基於LonWorks的智能建築弱電系統集成控制平臺設計

2020-10-17 全心網絡

摘要：基於智能建築的基本理念,整合了自動控制、IT及網絡通信等技術,應用現場總線技術和標準通信接口，以智能化辦公和住宅小區弱電項目為實際應用對象,對智能樓宇設備集成控制平臺的各獨立子系統進行控制，開發了基於LonWorks的分布式控制系統,分析了建築智能化集成控制方案,設計了基於現場總線和標準接口的智能建築弱電系統集成控制平臺,將建築內各個子系統互連,統一了整個智能建築內機電、安防設備的監控和運行管理，實現了資源共享和信息綜合,為用戶降低了系統安裝費用，提高了系統性能,節約了運行費用[1]。

關鍵詞：LonWorks;智能建築;弱電系統；控制平臺；設計

DOI編碼：10.14016/j.cnki.l001-9227.2015.05.077

中圖分類號：TP29

文獻標識碼：A

文章編號：1001-9227(2015)05-0077-03

作者：劉嬌月，史亞貝

引言

智能建築是有機融合了多種高新技術（如現代通信、多媒體、智能安防、環境監控等）的建築藝術，其宗旨是設計和建造集安全、舒適、高效、節能、便捷於一體的現代化建築。隨著計算機網絡技術、信息技術和控制技術的高度發展，人們對建築的智能化、自適應性提出了更高的要求。作為一個建築業大國，發展綠色、節能的智能化建築是我國改變傳統建築的高消耗、高汙染模式，實現可持續發展的一項重要舉措[2]。

為滿足人們對智能建築的新需求，在其內部配置了多用途的智能樓宇設備和多功能的子系統，如供配電系統、給排水系統、中央空調與通風系統、防盜報警系統等⑴，為達到對這些自控設備的集成，並實現它們之間自由通信，物主和管理者迫切需要開放的、互動的控制技術，建築物內部則要求實現管控一體化、網絡化以及全分布、全開放的控制體系結構[4]。

LonWorks現場總線技術作為一種先進的網絡控制技術，廣泛應用於工業控制、樓宇自控、空調暖通、交通運輸等行業。本文通過構建基於LonWorks現場總線技術的智能建築弱電系統集成控制平臺，將各個子系統互連，統一進行機電、安防設備的監測、控制和運行管理，實現資源共享和信息整合，把來自多家廠商的暖通空調、照明、消防、安保、門禁、給排水和電梯以及信息、網絡等設備集成在這個控制平臺中，為用戶降低整體安裝費用、提高系統性能、節約運行費用[5-6]。

1智能建築弱電系統集成平臺總體設計

目前智能樓宇內弱電系統中各子系統的產品設備普遍存在控制系統不相同、組件不統一、廠家不匹配等問題，在信息管控與互聯上存在信息孤島狀況。為了達到系統集成，實現資源共享，就必須要從系統工程的觀點，對工程中這些來源與控制方式不統一的子系統分別進行技術和工程兩方面的協調，以保證其相互匹配和互相聯通。弱電系統功能與組成如圖1所示。

圖1智能小區中弱電系統功能與組成

本設計通過LonWorks技術將智能樓宇的各個子系統都連接到總線上，互聯成一個整體，實現控制分散化和管理集中化。系統採用的自由拓撲網絡結構使得布線、聯網、施工更容易。針對不同控制系統要求的不同功能，不用對整體網絡結構進行修改，而是通過對現場的LonWorks智能節點編寫出相對應的程序，再將其與控制網絡進行連接，因此該設計中的智能建築系統可擴展性強，應用更加靈活方便。用戶用上位機可以達到對整個智能建築弱電系統的監控和管理，可以迅捷地在網絡上傳輸控制命令和服務信息，同時可以通過Internet網絡實現遠程操作和控制，真正實現信息服務和控制功能[6]。

如圖2所示為整個智能建築弱電系統集成控制平臺架構示意圖。主要由管理中心、信息中心、客戶端、資料庫、網絡服務端、各現場弱電子系統等組成。

圖2智能建築弱電系統集成控制平臺架構示意圖

2系統控制方案實現

為實現本系統的網絡控制，通過網絡集成工具分別進行了系統設計、網絡配置、應用配置和現場安裝。

應用LonWorks現場總線，將各個子系統如：冷水系統、新風機組、空調機組、給排水系統、變配電系統、電梯系統、照明系統和換熱系統等均設置成子網結構，採用路由器(i.Lon600)對每個子網進行相互隔離。通過綜合布線使所有的路由器和安裝有LNS軟體的PC機都以TCP/IP協議連接到系統網絡。

