建筑設(shè)備第15章-建筑設(shè)備自動(dòng)化基礎(chǔ)課件

1、第15章建筑設(shè)備自動(dòng)化基礎(chǔ)15.1 概述15.2 建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)15.3 空調(diào)通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)15.4 給排水監(jiān)控系統(tǒng)15.5 供配電監(jiān)控系統(tǒng)15.6 照明監(jiān)控系統(tǒng)第15章建筑設(shè)備自動(dòng)化基礎(chǔ)15.7 電梯監(jiān)控系統(tǒng)15.8 安全防范系統(tǒng)15.9 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)15.10 綜合布線系統(tǒng)15.11 智能建筑的系統(tǒng)集成15.1概述 在智能建筑中,以信息技術(shù)為基礎(chǔ)的建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)是智能建筑各項(xiàng)功能和可持續(xù)發(fā)展的主體。建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)包括建筑環(huán)境設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)(如空調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)、熱源自動(dòng)化系統(tǒng)、給水排水自動(dòng)化系統(tǒng)等)、供配電自動(dòng)化系統(tǒng)、照明自動(dòng)化系統(tǒng)、消防自動(dòng)化系統(tǒng)、安全防范自動(dòng)化系統(tǒng)

2、、交通運(yùn)輸自動(dòng)化系統(tǒng)等。隨著新技術(shù)、新設(shè)備的出現(xiàn),建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)在規(guī)模和深度上不斷擴(kuò)展和完整。新出現(xiàn)的自動(dòng)化系統(tǒng)在智能水平上更加卓越和完善,并且更具人性化。 建筑設(shè)備自動(dòng)化與建筑設(shè)備在建筑中的應(yīng)用密切相關(guān)。供暖或供冷設(shè)備在建筑中的應(yīng)用,保證了建筑內(nèi)部環(huán)境的舒適性,提高了工作效率,但該設(shè)備能源消耗巨大。為降低能耗,就必須使該設(shè)備優(yōu)化運(yùn)行,因此引入自動(dòng)控制技術(shù),并對(duì)15.1概述設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制。隨著自動(dòng)控制技術(shù)在供暖或供冷設(shè)備中的成功應(yīng)用和推廣,其他建筑設(shè)備也引入了自動(dòng)控制技術(shù),使現(xiàn)代建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)集成了所有建筑設(shè)備自動(dòng)化子系統(tǒng),并成為一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)。 建筑設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)引入了計(jì)算機(jī)控制

3、系統(tǒng)后,起初是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)控制對(duì)象或過程的參數(shù)進(jìn)行采集和處理,來調(diào)整原來控制系統(tǒng)的參數(shù),控制過程仍由原來的控制系統(tǒng)完成。20世紀(jì)80年代,微處理器有了突破性的發(fā)展,產(chǎn)生了直接數(shù)字控制(DDC)技術(shù)。DDC技術(shù)在建筑設(shè)備自控系統(tǒng)的應(yīng)用提高了建筑設(shè)備的效率,優(yōu)化了建筑設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)。隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展,在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的帶動(dòng)下,產(chǎn)生了各種以DDC技術(shù)為基礎(chǔ)的分布式控制系統(tǒng)(DCS),此DCS便是當(dāng)今建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的15.1概述基礎(chǔ)。 建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)是通過建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)將具有網(wǎng)絡(luò)通信功能的建筑設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)連接而形成具有數(shù)據(jù)共享和互操作功能的分布式控制系統(tǒng)。從發(fā)展過

4、程看,建筑設(shè)備自動(dòng)化起源于其他自控領(lǐng)域,經(jīng)過二十余年的發(fā)展,形成了較為完整的理論和內(nèi)容體系。從學(xué)科交叉的特性來看,建筑設(shè)備自動(dòng)化的理論和內(nèi)容體系可分為“基礎(chǔ)理論”“特有理論”和“工程技術(shù)”三部分。其中,基礎(chǔ)理論是針對(duì)建筑設(shè)備自動(dòng)化領(lǐng)域從多學(xué)科中吸取的理論部分;特有理論是面向建筑設(shè)備自動(dòng)化領(lǐng)域在基礎(chǔ)理論之上發(fā)展而形成的具有本領(lǐng)域特色的專有理論;工程技術(shù)是面向建筑設(shè)備自動(dòng)化領(lǐng)域工程項(xiàng)目全壽命周期內(nèi)的支撐技術(shù)?；A(chǔ)理論是多學(xué)科交叉而形成的“交集”理論,特有理論是建筑設(shè)備自動(dòng)化15.1概述具有自身特色的創(chuàng)新理論、是基礎(chǔ)理論在本領(lǐng)域的延伸和擴(kuò)展、是建筑設(shè)備自動(dòng)化區(qū)別于其他學(xué)科或領(lǐng)域的根本和靈魂。工程技術(shù)

5、是上述理論的實(shí)際應(yīng)用,具有理論與實(shí)踐相結(jié)合的功能,也是學(xué)以致用的基礎(chǔ)。 從智能建筑的發(fā)展過程和未來趨勢(shì)來看,“計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制理論與技術(shù)”“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)”“建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)”和“系統(tǒng)集成理論與技術(shù)”是實(shí)施建筑設(shè)備自動(dòng)化工程系統(tǒng)的核心內(nèi)容。在這些核心內(nèi)容中,“計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制理論與技術(shù)”和“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)”是建筑設(shè)備自動(dòng)化的基礎(chǔ)理論,“建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)”和“系統(tǒng)集成理論與技術(shù)”是建筑設(shè)備自動(dòng)化的特有理論和技術(shù)?？紤]到工程技術(shù)的內(nèi)容,建筑設(shè)備自動(dòng)化的基本內(nèi)容和體系如圖15-1所示。15.1概述圖15-1建筑設(shè)備自動(dòng)化基本內(nèi)容和體系圖 建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)是智能建筑中最基

6、本的系統(tǒng),是由多個(gè)不同建筑設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)組成的集成系統(tǒng),并隨技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的深入,系統(tǒng)毫無疑問在廣度和深度上還會(huì)更加復(fù)雜。不論建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)如何發(fā)展,建筑設(shè)備自動(dòng)化15.1概述系統(tǒng)均有如下的基本特點(diǎn): 1)從自控設(shè)備組成上看,同一建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的自控設(shè)備通常來自不同的廠家。這個(gè)特點(diǎn)要求不同廠商的設(shè)備必須遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用方式,才能實(shí)現(xiàn)自控設(shè)備間的互操作。事實(shí)上,實(shí)現(xiàn)不同廠商自控設(shè)備之間的互操作是包括建筑設(shè)備自動(dòng)化在內(nèi)的所有自控領(lǐng)域一直追求的最高目標(biāo),也是自控領(lǐng)域重點(diǎn)研究的方向之一。 2)從功能來看,系統(tǒng)是一個(gè)分布式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這就決定建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng),并在

7、不同的情況下具有不同級(jí)別的實(shí)時(shí)操作和訪問功能。 3)從網(wǎng)絡(luò)組成來看,系統(tǒng)是多種局域網(wǎng)并存的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。這就要求系統(tǒng)須根據(jù)性能/價(jià)格比合理選擇不同的局域網(wǎng)絡(luò),以實(shí)現(xiàn)“結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理及它們之間的15.1概述最優(yōu)化組合”。 4)從時(shí)間響應(yīng)來看,系統(tǒng)是一個(gè)“強(qiáng)實(shí)時(shí)”與“弱實(shí)時(shí)”的混合系統(tǒng),有些建筑設(shè)備的控制必須是實(shí)時(shí)的,如火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng),而有些建筑設(shè)備的控制是非實(shí)時(shí)的,如空氣過濾器失效報(bào)警系統(tǒng)。從總體上來看,系統(tǒng)是一個(gè)弱實(shí)時(shí)自控系統(tǒng)。 5)從執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)來看,系統(tǒng)不是國家強(qiáng)制執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的范圍,應(yīng)根據(jù)建筑業(yè)主的需要、項(xiàng)目投資及投資回收狀況等實(shí)際需求,確定系統(tǒng)的規(guī)模、范圍和相應(yīng)的設(shè)計(jì)等級(jí)。從上述特

