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早期的控制系统
控制网络出现之前的早期的能源控制系统，使用了大量的电线来连接继电器、交换机、电位计和执行器。在电器面板、输入传感器和输出执行器之间点对点地布满了电线。像这样的控制系统往往是相对落后和不灵活的，任何变动都需要控制工程师的人工干预。
固体电子学的出现提供了一个用直接数字控制器（Direct Digital Controllers ——DDCs）中的逻辑电路替代继电器和气动控制装置的方法，这些逻辑电路由数字终端编程或配置。随着更强大的微处理器和更成熟的控制算法不断出现，实现了对流程更严密的控制。然而上文提到的添加、移动和改造等带来的大幅变动的问题依然存在，并且随着系统的扩大相应的变动幅度变得更大了。处理大型系统所需的软件非常复杂，DDC代表了一个单一点的故障点，DDC仍然束缚在大量电线连接的所有传感器和执行器范围内，还是达不到修改方便的程度（见图1）。更有甚者，DDC的制造者使用专用的内部结构制造DDC，因此如果用户需要为DDC扩容时，则必须使用原厂生产的专用扩容卡。
图1. 集中式控制器的封闭、线路密集型结构
如果用户要将来自不同厂商的DDC互联，不同厂商之间产品的不兼容性使工程师不得不集中精力于使用中继器、自定制网关和RS-232端口来连接一个个孤立的系统。故障状态信息无法共享，各种组合的逻辑程序也无法访问来自不同传感器的信息，系统也无法针对整个系统的状态做出实时的反应。
通用性和开放式系统
创建一个无缝的集成控制系统需要系统中所有组件之间具备互操作性，以及能够与其他系统交换信息（见图2）。互操作性是指不同厂商的产品之间包括不同行业的产品之间不通过网关、协议转换器和其他辅助设备直接交换信息。实现互操作性需要一个能在不同设备之间进行通信的标准化方法，这需要在系统级采取一些方法，包括一个共同遵守的通信协议、不同类型的通信收发器、路由器、对象模型以及管理和故障检测工具。
互操作性可能带来以下许多好处：由于一个传感器或者控制设备能够被不同的子系统共享，所以需要使用的传感器和控制设备的数量比以前少了，从而可以减少整个系统的成本。例如楼宇自动化控制系统中，区域加热系统、门禁控制系统、安防系统、火灾报警系统都能通过共享系统中的人员移动红外传感器的信息。
系统间共享信息的功能使许多重要的应用成为可能，如能源控制系统。举例而言，根据门禁控制读卡器所度的数据和日光照射传感器的数据信息以及工作人员个人的喜好和节能的目的，暖通空调（HVAC）和照明系统能够自动调整相关工作区域内的舒适度和光照亮度。此外，大工作间中的光线强弱还能够根据局部工作人员的需要进行局部调节。例如：靠近窗子的工作人员和计算机操作员对室内照明的要求就会与别的工作人员不一样。这一过程可以自动进行也可以由工作人员从其PC机中发出的指令，然后通过公司的LAN网完成。供暖和空气调节过程与此类似。再如，根据烟雾探测器发出的信号，暖通空调系统能够在火灾发生地点产生正或负的空气压力，使火势离开人员较多的地方，同时照明系统照亮距离事发地点最近的出口通道。可以说没有系统做不到的，只有设计者想不到的。
互操作性的产品能使设备拥有者在不同的制造厂商间选择产品，而不会像以前那样被束缚在一家制造商的封闭技术上。开放的市场竞争不仅带来了成本的节约，并且当一家厂商破产或者停产原有系列的产品时，具有互操作性的产品能使设备拥有者使用市场上的其他替代产品。 此外，由于不再使用专门设计的产品，服务合同能够公开竞标，从而避免了某一服务商的独家合同。
互操作性同样能使设备制造商受益，因为他们的产品是否被接受取决于产品的质量和功能，而不是看该产品是否满足一些封闭而专有的规范。互操作性使得所有产品在使用上都是平等的，从而促进了竞争，确保了产品性能的不断提高，保证了工程中使用的设备都是最好的。
LonWorks?技术
几年前，如果说要实现具有互操作性的控制系统可谓是痴人说梦。但是，今天使用基于ANSI 709.1协议标准的LonWorks技术可以使梦想成真。ANSI 709.1标准允许所有与能源相关的设备以及其他楼宇和工业控制设备之间通过一个由所有设备共享的通信协议进行通信。LonWorks通信收发器基于ANSI 709.2（电力线载波）和ANSI 709.3（自由拓扑双绞线）协议。网络管理软件、协议分析器、IP服务器、网络接口卡和开发工具都是现成的，从而加快了发展速度，缩短了推向市场的时间。简而言之，LonWorks提供了系统级的方法来实现互操作性，它包含了一整套的工具和产品。
