LonWorks（Local Operating Networks，局部操作網絡）是由美國Echelon公司于20世紀80年代后期開發出來的。LonWorks是一種完整的、開放的、可互操作、成熟的和低成本的分布式控制網絡技術，越來越多的設備制造商和用戶在其控制網絡方案中采用該技術。到目前為止，全世界已有2 500多家公司利用LonWorks技術生產各種各樣的LonWorks產品，以滿足現代化樓宇、工廠、交通運輸系統、城市基礎設施（水、電、氣等）、家庭等環境自動化系統的分布式控制網絡要求。如今，許多知名大公司已向全世界提供各類LonWorks技術的產品。LonWorks技術于1996年進入中國，取得了迅速發展。

1 LonWorks技術

20世紀80年代后期，美國Echelon公司開發了LonWorks控制網絡技術，它是一個開放的控制網絡平臺，是目前控制領域中應用最廣的通用控制總線技術之一。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。

1.1 LonWorks技術的特點

LonWorkS技術的核心是神經元芯片，它包括1個固化的高級通信協議（LonTalk）、3個微處理器、1個多任務操作系統和靈活的輸入／輸出方式。LonTalk協議提供了OSI參考模型所定義的全部7層協議，其中1～6層協議固化在神經元芯片中，只有第七層應用層是根據應用對象自行定義，大大節約了開發時間和成本投入。其主要特點有：

開放性和互操作性 LonWorks技術符合ISO的OSI標準，具有很好的開放性、互聯性和互操作性，符合LonMark標準的不同公司的產品可以相互兼容，系統進行擴容十分方便。

分布式無主站控制 LonWorks網絡采用無主站點對點的對等結構，各節點地位均等，每個節點都能完成控制和通信功能。部分節點的故障不會造成系統癱瘓，提高了系統的穩定性，降低了維護難度。

系統結構靈活 LonWorks網絡拓撲結構靈活多變，可根據具體應用工程的結構特點定義系統結構。

成本低，維護容易 由于分布式結構，節省布線、增加新設備、改變設備地址、調整運行參數、系統升級只需通過微機設置，不必更改硬件設備，因此可以節省硬件數量與投資，節省安裝與維護費用。

1.2 LonWorks網絡原理

LonWorks網絡中設備通信是采用一種稱為Lon Talk的網絡標準語言實現的。LonTalk協議由各種允許網絡上不同設備彼此間智能通信的底層協議組成。LonTalk通信協議是LonWorks技術的核心，該協議提供一套通信服務，使設備中的應用程序能在網上對其他設備發送和接收報文而無須知道網絡拓撲、名稱、地址或其他設備的功能。LonTalk協議能夠有選擇地提供端到端的報文確認、報文證實、優先級發送以便設定事物處理時間。對網絡管理服務的支持使得遠程網絡管理工具能夠通過網絡和其他設備相互作用，包括網絡地址和參數的重新配置、下載應用程序、報告網絡問題和啟動／停止／復位點。LonTalk是一個分層的以數據包為基礎的對等的通信協議，像類似的以太網和因特網協議一樣。但是，LonTalk協議是設計用于控制系統而不是數據處理系統的特定的要求。每個數據包由可變數目的字節構成，長度不定，并且包含應用層的信息以及尋址和其他信息。信道上的每個設備監視在信道上傳輸的每個數據包以確定自己是否收信人。若是，則處理以判明是否包含本節點應用程序所需的信息或者它是否是網絡管理數據包。LonTalk協議是直接面向對象的網絡協議，即通過網絡變量實現網絡節點間的鏈接。當定義為輸出的網絡變量改變時，能自動地將網絡變量的值發送出去，使所有該變量定義為輸入的節點收到它的改變，以便激活相應的處理進程（事件觸發型）。標準網絡變量能使不同制造商的產品通過建立標準的數據傳送模式、正確地翻譯、傳送數據，便于設備的互換和互操作。另外，由于網絡變量的長度有限，所以提供了4種類型的報文服務：應答方式、請求／響應方式、非應答重發方式、非應答方式。

為了簡化網絡配置和管理，可以把邏輯地址分配給節點，邏輯地址讓用戶把一個名字和物理設備與節點配合。使用LonTalk的控制網中的邏輯地址在網絡配置時定義。所有邏輯地址有2個部分，第一部分是指定域的ID，這個指定域就是節點的集合，常常是整個系統，他們之間可以互操作。邏輯地址的第二部分以獨特的15位節點地址規定域中的一個單一節點，或者以它獨特的8位組地址規定一個預先定義的節點組。每個在網上傳輸的包，包含傳輸節點（源地址）的邏輯節點地址和接收節點地址（目的地址），他們可能是物理神經元地址，邏輯節點地址，組地址或廣播地址。

