LonWorks控制網絡技術在樓宇自控中的典型應用

LonWorks是新一代控制網絡技術，以其開放、靈活等特點成為樓宇自控系統的最佳選擇。本文以廣東發展銀行佛山分行廣發大廈樓宇自動化系統工程所采用的BAS-K3000作為實例，闡述LonWorks 控制網絡技術在樓宇自控系統中的典型應用及設計時應注意的幾個問題。
自90年代初美國Echelon公司開發出第一片Neuron芯片以來，LonWorks 控制網絡技術已經滲透到了控制領域的每一個角落。在擺脫獨享控制方案和中心控制系統的隊伍中，LonWorks控制網絡技術走在最前列。作為一項革命性的控制系統，LonWorks控制網絡技術以其開放性、靈活性、低成本、開發迅速的特點在樓宇自動化、工業自動化和家庭自動化等方面取得了令人矚目的成績。國際上著名的自控公司都已經或準備推出基于LonWorks控制網絡技術的產品。國內最早應用LonWorks控制網絡技術的工程單位之一的康聯智能自動化工程公司，根據近年來在樓宇自動化方面取得的成功經驗開發的BAS K3000樓宇自動化系統，是LonWorks控制網絡技術在樓宇自控中的典型應用。

一、為什么采用LonWorks控制網絡技術

傳統的集中控制系統中，遠端傳感器向中心控制器提供反饋信號，每個系統都有自己的I/O及處理過程，這樣造成開發、安裝、調試復雜、成本高、擴展性差。系統設計師大量的精力用在傳遞線路和通訊方面。

LonWorks 控制網絡技術擁有諸多優點，集中體現在：

1、系統具有開放性和互操作性。

LonWorks 網絡由節點（即智能控制器﹚通過固化在內部的符合OSI七層參考模型的LONTALK 網絡通訊協議互聯，組成“Peer to Peer”對等網絡，開發人員只需將主要精力花在系統應用設計方面，而不需要專門去實現和測試傳輸線路和通訊系統。

2、分布式無中心控制。

網絡節點靠近現場傳感器和執行機構，每個節點都能完成控制和通訊功能，部分節點故障不會造成系統癱瘓，可多至九個監控站可隨意安裝在網絡的任何位置，并且位置也可以隨時變換，監控站之間功能完全對等，也可以定義成不同級別。這些特點對系統的調試、維護和穩定性都有著重要的意義。

3、系統組態靈活、開發周期短、應用媒體范圍廣泛。

采用不同類型的收發器，系統可利用雙絞線、光纜、同軸電纜、電力線、無線、紅外線等多種媒體進行信號傳輸；根據傳輸距離的遠近、傳輸速度和現場設備等具體要求組成自由拓撲結構或總線型等結構，這些都給系統設計和維護升級改造帶來極大的方便。

二、BAS K3000系統構成綜述

BAS-K3000樓宇自動化系統完全遵守 LonWorks控制網絡標準通訊協議-- LONTALK,充分利用了LonWorks技術的控制和通訊功能，其網絡組成包括：

智能節點

網絡接口及連接設備

遠程通訊設備

人機界面操作站

1．智能節點

智能節點是最靠近現場設備的控制器，可與傳感器、執行機構相連，通過數字量、模擬量的輸入/輸出，可以進行數據采集、接收、發送指令。由Echelon 公司提供的收發器包括:TP/XF-78、TP/XF-1250雙絞線總線型，TP/FTT-10A自由拓撲結構雙絞線型，PLC-10動力線型等可組成相應的網絡拓撲結構。

智能節點提供的監控功能包括數字量輸入、數字量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出以及標準系統時鐘等。

系統底層應用程序寫入節點的存儲器中，每個節點不但可以獨立完成采集與控制指令，還可以與其他節點進行對等網絡通訊。

2．網絡接口及連接設備

網絡接口適配器是操作站與網絡之間的通訊設備，采用LONTALK 通訊協議進行通訊。PCLTA (PC LonTalk Adapter)是一種ISA 插卡，插入PC 機后即可與LonWorks 網絡進行通訊。SLTA/2 和SLTA-10A (Serial LonTalk Adapter) 是EIA-232 串口適配器，通過標準串口與網絡交換數據。

網絡連接設備主要是指路由器，用于連接不同拓撲結構或不同通訊媒體的子網或信道，LonWorks 路由器由兩個模塊組成，分別連接兩個通訊信道，有了LonWorks 路由器就可以將成千上萬的節點安裝到網絡上。