8、點(diǎn)可以看出,建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)是集成各廠商設(shè)備并實(shí)現(xiàn)互操作的網(wǎng)絡(luò)自控系統(tǒng)。從目前實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)來看,實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)可以有許多技術(shù),但從實(shí)現(xiàn)技術(shù)的特點(diǎn)來分類,建筑自動(dòng)化系統(tǒng)可分為15.1概述兩大類:專有系統(tǒng)和開放系統(tǒng)。 專有建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)是采用專有協(xié)議的自控系統(tǒng)。其中,協(xié)議可以暫時(shí)認(rèn)為是自動(dòng)化系統(tǒng)集成的“解決方法或方案”。專有協(xié)議通常是一家公司開發(fā)的協(xié)議,其方法或方案的制定和升級(jí)是不開放的。專有建筑設(shè)備自控系統(tǒng)雖然可與其他系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)集成和實(shí)現(xiàn)互操作,但集成和互操作的代價(jià)是巨大的。開放建筑設(shè)備自控系統(tǒng)是采用開放性協(xié)議的系統(tǒng)。開放性協(xié)議通常由專業(yè)學(xué)會(huì)或標(biāo)準(zhǔn)組織制定和升級(jí),

9、代表該領(lǐng)域的最新技術(shù)和發(fā)展方向,在制定和升級(jí)時(shí)采用公開的方式。故開放性協(xié)議不具有壟斷性,得到了絕大多數(shù)廠商的支持。用開放性協(xié)議開發(fā)的建筑設(shè)備自控產(chǎn)品不僅價(jià)格合理,且不同廠商的產(chǎn)品在一定范圍內(nèi)可相互備用和互換,所以基于開放性協(xié)議的建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)得到了15.1概述廣泛的應(yīng)用。 隨著建筑設(shè)備自動(dòng)化從自動(dòng)監(jiān)控向企業(yè)綜合信息管理的發(fā)展,建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)選擇開放和標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議是其必然的發(fā)展趨勢(shì)。 由于用戶的需要和市場(chǎng)的競爭,建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)自誕生以來,建筑自控設(shè)備的互操作和互換一直是其追求的目標(biāo)。正是這種動(dòng)力推動(dòng)了建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)不斷向前發(fā)展,也正是這種動(dòng)力推動(dòng)了建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生

10、和發(fā)展。 進(jìn)入DDC階段,建筑自控設(shè)備的互操作特性日益重要。隨著建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用分工的深化,就迫切要求不同廠商的產(chǎn)品具有“互操作能力”。當(dāng)人們認(rèn)識(shí)到這種需求和這種需求所產(chǎn)生的巨大經(jīng)濟(jì)效益時(shí),不同廠商就15.1概述根據(jù)自己的技術(shù)力量和產(chǎn)品特點(diǎn)開發(fā)了各自的技術(shù),出現(xiàn)了多種基于自控網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化系統(tǒng)解決方式或方案“現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議”或“通信協(xié)議”,如BACnet、LonTalk等。多標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)推動(dòng)了建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展,但影響了建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。通信標(biāo)準(zhǔn)是建筑自動(dòng)化系統(tǒng)的集成和互操作的基礎(chǔ),只有通信標(biāo)準(zhǔn)“相對(duì)統(tǒng)一”,建筑設(shè)備自動(dòng)化才可能得到穩(wěn)健的發(fā)展。經(jīng)過技術(shù)和市場(chǎng)的雙重作

11、用,目前建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)公認(rèn)的主流標(biāo)準(zhǔn)只有BACnet國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO 164845)和LonWorks技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 在“統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”的基礎(chǔ)之上,所有的建筑設(shè)備自動(dòng)化子系統(tǒng)可以無縫集成,且可將智能建筑中的三大系統(tǒng)無縫集成,形成“智能建筑”,并由此形成“數(shù)字小區(qū)”“數(shù)字城市”。15.1概述 綜上所述,建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展是向著標(biāo)準(zhǔn)更加統(tǒng)一、更加開放的方向發(fā)展。隨著現(xiàn)代IT技術(shù)的發(fā)展,建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)在不斷應(yīng)用現(xiàn)代IT最新技術(shù)的同時(shí),也不斷與IT系統(tǒng)進(jìn)行融合,并逐漸演變成為IT系統(tǒng)的一個(gè)部分。 隨著科技的進(jìn)步和生活水平的提高,人們對(duì)住宅和住宅小區(qū)的要求也越來越高,于是建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用也

12、延伸至住宅小區(qū),形成“智能住宅小區(qū)”。由于住宅小區(qū)具有自身的特點(diǎn)和要求,以使建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)的內(nèi)容得到了進(jìn)一步的豐富和發(fā)展。 創(chuàng)造良好人居環(huán)境的最終目標(biāo)對(duì)建筑科技的發(fā)展提出了更高的要求,不論是在設(shè)計(jì)手段、材料、建筑設(shè)備及其自動(dòng)化,還是施工工藝、運(yùn)行與維護(hù)管理等,都必須著眼于節(jié)能、環(huán)保、安全的根本出發(fā)點(diǎn)。只有首先滿足這個(gè)基本要15.1概述求,建筑科技的發(fā)展和在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用才有更深遠(yuǎn)的意義。15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò) 各種建筑設(shè)備(如空調(diào)設(shè)備、給排水設(shè)備等)分布安裝在建筑的不同位置,要使分布的這些設(shè)備協(xié)調(diào)和優(yōu)化運(yùn)行,達(dá)到節(jié)能、安全、高效、舒適和便利的建筑環(huán)境,須在各設(shè)備的自控系統(tǒng)間建立數(shù)據(jù)通信

13、自控網(wǎng)絡(luò),稱之為“建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)”。建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)就是通過建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)將分布在建筑中具有網(wǎng)絡(luò)通信功能的設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)互聯(lián)而形成具有數(shù)據(jù)共享和互操作功能的DCS。建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)不僅是建筑設(shè)備自動(dòng)化的基礎(chǔ),也是它最具特色的精髓內(nèi)容,是它有別于其他自控領(lǐng)域或?qū)W科的本質(zhì)所在。15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)15.2.1基礎(chǔ)知識(shí) 最初的網(wǎng)絡(luò)用于數(shù)據(jù)通信,常稱為“數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)”,具有“非實(shí)時(shí)”的特性。隨著數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的深入研究和廣泛應(yīng)用,當(dāng)其應(yīng)用于分布式控制領(lǐng)域時(shí),就形成了具有“實(shí)時(shí)性”的自控網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)最基本的功能是傳輸數(shù)據(jù)或信息。自控網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)或信息的最終用戶是連接在自控網(wǎng)絡(luò)上的“自控設(shè)備或節(jié)點(diǎn)”,如傳感

14、器、執(zhí)行器、控制器和信息處理機(jī)等。若自控網(wǎng)絡(luò)上的兩個(gè)自控設(shè)備相互能夠“監(jiān)聽”和接收對(duì)方發(fā)送的信息,并且能相互理解對(duì)方發(fā)送信息的語義或含義,進(jìn)而自動(dòng)做出對(duì)方所要求的反應(yīng)或操作,則這兩個(gè)設(shè)備就具有“互操作能力”,連接在自控網(wǎng)絡(luò)上的自控設(shè)備必須具備這種互操作能力。若互操作不能在有效時(shí)間內(nèi)完成,也必須具備相應(yīng)的處理機(jī)制;否則,自控網(wǎng)絡(luò)的功能就會(huì)15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)受到破壞。自控網(wǎng)絡(luò)的這種特性就稱為“實(shí)時(shí)性”。在所有自控網(wǎng)絡(luò)中,互操作和實(shí)時(shí)性不僅是自控網(wǎng)絡(luò)的基本功能和基本特性,也分別是自控網(wǎng)絡(luò)必須解決的首要任務(wù)和必須保證的特性。1.自控網(wǎng)絡(luò)概念和特點(diǎn) 自控網(wǎng)絡(luò)是利用通信介質(zhì)(有線或無線)將自控系統(tǒng)中