LonTalk協議體現了網絡變量（NV）的全新概念，NV簡化了設備制造商應用程序的設計工作，并方便了以信息為基礎而不是以指令為基礎的控制程序的設計。所謂網絡變量就是任何數據項（例如溫度、開關量、位置設定值），是一個特定設備的應用程序從網上其他設備得到的（輸入NV）或提供給其他設備（輸出NV）。

設備中的應用程序不需要知道輸入NV來自何處或輸出NV走向何處。應用程序輸出NV的值變化時，它就把這個新值寫入一個特定的存儲單元。在LonWorks網絡設計和安裝過程中會發生一個叫“捆綁”的過程，通過這個過程配置LonTalk固件，以確定網上要求NV的設備或其他設備的邏輯地址，匯集和發送適當的包到這個設備。與此類似，當LonTalk固件收到其他應用程序所需的輸入NV的更新數值時，就把它放在一個特定的存儲單元，應用程序知道在這個單元總能找到最新的數據。這樣，“捆綁”過程就在一個設備中的輸出NV和另一設備或設備組的輸入NV之間建立了邏輯連接，連接可以想象為“虛擬線路”。假設一個節點有一個物理開關和對應的稱為“開關ON／OFF”的輸出NV，而另一節點驅動稱為“燈ON／OFF”輸入NV的一個燈泡，連接這兩個NV建立一個邏輯連接，其功能效應就如同從開關到燈泡連接一條物理線路，如圖1所示。

1.3 LonWorks控制網絡的優點

LonWorks是一種對等式的通信網絡。雖然組建控制網絡的方法有很多，但是對于自動化控制而言，平坦的、對等式（P2P）體系結構是最好的。P2P體系結構和其他任何一種分級的體系結構相比，不再具有分級體系結構與生俱來的單點故障。在傳統的體系結構中，來自某一個設備的信息要傳遞給目標設備，必須先傳送到中央設備或者網關。因此，每兩個非中央設備之間的通信包括了一個額外的步驟，或者說增加了故障的可能性。P2P體系結構的設計相比之下，它允許兩個設備之間直接通信，這避免了中央控制器的故障可能性，并且排除了瓶頸效應。此外，在P2P設計中，設備的故障更多的可能是只影響到一個設備，而不象非平坦的、非對等式體系結構中潛在的影響到許多設備。由圖2可以看出傳統的主從通信網絡與對等的通信網絡的優劣。

2 LonWorks技術在測長室溫度控制中的應用實例

某公司測長室由于其特殊工作環境的需要對環境溫度的控制要求較高，要求達到20℃±0.3℃的控制精度。而且該測長室房間長度較長，要做到較均勻的高精度溫度控制，必須在設計的時候做充分的考慮。

為了能確保溫濕度的高精度控制，做了兩方面的工作，一方面是控制系統及設備的選擇上，另一方面是在控制方法的選擇上。在控制系統的選擇方面，選用了加拿大Distech公司的Easy Control系統。Distech公司成立于1997年，其總部位于加拿大，該公司的控制系統產品全線支持LonWorks標準。基于LonWorks系統的優點，在控制系統的選用上使用了該公司的產品。

在控制器的選用上選用了EC-12B型控制器。該控制器為自由可編程控制器，微處理器采用神經元芯片3150，8位處理器，CPU速度為10 MHz。使用LonTalk通信協議，通訊接口為TP／FT-10，78 kb／s通信速率。

整個控制系統的配置如圖3所示。

在管理和操作計算機上安裝了PCLTA-20型LonWorks網絡接口卡，并安裝了Distech的軟件LonWatcher和LonDisplay。在系統編程和組態時使用了Distech的LonWorks網絡管理工具LonWatcher進行網絡和網絡變量的組態，并且對控制器進行編程。

系統的操作畫面完成繪制后使用Distech的HMI軟件LonDisplay進行顯示。測長室的溫度控制為AHU單元，其控制畫面和流程如圖4所示。

系統建立時首先使用LonWatcher組態工具進行網絡編量的“綁定”，然后在編程環境下用類似與Basic語言的編程語言進行編程，控制程序如下：

3 結 語

由于LonWorks技術的使用使得本控制系統的組態和編程變得更為簡單，LonWorks網絡的優點使得系統的通信變得更為穩定。配合高精度傳感器的使用，在測長室的溫度控制上取得了滿意的效果，滿足了溫度控制的要求。隨著各大控制系統供應商不斷推出基于LonWorks的產品，相信LonWorks技術在將來會得到更長足的應用。