LonWorks总线技术分析
LonWorks技术简介及与RS-485总线网络比较
LonWorks技术简介及与RS-485总线网络比较LonWorks技术是美国Echelon公司推出的智能控制网的技术，为实现智能控制网络提供了完整的解决方案。
目前全球已有3000多家公司应用该项技术安装了超过500万个LonW orks节点，包括：ABB、BTE、Carrier、Schneider、Honeywell、Johnson-Controls、Motolota等。
LonWorks技术广泛应用于楼宇自控、空调暖通、工业控制、交通运输等行业，是全球领先的控制网络技术。
通信距离：RS-485总线最大传输距离是1.2km；LonWorks总线最大传输距离是2.7km。
传输速率：RS-485总线的传输速率为300-9.6kbps；LonWorks网络的传输速率为300-1.25Mbps。
网络结构：RS-485总线网络构成主从式集散控制系统；LonWorks网络可构成分布式任意结构形式网络。
网络容量：RS-485总线网络的一条通道最大可接255个节点；LonWorks采用三层结构，即域、子网、和节点。
系统的节点数量没有任何限制神经元芯片中含48位ID号，是全世界唯一的。
通信方式：RS-485总线网络难于进行实时通信；LonWorks网络采用了P-CSMA/CD技术可实时通信。
通信可靠性：RS-485总线网络的容错与检错能力须通过软件设定；LonWorks神经元芯片中有二个CPU专门负责通信，容错与检错能力是由硬件和软件同时完成。
产品互换性：RS-485总线网络无统一通信协议，产品难于兼容；LonWorks技术采用国际标准的LONTALK通信协议，真正实现了产品的互换性。
网络扩充功能：RS-485总线网络的扩充能力是有限的；LonWorks网络极容易扩充和修改、维护。
系统先进性：LonWorks网络技术是90年代初形成的国际标准，全球应用广泛。
远程监控与操作：LonWorks网络与Internet无缝连接，可以实现远程监控与远程操作。
LonWorks总线
现场总线控制系统采用总线连接方式替代一对 一的连线，减少了由接线点造成的不可靠因素 系统具有现场级设备的在线故障诊断、报警、 记录功能，可完成远程设备的参数设定、修改 等工作，也增强了系统的可维护性。 现场总线网络系统具有优良的系统扩展性，可 以非常方便增加网络节点
总结
现场总线是数字化通信网络，可以实现设备状 态、故障、参数等信息传送。现场总线控制系 统既是一个开放通信网络，又是一种全分布式 控制系统，它把单个分散的测量控制设 备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们 连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务 的网络系统
2 LonBuilder 和NodeBuilder开发工具
LonBuilder 和NodeBuilder是开发网络系统和 节点的工作平台，是硬件和软件卡法工具的集 合。 LonBuilder是系统的卡法工具，提供一个用 PC操作的开发环境，可支持单个仿真应用节 点，也可支持24个仿真节点和上百个远程节点 组成的复杂分散式把照明控制器和面板之间通 过现场总线相连接 网络节点为照明线路中的开关或控制箱，通过 现场总线这个枢纽组成网络，所有的控制信号、 开关灯的状态信号以及采集的电量信号都通过 现场总线网络进行通信，网络中的每个节点都 可以接受网络中其他节点的信息，非常方便地 实现节点间互相监测与控制。
3.2神经元芯片内部处理器 （1）MAC处理器——介质访问寄存器，主要完成介质访问控制， 即LonTalk协议1、2层，包括驱动通信子系统硬件和执行MAC算 法 （2）网络处理器——完成LonTalk协议3~6层，包括处理网络变 量，寻址，认证，后台诊断，软件定时器，网络管理和路由等 （3）应用处理器——完成用户的编程，宝库用户编写的代码以 及用户程序对操作系统的服务调用等 注意：各个处理器分别同时独立工作，通过缓冲器进行通信。网 络处理器使用网路缓冲器和MAC处理器通信；用应用缓冲器与 应用处理器通信
LonWorks现场总线及应用实例
LonWorks现场总线及应用实例LonWorks 是美国Echelon 公司推出的现场总线技术，它采用Lon Talk协议，封装在Neuron 神经元芯片。
Neuron 芯片上集成了3 个CPU，其中一个CPU 作为控制器，可以处理现场I/O，另两个CPU 处理网络通信，因此LonWorks 的最大优势是网络处理能力。
