LonWorks构架的智能小区安防及关键技术

摘要：本文首先简单介绍了智能小区在当今社会的现状与发展前途，随后阐述了LNS技术，最后详细介绍了LNS构架的智能小区安防及关键技术应用研究。

一、智能小区的现状与发展前途

1.智能小区的概念

　　智能建筑是计算机、通讯、建筑艺术以及图象信息等多种技术集成后经先进设计和严格施工而得到的具有安全、高级、舒适、健康、温馨等特征的建筑。它涵盖智能自动化、信息化、生态化等多方面的内容。

　　把智能建筑技术扩展到一个区域的几座智能建筑进行综合管理，再分层次地连接起来进行统一管理，这样的区域被称为智能小区。即采取集中控制、模块化结构的设计方式，所有子系统的管理都集中在综合控制中心。综合控制中心的管理人员可以查询和确认小区内住户家庭中的安全状况及三表状况等。智能小区是继智能建筑之后的又一个热点趋势。

2.智能小区的现状

　　当前智能住宅小区应用系统的基本配置主要包括以下几个方面：

　　●信息通讯系统：提供用户话音通信，视频广播，宽带信息服务。

　　●安全防范系统：

　　a)小区周界报警，设置红外、微波等装置，中心能够显示各报警路段和报警时间。

　　b)摄像监视，小区重点部位设置相应的探测器或摄像机，监视有关信息和传输图象并进行记录和

存储。

　　c)小区居民室内具有燃气泄露报警、门磁、红外、玻璃破碎、漏水检测、紧急求助等功能。

　　d)小区室外公共场所设置有线广播系统。

　　e)通过智能卡或其他形式对进出车辆进行管理和计费。

　　●建筑设备监控系统：

      a)通过给排水监控系统的监视，显示有关的运行状态。

　　b)电梯工作状态的故障状态及所在楼层位置受到监视。

　　c)照明设备的监控。

　　●物业管理系统：

　　a)配置实用的计算机物业管理软件，实现小区物业管理计算机化，建立小区管理信息系统。

　　b)实现远程抄表功能。

　　c)各系统实现信息连通，统一管理。

　　当然，在实际建设过程中，还可根据市场需要，进行其他功能的添配。

　　但是，目前智能小区建设中也还存在着不少问题。一般小区为了实现集中监控的目的，在中央控制室设置以计算机为核心的中央站，分站则以微处理机为核心，形成集散型的分布式计算机系统。而其分站的微处理机有以单片机为主的486、586等，有进口的DCS模块。要么产品先进性不强，要么成本较高。使得智能小区管理系统的稳定可靠性和先进性不高。同时由于智能小区工程建设是分期进行的，这也使得系统增容的可扩充性也不强。

　　也有一些智能小区控制系统按功能划分，各子系统之间垂直分割，不能共享信息，设备重复投资。

　　这些问题的解决可以从以下几个角度来考虑：

　　考虑到设备和技术的先进性，智能小区系统采用LonWorks总线技术，使整个小区的网络达到先进性。

      LonWorks控制网络包括由一个或多个通信通道连接起来的智能模块即智能节点，节点间通过LonTalk协议进行通信。智能模块可以编程实现信息的发送和对外来指令的响应。因为智能模块具有成本低，兼容性好的特点，考虑到智能小区工程建设分期进行的实际情况，非常有利于系统增容的可扩充性。

　　目前推出的LNS构架的智能小区控制系统，完全是因为LNS多客户多服务器技术可以给网络使用者带来很多好处：大大减少开发时间和费用；简单的系统集成；访问数据不受限制等等。这也是本文所述演示系统采用LNS构架的原因。

3.智能小区的发展前途

　　智能小区在未来的发展主要有两个方面：

　　一是“以人为本”的思想。小区建设在未来将逐渐深入到建设智能化家庭的建设。比如使小区居民可以在家实现“电子货币”交易或网上购物、网上医疗诊断、参观虚拟博物馆和图书馆、点播VOD家庭影院；甚至在外的小区居民或者智能小区管理控制中心都可以对小区居民家里的空调设备和家庭电器进行遥控，能够随时随地查询和确认家庭中的安全状况等。总之，未来智能小区的设计将坚持人性化的系统设计思想，最大限度地向居民提供温馨舒适、方便周到和经济的服务，处处为居民着想。

