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戴  戀

1  什么是LonWorks技術(shù)？
LonWorks是一個開放的控制網(wǎng)絡平臺技術(shù)，它是全世界最為普遍的用來聯(lián)接日常設備的標準。比如，它可將家用電器、調(diào)溫器、空調(diào)設備、電表、燈光控制系統(tǒng)相互聯(lián)接并和互連網(wǎng)相聯(lián)。該技術(shù)提供一個平坦的、對等式的控制網(wǎng)絡架構(gòu)，給各種控制網(wǎng)絡應用提供端到端的解決方案。該技術(shù)應用于各種設備和系統(tǒng)產(chǎn)品中，遍及全世界的樓宇、工廠、家庭、火車和飛機等領(lǐng)域，并在家庭、火車、半導體制造業(yè)、智能樓宇、加油站和貨運列車制動系統(tǒng)領(lǐng)域，被世界標準組織包括ANSI、AAR、SEMI、ASHRAE，IFSF和IEEE認證為各自的行業(yè)標準。
該技術(shù)的一些主要特點：它是完全開放式的技術(shù)。它提倡運用分布式的智能設備組建控制網(wǎng)絡，同時也支持主從式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。它支持各種通訊媒體，包括雙絞線、電力線、光纜等?？刂凭W(wǎng)絡的核心部分，LonTalk通訊協(xié)議，即ANSI/EIA709.1-A-1999已經(jīng)固化在了神經(jīng)元芯片(Neuron Chip)之中。該技術(shù)包括一個稱之為LNS網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的管理平臺，該平臺對LonWorks控制網(wǎng)絡提供全面的管理和服務，包括安裝、配置、監(jiān)測、診斷等。LonWorks網(wǎng)又可通過各種連接設備接入IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)，與信息技術(shù)應用實現(xiàn)無縫的結(jié)合。
該技術(shù)的另一個重要特點是它的互操作性。國際LonMark互操作性協(xié)會推廣、制定基于LonWorks技術(shù)的具有互操作性的標準（簡稱LonMark標準）。符合該標準的設備，無論來自什么生產(chǎn)廠商都可集成在一起，形成多廠商、多產(chǎn)品的開放系統(tǒng)。系統(tǒng)的整體和周期成本較傳統(tǒng)的封閉系統(tǒng)低很多。
2  第三代LonWorks技術(shù)
作為該技術(shù)的發(fā)明廠商，美國Echelon公司提供的硬件和軟件產(chǎn)品使OEM生產(chǎn)廠商和集成商制作生產(chǎn)智能設備和系統(tǒng)，使他們降低成本，增加實用性，提高服務和增加生產(chǎn)率，提高質(zhì)量和安全性。經(jīng)過幾年的努力，Echelon公司終于將這一技術(shù)和產(chǎn)品推向了第三代。第三代的LonWorks技術(shù)充分利用互聯(lián)網(wǎng)的基礎結(jié)構(gòu)將一個局部的現(xiàn)場設備控制網(wǎng)絡變成是一個廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)的信息技術(shù)應用的一部分，提供一個端到端的應用方案。在這一個端到端的架構(gòu)上使各種增值服務相繼產(chǎn)生。比如，連鎖便利店的統(tǒng)一管理。通常，這些小的便利店有節(jié)能和防盜方面的應用需求，并且這些店的數(shù)目龐大，遍及城市的大街小巷。通過將這些小店的控制網(wǎng)絡聯(lián)上互聯(lián)網(wǎng)，公司總部便可以及時獲取有關(guān)信息和資料。還有電力系統(tǒng)的變電站，電話局機站的遠程監(jiān)控，大廈物業(yè)管理等方面的工作都可應用這種新的技術(shù)。第三代的LonWorks技術(shù)應用結(jié)構(gòu)如圖1所示。