3.遠程通訊設備

系統可實現通過電話線、無線擴頻或通過INTERNET進行遠距離監控，使控制網絡延伸到世界各地。

4. 人機界面操作站

不同于以往的集中控制系統中心，本操作站并不是網絡數據交換的中心，而只是操作人員對網絡進行監視與控制的界面，主要完成系統監控及網絡管理功能。網絡管理功能包括設定系統參數、選擇監控方式、定義和更換節點等，監控功能包括監視系統運行狀態、監視系統故障報警、控制設備啟停或閥門開啟度等。

三、 BAS-K3000樓宇自動化系統監控對象及功能

BAS-K3000樓宇自動化系統能夠對現代化建筑進行全面、靈活、可靠的監控，主要包括對中央空調系統、冷量計費系統、鍋爐/熱交換系統、給排水系統、變配電系統、照明燈光系統、電梯系統、防盜保安系統等的監控。各子系統既可獨立運作又可統一協調管理，使整個建筑物內的機電設備能高效、安全、可靠地運行。

1．中央空調系統

* 監視冷水機組運行狀態

* 按照規定的順序遠程/自動控制機組啟停

開機順序為：冷卻塔閥門-冷卻水蝶閥-冷卻水泵-冷凍水蝶閥-冷凍水泵-冷水機組（冷卻塔風機隨溫度調節）關機順序相反

* 冷凍/冷卻電動蝶閥開啟、閉合控制及閥位狀態顯示。

* 冷凍/冷卻水泵啟停控制及故障報警。

* 冷凍/冷卻水進出水流量、溫度、壓力等參數的采集和記錄。

* 根據實際冷負荷實時調節冷水機組開啟臺數及對冷凍水泵進行變頻調速控制以節約能源。

* 新風及環境溫度、濕度監測。

* 對新風機、空氣處理機、送/排風機啟停控制，比例調節閥開度控制和閥位狀態顯示。

* 與消防系統配合，發生火災時開啟送/排風機。

* 對以上設備可按預先制訂的時間表自動啟停。

* 根據冷卻塔出水溫度實時控制冷卻塔風機啟停。

2. 冷量計費系統

* 記錄風機盤管電磁閥累計開啟時間。

* 記錄空氣處理機比例調節閥流過冷凍水的累計流量。

* 統計、打印中央空調冷量收費單。

3．鍋爐/熱交換系統

* 鍋爐蒸汽溫度、壓力監測。

* 減壓后鍋爐蒸汽溫度、壓力監測。

* 熱交換器工作狀態監測。

* 熱交換器供回水溫度、流量、壓力監測。

* 控制供熱水泵啟停和狀態監測。

4. 變配電系統

* 變壓器溫度監測及報警。

* 配電柜內電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數等監測及報警。

* 開關柜各支路的開關狀態監測、繼電器保護狀態監測。

* 發電機組工作狀態監測、油溫超溫報警等。

5．給排水系統

* 給水泵自動輪換啟動、狀態監測和故障報警。

* 系統壓力、液位、流量監測。

6．照明系統

* 根據功能要求的不同進行區域照明開關及照度控制

* 根據預訂的時間表分區控制照明燈啟停。

* 根據環境照度調節照明系統照度。

7．電梯系統

* 監視電梯運行狀態。

* 監視電梯所在樓層。

* 與消防系統聯動強行控制電梯啟停

8．防盜保安系統

* 通過網絡接口與其他子系統互聯。

* 對報警信號進行電子地圖快速定位，

BAS-K3000系統操作界面軟件

基于MICROSOFT WINDOWS 3.X/9X 操作系統的全中文動態圖形化操作界面，操作非常容易，按照界面上的中文提示，幾乎不需要培訓就可完成大部分的操作工作。其主要功能有：

1．對各子系統設備進行全面的監測和控制

系統應用程序和基本參數保存在智能節點的存儲器內，節點掉電也不會丟失，智能節點能獨立完成數據采集和設備控制功能。操作界面則可讓操作者直接進行控制。

1）在圖形操作界面上可進入各子系統界面。

2）在圖形操作界面上動態實時顯示設備工作狀態、系統參數（包括冷凍/冷卻水供/回水溫度、壓力、流量、閥門開啟度、一氧化碳含量等）。其中，中央空調子系統的冷源系統界面將全部相關設備在一屏內同時顯示，使操作者能縱觀全局，防止錯誤操作，避免了頻繁轉換菜單。