15、各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備(如傳感器、執(zhí)行器、控制器和信息處理機(jī)等)互聯(lián)而形成的集合體,其功能是使網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)或設(shè)備在滿足自控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能的基礎(chǔ)上進(jìn)行信息共享和互操作,以實(shí)現(xiàn)自控系統(tǒng)的特定功能。其中,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備具有自主運(yùn)行的特性:首先根據(jù)自身狀態(tài)變遷主動(dòng)向外發(fā)出相關(guān)信息,如報(bào)警或事件信息;其次是不斷監(jiān)聽和接收信息,并根據(jù)監(jiān)聽或接收信息所具有的語義產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)或15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)圖15-2基本網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖a)總線型b)星形c)樹形d)環(huán)形動(dòng)作,如執(zhí)行器根據(jù)指令發(fā)生的動(dòng)作。自控網(wǎng)絡(luò)在物理結(jié)構(gòu)形式上表現(xiàn)為系統(tǒng)所有節(jié)點(diǎn)或設(shè)備進(jìn)行“交流”的公用“路徑”和“橋梁”通信介質(zhì)和連接通信介質(zhì)的通信設(shè)備,通

16、信介質(zhì)和通信設(shè)備的物理規(guī)劃和布局就是網(wǎng)絡(luò)的“物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)”。圖15-2所示是最基本的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖,實(shí)際使用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均由這些基本結(jié)構(gòu)按一定的規(guī)則組合而成。15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò) 在自控網(wǎng)絡(luò)中,因網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備具有自主特性,且復(fù)用通信介質(zhì),這就會(huì)出現(xiàn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備同時(shí)發(fā)送信息和同時(shí)訪問通信介質(zhì)的情形,產(chǎn)生通信沖突而降低通信量,影響自控網(wǎng)絡(luò)功能。為使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備有序利用通信介質(zhì),提高通信介質(zhì)的通信能力或帶寬,須制定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備進(jìn)行通信的“規(guī)則和過程”,這就是網(wǎng)絡(luò)的“通信協(xié)議”。通信協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備進(jìn)行有序交流并最大限度地利用通信帶寬的保證。故自控網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)包含相對(duì)應(yīng)的兩部分內(nèi)容,

17、一是自控網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)與實(shí)施,在物理上用通信介質(zhì)(如雙絞線、光纖等)和通信設(shè)備(如路由器、網(wǎng)橋、中繼器等)將自控設(shè)備互聯(lián);二是定義通信和互操作過程的通信協(xié)議,使自控網(wǎng)絡(luò)上的各自控設(shè)備相互協(xié)調(diào)運(yùn)行,完成自控系統(tǒng)的應(yīng)用邏輯功能。15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò) 自控網(wǎng)絡(luò)兩部分內(nèi)容可相互獨(dú)立,并可單獨(dú)設(shè)計(jì)和定義,則自控網(wǎng)絡(luò)可出現(xiàn)如下兩種情形:一是同一物理拓?fù)涞淖钥鼐W(wǎng)絡(luò)可適用于不同的通信協(xié)議,或同一個(gè)物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)可同時(shí)運(yùn)行多個(gè)通信協(xié)議;二是同一個(gè)通信協(xié)議可適用于不同物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò),或同一個(gè)通信協(xié)議具有不同的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。若將通信協(xié)議所定義的功能邏輯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)稱為“邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)”,則相同的物理拓?fù)浣Y(jié)

18、構(gòu)網(wǎng)絡(luò)可有不同的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同的以太網(wǎng)絡(luò)(Ethernet),既可單獨(dú)運(yùn)行不同的上層通信協(xié)議(如BACnet等),也可同時(shí)運(yùn)行多個(gè)上層通信協(xié)議。若一個(gè)通信協(xié)議可適用于多種物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),則說明該通信協(xié)議支持多種通信介質(zhì),如BACnet和LonTalk協(xié)議等。 在自控網(wǎng)絡(luò)中,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備信息共享和互操作的15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)過程是通過“通信協(xié)議”進(jìn)行的。通信協(xié)議的三要素為語法、語義和時(shí)序。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備要進(jìn)行互操作,就須理解雙方傳輸信息的語義,雙方須按語法規(guī)定將傳輸信息的語義進(jìn)行編碼,直至二進(jìn)編碼。同時(shí),要保證雙方正確地進(jìn)行一次“會(huì)話交流”,就須規(guī)定雙方進(jìn)行會(huì)話的時(shí)間順序,

19、保證會(huì)話有序進(jìn)行。因而有時(shí)將通信協(xié)議的時(shí)序也稱為“同步”。另外,還可理解為什么通信協(xié)議在不同的自控網(wǎng)絡(luò)不易進(jìn)行系統(tǒng)集成的原因,是不同通信協(xié)議的自控網(wǎng)絡(luò)具有不同的“語言”。 自控網(wǎng)絡(luò)常用在自控領(lǐng)域現(xiàn)場(chǎng),將其稱為“現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)”,有如下特點(diǎn):1)自控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備功能差別大。2)通信介質(zhì)多樣化。15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)3)實(shí)時(shí)性要求高。4)互操作功能完備。5)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備邏輯功能耦合性高。6)功耗敏感。 不同自控領(lǐng)域因其自身所具有的特殊性已產(chǎn)生了各種利用自控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建自控系統(tǒng)的解決方法或方案,這些解決方法或方案的集合就形成了自控網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議。一般來說,當(dāng)某種解決方法或方案公開時(shí),該協(xié)

20、議就是開放的;反之,是封閉的或?qū)Ｓ械?。無論是開放的協(xié)議,還是封閉的專有協(xié)議,自控網(wǎng)絡(luò)協(xié)議均是自控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備信息共享和互操作的解決方法或方案。因這種解決方法或方案均是以數(shù)據(jù)通信為基礎(chǔ)的,故自控網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通常以ISO/OSI參考模型為參照物,并根據(jù)自身的特點(diǎn)和要求對(duì)ISO/OSI模型進(jìn)行15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)精簡和內(nèi)容具體化,形成具有鮮明特征和具體內(nèi)容的自控網(wǎng)絡(luò)體系。2.通信基礎(chǔ) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信過程是一個(gè)非常復(fù)雜的過程。要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信,就必須“營造” “計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議”,而有關(guān)通信功能單元的劃分(分解組成細(xì)節(jié))、各單元功能的分配和定義及各單元之間的相互關(guān)系(細(xì)節(jié)具體化)就構(gòu)成

21、了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的“體系結(jié)構(gòu)”。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的邏輯構(gòu)成劃分和功能分配的描述,是對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各個(gè)組成部分及其所具有功能的定義。任意計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系均是這兩方面內(nèi)容的詳細(xì)描述,并采用分層或分級(jí)的概念方式對(duì)這兩方面內(nèi)容進(jìn)行描述。不同計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的分層數(shù)量、分15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)層名稱、分層內(nèi)容和功能都可不盡相同。在所有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中,每一分層的目的都是向它的相鄰上層提供一定的服務(wù),并將實(shí)現(xiàn)這一服務(wù)的細(xì)節(jié)對(duì)相鄰上一層加以屏蔽。對(duì)每一分層功能的定義和相鄰上、下層間交互規(guī)程的定義就構(gòu)成了該層的“層協(xié)議”。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)可歸納為層和相應(yīng)層協(xié)議的集合,并且多個(gè)層協(xié)議從形式

22、上是疊加的,體系結(jié)構(gòu)中的層協(xié)議集合也可形象地稱為協(xié)議棧。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的抽象描述,它從全局的觀點(diǎn)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一般性和通用性的定義,故計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是抽象的、概括的。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)所定義的功能最終需要相應(yīng)的硬件和軟件完成,要求體系結(jié)構(gòu)的描述或定義須包含充分和精確的信息。將抽象體系結(jié)構(gòu)的定義轉(zhuǎn)化為在某一具體計(jì)算環(huán)境中執(zhí)行的實(shí)體(軟15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)件或硬件)就是體系結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO起草了“開放系統(tǒng)互連基本參考模型(OSI-RM)”,它最基本的目標(biāo)是定義一個(gè)通用的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)參考模型,以指導(dǎo)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,圖15-3是OSI-RM體系結(jié)構(gòu)圖。

23、OSI-RM不僅是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),且也是制定其他網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的基本框架,并對(duì)其他通信協(xié)議的制定起著指導(dǎo)和規(guī)范的作用。這里強(qiáng)調(diào)對(duì)OSI標(biāo)準(zhǔn)的共同認(rèn)識(shí)和遵從,即系統(tǒng)是開放的,它可與遵從同一標(biāo)準(zhǔn)的任何系統(tǒng)互聯(lián)。OSI-RM對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、構(gòu)建、使用和發(fā)展起著合理化、標(biāo)準(zhǔn)化、高性能化和通用化的作用,是理解和掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本原理的基礎(chǔ)。 圖15-3a是OSI-RM結(jié)構(gòu)層次圖,該模型根據(jù)通信功能對(duì)信息交換的處理過程分為七個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的層次或功15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)圖15-3OSI-RM體系結(jié)構(gòu)a)OSI-RM結(jié)構(gòu)層次圖b)對(duì)等層間數(shù)據(jù)信息的傳遞示意圖能單元。分層的原則是將相似的功能集中在