它采用ISO/OSI 模型的全部7 层通信协议及面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置，其通信速率范围为3kb/s~1. 5Mb/s，直接通信距离可达2. 7 阳。
LonWorks 的物理层可以使用多种介质，如EIA485、双绞线、无线电，红外线，等等。
使用双绞线时最高传输速率为1. 25M 胁，最大传输距离为1. 2km，一个网中可以有255 个网段，每个双绞线网段可连接64 个节点;1..onWorks 网上的每个控制节点，称为LON 节点或1..onWorks 智能设备，它包括一块神经元芯片(Neuron)、收发器、νo 网络通信接口及电源等功能块，LonWorks 网由多个节点组成，节点通过收发器接入网络总线。
1.LonWorks 特点LonWorks 是唯一涵盖全部3 个层次(Sensor Bus、Device Bus 和Field Bus)，符合ISO/OSI7 层参考模型的现场总线技术。
在一个多种层次的现场总线产品并存竞争的现实环境下，LonWorks 兼收并蓄，成为连接过去、包容现在、面向未来的工业总线技术。
LonWor ks 技术的核心是以固件形式实现7 层通信协议，遵循元中心控制的真正分散模式;结点应用程序编写简易，开发系统完备;实行开放结构，具备良好的互操作性;另外，还有网关可方便构成局域网，甚至与Internet 相连，实现远程预览现场设备数据的应用。
LonWorks 技术在楼宇自控系统中的技术上的优势是显而易见的:(1)直接互联性。
Lonworks技术和LON总线
四、LonTalk七层协议
• LonTalk是ISO组织制定的OSI开放系统互 连参考模型的七层协议的一个子集。它包容了 LON总线的所有网络通信的功能，包含一个功 能强大的网络操作系统，通过所提供的网络开 发工具生成固件，可使通信数据在各种介质中 非常可靠地传输。由于LonTalk协议对OSI的七 层协议的支持，使LON总线能够直接面向对象 通信，具体实现就是采用网络变量这一形式。 网络变量使节点之间的通信实现只是通过网络 变量的互相连接便可完成(表8.10为LonTalk和 OSI的七层协议的比较)。
Lonworks技术和LON总线
LON(Local Operating Networks)总线 是美国Echelon公司1991年推出的局部操 作网络，为集散式监控系统提供了很强的 实现手段。
为支持LON总线，Echelon公司开发了 Lonwbrks技术，它为LON总线设计、成品 化提供了一套完整的开发平台。
• LPDU (Link Protocol Data Unit)链路层协议数 据单元，数据称为帧(Frame)。
• NPDU (Network Protocol Data Unit)网络层协 议数据单元，数据称为报文 (Packet)。
• TPDU (Transport Protocol Data Unit)传输层 协议数据单元，数据称为消息应答(Message ／ACK)。
• 其余的空间可作为用户编写的应用代码，以 及应用程序所需要的额外读写数据区、应用 缓冲区和网络缓冲区
3、输入／输出
• 神经元芯片和其他设备的互连是通过它的11 个I／O口----IO0~IO10。可根据不同的需求 进行灵活配置，以便同外围设备进行接口。
第十一讲 LonWorks技术和LON总线
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4.3 LonWorks技术
4.3.1 建立平台 4.3.2 神经元芯片 4.3.3 神经元芯片应用程序 4.3.4 收发器 4.3.5 LonWorks节点 4.3.6 路由器 4.3.7 开发工具 4.3.8 LNS技术
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4.1 LonWorks技术概述（6）
IFSF－国际加油站标准论坛（International Forecourt Standards Forum）（领域：加油站） SEMI－半导体设备与材料学会（Semiconductor Equipment and Materials Incorporated）（领 域：半导体生产设备） 将Internet带入生活 i.LON 1000 Internet服务器能够使公司的计划和数 据系统实时收到内臵于楼宇和工厂中的设备发来的信 息。
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4.2 LonTalk通信协议
