LNS技術(shù)在智能建筑小區(qū)中的應(yīng)用

　摘要 文章首先介紹了目前智能建筑小區(qū)實現(xiàn)的功能及存在的問題;隨后簡單闡述了Echelon公司最新開發(fā)出來的L0N總線開發(fā)工具----LNS技術(shù);最后詳細(xì)介紹了LNS技術(shù)應(yīng)用于智能小區(qū)建筑過程時的硬件和軟件方面的技術(shù)細(xì)節(jié)。
　　
　　關(guān)鍵詞 智能建筑小區(qū) LNS技術(shù) LonWorks 網(wǎng)絡(luò)
　　
　　1 智能小區(qū)的發(fā)展及現(xiàn)狀
　　1.1智能小區(qū)的概念
　　　　智能建筑是計算機、通訊、建筑藝術(shù)以及圖象信息等多種技術(shù)集成后經(jīng)先進設(shè)計和嚴(yán)格施工而得到的具有安全、高級、舒適、健康、溫馨等特征的建筑。 把智能建筑技術(shù)擴展到一個區(qū)域的幾座智能建筑進行綜合管理,再分層次地連接起來進行統(tǒng)一管理,這樣的區(qū)域被稱為智能小區(qū)。智能小區(qū)是繼智能建筑之后的又一個熱點趨勢,它涵蓋智能自動化、信息化、生態(tài)化等多方面的內(nèi)容。
　　
　　1.2 智能小區(qū)的功能及現(xiàn)狀
　　　　當(dāng)前智能住宅小區(qū)應(yīng)用系統(tǒng)的基本功能配置主要包括以下幾個方面:1(1)信息通訊系統(tǒng)。提供用戶話音通信、視頻廣播、寬帶信息服務(wù);(2)安全防范系統(tǒng)。提供小區(qū)周界報警系統(tǒng)、居民室內(nèi)報警及其它各種報警系統(tǒng);(3)建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。主要是給排水監(jiān)控系統(tǒng)及電梯、照明等設(shè)備的監(jiān)控;(4)物業(yè)管理系統(tǒng)。實現(xiàn)三表的遠程抄表、收費及其他一些小區(qū)物業(yè)的管理。 但是,目前智能小區(qū)建設(shè)中還存在諸如所用產(chǎn)品先進性不強或成本較高等問題,導(dǎo)致小區(qū)管理系統(tǒng)的穩(wěn)定性和先進性不高。也有一些智能小區(qū)控制系統(tǒng)按功能劃分,各子系統(tǒng)之間垂直分割,不能共享信息,設(shè)備重復(fù)投資。
　　
　　　　使用Ionworks網(wǎng)絡(luò)技術(shù),上述問題可以得到很好的解決。單總線的結(jié)構(gòu),方便了現(xiàn)場布線,同時L0N的智能模塊具有成本低、兼容性好的特點,針對智能小區(qū)工程建設(shè)分期進行的情況,非常利于系統(tǒng)增容的可擴充性。而LNS技術(shù)的采用,更使智能小區(qū)具有許多新的優(yōu)越性。
　　
　　2 LNS(Lonworks network service)技術(shù)
　　　　LNS是Echelon公司最新開發(fā)出來的LON 總線的開發(fā)工具,它提供用戶一個強大的客戶/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架,是未來L0N總線的可互操作性基礎(chǔ)。使用LNS提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù),可保證從不同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上提供的網(wǎng)絡(luò)管理工具可以一起執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)安裝、維護、監(jiān)測,而眾多的客戶則可以同時申請這些服務(wù)器所提供的網(wǎng)絡(luò)功能。
　　
　　　　LNS提供壓縮的、面向?qū)ο蟮木幊棠Ｊ?大大減少了用戶開發(fā)時間和對系統(tǒng)的要求。它將網(wǎng)絡(luò)變成一個層次化的對象,通過對象的屬性、事件和方法對網(wǎng)絡(luò)進行訪問。而且訪問數(shù)據(jù)不受限制,允許用戶同時使用多臺人機接口(HMI)、SCADA站、數(shù)據(jù)站,同時訪問網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)。
