗公司．《LONWORKS原理和实践概述》．

[2] Jurgen W.hertel．《Industrial Control》．

作者简介

戴慧江（1975- ），金华职业技术学院信息工程学院教师，工程师/讲师职称，硕士学历，研究方向为楼宇智能化工程技术、工业自动化控制、电气自动化。