4.2.1 协议定义 4.2.2 LonTalk MAC子层 4.2.3 LonTalk 协议寻址 4.2.4 LonTalk 网络变量 4.2.5 LonTalk 协议的报文类型 4.2.6 LonTalk 信道类型 4.2.7 LonTalk 特征和优点 4.2.8 LonTalk 标准
为了有效解决这些问题，开始建立一个完整 平台来设计、建造和安装智能控制设备。
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LonWorks提供除应用以外的一切
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4.3.2 神经元芯片——概述（1）
为了经济、标准化布臵，埃施朗设计了神经元芯片。 对开发者和集成商而言，神经元芯片的优势在于它的 完整性。 内嵌的通信协议和处理器避免了在这些方面的任何开 发和编程。神经元芯片提供了ISO/OSI参考模型的前 6层，只有应用层需要编程和配臵。这使得标准化的 实现和开发、配臵变得更容易。 大部分LonWorks装臵利用神经元芯片的功能，并将 其用作控制处理器。
lonworks总线实时性分析与应用
图4—19冬季流程图
图4-20夏季流程图
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析
对LonTalk MAC算法在不确认服务文献[151给出仿真结果,如图2-5、2-6所示,假定条件是数据包长度是12bytes,信道速率为78kbps下。
图2-5不同节点数下冲突率与负载关系
图2-6不同的节点数下平均访问延迟与负载关系
从图2—5看网络在轻负载下,如果提供负载不超过400包/秒,节点数在一定数目以下,冲突率就能控制在2%以下,而且图2-6平均访问延时在这个范围内也非常小。
图4-17系统菜单
作为一个完整的实时监控系统,全面而详细的系统流程画面是非常必要的,为了便于系统能够形象的展示给用户,便于用户对系统进行操作,维护,根据工程要求,设计将系统图分为系统总图和冬、夏两季流程图如图4—18、4—19、4-20所示,用户可根据季节需求调用不同的界面执行,为了便于用户调试,根据系统的分区情况,还设计了更为清晰的各区画面,各个流程画面的左上角还设定了切换到别的画面的副菜单,按控制要求将各参数点实时的显示在各流程画面上,用户可根据不同需求调用流程图,并根据形象的图形显示,进行很好的监控操作。
Lonworks是什么意思_Lonworks总线核心及特点
Lonworks是什么意思_Lonworks总线核心及特点Lonworks是什么意思？Lonworks（LocalOperaTIngNetwork，局部操作网络）是一个开放的、全分布式监控系统专用网络平台技术，以其独特的特点已成为目前所有现有的现场总线网络功能最为强大，市场效率最高的总线之一，其技术已被我国多部国家规范所采纳。
它使用了具有分布控制与通信联网功能的大规模集成的神经元芯片（neuronchips）构成各个智能监控节点（node），通过网络收发器（TranReceiver）及网络通信媒体将各节点构成全分布式局部操作网络（简称LON网）。
Lonworks技术实际上是一种测控网技术，确切的说是一种工控网技术，也叫现场总线技术。
它可以方便地实现现场传感器、执行器、仪表等的联网。
这种网络不同于局域网，而是一种工控网，因为它传输数据量小的监测信息，状态信息和控制信息。
Lonworks核心Lonworks的核心技术是具有3个8位的CPU神经元芯片（NeuronChip），同时具备通信与控制功能，并且固化了Lontalk协议，以及34种常见的I/O控制对象。
它采用了IOS/OSI模型中完整的七层通信协议，采用了面向对象的设计方法，Lonworks技术将其称之为网络变量，使网络通信的设计简化成为参数设置。
这样，不但节省了大量的设计工作量，同时增加了通信的可靠性。
Lonworks通信的最高速率为1.25Mbit/s（有效距离为130m），最远通信距离为2700m（双绞线，通信速率为78kbit/s）节点总数可达3200个。
网络的传输媒体可以是双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等，针对不同的通信媒体有不同的收发器和路由器。
Lonworks特点1、智能节点作为现场总线网络控制器；2、多种网络拓扑结构：总线形、星形、环形、自由形；3、多种网络系统结构：主从式、对等式及Client/Server式；。
论述lonworks总线的技术特点