　　
　　　　LNS構(gòu)架主要包括四個主要的組件:網(wǎng)絡(luò)服務(wù)服務(wù)器(NSS)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器連接口(NSI)、LCA對象服務(wù)器和(LCA)數(shù)據(jù)服務(wù)器,如圖1所示。
　　
　　　　LNS構(gòu)架和主機是無關(guān)的,它支持任何平臺的用戶,這些平臺可以是嵌入式的微處理器,也可以是Windows PC機、UNIX工作站。主機是通過LNS的API(Application Progmmm Iterface)來操作LNS的。LNS主機API是一個代碼層,對不同的開發(fā)平臺提供各種不同的編程工具,從而大大簡化了系統(tǒng)集成。
　　
　　3 LNS技術(shù)在智能小區(qū)中的應(yīng)用
　　　　LNS構(gòu)架的智能小區(qū)系統(tǒng)可實現(xiàn)多種功能,如遠程抄表、安防技術(shù)、聯(lián)動控制、家電控制等,現(xiàn)就室內(nèi)報警系統(tǒng)和遠程抄表對其控制進行較詳細(xì)的說明。 在小區(qū)室內(nèi)設(shè)有燃?xì)庑孤秷缶?、門磁、紅外、玻璃破碎、漏水檢測等傳感裝置、緊急求助按鈕和三表的智能抄表裝置,負(fù)責(zé)各路報警的檢測及三表的讀數(shù)和計費。其詳細(xì)構(gòu)架如下:
　　
　　3.1下位機硬件結(jié)構(gòu)及軟件實現(xiàn)
　　　　下位機硬件主要包括智能節(jié)點、路由器、時鐘模塊和硬件接口卡。
　　
　　　　系統(tǒng)的現(xiàn)場信號主要有三表讀數(shù)、各報警傳感器和執(zhí)行器的狀態(tài)等。由于神經(jīng)元芯片有11個I/0口和2K的RAM,所以只需再加少量調(diào)理電路便可直接與現(xiàn)場的各I/0量相連,再加上一個收發(fā)器即可構(gòu)成一個現(xiàn)場智能節(jié)點。最后所有的節(jié)點都掛接在L0N 總線上,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇蔀榭偩€型、星型或自由拓?fù)湫汀?br/>　　
　　　　由于智能小區(qū)建筑的分散性和各棟樓施工要求可能不同,使用路由器將大大突破傳統(tǒng)總線的局限不受通信距離、通信介質(zhì)和通信速率的限制。使得在一個小區(qū)內(nèi)可兼顧技術(shù)與經(jīng)濟的不同要求,采用不同的通信介質(zhì),在不同的段內(nèi)兼容不同的通信速率。
　　
　　　　硬件接口卡主要完成主機與神經(jīng)元芯片間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換?？梢圆捎肗SI或NSS-10作為和主機的接口,由于NSS-10模塊的資源有限,所以在系統(tǒng)中采用PCLTA-10。
　　
　　　　節(jié)點間通訊的軟件實現(xiàn)
　　
　　　　節(jié)點建成后,先要進行網(wǎng)絡(luò)安裝設(shè)定節(jié)點邏輯地址,然后將節(jié)點間的網(wǎng)絡(luò)變量和顯示報文連接起來,以實現(xiàn)節(jié)點間的通訊,并和上位機交換數(shù)據(jù)。下面分別是節(jié)點安裝和網(wǎng)絡(luò)變量捆綁程序中的一段:
　　
　　void Service Pir1Event Handler(service code serviceCode,NsSizet srvice ParameterLen);Event tag spEventTag;Srsts SetupService Pir1Events(void){SrSts sts;sts=NsA1 10V Everl仁Tag(&spEventrag);i f(sts==SRSTS-GOOD)sts=NsRegi ster Ever1Not i ficat ion Harld1er(spEventIag,Service Pin EventHandler,FALSE);Retlire(sts);}Void ConnectPair的。