我们对LonWorks(Lon)技术的开发应用

摘要：本文介绍了Lon现场总线技术的引入、对Lon技术的认知、对Lon总线的核心技术和网络自由拓扑结构、对Lon技术的开发应用、今后的期望与发展趋势。

关键词：Lon总线的引入；认知；核心技术与拓扑结构；开发应用；期望与发展趋势

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）38-0173-02

笔者敢为天下先，在全国高校中率先引进了美国Echelon公司的Lon现场总线技术，多年来一直在致力于Lon技术的开发应用，主持编写了国内外独版的专著、教材和专题论文集，创建了江苏省首批优秀教学团，获得一批显著的教学与科技成果。现在笔者所在的学校同美国ECHELON、北京威世达签约，组建“琼南LON国际联盟”，共同开发节能产品。本文介绍我们对该高新技术的开发应用，旨在呼唤更多有志者的加盟。

一、Lon现场总线技术的引入

在过去的十几年中，网络世界爆发了一场悄然无声的革命，其标志是出现了能将任何智能设备连接起来相互进行通信的设备网络。美国Echelon公司以其LonWorks技术走在这场技术革命的前列。1990年美国Echelon公司推出了LonWorks技术，它提供了一个开放和互操作的设备网络——局部操作网络（简称Lon）。Lon是全球应用最为广泛的连接日常设备的标准，该技术提供一个平坦的、对等的控制网络架构，给各种控制网络应用提供端到端的解决方案。LonWorks技术从进入中国十多年来，在各行各业应用中也取得了可喜的成果。在青藏铁路这条世界上最长的高海拔铁路列车上，北车集团四方车辆研究所采用LonWorks技术监测和控制各种系统，包括监测最先进的旅客供氧系统；在铁路部门，约4500辆新提速的客运列车全部使用LonWorks技术进行监控，使LonWorks成为中国列车上应用最普遍的控制网络；在智能建筑设备监控系统中，LonWorks也被广泛采用……。基于LonWorks的先进性和实用性，2006年中国国家标准化管理委员会（SAC）将LonWorks技术采纳为。

1.77-2006《控制网络LONWORKS技术规范》包括四个部分：协议规范；电力线信道规范；自由拓扑双绞线信道规范；基于隧道技术在IP信道上传输控制网络协议的规范。

2.在GB/T20299.4-2006《建筑及居住区数字化技术应用》国家标准第4部分“控制网络通信协议应用要求”中作为首选的推荐标准。

二、我们对Lon技术的认知

我们接触Lon技术始于2003年。随着时间的推移，我们对Lon技术的认知越来越明确深刻，这是成功开发应用它的必要前提条件。

1.将Lon技术准确定位在控制网技术层面上，这是从根本上，也可以说是从本质上，是认知问题的一个出发点和基准。当前自动化与信息技术融合是学术发展前沿的一种趋势和热点，Lon在加强自动化和信息技术两大领域融合方面作出了重大的历史性突破。

2.Lon技术的LonTalk协议是现场总线技术唯一完整的、符合OSI参考模型所定义的全部七层协议。至今还没有其他哪一个控制网协议宣称，它能够提供OSI参考模型所定义的全部七层服务。LonTalk协议适应了控制网各方面的特点和全面需要，能使信息传输具有高实时性、安全性和可靠性。因此LonTalk协议诞生后，不断被美国、中国等定为相关技术的最高国际或国家标准，它已占据了控制领域开放标准的主流地位。

3.Lon下层控制网和上层信息网，是基本功能、性质和特点不同的两种网络。意味着将来无论是从功能上还是从网络安全上考虑，上层信息网都无法取代下层控制网。

三、Lon现场总线的核心技术和拓扑结构

人们通常把现场总线系统的形成发展分为五代，即把上个世纪50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代；把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代；把数字计算机集中式控制系统称为第三代；而把上世纪70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称为第四代；把现场总线控制系统FCS称为第五代。FCS作为新一代控制系统，一方面突破了DCS系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。Lon现场总线的核心技术是LonTalk通信协议和神经元芯片。LonTalk协议支持全分布式对等层点到点的通信，节点可以组成总线型、环型、树型等多种拓扑网络结构，特别值得一提的是还可以组成自由拓扑结构，它是各种常规拓扑结构的组合。

