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戴  戀

1  什么是LonWorks技術？
LonWorks是一個開放的控制網絡平臺技術，它是全世界最為普遍的用來聯接日常設備的標準。比如，它可將家用電器、調溫器、空調設備、電表、燈光控制系統相互聯接并和互連網相聯。該技術提供一個平坦的、對等式的控制網絡架構，給各種控制網絡應用提供端到端的解決方案。該技術應用于各種設備和系統產品中，遍及全世界的樓宇、工廠、家庭、火車和飛機等領域，并在家庭、火車、半導體制造業、智能樓宇、加油站和貨運列車制動系統領域，被世界標準組織包括ANSI、AAR、SEMI、ASHRAE，IFSF和IEEE認證為各自的行業標準。
該技術的一些主要特點：它是完全開放式的技術。它提倡運用分布式的智能設備組建控制網絡，同時也支持主從式網絡結構。它支持各種通訊媒體，包括雙絞線、電力線、光纜等。控制網絡的核心部分，LonTalk通訊協議，即ANSI/EIA709.1-A-1999已經固化在了神經元芯片(Neuron Chip)之中。該技術包括一個稱之為LNS網絡操作系統的管理平臺，該平臺對LonWorks控制網絡提供全面的管理和服務，包括安裝、配置、監測、診斷等。LonWorks網又可通過各種連接設備接入IP數據網絡和互聯網，與信息技術應用實現無縫的結合。
該技術的另一個重要特點是它的互操作性。國際LonMark互操作性協會推廣、制定基于LonWorks技術的具有互操作性的標準（簡稱LonMark標準）。符合該標準的設備，無論來自什么生產廠商都可集成在一起，形成多廠商、多產品的開放系統。系統的整體和周期成本較傳統的封閉系統低很多。
2  第三代LonWorks技術
作為該技術的發明廠商，美國Echelon公司提供的硬件和軟件產品使OEM生產廠商和集成商制作生產智能設備和系統，使他們降低成本，增加實用性，提高服務和增加生產率，提高質量和安全性。經過幾年的努力，Echelon公司終于將這一技術和產品推向了第三代。第三代的LonWorks技術充分利用互聯網的基礎結構將一個局部的現場設備控制網絡變成是一個廣域網或局域網的信息技術應用的一部分，提供一個端到端的應用方案。在這一個端到端的架構上使各種增值服務相繼產生。比如，連鎖便利店的統一管理。通常，這些小的便利店有節能和防盜方面的應用需求，并且這些店的數目龐大，遍及城市的大街小巷。通過將這些小店的控制網絡聯上互聯網，公司總部便可以及時獲取有關信息和資料。還有電力系統的變電站，電話局機站的遠程監控，大廈物業管理等方面的工作都可應用這種新的技術。第三代的LonWorks技術應用結構如圖1所示。
在這個應用系統結構中，LonWorks技術嵌入了現場設備中，使設備與設備之間保持對等的、平坦的通訊結構。同時，這些控制網絡又通過各種互聯網的連接設備，比如LonWorks/IP路由器、網關、Web服務器以及SOAP/XML接口將控制網的信息通過互連網接入某個數據中心或運營商主持的企業數據庫。通過LNS控制網絡操作系統建立上層的企業解決方案，同時與信息技術的應用相結合，比如，與ERP和CRM等應用相結合。正因為有了這樣一個基礎架構，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技術應用系統結構

3  第三代LonWorks產品
第三代的產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品。
(1)  NodeBuilder® 3開發工具
NodeBuilder 3開發工具是一個用來開發LonWo-rks設備（又稱節點）的開發工具，它是一個硬件和軟件的平臺，針對基于神經元芯片和Echelon收發器應用的工具。它包括一個基于Windows®的軟件開發系統和一個硬件開發平臺用于設計和調試。另外還有相應的網絡管理工具與它配套使用。 這個新一代的LonWorks開發工具，由于加入了各種向導，自動生成模版和代碼，同時內置對LonMark的支持，節省大量開發時間和難度。
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自動編程向導--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絡通訊，硬件輸入和輸出接口以及事件驅動。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省了大量的開發時間。
NodeBuilder資源編譯器--這個工具用來觀察和利用標準的數據類型和功能模式，并且用來定義特定的數據類型和功能模式。這些類型信息儲存在LonMark資源文件中，可被資源編譯器、代碼向導、Neuron C編譯器、LonMakerTM集成工具以及Plug-in向導使用，這使得所有的工具具有統一的顯示方式從而減少了開發的時間。與LonMark標準兼容的設備需提供相應的資源文件。
LNS節點Plug-in向導--這個工具可自動生成一個基于Visual Basic的應用（又稱節點Plug-in），用于指導用戶配置、瀏覽和監測，診斷由NodeBuilder開發工具所開發生成的設備。Plug-in軟件給硬件產品帶來極大的實用性。NodeBuilder 3工具包括了開發測試、生成節點Plug-in所必須的LNS的組件。LNS為控制網絡的操作系統（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® 智能收發器
LonWorks收發器是LonWorks 智能設備中一個重要組成部分。FT3120和FT3150智能收發器將神經元芯片3120及3150的網絡處理核心與自由拓撲的收發器合成在一起，生成一個低成本的智能收發器芯片。該收發器符合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安裝簡便，降低系統成本，同時提高系統的可靠性。該收發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，可用在惡劣的環境中，它能夠防御來自馬達和開關電源等方面的磁場干擾，并且在一些典型的工業和交通現場在出現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，因此降低了開發成本和時間，并且還可以與其他的主處理器相聯。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點。FT3120智能收發器同時又是一個低成本，集系統一體化的芯片。它支持40MHz高速運作，同時內置的EEPROM可達4Kbytes，給應用提供更多的空間。