deHa口dle h11bHandle,NvMt工rldexh11bIndex,Nodehandle targetHarld1e,NvMt IndexTarget工丑dex)的sAddC0口rlect ion add COIlnParms;NS Result AddConnection AddConnResult;meInset(&addConr1Parms,0,s i zeof(addC0口nParms));add ConnParms.hub.r10deHandle=h11bHandle;addCor1nParrns.hub.r1VM℃Index=hub工rldex;addConnPartI1S.n11IIlIarget s=1;addConnParms,target(O).nodeHandle=targetHarldle;addConnParry1s.target(O).nvMt工r1dex=target Index;NsInvokeservice的S-ADD CONNECTION,&addCorlr1Parrr1s,s i zeof 也ddConnParms),&addConnResult,s i zeof 也dd-Cor1rlResult));}
　　
　　3.2上位機監(jiān)控與管理
　　　　基于智能小區(qū)控制對大量的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置之間通訊的需要,上位機一般采用具有“監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集",功能的組態(tài)軟件,如FIX、INTOUCH、組態(tài)王(King View)等,以便能以高可靠性對眾多的控制器和其他現(xiàn)場部件進行控制和監(jiān)視,并能隨時對各種事件作出反應(yīng),且不丟失任何重要數(shù)據(jù)和信息。
　　
　　　　在系統(tǒng)的上位機可以選用組態(tài)王來監(jiān)控和采集數(shù)據(jù)。
　　
　　　　選用的組態(tài)王有著易于使用的圖形界面,方便智能小區(qū)管理員的操作。組態(tài)王的網(wǎng)絡(luò)功能使小區(qū)監(jiān)控現(xiàn)場與各個部門建立起聯(lián)系,在任何需要的時候把現(xiàn)場的信息實時地傳送到控制室,保證信息的暢通。
　　
　　　　組態(tài)王能連接PLC、智能儀表、板卡、遠程數(shù)據(jù)采集裝置(RTU)等數(shù)百種外部設(shè)備,而其軟件系統(tǒng)與最終用戶使用的具體的PLC或現(xiàn)場設(shè)備無關(guān),對于不同的硬件設(shè)施,只需為組態(tài)王配置相應(yīng)的通訊驅(qū)動程序,即可實現(xiàn)通訊。
　　
　　　　組態(tài)王同時保留了DDE(動態(tài)數(shù)據(jù)交換)通訊方式。組態(tài)王可以通過DDE和其他的應(yīng)用程序如Excel、VB等交換數(shù)據(jù),組成完備的上位機管理系統(tǒng),還可以和數(shù)據(jù)庫程序、人工智能程序、專家系統(tǒng)等進行通訊。
　　
　　　　在智能小區(qū)的控制中,可以選用LNS DDE ServeE和L0N 總線進行通訊。
　　
　　　　上位機可以采用多種技術(shù)和L0N總線進行通訊,Unmanager DDE、LNS DDE和LNS API,已自主完成了多種驅(qū)動軟件的開發(fā)。實現(xiàn)了與FIX、INTOUCH、組態(tài)王等多種工業(yè)組態(tài)軟件與L0N網(wǎng)絡(luò)的連接,方便了用戶界面的迅速開發(fā)。同時也支持Delphi、VB、VC、EXCEL等多種語言的開發(fā)。
　　
　　　　選用的LNS DDE Server能完成ImWorks智能模塊和Windows應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)交換,使得Windows應(yīng)用程序可作為一個DDE客戶程序來監(jiān)控Lonworks網(wǎng)絡(luò)。在智能小區(qū)的控制中,下位機設(shè)備是由基于LonWorks網(wǎng)絡(luò)的智能模塊構(gòu)成,因此在上位機組態(tài)王可以通過LNS DDE Server與下位機智能節(jié)點和其他Windows應(yīng)用程序進行通訊。其具體配置步驟如下:
　　