论述lonworks总线的技术特点LonWorks总线是一种用于建筑自动化和工业控制系统的现场总线技术，具有以下技术特点：1. 基于开放标准：LonWorks总线基于开放的标准协议，如ISO/IEC 14908，ANSI/EIA-709.1等。
这些开放标准使得LonWorks总线成为一个通用的、灵活的通信解决方案，可以与各种设备和系统无缝集成。
2. 分布式网络结构：LonWorks总线采用分布式网络结构，通过各种设备之间的通信来实现数据交换和控制。
这种结构使得系统具有良好的可扩展性和灵活性，能够适应不同规模和需求的应用。
3. 多媒体支持：LonWorks总线支持多种传输介质，包括电力线通信、以太网、红外线和无线通信等。
这种多媒体支持使得LonWorks总线能够适应不同环境和应用需求，提供更多的选择和灵活性。
4. 高可靠性和实时性：LonWorks总线采用多主-多从的通信模式，具有高可靠性和实时性。
通过分布式的通信机制和冗余设计，LonWorks总线能够保障数据的稳定传输和系统的稳定运行。
5. 开放的编程接口：LonWorks总线提供了开放的编程接口和工具，使得系统开发更加方便和灵活。
开发人员可以使用多种编程语言和工具，进行快速开发和定制化。
6. 简化安装和维护：LonWorks总线采用插拔式的设备连接方式，简化了系统的安装和维护过程。
同时，LonWorks总线还支持远程诊断和升级功能，方便对系统进行远程监控和管理。
综上所述，LonWorks总线具有开放标准、分布式网络结构、多媒体支持、高可靠性和实时性、开放的编程接口以及简化安装和维护等技术特点。
这些特点使得LonWorks总线成为一个灵活、可靠和易于集成的现场总线技术。
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二、现场总线是底层控制网络
三、 现场总线的特点与优点
• 节省硬件数量与投资：减少变送器的数量，不再需要单独的调节器、计算单 元等，也不再需要 DCS 系统的信号调理、转换、隔离等功能单元及其复杂接 线，可用工控PC机作为操作站，节省硬件投资，减少控制室面积。 • 节省安装费用：现场总线系统的接线十分简单，一对双绞线或一条电缆上通 常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设 计与接头校对的工作量也大大减少。可节约安装费用60以上。 • 节省维护开销：由于现场控制设备具有自诊断与简单故障处理的能力，并通 过数字通讯将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运 行，诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除。 • 用户具有高度的系统其成主动权：用户可以自由选择不同厂商所提供的设备 来集成系统。避免因选择了某一品牌的产品而被“框死”了使用设备的选择 范围，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展。 • 提高了系统的准确性与可靠性：由于现场总线设备的智能化、数字化，与模 拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的精确度，减少了传送误差。同 时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强，减少 了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。
3.过程现场总线 PROFIBUS
• 时间： 1986年开始制订标准。 • 组织：由西门子公司为主的十几家德国公司、研究所 共同推出，德国国家标准和欧洲标准。 • 层次结构：采用OSI模型的物理层、数据链路层。 FMS还采用了应用层。 • 特点：由PROFIBUS-DP，-FMS，-PA组成系列。 • DP型用于分散外设间的高速数据传输。适合于加工自 动化领城的应用。 • FMS意为现场信息规范，适用于纺织、楼宇自动化、 可编程控制器、低压开关等。 • PA型用于过程自动化。 • 遵从IEC1158-2标准。传输速率为9.6kbps～12Mbps， 最大传输距离在12Mbps时为100m，1.5Mbps时为 400m，可用中继器延长至10km。 • 其传输介质可以是双绞线，也可以是光缆。最多可挂 接127个站点。可实现总线供电与本质1993年成立了HART通信基金会。 • 组织：由Rosemount公司开发并得到八十多家公司支持。 • 层次结构：规定了一系列命令，按命令方式工作。三类 命令，第一类称为通用命令；第二类称为一般行为命令； 第三类称为特殊设备命令。 • 特点： • 在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信，属于模拟 系统向数字系统转变过程中的过渡性产品，具有较强的 市场竞争能力，得到了较快发展。 • 采用统一的设备描述语言DDL。现场设备开发商采用这 种标准语言来描述设备特性，由HART基金会负责登记 管理这些设备描述并把它们编为设备描述字典，主设备 运用DDL技术来理解这些设备的特性参数而不必为这些 设备开发专用接口。