　　其次，“节能”的思想。环保是21世纪的重要主题，所以未来的小区建设将更多的考虑到环保问题。主要体现在小区住宅能源的供应上，要本着节能的原则，让小区设施在成为服务环节中的一员的同时，使小区居民、小区设施、小区环境高度统一、和谐，融为一体。

二、LNS技术

　　LNS(LonWorks Network Service)是Echelon公司最新开发出来的LON总线的开发工具，它提供用户一个强大的客户/服务器网络构架，是未来LON总线的可互操作性基础。使用LNS提供的网络服务，可以保证从不同网络服务器上提供的网络管理工具可以一起执行网络安装、网络维护、网络监测；而众多的客户则可以同时申请这些服务器所提供的网络功能。

　　LNS提供压缩的、面向对象的编程模式，大大减少了用户开发时间和对系统的要求。它将网络变成一个层次化的对象，通过对象的属性、事件和方法对网络进行访问。且访问数据不受限制，允许用户同时使用多台人机接口(HMI)、SCADA站、数据站，同时访问网络上的数据。且为使用户的系统设计简单，LNS尽可能的提供了自动化的功能。

　　LNS构架和主机是无关的，它支持任何平台的用户，这些平台可以是嵌入式的微处理器，也可以是Windows PC机、UNIX工作站。主机是通过LNS的API(Application Programm Iterface)来操作LNS的。LNS主机API是一个代码层，对不同的开发平台提供各种不同的编程工具，从而大大简化了系统集成。

      LNS构架主要包括四个主要的组件：网络服务服务器(NSS)、网络服务器接口(NSI)、LCA对象服务器和LCA数据服务器。

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三、LNS构架的智能小区安防及关键技术应用研究

      LNS构架的智能小区演示系统具有多种功能，如三表的远程抄表、安防技术、联动控制、家电控制等，现就远程抄表和安防技术对其管理进行较详细说明。

　　1.下位机硬件结构

　　下位机硬件主要包括智能节点、路由器、时钟模块和接口卡。

      现场信号有三表读数、各报警传感器和执行器的状态等，将这些信号与神经元芯片相连，加上一个收发器即可构成一个现场智能节点。由于神经元芯片有11个I/O口和2K的RAM，加少量调理电路即可直接与三表信号量相连，而报警信号则可直接与神经元芯片相连。最后将所有的节点都挂接在LON总线上，网络拓扑可为总线型或星型或自由拓扑型。节点间可通过LonTalk协议相互通讯。

　　由于智能小区建筑的分散性和各栋楼施工要求可能不同，使用路由器将大大突破传统总线的局限——不受通信距离、通信介质和通信速率的限制。使得在一个小区内可兼顾技术与经济的不同要求，采用不同的通信介质，在不同的段内兼容不同的通信速率。

　　2.上位机监控与管理

　　上位机可以采用多种技术和LON总线进行通讯，Lonmanager DDE、LNS DDE和LNS API，已自主完成了多种驱动软件的开发。实现了与FIX、INTOUCH、KingView等多种工业组态软件与LON网络的连接，方便了用户界面的迅速开发。同时也支持Delphi、VB、VC、EXCEL等语言的开发。

　　基于智能小区控制对大量的控制设备和过程监控装置之间的通讯的需要，上位机一般采用 具有“监控和数据采集”功能的组态软件，如FIX、INTOUCH、组态王(KingView)等，以便能以高性能和高可靠性对众多的控制器和其他现场部件进行控制和监视，且能随时对各种事件作出反应，并且不丢失任何重要数据和报警信息。

　　我们在演示系统的上位机采用组态王(KingView)来监控和采集数据。

　　组态王有着易于使用的图形界面，方便智能小区管理员的操作。组态王的网络功能使小区监控现场与各个部门建立起联系，在任何需要的时候把现场的信息实时的传送到控制室，保证信息的畅通。

　　组态王能连接PLC、智能仪表、板卡、远程数据采集装置(RTU)等数百种外部设备，组态王通过驱动程序和这些工控设备相通讯。组态王软件系统与最终用户使用的具体的PLC或现场部件无关。对于不同的硬件设施，只需为组态王配置相应的通信驱动程序即可。