　　　　先在組態(tài)王的設(shè)備庫中選擇DDE,雙擊“新建”后進入“設(shè)備配置向?qū)?的提示。第一步選擇“DDE";第二步“給安裝的DDE設(shè)備指定連接對象名",輸入連接設(shè)備的邏輯名;第三步,“服務(wù)程序名,,指與“組態(tài)王”交換數(shù)據(jù)的程序名,一般是I/0服務(wù)程序,或者是Windows應(yīng)用程序;“話題名”則是指本程序和服務(wù)程序進行DDE連接的話題名(Topic),“數(shù)據(jù)交換方式,,一般選擇“標(biāo)準(zhǔn)的Windows數(shù)據(jù)交換”;最后,單擊“完成”即可。組態(tài)王將自動完成驅(qū)動程序的啟動和通訊,不再需要用戶人工進行。
　　
　　　　在數(shù)據(jù)字典中定義監(jiān)控的I/0變量時,在變量屬性的“連接設(shè)備,,項中選擇使用上面定義的連接設(shè)備邏輯名,在“項目名”中輸入DDE會話的項目名即可。
　　
　　　　這樣,定義好的變量就可以自動啟動LNSDDE與下位機的智能節(jié)點進行通訊。
　　
　　　　上位機還可以利用VB開發(fā)服務(wù)程序,完成數(shù)據(jù)采集、報表打印、多媒體聲光報警等功能。在VB可視化編程工具中,DDE連接是通過控件的屬性和方法來實現(xiàn)的。對于作為客戶的文本框、標(biāo)簽或圖片框,要設(shè)置屬性LinkTopic、LinkItem、LinkMode。若組態(tài)王作為客戶向VB請求數(shù)據(jù),需要在定義變量時說明服務(wù)器程序的三個標(biāo)識名,即:應(yīng)用程序名設(shè)為VB可執(zhí)行程序的名字，把話題名設(shè)為VB中窗體的LinkTopic屬性值，項目名設(shè)為VB控件的名字。
　　
　　3.3 網(wǎng)絡(luò)功能
　　　　小區(qū)采用客戶/服務(wù)器的結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫管理機作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，管理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。還可以連接多臺網(wǎng)絡(luò)客房機，通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上的共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫進行網(wǎng)絡(luò)安裝和維護。甚至在服務(wù)器互連internet的情況下，可通過Internet對網(wǎng)絡(luò)進行管理和維護。
　　
　　　　上位機的組態(tài)軟件組態(tài)王可運行在基于EtherNET網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)上，使用戶能夠?qū)崿F(xiàn)上、下機位以及更高層次的廠級連網(wǎng)。
　　
　　3.4 數(shù)據(jù)庫管理
　　　　數(shù)據(jù)庫管理應(yīng)用軟件運行于數(shù)據(jù)庫管理機，主要實現(xiàn)功能為：LonWorks網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的狀態(tài)監(jiān)控和歷史查詢；住戶及整個小區(qū)三表使用情況的實時查詢和歷史查詢；小區(qū)管理中的其他功能等。
　　
　　4 總結(jié)
　　　　LNS的平臺無關(guān)性，使基于LNS的應(yīng)用程序可以容易地在各種操作平臺上移植；LNS的壓縮式面向?qū)ο缶幊谈蟠蠛喕讼到y(tǒng)的設(shè)計過程；LNS多客戶多服務(wù)器技術(shù)，使得其構(gòu)架的智能小區(qū)系統(tǒng)集成簡單、訪問數(shù)據(jù)不受限制且極大地節(jié)省了開發(fā)時間和費用，具有很大的優(yōu)越性。而LNS與OPC技術(shù)的結(jié)合將使LON技術(shù)進一步推廣應(yīng)用到智能小區(qū)中。
　　
　　西安交通大學(xué)電氣學(xué)院工業(yè)企業(yè)教研室 孫素梅 茹鋒 薛鈞義