24、同一層內(nèi),功能差別較大時(shí)則分層分配,并每層只定義對(duì)相鄰上、下層的接口,以保證各層的相對(duì)獨(dú)立性。各層的功能由各層的層協(xié)議定義,且上層協(xié)議屏蔽下層協(xié)議。當(dāng)不同的對(duì)等層(如第N層)進(jìn)行通信時(shí),就使用對(duì)應(yīng)的層(第N層)協(xié)議。從第N層的通信實(shí)體來看,下層協(xié)議是透明的,通信過程好像是直接通15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)過該層協(xié)議進(jìn)行的。這就反映了分層結(jié)構(gòu)的獨(dú)立性。 圖15-3b是對(duì)等層間數(shù)據(jù)信息的傳遞示意圖。應(yīng)用進(jìn)程AP1的數(shù)據(jù)AP要傳遞到對(duì)等應(yīng)用進(jìn)程AP2,數(shù)據(jù)要經(jīng)過不同的層,進(jìn)行不同的處理和“包裝”,才能最終完成數(shù)據(jù)的傳遞。任意兩個(gè)對(duì)等層之間的信息交換是直接進(jìn)行的,這就是“對(duì)等層”之間的通信。對(duì)等層之間的通

25、信是雙向的,第N層的“對(duì)等層”之間的通信協(xié)議稱為(N)層協(xié)議。圖15-3b中的各對(duì)等層間的虛線就代表“對(duì)等層”之間的雙向“直接”通信。 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中,通信過程均以信息傳輸單元形式在不同功能層之間傳輸,各層傳輸信息單元通常稱為層協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU。PDU的格式由層協(xié)議的語法規(guī)則定義,并分為協(xié)議控制信息PCI和服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU兩部分。第N層的15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)PCI是(N)層協(xié)議定義的控制信息,通常說明PDU的類型、分段信息及PDU有關(guān)處理規(guī)程等協(xié)議控制信息,它根據(jù)相鄰上一層的請(qǐng)求和本層的層協(xié)議動(dòng)態(tài)生成,是第N層協(xié)議必須處理的信息,相對(duì)第N層協(xié)議來說,PCI是有結(jié)構(gòu)和語義的信息。而第N層

26、的SDU通常是由第(N+1)層的PDU直接形成的,相對(duì)于第N層協(xié)議來說,SDU是無結(jié)構(gòu)和無語義的比特串。圖15-4是在沒有分段情況下的相鄰層間PDU的演變示意圖。圖15-4相鄰層PDU變化示意圖 OSI-RM在劃分功能單元層的基礎(chǔ)之上對(duì)各功能單元進(jìn)行了如下功能分配和定義。15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò) (1)物理層該層為數(shù)據(jù)鏈路層對(duì)等實(shí)體間的信息交換建立的物理連接,并在此物理連接上正確、透明地傳送物理層數(shù)據(jù)單元(無結(jié)構(gòu)的比特流)中的比特位(Bit)。物理層提供激活、維持及斷開物理連接所需的機(jī)械特性、電氣特性和規(guī)程特性功能。物理層信息傳輸方式有“半雙工”和“全雙工”。物理層的作用是保證兩相鄰網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間

27、每個(gè)比特位的正確傳輸。 (2)數(shù)據(jù)鏈路層該層用于建立、維持和釋放鏈路連接,實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)幀傳輸功能。該層協(xié)議數(shù)據(jù)單元稱“幀”,具有一定結(jié)構(gòu)和語義。該層通過對(duì)直接相鄰連接節(jié)點(diǎn)間的通道進(jìn)行訪問控制、差錯(cuò)控制、同步等控制、異常處理等方法實(shí)現(xiàn)信息幀的可靠傳遞。它能保證在一條可能出錯(cuò)的由通信介質(zhì)直接連接的鏈路上進(jìn)行可靠的幀信息傳輸,為網(wǎng)絡(luò)層15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)。 (3)網(wǎng)絡(luò)層該層在開放系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中提供網(wǎng)絡(luò)連接建立、維持和釋放的功能。在該層傳輸?shù)膮f(xié)議數(shù)據(jù)單元稱為“分組”或“包”。它的主要功能是利用數(shù)據(jù)鏈路層提供的相鄰節(jié)點(diǎn)間無差錯(cuò)的幀數(shù)據(jù)傳輸功能,通過路由選擇功能和中繼功能,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點(diǎn)

28、間的連接。進(jìn)行通信的主機(jī)或節(jié)點(diǎn)間可能要經(jīng)過許多節(jié)點(diǎn)和鏈路,也可能經(jīng)過不同的通信子網(wǎng)絡(luò),該層的任務(wù)就是選擇合適的路徑,使發(fā)送方的“分組”能正確地到達(dá)接收方的對(duì)等實(shí)體。此外,該層能確定網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點(diǎn)(包含不能用同一通信介質(zhì)直接連接的非相鄰節(jié)點(diǎn))間信息傳輸?shù)穆酚珊推胶夤?jié)點(diǎn)間的通信流量。 (4)傳輸層該層是OSI參考模型的七層中比較特殊的15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)一層。設(shè)置傳輸層的目的是在源主機(jī)和目的主機(jī)進(jìn)程間提供可靠的端到端通信,完成無差錯(cuò)的按序報(bào)文傳送,為上層提供傳輸服務(wù),并彌補(bǔ)各種通信網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量差異,對(duì)經(jīng)過低三層后仍存在的傳輸差錯(cuò)進(jìn)行恢復(fù),進(jìn)一步提高可靠性。并且通過復(fù)用、分段和組合、連接和分離、

29、分流和合流等分復(fù)用技術(shù)措施,提高傳輸速率和服務(wù)質(zhì)量。在該層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元稱為“報(bào)文”。該層的協(xié)議軟件只在主機(jī)上運(yùn)行,而低層協(xié)議則出現(xiàn)在主機(jī)和通信節(jié)點(diǎn)機(jī)上。當(dāng)傳輸?shù)膱?bào)文較長時(shí),該層將報(bào)文分割成幾個(gè)分組后,再交給網(wǎng)絡(luò)層傳輸。 一個(gè)用戶進(jìn)程要同另一主機(jī)上的用戶進(jìn)程通信時(shí),它首先選擇進(jìn)程間的“端口”,以區(qū)分進(jìn)程。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)并發(fā)運(yùn)行多個(gè)通信進(jìn)程時(shí),到達(dá)同一主機(jī)的信息必須用端口標(biāo)識(shí)其處理的通信進(jìn)程,以便正確的進(jìn)程接收和處理。15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò) (5)會(huì)話層該層依靠傳輸層的功能使數(shù)據(jù)傳送功能在開放系統(tǒng)間有效進(jìn)行,是按照在應(yīng)用進(jìn)程間的約定,按正確的順序收發(fā)數(shù)據(jù)、進(jìn)行各種形式的對(duì)話?？刂品绞接袃深?一是

30、為了在該層應(yīng)用中易于實(shí)現(xiàn)接收處理和發(fā)送處理的逐次交替變換,設(shè)置某一時(shí)刻只有一端發(fā)送數(shù)據(jù),故需要交替改變發(fā)送端的傳送控制。二是在類似文件傳送等單方向傳送大量數(shù)據(jù)時(shí),為防備應(yīng)用處理中出現(xiàn)意外,在傳送數(shù)據(jù)的過程中需要給數(shù)據(jù)打上標(biāo)記。當(dāng)出現(xiàn)意外時(shí),可由標(biāo)記處重發(fā)。會(huì)話服務(wù)主要分為兩部分:會(huì)話連接管理和會(huì)話數(shù)據(jù)交換。會(huì)話連接管理服務(wù)使一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程在一個(gè)完整的活動(dòng)或事務(wù)處理中,通過會(huì)話連接與另一個(gè)對(duì)等應(yīng)用進(jìn)程建立和維持一條會(huì)話通道。會(huì)話數(shù)據(jù)交換服務(wù)為兩個(gè)會(huì)話的應(yīng)用進(jìn)程利用該通道交換會(huì)話單元提供手段。該層還提供了15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)交互管理、會(huì)話連接同步及異常報(bào)告等服務(wù)。會(huì)話連接同步服務(wù)允許兩個(gè)相互通信