(3)  第三代PLT-22電力線收發器
PLT-22是一種運用電力線載波技術的收發器，它使控制系統和設備通過電力線通信。數據可通過現有的電力供電線路傳播，而無需重新布線，從而節省布線的成本。這種產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器適合全球的應用，它具有先進的技術和高可靠性。首先，它符合ANSI/EIA 709.2標準、歐洲CENELEC EN50065-1標準，以及FCC，工業加拿大，日本MPT等規則，可以在全球范圍內使用。它使用先進的雙載波頻率以及數字信號處理技術，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的要求。該產品還包括了多項專利技術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境中可靠的工作。由于它本身內置的先進技術性能，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品，包括了ANSI/EIA 709.1標準控制網絡協議。它使一些本身具有主處理器的設備，比如家用電器，在它現有的設計上作延伸，增加少量的應用代碼和驅動再加上ShortStack微服務器本身便將原有的產品變成了一個LonWorks的網絡產品，從而也變成了一個互聯網的產品。這種產品可從本地和遠程接入，可對其設備進行操作、診斷、監控，也可將其信息納入企業的數據網絡，從而開發新的增值服務。該ShortStack微服務器在家電行業以及某些工業現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應用和驅動。它的使用非常簡便。這包括在主處理器上的應用和驅動的開發以及硬件接口（SPI/SCI）的開發。主處理器上所占內存很小，可使用任意8位，16位或32位的主處理器與之配合使用。
ShortStack開發包包括了ShortStack微服務器固件、ShortStack API、ShortStack向導的以及其他配套樣例及說明。該產品可從Echelon公司的網站www.echelon.com/toolbox免費下載。該產品與Echelon公司提供的雙絞線收發器和電力線收發器一起使用時免收版稅。
(5)  第三代的LNS網絡工具
LNS即LonWorks網絡服務，是一個LonWorks控制網絡的操作系統。它基于客戶/服務器結構，提供基本的目錄、管理、監控、診斷等方面的服務。基于LNS操作系統的工具用于LonWorks網絡的設計、安裝、操作、檢測、維護等用途。該技術是LonWorks控制網絡技術中最重要的組成部分之一。第三代的LNS（簡稱LNS 3）可通過IP基礎結構組建平坦的分布式的LonWorks網。給任何LonWorks網絡應用提供相應的服務，并且確保多個應用與所反映的網絡同步。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，也可以通過互聯網或其他IP網絡來相互進行操作。所以這個操作系統提供了一個網絡工具相互操作的一個基本架構。 網絡的安裝人員可同時在一起工作，減少安裝時間和周期，同時維修人員能夠對網絡進行維修，用戶可以對網絡設備進行監控并且可以從本地或從遠端同時對該網絡進行監控，因而提高了生產力并降低了系統成本。另外，LNS 3又提供了一種用監控點集的監控方式，用這種新的方式作監控在性能上提高很多。LNS 3又同時支持獨立于服務器的監控方式，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 網提供冗余快速啟動的檢測性能。 LNS操作系統還支持LNS節點Plug-in的開發和應用。LNS節點Plug-in是一種針對具體硬件產品的軟件應用，用于對硬件產品的配置、診斷、監測等。LNS網絡操作系統支持Windows平臺和Java平臺。
主要產品包括LNS Windows應用程序開發工具包，LNS HMI Java平臺開發包，LonMaker集成工具和LNS DDE Server軟件等。
(6)  i.LON LonWorks互聯網聯接設備系列
i.LON LonWorks互聯網聯接設備將LonWorks和互聯網或其他IP網無縫的連接起來。這一系列突破性的產品將日常生活中的電器，比如燈、家用電器、開關、溫度計、馬達、電表、閥門等聯上互聯網，從而使用戶在世界各地監控、調節、重組設備。并且可以將控制系統的信息與企業運營數據庫比如People Soft，SAP，ORACLE數據庫聯在一起，從而產生新的增值服務。它可以讓用戶通過Web瀏覽器配置和監測用戶的設備，充分利用IP基礎結構。
i.LON LonWorks互聯網聯接設備系列包含三種不同的產品和以下的主要特點, 用戶根據需求和價格性能比選擇相應的產品：① i.LON 1000 Internet服務器。這是一個高性能的LonWorks至IP的路由器以及內置的Web服務器。② i.LON 100，這是一個LonWorks至IP的網關也同時是一個IP遠程網絡接口（RNI），包括內置的Web服務器、SOAP/XML接口以及數據記錄功能、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遠程網絡接口（RNI）。其中i.LON 100和i.LON 10為即將推出的新產品。
4  結語
本文簡單介紹了第三代嶄新的LonWorks技術和它的應用方向。第三代的LonWorks技術充分利用互聯網的基礎結構將LonWorks控制網絡推向一個新的應用層次，與信息技術相結合，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產品及其技術性能和特點，這些產品是整個系統的基礎和重要組成部分。