在這個應用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，LonWorks技術(shù)嵌入了現(xiàn)場設備中，使設備與設備之間保持對等的、平坦的通訊結(jié)構(gòu)。同時，這些控制網(wǎng)絡又通過各種互聯(lián)網(wǎng)的連接設備，比如LonWorks/IP路由器、網(wǎng)關(guān)、Web服務器以及SOAP/XML接口將控制網(wǎng)的信息通過互連網(wǎng)接入某個數(shù)據(jù)中心或運營商主持的企業(yè)數(shù)據(jù)庫。通過LNS控制網(wǎng)絡操作系統(tǒng)建立上層的企業(yè)解決方案，同時與信息技術(shù)的應用相結(jié)合，比如，與ERP和CRM等應用相結(jié)合。正因為有了這樣一個基礎架構(gòu)，一些服務供應商便可利用這一平臺向最終用戶提供各種增值服務。

圖1  第三代 LonWorks技術(shù)應用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3  第三代LonWorks產(chǎn)品
第三代的產(chǎn)品在性能和使用方面都有巨大的改善。這里我們選擇性的介紹一些重點產(chǎn)品。
(1)  NodeBuilder® 3開發(fā)工具
NodeBuilder 3開發(fā)工具是一個用來開發(fā)LonWo-rks設備（又稱節(jié)點）的開發(fā)工具，它是一個硬件和軟件的平臺，針對基于神經(jīng)元芯片和Echelon收發(fā)器應用的工具。它包括一個基于Windows®的軟件開發(fā)系統(tǒng)和一個硬件開發(fā)平臺用于設計和調(diào)試。另外還有相應的網(wǎng)絡管理工具與它配套使用。 這個新一代的LonWorks開發(fā)工具，由于加入了各種向?qū)?，自動生成模版和代碼，同時內(nèi)置對LonMark的支持，節(jié)省大量開發(fā)時間和難度。
下面我們針對NodeBuilder 3軟件方面的組件和主要特性作一些介紹。
NodeBuilder自動編程向?qū)?-這個工具用來定義設備的外部接口并自動生成一些Neuron C的代碼。其中第二版的Neuron C是一個高級的編程語言，它基于ANSI C又在此基礎上作了擴展以支持網(wǎng)絡通訊，硬件輸入和輸出接口以及事件驅(qū)動。第二版的Neuron C可生成符合LonMark標準的設備外部接口。這些自動生成的模板和代碼為編程人員節(jié)省了大量的開發(fā)時間。
NodeBuilder資源編譯器--這個工具用來觀察和利用標準的數(shù)據(jù)類型和功能模式，并且用來定義特定的數(shù)據(jù)類型和功能模式。這些類型信息儲存在LonMark資源文件中，可被資源編譯器、代碼向?qū)Аeuron C編譯器、LonMakerTM集成工具以及Plug-in向?qū)褂?，這使得所有的工具具有統(tǒng)一的顯示方式從而減少了開發(fā)的時間。與LonMark標準兼容的設備需提供相應的資源文件。
LNS節(jié)點Plug-in向?qū)?-這個工具可自動生成一個基于Visual Basic的應用（又稱節(jié)點Plug-in），用于指導用戶配置、瀏覽和監(jiān)測，診斷由NodeBuilder開發(fā)工具所開發(fā)生成的設備。Plug-in軟件給硬件產(chǎn)品帶來極大的實用性。NodeBuilder 3工具包括了開發(fā)測試、生成節(jié)點Plug-in所必須的LNS的組件。LNS為控制網(wǎng)絡的操作系統(tǒng)（見后）。該LNS Plug-in可與任何支持LNS Plug-in API的LNS Director應用兼容。
NodeBuilder 3工具還包括了其他一系列的產(chǎn)品，包括LonMaker集成工具， LNS DDE Server軟件，LTM-10A平臺（硬件），Gizmo 4 I/O板等。
(2)  FT3120® 和FT3150® 智能收發(fā)器
LonWorks收發(fā)器是LonWorks 智能設備中一個重要組成部分。FT3120和FT3150智能收發(fā)器將神經(jīng)元芯片3120及3150的網(wǎng)絡處理核心與自由拓撲的收發(fā)器合成在一起，生成一個低成本的智能收發(fā)器芯片。該收發(fā)器符合ANSI/EIA 709.3標準，速率為78Kbps，支持雙絞線自由拓撲和總線型拓撲，因而在布線上非常靈活使系統(tǒng)安裝簡便，降低系統(tǒng)成本，同時提高系統(tǒng)的可靠性。該收發(fā)器在性能上又有了極大的提高，尤其是在對電磁場的干擾隔離方面特別明顯，可用在惡劣的環(huán)境中，它能夠防御來自馬達和開關(guān)電源等方面的磁場干擾，并且在一些典型的工業(yè)和交通現(xiàn)場在出現(xiàn)了強大的共模干擾時也能可靠地工作。該芯片只需要極少的外部電路和軟件配合工作，因此降低了開發(fā)成本和時間，并且還可以與其他的主處理器相聯(lián)。比如可同時與Echelon公司的ShortStackTM微服務器以及其他主處理器芯片一起運用， 形成一個基于主機的節(jié)點。FT3120智能收發(fā)器同時又是一個低成本，集系統(tǒng)一體化的芯片。它支持40MHz高速運作，同時內(nèi)置的EEPROM可達4Kbytes，給應用提供更多的空間。