31、的用戶有選擇地定義和標(biāo)明一些同步點(diǎn)和檢查點(diǎn)。當(dāng)會(huì)話連接的兩端失去同步時(shí),可將此連接恢復(fù)到一個(gè)已定義的狀態(tài)。異常報(bào)告服務(wù)使用戶得知一些不可恢復(fù)事件的發(fā)生。會(huì)話服務(wù)提供者允許會(huì)話用戶在傳送數(shù)據(jù)中設(shè)置同步點(diǎn),并賦予同步序號(hào),以識(shí)別和使用同步點(diǎn)。當(dāng)傳輸連接出現(xiàn)故障時(shí),整個(gè)會(huì)話活動(dòng)不需要全部重復(fù)一遍。會(huì)話同步服務(wù)在一個(gè)會(huì)話連接中定義若干個(gè)同步點(diǎn)。同步點(diǎn)又分為次同步點(diǎn)和主同步點(diǎn)。主同步點(diǎn)用于將一個(gè)會(huì)話單元分隔開來。活動(dòng)管理功能是主同步點(diǎn)概念的一種擴(kuò)展,它將整個(gè)會(huì)話分解成若干個(gè)離散的活動(dòng)。一個(gè)活動(dòng)代表一個(gè)邏輯工作段,并包括多個(gè)會(huì)話單元。對(duì)于應(yīng)用層來說,一個(gè)活動(dòng)相當(dāng)于一次應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元的交換。從用15.2建

32、筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)戶發(fā)出會(huì)話連接請(qǐng)求起到會(huì)話連接釋放確認(rèn)是一個(gè)會(huì)話連接的持續(xù)時(shí)間。一個(gè)會(huì)話連接可分為幾個(gè)活動(dòng),而每個(gè)活動(dòng)又可由幾個(gè)會(huì)話單元組成。該層通過會(huì)話服務(wù)與活動(dòng)管理達(dá)到協(xié)調(diào)進(jìn)程之間的會(huì)話過程,確保分布進(jìn)程通信的順利進(jìn)行。網(wǎng)絡(luò)通信要實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的通信功能,也必須定義一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)機(jī)制”,這就是會(huì)話層的主要任務(wù)。 (6)表示層該層主要解決用戶數(shù)據(jù)的語法表示問題,它將由抽象語法表示的交換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為傳送語法,使傳輸信息的語義在傳輸過程保持不變。該層為應(yīng)用層提供了能夠使用其他任意語法的可能性,使應(yīng)用層不必關(guān)心信息的表示問題。該層僅對(duì)應(yīng)用層信息內(nèi)容的形式進(jìn)行變換。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中,互相通信的應(yīng)用進(jìn)程實(shí)際上只關(guān)心傳

33、輸信息所蘊(yùn)含的語義。故該層要解決的問題是:如何描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并使15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)之與具體的機(jī)器無關(guān)。 (7)應(yīng)用層該層是OSI-RM的最高功能層,為應(yīng)用進(jìn)程(如用戶程序、終端操作員等)提供服務(wù),是用戶使用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的唯一窗口。該層面向用戶,實(shí)現(xiàn)的功能分為兩部分,即用戶應(yīng)用進(jìn)程和系統(tǒng)應(yīng)用管理進(jìn)程。系統(tǒng)應(yīng)用管理進(jìn)程管理系統(tǒng)資源,并優(yōu)化分配系統(tǒng)資源和控制資源的使用等。管理進(jìn)程向系統(tǒng)各層發(fā)出下列要求:請(qǐng)求診斷,提交運(yùn)行報(bào)告,收集統(tǒng)計(jì)資料和修改控制等。系統(tǒng)應(yīng)用管理進(jìn)程還負(fù)責(zé)系統(tǒng)的重啟動(dòng),包括從頭啟動(dòng)和由指定點(diǎn)重啟動(dòng)。用戶應(yīng)用進(jìn)程由用戶要求決定。通常的應(yīng)用有數(shù)據(jù)庫訪問、分布計(jì)算和分布處理等。通用的應(yīng)用

34、程序有電子郵件、事務(wù)處理、文件傳輸協(xié)議和作業(yè)操作協(xié)議等。 網(wǎng)絡(luò)的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)雖只有圖15-2所示的幾種簡單形15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)式,若將這幾個(gè)基本形式中的具體節(jié)點(diǎn)看作“抽象節(jié)點(diǎn)”:既代表一個(gè)具體節(jié)點(diǎn)又代表由多個(gè)具體節(jié)點(diǎn)組成的一個(gè)子網(wǎng)絡(luò),則由這幾種基本形式的網(wǎng)絡(luò)可演變成任意復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(Internet)。圖15-5就可代表一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。為了便于說明、設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)際的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),通常引入“物理網(wǎng)段”“網(wǎng)段”和“子網(wǎng)絡(luò)”的概念。 圖15-5互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)示意圖圖15-6互聯(lián)設(shè)備示意圖15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò) 從圖15-5可看出,物理網(wǎng)段是由一通信介質(zhì)所形成的一部分網(wǎng)絡(luò),物理網(wǎng)段通過中繼器連接

35、形成網(wǎng)段。網(wǎng)段是由同種通信介質(zhì)通過中繼器組合而形成的一部分網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)段通過網(wǎng)橋連接形成子網(wǎng)絡(luò)。子網(wǎng)絡(luò)是通過網(wǎng)橋組合而形成的一部分網(wǎng)絡(luò),可由多種介質(zhì)通信組成。子網(wǎng)絡(luò)通過路由器連接則形成互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。 在圖15-5中,有三類用于連接網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)設(shè)備,即中繼器、網(wǎng)橋和路由器,這三類互聯(lián)設(shè)備不屬于自控設(shè)備,其作用是連接不同的網(wǎng)絡(luò)部分。圖15-6直觀地表示了各互聯(lián)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的位置。 圖15-6所示還表示了不同體系結(jié)構(gòu)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的連接設(shè)備網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)用于連接不同體系結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò),具有存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元的處理功能,是將兩個(gè)15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接成超級(jí)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)僅進(jìn)行“一對(duì)一”的協(xié)議

36、轉(zhuǎn)換,或是少數(shù)幾種特定應(yīng)用協(xié)議的轉(zhuǎn)換,很難實(shí)現(xiàn)通用的協(xié)議轉(zhuǎn)換。不同體系協(xié)議的轉(zhuǎn)換也很難實(shí)現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換,在一個(gè)體系結(jié)構(gòu)中的內(nèi)容或許在另一體系結(jié)構(gòu)中很難進(jìn)行精確的轉(zhuǎn)換,實(shí)際應(yīng)盡量避免使用網(wǎng)關(guān)。3.自控網(wǎng)絡(luò)基本內(nèi)容 (1) 自控網(wǎng)絡(luò)的顯著特點(diǎn)自控網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議必須實(shí)現(xiàn)互操作功能和保證實(shí)時(shí)特性,它具有如下兩個(gè)顯著的特點(diǎn): 1)通信效率優(yōu)化。自控網(wǎng)絡(luò)通信效率優(yōu)化的方式除借用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信效率優(yōu)化的方法外,通常還包括根據(jù)具體自控領(lǐng)域的特點(diǎn)改進(jìn)通信介質(zhì)訪問方式(MAC)、優(yōu)化傳輸長度和簡化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方法。 2)上層協(xié)議具體化。自控網(wǎng)絡(luò)須在信息共享的基礎(chǔ)上15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)對(duì)共享信息的語義進(jìn)行解釋,