為了實現數據的採集處理和控制功能，對每個子網或子系統的控制監測點建立現場智能節點，用於接收和處理傳感器的採集信號、控制執行器操作等。智能節點以Neurmi晶片為核心，可用LonTalk協議與監控PC和其它節點進行點對點現場通信。

基於LonWorks技術的分布式控制系統結構如圖3所示。

圖3基於LonWorks現場總線技術的分布式控制系統結構示意閣

為實現系統的現場級功能，首先確定了系統的完整控制策略，並將其分解到多個彼此獨立的模塊和子任務上；再確定每個現場智能節點所需完成的子任務及各節點間的數據共享關係，對節點編寫應用程式，下載到每個節點後進行調試運行。當各智能節點調試成功，完成了現場控制功能後，上位機針對大量現場管理信息(如設備自身的診斷信息、過程狀態信息等)，通過運行DDE、OPC伺服器接口和人機界面軟體HMI對系統進行實時運行控制和歷史信息監控[1]。

本系統的軟體編程可在EasyLonOPCServer和VisualBasic6.0的開發環境下實施。現場監控程序既可由VisualBasic6.0開發，也可直接採用具有OPC接口功能的通用組態監控程序。既可在EasyLonOPCServer和LonWorks網絡變量間交換信息，也可由ADO數據接口同資料庫交換信息。上位機通過PCLTA-20適配卡與Lon智能節點通信，裝載該適配卡的PC機一方面充當監控主機，另一方面也是Lon網絡和資料庫的伺服器。

監控主機的監控功能通過與EasyLonOPCServer的通訊來實現。EasyLonOPCServer根據實際情況編寫OPC客戶程序,讀取並顯示智能節點採集的實時數據、運行工況及歷史圖表,及時實現數據的分析及處理（判別、分析及貯存等)，同時向被控設備發送數據信息，來控制各節點的工作狀態[5]。

在OnLon編程環境下，控制算法的編寫可利用可視化功能塊來完成。每個功能塊均帶有I/O和組態參數接口的封裝體，控制算法的數據流向用功能塊間的連接來表示。

由現場智能節點便可實現系統控制器的控制功能。當與組態控制平臺中各功能塊對應的控制算法編譯成功後，通過VisualLon下載到現場智能節點。節點會自動調用相應的算法函數，進行運算控制輸出。

3系統平臺測試

針對某智能化小區進行了基於Lomvorks的弱電集成系統平臺的設計及現場實際應用，實現了對其變配電、給排水、空調、照明和電梯等子系統的信號採集處理、實時檢測控制以及歷史記錄、報表和報警事故分析等多項功能。經過對其監控系統界面、運行狀態顯示、通信網絡延時、帶寬和誤碼率以及系統功能進行的整體裝調、測試和運行，系統可以達到對該小區內部各類事件進行全局聯動管理。通過軟體編程可以實現聯動控制，並且可以根據業主的需求進行自定義設定。

如表1所示，為系統在網絡性能為500~1000m的通信距離及線路總衰減90dB左右環境下的測試結果。

表1系統網絡性能測試

由表可見，系統實時數據傳輸時間和控制命令傳送時間均小於1秒，聯動命令傳送時間也不超過1.5秒。在5秒的時間內系統即可完成資料庫中存儲記錄的刷新及動態數據的更新。

4結論

該設計充分體現了LonWorks在智能化樓宇控制網絡中的優點，可以提供靈活便捷的全分布式、對等的開放性網絡結構。智能節點控制箱在被控對象附近安置的設計可減少布線工作量和人力，達到低成本高效率，便於調試及維護。全網中個別設備的故障不會影響其他設備的正常工作，故障點有效降低。現場測試結果表明系統可靠性及可擴展性較高，能把小區維護人員減少至50%,維護費用減低到70%,工作效率提高至130%,能源消耗降至70%[1-6]。

參考文獻

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