四、我们对Lon技术的开发应用

利用LonWorks技术开发应用产品有两种途径：利用Nueron芯片直接开发；利用含有Nueron芯片的控制模块进行开发。由于控制模块内解决了Nueron芯片及其电路、通信接口等有关Nueron芯片的技术细节问题，向用户开放的只是Nueron芯片功能强大的IO口，因此被广泛采用。笔者早在2003年于哈尔滨理工大学任职期间，就指导十几名本科生毕业设计和硕士生学位论文对LonWorks技术开展研究，制作的《基于LonWorks技术的现代智能测控系统创新实验设计》作品，赢得了国家教育部教学评估专家的一致好评。笔者自2006年在淮安信息职业技术学院受聘的6年时间里，争取到学校纯设备投资120多万元人民币，完成的《基于Lon技术的现代智能网络测控系统工程研制》创新实验，荣获了“江苏省首届职业教育创新大赛”一等奖（全省12项）；创建了《美国埃施郎苏北EIP教育培训中心》，使该院成为美国Echelon公司目前在大中华地区（大陆、台湾、香港、澳门）12个EIP教育培训指定学校之一；编写国内外独版的专著和教材，由部级优秀机械出版社正规出版，把Lon技术引入正规计划教学和第二课堂；和北京威世达通信技术有线公司合作，共创了《威世达LonWorks技术研发基地》，联合开发了《现代化智能家居示范样板实研室》和《城市路灯节能监控管理系统开发及应用》等工程项目，完成了八项国家和省市科研课题；和台湾凌阳科技有限公司合作，共建了《LONWORKS-凌阳嵌入式单片机研发中心》，在全国高校中第一家引进了凌阳科技最先进的32位嵌入式单片机开发系统；创建了江苏省首届优秀教学团队（全省本/专科共45个），培训了十几名高级职称技术人才和20多名硕士学位研究生。笔者自2008年又指导和帮助他的学生智淑亚副教授在金陵科技学院申报科研课题，引进上百万元基于Lon技术的楼宇自动化成套实验设备，大力开展Lon技术的本科生教学。笔者自2012年受聘的海南省三亚高级技工学校，也引进了十几套基于Lon技术的楼宇自动化大型成套实训设备，大力开展Lon技术的职业技能教育和职业技能大赛，已获得了“五银一铜”的部级大奖；主持编写的《楼宇自动化技术与应用理实一体化教程》，已交稿给部级优秀机械工业出版社，近期即可出版发行。日前，笔者已联系了海南省三亚高级技工学校与威世达通信控制技术（北京）有限公司、美国埃施朗公司，已就关于组建琼南LON国际联盟——“琼南Lon技术应用及研发中心”签署协议，共同开发Lon技术和产品，拟在培养高技能人才和创新大赛中取得更好的成绩。

五、今后的期望与发展趋势

2007年我国将LonWorks联网平台作为青藏铁路上列车的安全监测标准；2008年我国将LonWorks应用到北京奥运会上的灯光照明……LonWorks技术频繁应用到我国举世瞩目的工程或活动上来，标志着我国已经迈入了LON的时代。LonWorks技术已经在国内许多地区等地区的楼宇、交通、照明、工业、能源管理等领域率先应用，但是目前LonWorks技术还没有迈进琼南地区。为推动三亚及琼南地区节能减排、智能化、信息化建设，由三亚高级技工学校、威世达通信控制技术（北京）有限公司、美国埃施朗公司组建联盟——琼南LonWorks研发中心。该联盟针对中国智能化产业发展迅速，而琼南地区的相关行业却面临着越来越严重的人才短缺和技术落后的情况，将机械、电气、自动化、通信和计算机控制等技术有机结合，推广到现代企业电气控制系统，为琼南地区培养LonWorks技术专业人才，帮助企业利用LonWorks技术对底层生产设备的升级改造，采用LonWorks技术解决企业遇到的技术难题。联盟的成立将为琼南地区培养更多的具有实践创新能力和开发技能的智能化领域人才，将推动琼南地区相关行业的技术水平的提高，也将提高企业的国内和国际竞争力。

十多年来，笔者虽然一直竭尽全力地在为Lon技术的开发应用而拼搏，也做了一些力所能及的工作。然而目前Lon技术在中国的开发应用尚不普遍，市场还远没有打开，在很多高校和企业甚至还鲜为人知。可以说，Lon高新技术在中国的开发应用刚刚起步，前方的路还很长，要进行的工作还很重、很多，笔者深感身单力薄，所以呼唤更多有志者的加盟；任重而道远，更需要同志们加倍努力。

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基金项目：中国职教学会2012—2013年度科研规划项目（立项编号：890123）

作者简介：高安邦，三亚高级技工学校特聘教授，学校教授委员会委员。