37、并自動(dòng)觸發(fā)共享信息語義所蘊(yùn)含的反應(yīng)和操作,實(shí)現(xiàn)互操作功能。這就須對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備建立信息模型,確定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備互操作的模式,明確定義傳輸數(shù)據(jù)的語義,并規(guī)定其編碼和解碼規(guī)則,這些內(nèi)容一般為自控網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的上層協(xié)議內(nèi)容。 (2) 自控網(wǎng)絡(luò)的基本內(nèi)容在自控網(wǎng)絡(luò)中,“通信協(xié)議”除具有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的通信功能外,還包含如下內(nèi)涵,并構(gòu)成了自控網(wǎng)絡(luò)的基本內(nèi)容,是所有自控網(wǎng)絡(luò)須明確規(guī)定的主要內(nèi)容,它們是研究和應(yīng)用自控網(wǎng)絡(luò)必備的基礎(chǔ)知識(shí)。 1)自控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備信息模型。要進(jìn)行通信或互操作,就須存在至少兩個(gè)通信或互操作的實(shí)體或?qū)ο?且這些實(shí)體或?qū)ο箜氃谧钥鼐W(wǎng)絡(luò)互操作環(huán)境中是“可見的和可識(shí)別的”。自控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備

38、是通信和互操作的實(shí)體,這些15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)實(shí)體在物理結(jié)構(gòu)上千差萬別,在監(jiān)控功能上也有所不同。如何使這些具體節(jié)點(diǎn)或設(shè)備在自控網(wǎng)絡(luò)中相互識(shí)別,就須對(duì)具體節(jié)點(diǎn)或設(shè)備進(jìn)行抽象建模,使之成為“網(wǎng)絡(luò)可見”的抽象實(shí)體網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備的信息模型,故信息模型具有標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備和抽象其監(jiān)控功能的作用。 信息模型在不同體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中有不同的建模方式,有不同的表現(xiàn)形式,甚至同一體系結(jié)構(gòu)的不同協(xié)議層也有不同表現(xiàn)形式。但可歸納為“面向數(shù)據(jù)”和“面向?qū)ο蟆眱深悺Ｃ嫦驍?shù)據(jù)的信息模型只用一個(gè)簡單型或基本型數(shù)據(jù)來抽象描述網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)或設(shè)備,此模型通常用節(jié)點(diǎn)或設(shè)備地址或標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)類型來表示。面向數(shù)據(jù)的信息模型用于自控

39、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的低層協(xié)議之中,用于標(biāo)識(shí)通信實(shí)體,具有較高的通信效率。在自控網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議中,面向數(shù)據(jù)的信15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)息模型也是高層協(xié)議常用的信息模型之一,用于標(biāo)識(shí)通信和互操作實(shí)體。 面向?qū)ο蟮男畔⒛Ｐ筒捎靡唤M描述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備狀態(tài)的屬性參數(shù)來標(biāo)識(shí)互操作實(shí)體和定義互操作的語義,此模型用于自控網(wǎng)絡(luò)的上層協(xié)議之中。因面向?qū)ο笮畔⒛Ｐ头浅＿m用于互操作過程,大多數(shù)現(xiàn)代自控網(wǎng)絡(luò)在實(shí)現(xiàn)互操作功能的層面上基本采用了這種模型。但該模型在不同自控網(wǎng)絡(luò)中具有不同的建模方式和表現(xiàn)形式。 2)互操作模式。在自控網(wǎng)絡(luò)中,當(dāng)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備利用信息模型在網(wǎng)絡(luò)上“可見”和“可識(shí)別”后,就可在節(jié)點(diǎn)或設(shè)備間通過通信來實(shí)現(xiàn)互操作

40、。依據(jù)通信內(nèi)容,可將自控網(wǎng)絡(luò)互操作模式分為“基于數(shù)據(jù)”和“基于命令”兩種互操作模式。15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò) 在基于數(shù)據(jù)的互操作模式中,通信內(nèi)容是自控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備間共享的數(shù)據(jù)(如溫度、壓力、狀態(tài)或字符串等描述系統(tǒng)狀態(tài)的信息)。當(dāng)自控網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)或設(shè)備監(jiān)聽和接收到一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí),就觸發(fā)一個(gè)相關(guān)聯(lián)的事件,完成該共享數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的互操作功能。該模式可適用于面向數(shù)據(jù)和面向?qū)ο蟮男畔⒛Ｐ?尤其適用于面向數(shù)據(jù)的信息模型。在基于命令的互操作模式中,通信內(nèi)容是自控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備間的觸發(fā)命令(如開啟/停止、讀/寫、連接/斷開等命令)。當(dāng)自控網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)或設(shè)備監(jiān)聽和接收到一個(gè)觸發(fā)命令時(shí),就根據(jù)命令種類和參數(shù)(若命令帶有參

41、數(shù))完成相應(yīng)的互操作功能。 可以看出,這種模式在協(xié)議和硬件中的應(yīng)用只是抽象方式的不同,其操作和管理機(jī)制仍是相同的。在硬件設(shè)備中,15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)外圍設(shè)備的各種寄存器就相當(dāng)于外圍設(shè)備對(duì)象的屬性,CPU通過訪問抽象為屬性的寄存器來控制和管理外圍設(shè)備,而外圍設(shè)備的功能則由外圍設(shè)備本身完成。在現(xiàn)代自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)中,這種模式是首選的互操作模式,它在保證通信接口一致的前提下,允許各種自控硬件設(shè)備具有不同的結(jié)構(gòu)和功能。 從上述分析可看出,互操作模式通常與自控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備的信息模式相關(guān)聯(lián),不同的信息模型和互操作模式均是自控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息共享和互操作功能的解決方法或方案之一。但從自控網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)網(wǎng)

42、絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)來看,面向?qū)ο蟮男畔⒛Ｐ秃兔嫦蛎畹拈g接互操作模式是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的主要信息模型和互操作模式。故任何自控網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議均是在通信的基礎(chǔ)上對(duì)信息模型和互操作模式進(jìn)行合理選取和優(yōu)化的結(jié)果。15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò) 總之,自控網(wǎng)絡(luò)要實(shí)現(xiàn)互操作,在原理上就須定義互操作實(shí)體的“信息模型”、實(shí)體間的“互操作模式”、實(shí)體間互操作的“內(nèi)容”和實(shí)體間傳輸互操作內(nèi)容的“通信工具”。實(shí)體信息模型須在自控網(wǎng)絡(luò)互操作環(huán)境中是相互“可見的和可識(shí)別的”,互操作模式須與信息模型相適應(yīng),互操作內(nèi)容須在主體間是互相“可理解的”,通信工具最好是“多樣的”。自控網(wǎng)絡(luò)互操作模式是由“互操作內(nèi)容”進(jìn)行具體表現(xiàn)的,而互操作內(nèi)容在通信協(xié)

43、議中是以“服務(wù)和報(bào)文”的方式進(jìn)行定義的?！胺?wù)”是互操作過程的“時(shí)序”描述,是互操作過程的動(dòng)態(tài)描述;而“報(bào)文”是互操作內(nèi)容的“編碼或格式”描述,是靜態(tài)描述。不同自控網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議對(duì)互操作功能具有不同的定義方法和內(nèi)容,形成了具有不同技術(shù)特點(diǎn)的自控網(wǎng)絡(luò)。15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò) 3)系統(tǒng)集成方法。因自控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備具有互操作功能和邏輯功能上的強(qiáng)耦合關(guān)系,自控網(wǎng)絡(luò)必須進(jìn)行系統(tǒng)集成,以確定自控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備的固定邏輯功能關(guān)系和實(shí)現(xiàn)互操作。自控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成通常有兩個(gè)含義,一是指同種體系結(jié)構(gòu)自控網(wǎng)絡(luò)的集成,二是指異構(gòu)體系結(jié)構(gòu)自控網(wǎng)絡(luò)的集成,其中包括自控網(wǎng)絡(luò)與Internet的集成。前者的集成方式通常由自控

44、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議進(jìn)行了規(guī)定和說明,并利用自控網(wǎng)絡(luò)專用網(wǎng)絡(luò)管理工具可較為容易地進(jìn)行集成;后者一般通過網(wǎng)關(guān)方式進(jìn)行系統(tǒng)集成,該方式稱為“網(wǎng)關(guān)集成方式”,但集成方式比較困難,代價(jià)較大,不易擴(kuò)展。 從上述可知,信息模型和互操作方式是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備互操作的基礎(chǔ)?；ゲ僮魇蔷W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備進(jìn)行交互的一種機(jī)制和能力,系統(tǒng)集成是面向具體應(yīng)用,明確網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或設(shè)15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)備在邏輯功能上互操作關(guān)系的過程。故具有相同互操作機(jī)制的自控網(wǎng)絡(luò)就可有不同的系統(tǒng)集成方法。所以,自控網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議均詳細(xì)定義了互操作機(jī)制的內(nèi)容,但一般不定義或不詳細(xì)定義系統(tǒng)集成的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容,或者在協(xié)議之外提供系統(tǒng)集成指南性的內(nèi)容。 所以,自控網(wǎng)