　　组态王同时保留了DDE(动态数据交换)通讯方式。组态王通过DDE(动态数据交换)和其他的应用程序之间交换数据。通过DDE，开发者可利用PC机丰富的软件资源来扩充“组态王”的功能，比如用Excel从“组态王”的数据库中读取数据，对生产作业进行优化计算，然后组态王再从Excel中读出结果来控制各个生产参数；可以利用VISUAL BASIC开发服务程序，完成数据采集、报表打印、多媒体声光报警等功能，从而很容易的组成一个完备的上位机管理系统；还可以和数据库程序、人工智能程序、专家系统等进行通讯。

　　在智能小区的控制中，驱动软件我们选用LNS DDE Server。

      LNS DDE Server能完成LonWorks智能模块和Windows应用程序间的数据交换，使得Windows应用程序可以作为一个DDE客户程序来监控LonWorks网络，即采集Lonworks网络数据并发送一定的指令来改变LonWorks网络的某些操作。在智能小区的控制中，下位机设备就是由基于LonWorks网络的智能模块构成，因此在上位机组态王就可以通过LNS DDE Server与下位机智能节点和其他Windows应用程序进行通讯。其具体配置步骤如下：

　　先在组态王的设备库中选择DDE，然后按“设备配置向导”的提示一步步完成即可。第一步选择“DDE”；第二，“给安装的DDE设备指定连接对象名”对话框中，输入连接设备的逻辑名；第三步，“服务程序名”则是与“组态王50”交换数据的程序名，一般是I/O服务程序，或者是Windows应用程序：“话题名”则是指本程序和服务程序进行DDE连接的话题名(Topic)。“数据交换方式”一般选择“标准的Windows数据交换”；最后单击“完成”即可。组态王50将自动完成驱动程序的启动和通信，不再需要用户人工进行。

　　然后，在定义I/O变量时，在变量属性的“连接设备”项中选择使用上面定义的逻辑连接设备名，在“项目名”中输入DDE会话的项目名即可。注意，只有I/O类型的变量才有这两项。

　　这样，定义好的变量就可以自动启动LNSDDE与下位机的智能节点进行通讯。

　　上位机还可以利用VISUAL BASIC开发服务程序，完成数据采集、报表打印、多媒体声光报警等功能。在VISUAL BASIC可视化编程工具中，DDE连接是通过控件的属性和方法来实现的。对于作为“顾客”的文本框、标签或图片框，要设置LinkTopic、LinkItem、LinkMode三个属性。如果组态王作为“顾客”想VB请求数据，需要定义变量时说明服务器程序的三个标识名，即：应用程序名设为VB可执行程序的名字，把话题名设为VB中窗体的LinkTopic属性值，项目名设为VB控件的名字。

　　总之，两种方式的数据采集都是通过驱动程序和下位机交换数据的。从而很容易的组成一个完备的上位机管理系统。

　　3.网络功能

　　组态王5.0可运行在基于EtherNET网络结构和TCP/IP网络协议的网上，使用户能够实现上、下位机以及更高层次的厂级连网。

      TCP/IP网络协议提供了在不同硬件体系结构和操作系统的计算机组成的网络上进行通信的能力。一台PC机通过TCP/IP网络协议可以和多个远程计算机(即远程节点)进行通讯。在“组态王”的网络结构中，直接参与现场控制的PC机作为网络服务器，其他站点作为网络客户机共享服务器中的数据。

　　用户要实现“组态王”的网络功能，必须满足以下条件：(1)将“组态王”50安装在网络版Windows3x、Windows95或Windows NT上，并启动TCP/IP网络协议，即利用“组态王”网络功能的PC机必须首先是某个局域网上的站点并启动该网。(2)客户机和服务器必须安装并同时运行“组态王”。

四、总结

　　利用LNS构架的智能小区演示系统，在上位机通过组态软件如组态王以实现数据的实时采集与监控，便于智能小区的集中管理，且界面友好简单，控制快捷可靠。下位机采用LON控制网络，成本低，可扩充性。整个系统开发时间和费用小，集成简单，且安全可靠，是智能小区控制可选的最佳控制方案之一。

参考文献

      1.阳宪惠主编的《现场总线技术及其应用》，清华大学出版社

      2.北京亚控自动化软件科技有限公司，《组态王5.0》

      3.建筑电气资讯20008《智能建筑设计标准》、《商住小区智能化综合系统解决方案》