(3)  第三代PLT-22電力線收發(fā)器
PLT-22是一種運用電力線載波技術(shù)的收發(fā)器，它使控制系統(tǒng)和設備通過電力線通信。數(shù)據(jù)可通過現(xiàn)有的電力供電線路傳播，而無需重新布線，從而節(jié)省布線的成本。這種產(chǎn)品在家庭自動化以及市政電力的配套設施中都有著廣泛的應用。
第三代的電力線收發(fā)器適合全球的應用，它具有先進的技術(shù)和高可靠性。首先，它符合ANSI/EIA 709.2標準、歐洲CENELEC EN50065-1標準，以及FCC，工業(yè)加拿大，日本MPT等規(guī)則，可以在全球范圍內(nèi)使用。它使用先進的雙載波頻率以及數(shù)字信號處理技術(shù)，一旦啟動雙頻模式，當主頻段（125～140kHz）通訊受阻時可自動切換至備用頻段（110～125kHz）繼續(xù)通訊。 它支持CENELEC C波段和CENELEC A波段應用，以滿足民用以及歐洲電力系統(tǒng)的要求。該產(chǎn)品還包括了多項專利技術(shù)使它能夠克服電力線本身帶來的多種問題，克服多種噪音源以及高衰減，信號失真，阻抗變化等問題，它可以在這種惡劣的環(huán)境中可靠的工作。由于它本身內(nèi)置的先進技術(shù)性能，使它對外部電源的要求很低，從而降低了設備整體的成本。它可以通過帶電（AC或DC）的電力線或是不帶電的雙絞線傳輸信號。
(4)  ShortStack微服務器
ShortStack微服務器是一個固件產(chǎn)品，包括了ANSI/EIA 709.1標準控制網(wǎng)絡協(xié)議。它使一些本身具有主處理器的設備，比如家用電器，在它現(xiàn)有的設計上作延伸，增加少量的應用代碼和驅(qū)動再加上ShortStack微服務器本身便將原有的產(chǎn)品變成了一個LonWorks的網(wǎng)絡產(chǎn)品，從而也變成了一個互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品。這種產(chǎn)品可從本地和遠程接入，可對其設備進行操作、診斷、監(jiān)控，也可將其信息納入企業(yè)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，從而開發(fā)新的增值服務。該ShortStack微服務器在家電行業(yè)以及某些工業(yè)現(xiàn)場應用中有著廣泛的應用前景。
ShortStack微服務器要與一個配套的軟件ShortStack API一起使用， 以方便在主處理器上開發(fā)應用和驅(qū)動。它的使用非常簡便。這包括在主處理器上的應用和驅(qū)動的開發(fā)以及硬件接口（SPI/SCI）的開發(fā)。主處理器上所占內(nèi)存很小，可使用任意8位，16位或32位的主處理器與之配合使用。
ShortStack開發(fā)包包括了ShortStack微服務器固件、ShortStack API、ShortStack向?qū)У囊约捌渌涮讟永罢f明。該產(chǎn)品可從Echelon公司的網(wǎng)站www.echelon.com/toolbox免費下載。該產(chǎn)品與Echelon公司提供的雙絞線收發(fā)器和電力線收發(fā)器一起使用時免收版稅。
(5)  第三代的LNS網(wǎng)絡工具