45、絡(luò)通信協(xié)議必須具備與通信功能、信息模型、互操作方式和系統(tǒng)集成有關(guān)的基本內(nèi)容。任何自控網(wǎng)絡(luò)只要參照OSI-RM體系結(jié)構(gòu)從其體系結(jié)構(gòu)出發(fā),按信息模型、互操作方式和系統(tǒng)集成三個(gè)方面進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究,就完全可掌握其基本內(nèi)容和特點(diǎn),就可達(dá)到實(shí)用的目的。15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)15.2.2LonWorks技術(shù)1.概述 LON(Local Operating Networks)局部操作網(wǎng)絡(luò)是美國Echelon公司1990年推出的智能控制網(wǎng)絡(luò),為分布式監(jiān)控系統(tǒng)提供了很強(qiáng)的實(shí)現(xiàn)手段。在Echelon公司的支持下,誕生了新一代的智能化、低成本的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)。為支持LON總線,Echelon公司開發(fā)了LonWorks

46、技術(shù),它為LON網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、成品化提供了一套完整的開發(fā)平臺(tái)。 LonWorks對(duì)其使用的技術(shù),從神經(jīng)元芯片到七層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及神經(jīng)元芯片的Neuron C語言都詳盡地提供給用戶。 1997年6月Echelon公司公開了LonTalk協(xié)議,允許其他CPU制造商將其嵌入,這樣使LonWorks技術(shù)更加開放。在可互操作方面,1994年5月,由世界許多公司,如15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)Honeywell、Motorola、IBM、HP等,組成了一個(gè)獨(dú)立的行業(yè)協(xié)會(huì)LonMark,負(fù)責(zé)定義、發(fā)布、確認(rèn)產(chǎn)品的互操作性標(biāo)準(zhǔn)。LonMark協(xié)會(huì)的成立,對(duì)于推動(dòng)LonWorks技術(shù)的推廣和發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。 Lo

47、nWorks使用開放式通信協(xié)議(LonTalk協(xié)議),為設(shè)備間交換控制狀態(tài)信息建立了一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)。在LonTalk協(xié)議的協(xié)調(diào)下,以往孤立的系統(tǒng)和產(chǎn)品融為一體,形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。神經(jīng)元芯片(Neuron Chip)是LonWorks技術(shù)的核心芯片,它是LON智能控制網(wǎng)絡(luò)的通信處理器,也是采集和控制的通用處理器,LonWorks技術(shù)中所有關(guān)于網(wǎng)絡(luò)變量的操作實(shí)際上都是通過其來完成的。典型的LON總線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖15-7所示。15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)圖15-7典型的LON總線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) LON現(xiàn)場(chǎng)總線除了具有現(xiàn)場(chǎng)總線的本質(zhì)特點(diǎn)之外,還有以下優(yōu)點(diǎn): (1)具有良好的互操作性LonWo

48、rks技術(shù)采用的LonTalk通信協(xié)議遵循國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO定義的開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI所定義的全部七層服務(wù)。除了LonTalk協(xié)議以外,還沒有哪一個(gè)協(xié)議宣稱它能夠提供OSI參考模型所定義的全部七層服務(wù),這是LonWorks技術(shù)的先進(jìn)性之一,也是LonTalk協(xié)議區(qū)別于其他各協(xié)議的重要特點(diǎn)。15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò) (2)網(wǎng)絡(luò)通信采用網(wǎng)絡(luò)變量和顯示報(bào)文網(wǎng)絡(luò)變量使網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)簡化成為參數(shù)設(shè)置,增加了通信的可靠性和互操作性,簡化了應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)變量的概念簡化了復(fù)雜的分布式應(yīng)用的編程。一個(gè)運(yùn)行Neuron C應(yīng)用程序的節(jié)點(diǎn),最多可以說明62個(gè)網(wǎng)絡(luò)變量(包括數(shù)組元素)。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)變量可以是

49、Neuron C變量或結(jié)構(gòu),其最大長度可達(dá)31B。顯示報(bào)文每幀有效字節(jié)數(shù)為0228B。 (3)LonLalk協(xié)議使用改進(jìn)的CSMAMAC子層協(xié)議(Media Access Control介質(zhì)訪問控制)對(duì)CSMA(Carrier Sense Multiple Access載波偵聽多路訪問)協(xié)議作了改進(jìn),采用一種稱作Predictive P-persistent CSMA(帶預(yù)測(cè)的P-堅(jiān)持載波偵聽多路訪問),以在負(fù)載較輕時(shí)使介質(zhì)訪問延遲最小化,而在負(fù)載較重時(shí)使沖突的可能最小化。15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò) (4)支持多類型通道Neuron芯片處理的LonTalk協(xié)議是與介質(zhì)無關(guān)的,允許神經(jīng)元芯片支持大

50、量不同的通信介質(zhì),包括雙絞線、電力線、光纖、同軸電纜、射頻(RF)、紅外線等。LonTalk協(xié)議支持以不同通信介質(zhì)分段的網(wǎng)絡(luò),即不同的通信介質(zhì)可以在同一網(wǎng)絡(luò)中混合使用。而其他的許多網(wǎng)絡(luò)只能選用某種專用的介質(zhì)。而LonWorks網(wǎng)絡(luò)可以同時(shí)使用上述的各種介質(zhì),并開發(fā)了相應(yīng)的本質(zhì)安全防爆產(chǎn)品,被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。 (5)支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銵onWorks技術(shù)的一個(gè)LON網(wǎng)絡(luò)上可以有255個(gè)子網(wǎng),每個(gè)子網(wǎng)可有127個(gè)節(jié)點(diǎn),網(wǎng)絡(luò)可大可小,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问娇蔀榭偩€型、星形、環(huán)形、自由拓?fù)湫蔚榷喾N拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),LonWorks直接通信距離可達(dá)2700m(雙絞線,78kbit/s,總線拓?fù)?、130m(雙絞線15.2

51、建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò),1.25Mbit/s,總線拓?fù)?,另外加中繼器還可延長。 LON總線還有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理工具,如圖15-7所示。這個(gè)管理工具主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的安裝、維護(hù)和監(jiān)控。在安裝階段,它為節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)地址,并通過網(wǎng)絡(luò)變量和顯示報(bào)文進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間的通信。維護(hù)是在系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下,增加、減少節(jié)點(diǎn),改變網(wǎng)絡(luò)變量、顯示報(bào)文的內(nèi)部連接,及檢測(cè)修理錯(cuò)誤的設(shè)備等。監(jiān)控是指提供系統(tǒng)級(jí)的檢測(cè)和控制服務(wù),用戶可以在網(wǎng)上,甚至是在Internet上遠(yuǎn)程監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)。 LON總線具有通信介質(zhì)多樣化、訪問方式多樣、唯一支持OSI七層協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活等特點(diǎn),因此LON總線實(shí)際上起著通用現(xiàn)場(chǎng)總線的作用。2. LON總線的

52、通信技術(shù) LON總線與其他現(xiàn)場(chǎng)總線相比,最大的優(yōu)勢(shì)就是具有網(wǎng)15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)絡(luò)處理能力。它通過網(wǎng)關(guān)很容易與異型網(wǎng)互聯(lián),這一點(diǎn)是其他現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線都無法比擬的。其次它還支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和多種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),易于組成各種不同類型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。LON以其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì),把計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)了工廠測(cè)控及管理的統(tǒng)一。采用超大規(guī)模的神經(jīng)元芯片,使每個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用變得簡單可靠。固化的LonTalk協(xié)議具有檢測(cè)應(yīng)答、自動(dòng)重發(fā)、請(qǐng)求/響應(yīng)等功能,易實(shí)現(xiàn)冗余功能,保證了通信的可靠,實(shí)現(xiàn)了控制功能的全分布,使故障分散,提高了系統(tǒng)的可靠性。 LON總線的通信協(xié)議是公開的,其產(chǎn)

