一、現場總線

現場總線是20世紀80年代中期在國際上發展起來的。隨著微處理器與計算機功能的不斷增強和價格的降低，計算機與計算機網絡系統得到迅速發展。現場總線可實現整個企業的信息集成，實施綜合自動化，形成工廠底層網絡，完成現場自動化設備之間的多點數字通信，實現底層現場設備之間以及生產現場與外界的信息交換。現場總線是應用在生產現場、在微機化測量控制設備之間實現雙向串行多節點數字通信的系統，也被稱為開放式、數字化、多點通信的底層控制網絡。

迄今為止，比較成熟的并且比較有影響力的現場總線則有以下幾種類型：1.FF，2.PROFIBUS，3.CAN，4.Lonworks，5.Devicenet，6.Interbus，7.WorldFIP，8.Swiftnet，9.P-net，10.CC-link，11.AS-i，12.controllnet。

由于現場總線系統打破了傳統控制系統采用的按控制回路要求，設備一對一的分別進行連線的結構形式。把原先DCS系統中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊放入現場設備，加上現場設備具有通信能力，因而控制系統功能能夠不依賴控制室中的計算機或控制儀表，直接在現場完成，實現了徹底的分散控制。

現場總線系統在技術上具有以下特點：

(1)系統具有開放性和互用性

通信協議遵從相同的標準，設備之間可以實現信息交換，用戶可按自己的需要，把不同供應商的產品組成開放互連的系統。系統間、設備間可以進行信息交換，不同生產廠家的性能類似的設備可以互換。

(2)系統功能自治性

系統將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現場設備中完成，現場設備可以完成自動控制的基本功能，并可以隨時診斷設備的運行狀況。

(3)系統具有分散性

現場總線構成的是一種全分散的控制系統結構，簡化了系統結構，提高了可靠性。

(4)系統具有對環境的適應性

現場總線支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強的抗干擾能力，能采用兩線制實現供電和通信，并可以滿足安全防爆的要求。

由于現場總線結構簡化，不再需要DCS系統的信號調理、轉換隔離等功能單元及其復雜的接線，節省了硬件數量和投資。簡單的連線設計，節省了安裝費用。設備具有自診斷與簡單故障處理能力，減少了維護工作量。設備的互換性、智能化、數字化提高了系統的準確性和可靠性。還具有設計簡單，易于重構等優點。

下面本文對Lonworks總線和其技術特點及原理進行詳細闡述：

1. Lonworks總線及Lonworks系統特點

Lonworks是由美國Echelon公司于20世紀90年代初推出的現場總線，它采用ISO/OSI模型的全部7層通訊協議，這是在現場總線中唯一提供全部服務的現場總線，在工業控制系統中可同時應用在Sensor Bus、Device Bus、Field Bus等任何一層總線中。它除了具有上面說提到的現場總線的公共的特點外，另外，在一個Lonworks控制網絡中，智能控制設備(節點)使用同一個通信協議與網絡中的其它節點通信。每個節點都包含內置的智能來完成協議的監控功能。一個Lonworks控制網絡可以有3個到30000個或更多的節點：傳感器功能(溫度、壓力等)、執行器功能(開關、調節閥、變頻驅動等)、操作接口(顯示、人機界面等)、控制功能(新風機組、VAV等)。由于不需要像傳統控制系統中的中央控制器，Lonworks分布式控制技術顯示出很高的系統可靠性和系統響應，并且降低了系統的成本和運行費用。神經元芯片完成節點的事件處理，并通過多種介質把處理結果傳遞給網絡上的其它節點。同時還采用面向對象的設計方法，通過網絡變量把網絡通信設計簡化為參數設置。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多種通信介質和多種拓撲結構，并開發了本質安全防爆產品，被譽為通用控制網絡。

Lonworks的核心是神經元芯片(Neuron Chip)，使用CMOS CLSI技術的神經元芯片使實現低成本的控制網絡成為可能。神經元芯片是高度集成的內部含有3個8位的CPU：第一個CPU為介質訪問控制處理器，處理LonTalk協議的第一層和第二層；Neuron芯片的編程語言為Neuron C，它是從ANSI C中派生出來的，并對ANSI C進行了刪減和增補。Neuron芯片可以通過5個通信管腳與網絡上的其它節點交換信息，也可以通過11個應用管腳與現場的傳感器和執行器交換信息。11個應用管腳具有34種應用操作模式，可以在不同的配置下為外部提供靈活的接口和芯片內部的計時器應用。第二個CPU為網絡處理器，它實現LonTalk協議的第三層至第六層；第三個CPU為應用處理器，實現LonTalk協議的第七層，執行用戶編寫的代碼及用戶代碼所調用的操作系統服務。神經元芯片實現了完整的Lonworks的LonTalk通信協議。而開放式Lonworks系統具有如下的特點：

(1)在設計、安裝和啟動上采用工業標準的網絡服務。
(2)包含來自多個廠商的符合Lonmark的產品。
(3)除非和傳統系統相互作用或者規范要求，不需要網關。
(4)與專用垂直子系統的實施不同，強調水平功能性。

并且由于在工程應用中這個開放式系統包含來自多廠商的，那么各個廠家的設備之間使如何實現一致性和可互操作性呢，LonMark標準便是為解決這一問題而制定的。如果Lonworks系統集成商想要構建開放式系統，就應該盡可能使用滿足LonMark標準的產品，并且要使用基于Lonworks的網絡服務的網絡工具設計、安裝和啟動網絡。

2. Lonworks的一致性和互操作性

2.1. Lonworks的一致性

Lonworks的一致性是指產品符合ANSI/EIA709.1標準的指標。ANSI/EIA 709.1標準符合國際標準化組織的底層協議標準，其中從第一層到第六層的功能完全有標準來處理，使用者只需對應用層進行編程。最容易達到的辦法是應用包含有ANSI/EIA 709.1標準的微處理器。神經元芯片和ANSI/EIA 709.1標準配合作為固件可進入所有采用神經元芯片的設備中去。它可做為主處理器被執行應用，也可以作為總線連接器給世紀的主機提供通信渠道。

2.2. Lonworks的互操作性

因為符合一致性的兩個設備在如何交換數據的過程中仍然存在各種可能性，所以一致性還不足以保證節點之間有意義的相互作用。節點之間必須在如何交換數據，如何翻譯數據，以及動作引起的反映等方面做出約定，才能保證互操作性和可靠的通信。LonMark互操作性準則便為Lonworks設備之間的互操作提供了基礎。

一個基于互操作的Lonworks設備的應用層接口包括很多元素：節點對象；特定應用的LonMark對象；一般的LonMark對象，如傳感器、執行器和控制器對象；單個的網絡變量、配置屬性和互操作文件傳輸機制。