LNS即LonWorks網(wǎng)絡服務，是一個LonWorks控制網(wǎng)絡的操作系統(tǒng)。它基于客戶/服務器結(jié)構(gòu)，提供基本的目錄、管理、監(jiān)控、診斷等方面的服務。基于LNS操作系統(tǒng)的工具用于LonWorks網(wǎng)絡的設計、安裝、操作、檢測、維護等用途。該技術(shù)是LonWorks控制網(wǎng)絡技術(shù)中最重要的組成部分之一。第三代的LNS（簡稱LNS 3）可通過IP基礎結(jié)構(gòu)組建平坦的分布式的LonWorks網(wǎng)。給任何LonWorks網(wǎng)絡應用提供相應的服務，并且確保多個應用與所反映的網(wǎng)絡同步。這個獨特的能力使軟件的組件，比如多種客戶和服務器，可在同一主機上使用，也可在不同的主機上，也可以通過互聯(lián)網(wǎng)或其他IP網(wǎng)絡來相互進行操作。所以這個操作系統(tǒng)提供了一個網(wǎng)絡工具相互操作的一個基本架構(gòu)。 網(wǎng)絡的安裝人員可同時在一起工作，減少安裝時間和周期，同時維修人員能夠?qū)W(wǎng)絡進行維修，用戶可以對網(wǎng)絡設備進行監(jiān)控并且可以從本地或從遠端同時對該網(wǎng)絡進行監(jiān)控，因而提高了生產(chǎn)力并降低了系統(tǒng)成本。另外，LNS 3又提供了一種用監(jiān)控點集的監(jiān)控方式，用這種新的方式作監(jiān)控在性能上提高很多。LNS 3又同時支持獨立于服務器的監(jiān)控方式，即使在服務器不工作的情況下，客戶應用仍然可以工作。這兩個性能合在一起時可以給LonWorks 網(wǎng)提供冗余快速啟動的檢測性能。 LNS操作系統(tǒng)還支持LNS節(jié)點Plug-in的開發(fā)和應用。LNS節(jié)點Plug-in是一種針對具體硬件產(chǎn)品的軟件應用，用于對硬件產(chǎn)品的配置、診斷、監(jiān)測等。LNS網(wǎng)絡操作系統(tǒng)支持Windows平臺和Java平臺。
主要產(chǎn)品包括LNS Windows應用程序開發(fā)工具包，LNS HMI Java平臺開發(fā)包，LonMaker集成工具和LNS DDE Server軟件等。
(6)  i.LON LonWorks互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接設備系列
i.LON LonWorks互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接設備將LonWorks和互聯(lián)網(wǎng)或其他IP網(wǎng)無縫的連接起來。這一系列突破性的產(chǎn)品將日常生活中的電器，比如燈、家用電器、開關(guān)、溫度計、馬達、電表、閥門等聯(lián)上互聯(lián)網(wǎng)，從而使用戶在世界各地監(jiān)控、調(diào)節(jié)、重組設備。并且可以將控制系統(tǒng)的信息與企業(yè)運營數(shù)據(jù)庫比如People Soft，SAP，ORACLE數(shù)據(jù)庫聯(lián)在一起，從而產(chǎn)生新的增值服務。它可以讓用戶通過Web瀏覽器配置和監(jiān)測用戶的設備，充分利用IP基礎結(jié)構(gòu)。
i.LON LonWorks互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接設備系列包含三種不同的產(chǎn)品和以下的主要特點, 用戶根據(jù)需求和價格性能比選擇相應的產(chǎn)品：① i.LON 1000 Internet服務器。這是一個高性能的LonWorks至IP的路由器以及內(nèi)置的Web服務器。② i.LON 100，這是一個LonWorks至IP的網(wǎng)關(guān)也同時是一個IP遠程網(wǎng)絡接口（RNI），包括內(nèi)置的Web服務器、SOAP/XML接口以及數(shù)據(jù)記錄功能、報警和時序功能，加上I/O控制和讀表功能。③ i.LON 10, 這是一個IP遠程網(wǎng)絡接口（RNI）。其中i.LON 100和i.LON 10為即將推出的新產(chǎn)品。
4  結(jié)語
本文簡單介紹了第三代嶄新的LonWorks技術(shù)和它的應用方向。第三代的LonWorks技術(shù)充分利用互聯(lián)網(wǎng)的基礎結(jié)構(gòu)將LonWorks控制網(wǎng)絡推向一個新的應用層次，與信息技術(shù)相結(jié)合，并且給最終用戶提供端到端的應用方案。本文著重介紹了美國Echelon公司第三代LonWorks產(chǎn)品及其技術(shù)性能和特點，這些產(chǎn)品是整個系統(tǒng)的基礎和重要組成部分。