53、品采用神經(jīng)元芯片、LonWorks收發(fā)器及LonBuilder開發(fā)平臺(tái)可方便靈活地集成為新一代的控制系統(tǒng)。15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò) LON總線是唯一的遵循ISO/OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型的現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)絡(luò),它在充分考慮控制系統(tǒng)特殊要求的基礎(chǔ)上,建立了每一層的直接面向?qū)ο缶W(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 LON總線支持無線、電力線、紅外線、雙絞線、射頻、光纖、同軸電纜等多種傳輸介質(zhì),滿足多種特殊的應(yīng)用場(chǎng)合,數(shù)據(jù)傳輸速率范圍為300bit/s1.25Mbit/s。3. LonWorks的核心技術(shù) LonWorks系統(tǒng)主要由神經(jīng)元芯片、LonTalk協(xié)議、Neuron C語言、收發(fā)器、路由器及LNS、NodeBuilder、Lon

54、Maker等一系列開發(fā)工具組成。 (1)神經(jīng)元芯片LonWorks技術(shù)的核心是Neuron芯片或稱為神經(jīng)元芯片,有3150和3120兩大系列,其中3120系列芯片中包括E2PROM,RAM,ROM;而3150系列芯片15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)中則無內(nèi)部ROM,但擁有訪問外部存儲(chǔ)器的接口。Neuron芯片內(nèi)部固化了完整的LonTalk通信協(xié)議,確保節(jié)點(diǎn)間的可靠通信和互操作。 Neuron芯片在大多數(shù)LON節(jié)點(diǎn)中是一個(gè)獨(dú)立的處理器。若需要使節(jié)點(diǎn)具有更強(qiáng)的信號(hào)處理能力或I/O通道,可采用其他處理器來處理并由Neuron芯片交換數(shù)據(jù),此時(shí)Neuron芯片只完成通信功能。 Neuron芯片的主要性能特點(diǎn)如

55、下: 高度集成,所需外部器件較少;三個(gè)8位的CPU,輸入時(shí)鐘可選擇范圍:625kHz10MHz;片上集成的RAM,E2PROM存儲(chǔ)器;11個(gè)可編程序I/O引腳具有34種可選擇的工作方式;兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器;15個(gè)軟定時(shí)器;休眠工作方式;網(wǎng)絡(luò)通信端口三種方式:單端方式、差15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)分方式和專用方式;服務(wù)引腳:用于遠(yuǎn)程識(shí)別和診斷;48位的內(nèi)部Neuron ID;用于唯一識(shí)別的Neuron芯片;固件包括:LonTalk協(xié)議;I/O驅(qū)動(dòng)器程序;事件驅(qū)動(dòng)多任務(wù)調(diào)度程序。Neuron芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖15-8所示。 圖15-8Neuron芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) Neuron芯片內(nèi)部有三個(gè)CPU:

56、MAC CPU、網(wǎng)絡(luò)CPU和應(yīng)用CPU,如圖15-9所示。CPU1是MAC CPU,完成介質(zhì)訪圖15-9Neuron芯片的CPU結(jié)構(gòu)15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)問控制,處理LonTalk協(xié)議的第一和第二層,包括驅(qū)動(dòng)通信子系統(tǒng)硬件和執(zhí)行算法。CPU1和CPU2用共享存儲(chǔ)區(qū)中的網(wǎng)絡(luò)緩存進(jìn)行通信,正確地對(duì)網(wǎng)上報(bào)文進(jìn)行編解碼。CPU2是網(wǎng)絡(luò)CPU,它實(shí)現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第三到第六層,處理網(wǎng)絡(luò)變量、尋址、事務(wù)處理、權(quán)限證實(shí)、背景診斷、軟件計(jì)時(shí)器、網(wǎng)絡(luò)管理和路由等。同時(shí),它還控制網(wǎng)絡(luò)通信端口,物理地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包。該處理器用共享存儲(chǔ)區(qū)中的網(wǎng)絡(luò)緩存區(qū)與CPU1通信,應(yīng)用緩存區(qū)與CPU3通信。CPU3是應(yīng)用

57、CPU,它完成用戶的編程,其中包括用戶程序?qū)Σ僮飨到y(tǒng)的服務(wù)調(diào)用。 Neuron芯片通過11個(gè)I/O口(IO0IO10)與外部設(shè)備相連,稱為應(yīng)用I/O。應(yīng)用I/O可配置選擇使用34種不同的I/O對(duì)象,以借助于最小的外接電路實(shí)現(xiàn)靈活的輸入輸出功15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)能,這些I/O對(duì)象包括: 1)直接I/O對(duì)象:比特I/O對(duì)象、字節(jié)I/O對(duì)象、電平檢測(cè)輸入對(duì)象、半字節(jié)I/O輸入對(duì)象。 2)并行雙向I/O對(duì)象:并行I/O對(duì)象、多總線I/O對(duì)象等。 3)串行I/O對(duì)象:移位I/O對(duì)象、I2C I/O對(duì)象、磁卡輸入對(duì)象、磁跡輸入對(duì)象、半雙工異步串行I/O對(duì)象、Wiegand輸入對(duì)象、全雙工同步串行I/O

58、對(duì)象。 4)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器輸入對(duì)象:雙斜率輸入對(duì)象、邊沿記錄輸入對(duì)象、紅外輸入對(duì)象、On-Time輸入對(duì)象、周期輸入對(duì)象、脈沖計(jì)數(shù)輸入對(duì)象、正交輸入對(duì)象、總數(shù)輸入對(duì)象。 5)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器輸出對(duì)象:分頻輸出對(duì)象、頻率輸出對(duì)象、單步輸出對(duì)象、脈沖計(jì)數(shù)輸出對(duì)象、脈寬輸出對(duì)象、可控硅輸出對(duì)象等。15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò) Service Pin是Neuron芯片中的一個(gè)非常重要的管腳,在節(jié)點(diǎn)的配置、安裝和維護(hù)時(shí)均需使用。該管腳既能輸入也能輸出。輸出時(shí)它通過一個(gè)低電平來點(diǎn)亮外部的LED,LED的不同點(diǎn)亮方式代表了不同Neuron芯片不同的工作狀態(tài)。輸入時(shí),一個(gè)邏輯低電平使Neuron芯片傳送一個(gè)包括該節(jié)

59、點(diǎn)48bit的Neuron ID的網(wǎng)絡(luò)管理信息。 Neuron芯片支持多種通信介質(zhì)。如雙絞線、無線、紅外、光纖、同軸電纜等。在各種通信介質(zhì)中,雙絞線以其高的性能價(jià)格比而應(yīng)用最為普遍。Echelon公司提供的FTT-10A雙絞線變壓器耦合收發(fā)器支持總線型和自由拓?fù)湫瓮負(fù)?。其抗干擾能力強(qiáng),可承受持續(xù)時(shí)間為60s的1000V電壓,采用總線拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)最長可達(dá)2000m,采用自由拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)最長可達(dá)500m,滿足一般的工業(yè)應(yīng)用,組網(wǎng)靈活。所支15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò)持的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆性S多種,如圖15-10所示。圖15-10網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕愋蚢)單端接器總線拓?fù)鋌)雙端接器總線拓?fù)鋍)星形拓?fù)鋎)環(huán)形拓?fù)鋏)混合拓?fù)?/p>

60、 (2)LonTalk協(xié)議LonWorks技術(shù)使用的通信協(xié)議稱為LonTalk協(xié)議。LonTalk協(xié)議遵循由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)定義的開放系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)模型,提供了OSI參考模型所定義的全部七層服務(wù)。這是技術(shù)的先進(jìn)性之一,也是LonTalk協(xié)議區(qū)別于其他各種協(xié)議的重要特點(diǎn)。15.2建筑設(shè)備自控網(wǎng)絡(luò) LonTalk協(xié)議支持以不同通信介質(zhì)分段的網(wǎng)絡(luò)。LonTalk協(xié)議支持的介質(zhì)包括雙絞線、電力線、無線、紅外線、同軸電纜和光纖。其他的許多網(wǎng)絡(luò)只能選用某種專用的介質(zhì),而LonWorks網(wǎng)絡(luò)可同時(shí)使用上述的各種介質(zhì),這是技術(shù)的先進(jìn)性之二。 每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要物理地連接到信道上。信道是數(shù)據(jù)包的物理傳輸