3）利用圖形化按鈕對設備進行控制。

4）利用圖形和聲音報警方式報告設備運行故障。

2．系統初始化及參數設定首次使用本系統時進行初始化。

1）增減操作員、修改密碼。

2）定義操作者權限，限定相應級別操作員的操作范圍。

3）增減系統功能模塊。

4）設定設備啟停時間表。

5）設定冷卻塔溫度調節范圍。

6）設定變頻器調速參數。

7）對冷量計費系統可設定不同時間段應收的費率。

3．歷史記錄的查詢、統計、分析

1）定時自動采集記錄

- 冷凍水的供/回水溫度、流量、壓力值。

- 冷卻水的供/回水溫度、流量、壓力值。

- 新風/送風/回風溫度。

- 鍋爐/熱交換器的蒸汽溫度、壓力值。

- 變配電系統的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數等。

- 給排水系統的壓力、流量、液位等。

2）故障報警自動記錄

- 冷水機組、冷凍/冷卻水泵等故障。

- 冷凍/冷卻水超溫、超壓報警。

- 新風機、風柜等濾網堵塞報警。

- 鍋爐蒸汽超溫、超壓報警。

- 配電系統過載、超溫報警。

- 電梯故障報警。

- 給排水水位報警。

- 防盜保安觸發報警。

對以上報警信息可詳細記錄故障種類、發生時間、解決時間等。

3）歷史記錄的條件查詢、統計和打印報表。

- 用文字、圖表等方式方便用戶查閱

- 取代以前手工記錄、查找的煩瑣工作。

- 在需要時可將記錄內容報表打印成文件。

四、工程實例

廣東發展銀行佛山分行廣發大廈樓宇自動化系統：

廣發大廈樓高22層，建筑面積約三萬平方米，分為設備層、停車場、銀行辦公室和對外寫字樓等部分。大樓按智能大廈進行設計，安裝了先進的綜合布線系統和樓宇自動化系統，其中，樓宇自動化系統采用佛山康聯智能自動化工程公司開發基于LonWorks控制網絡技術的BAS-K3000系統。系統共有監控點370個。系統監控操作站設在二樓，智能節點則分散在現場設備附近。由于系統為無中心控制方式，操作站可隨時變換位置。

系統軟件操作系統為中文WINDOWS 95，界面圖形非常形象、逼真、友好，圖形可動態表示設備運行狀態，例如灰色表示設備關狀態，紫色表示設備開狀態，冷水機組水流開關開啟后水流的顏色會隨之而變化。整個系統包括中央空調設備監控和冷量計費兩大部分。操作者可在每個樓層的平面圖上監測到本樓層的主要空調設備的運行狀態及有否故障等信息，如果想了解更詳細的資料，可用鼠標點擊該設備圖形符號即可進入下一級菜單，詳細監控該設備。

系統每隔一個小時采集一次數據，包括空調系統冷凍水總回水流量、冷凍水供/回水溫度、冷卻水供/回水溫度等，在操作界面上可隨時查詢這些參數的歷史記錄，以圖表形式反映各個量的變化趨勢。

系統設備故障報警功能模塊可自動記錄發生報警的種類、發生時間及解決時間等，操作者可隨時查詢到所有已發生未處理的報警記錄或所有已處理報警記錄。

本系統于1998年五月調試完畢并通過驗收，至今運行正常。

五、設計基于LonWorks技術的樓宇自控系統應注意的幾個問題

1．應充分利用LonWorks網絡技術真正分布式的特點，盡量將節點分散安排在靠近現場設備的位置，以減少布線工作量和提高傳輸的可靠性。

2．從底層軟件設計角度出發，應盡量將某一設備的控制點與與之相對應的數據采集點安排在同一節點上，目的是減少網絡變量在網上的傳輸量，減少不必要的信息丟失，提高傳輸的可靠性，同時也可以簡化程序設計的復雜性。例如，某臺冷卻塔的啟停控制是由該冷卻塔出水溫度的高低決定的，那么在可能的情況下就應盡量將該溫度采集點與該冷卻塔的啟停控制點安排在同一個節點上。

3．整個系統的智能節點應盡量采用集中供電方式。減少因部分節點掉電引起的系統參數不一致的機會。

4．應采用新型號的網絡產品，盡量不要用已經過時的產品，且產品之間要注意配套。例如Lonworks TP/XF78K 、TP/XF125K 模塊現在已經基本不生產了，代替它們的是FTT-10A 模塊，相應的網絡接口由原來的SLTA/2 更新為 SLTA-10 .

5．應特別注意一次元件的安裝質量，這往往不被人重視但又經常是系統缺陷的重要原因。例如，流量計的安裝要求前后有一定長度的直管距離，如果不能保證，則所測出的流量很可能就不準確。又比如水流開關的安裝螺紋套管管徑應足夠大才能保證葉片自由擺動的角度足夠使觸點接觸。

六、結束語

我們欣喜地看到由國家建設部等政府部門正在進行大力推廣的LonWorks控制網絡技術在國內正得到空前高速的發展，先進的技術始終會被人們所接受，相信我國的樓宇自控水平在此帶動下會很快邁進世界先進水平的行列。