5.1 几种有影响的现场总线
1.基金会现场总线FF
• 时间： 1994年9月合并，成立了Foundation Fieldbus • 组织：以美国Fisher-Rosemount公司为首的80家公司 和以Honeywell公司为首的150家公司的两大集团合并。 • 层次结构：物理层、数据链路层、应用层，并在应用 层上增加了用户层。采用设备描述语言规定了通用的 功能块集。 • 特点：分低速H1和高速H2两种通信速率。 • H1的传输速率为31.25kbps，通信距离可达1900m(加 中继器延长)，可支持总线供电，支持本质安全防爆环 境。 • H2的传输速率可为1Mbps和2.5Mbps两种，距离分别 为750m和500m。支持双绞线、光缆和无线发射，符合 IEC1158-2标准。媒介的传输信号采用曼彻斯特编码。 • 应用领域：在过程自动化领域得到广泛支持和具有良
控制网络及现场 总线技术
主讲人 陈 青 林
本次课主要内容
• • • • 现场总线的基本概念 几种现场总线技术 LonWorks技术概况 LonWorks技术核心元件--神经元芯 片的结构
第五章 现场总线技术
• 一、什么是现场总线 • 现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间 实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、 数字化、多点通信的底层控制网络。 • 现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表， 使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力，把多个测 量控制仪表连接成的网络系统，并按公开、规范的通信协 议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场 仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换， 形成各种适应实际需要的自动控制系统。 • 在制造业、流程工业、交通、楼宇等方面的自动化系统中 具有广泛的应用前景。
4. CAN (Control Area Network)
• 时间： 1991年制订技术规范，1993年成为国际标准。 • 组织：最早由德国BOSCH公司推出，得到Motoro1a， Inte1，Phlip，Siemence，NEC等公司的支持。 • 层次结构：物理层、数据链路层、应用层。 • 特点：信号传输介质为双绞线。通信速率最高可达 1Mbps/40m，直接传输距离最远可达10km/5kbps。可 挂接设备数最多可达110个。CAN的信号传输采用短 帧结构，受干扰的概率低。当节点严重错误时，具有 自动关闭的功能，以切断该节点与总线的联系，具有 较强的抗干扰能力。 • 应用领域：汽车等交通工具内部测量与执行部件的数 据通信，也可用于工业自动化领域。
2. LonWorks(Local Operating Network)
• 时间： 1990年正式公布 • 组织：以美国Echelon公司为主并与摩托罗拉、东芝公 司共同倡导推出。 • 层次结构：采用ISO/OSI模型的全部七层通讯协议， 通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。 • 特点：其通信速率从300bps至1.5Mbps，直接通信距离 可达2700m(78kbps，双绞线)。 • 支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力 线等多种通信介质，并开发了相应的本质安全防爆产 品，被誉为通用控制网络。 • 采用的 LonTa1k 协议被封装在称之为 Neuron 的神经元 芯片中得以实现。 • 应用领域：楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办 公设备、交通运输、工业过程控制