LonWorks的核心设备是基于ANSI 709.1协议开发的，该协议是一种使设备与设备之间能够相互通信的网络语言。Cypress半导体和东芝公司已经将ANSI 709.1协议嵌入了集成电路中，取名神经元（Neuron?）芯片，该芯片将ANSI 709.1协议与三个8位的微处理器、一个多任务操作系统和灵活的输入/输出配置机制集成在一起。从1992年起，Neuron芯片已经生产了4千多万片。全世界范围内有数以千计的厂家生产的设备使用了Neuron芯片。
任何使用Neuron芯片的设备之间无需通过网络中央计算机或者服务器就可发送或接受信号。保证这些网络通信的互操作性是由一个独立的名为国际LonMark?互操作性组织责任。该协会由协会成员出资成立，为LonWorks设备制定互操作性指导方针，包括通信收发器和对象模型。遵循LonMark互操作性指导方针开发的产品可以打上LonMark标志，用户可以放心地将其集成到控制系统中。
这一互操作性的指导方针保证了各控制设备之间能共享信息。然而如果控制网络没有一个通用的定义、安装和配置方法，上述互操作性仍然无法真正的实现。毕竟，即使一个设计完美的控制系统在使用过程中仍不可避免地会不时地发生变化。突破封闭、集中控制、基于DDC的系统的限制必需有一个开放的、互操作的、并支持多厂商安装和维护的结构。这意味着，必须允许多名工程师使用不同厂商的工具同时配置和维护控制网络的不同部分。
LonWorks网络服务（LNS?）是一个“中间件（middleware）”软件，它为支持在LonWorks网络上的通用应用提供了一个标准的平台。它使用功能强大的客户/服务器结构，LNS允许多个安装人员同时配置控制系统的参数。通过自定制的人机界面，生产厂商可以为其设备设计个性化的外观和特性。通过一个共同的平台，LNS使多家不同厂商能够提供通用的工具。
为了加快来自不同厂商设备的配置速度，LNS定义了一中插件程序（Plug-in）标准。该标准允许传感器、执行器和设备的制造商为设备提供定制化的应用程序。当这些产品需要配置参数时，基于LNS的工具将自动弹出一个厂商定制好的配置界面。这一功能简化了安装人员的培训工作，使设备制造商能为程序接口提供一个个性化的界面，并能让厂商制造出既有独特外观又有互操作性的设备。
图3显示了一个典型的基于LNS并使用了矢量图绘制软件（Visio?）用户界面的工具。Visio为用户提供了一个熟悉的类似CAD的操作界面来设计一个控制系统，同时Visio的智能绘图环境提供了一个直观且简单的方法来创建设备。该工具包含了许多LonWorks网络的智能图形，用户也能为独特的设备配置或者一个完整的子系统创建一个新的图形。模版可以同时与事先定义的设备、功能模块以及它们之间的连接一起制作。还可以创建与一个完整的子系统对应的主模板并保存，然后其他子系统可以简单地通过将以上模板拉到另一张图纸上即可完成。在设计一个复杂系统的时候，这个功能能够节省不少的时间。
因特网和Web服务的出现使设备拥有者能在远端访问设备。利用基于ANSI 709的工具、IP技术和XML标准，可以很容易的将开放的、互操作的LonWorks控制系统连接到一个基于IP的网络（包括局域网和广域网）。图4显示了一个典型的因特网服务器，它能够管理本地的LonWorks设备、记录数据和提供时序调度事件，并通过XML消息、Web服务器和/或者电子邮件提供远程登录功能。
报警和离线系统重配置是远程数据聚集和监控系统的两大重要功能。另外，以下还有许多其他重要功能：
? 拥有多处产业的业主能了解各处设备的运行情况以及功能类似的设备的成本（冷却器、楼层空间、楼宇结构、太阳能加热器等），并能迅速发现无效的运行和节能的机会。
? 与Web连接的接口将设备拥有者购买专用硬件和软件来管理系统的需求降低到最低限度，管理员在任何地方、任何时间都能了解系统所处的状态。
? 基于XML标准的Web服务与建筑范例相符，类似于信息技术管理员。这能使设备监控系统集成到其他企业系统中，使系统更贴近用户，且无需额外的人员培训，并能根据位于不同地点的用户需求和全世界范围内有数以千计的监控设备缩放自如地工作。
图5显示了一个分层的控制和监控体系结构，该结构基于开放标准并使用现成的产品（这里指的是Panoramix? 企业服务器）。使用该系统，位于不同地点企业的拥有者就能够：
1、 通过使用平坦的、分布式的LonWorks设备节省成本；
2、 利用因特网，从完全不同的地点收集数据；
3、 使用现有的具有数据处理和分析功能的企业应用程序，连接数据聚合引擎，从几百甚至几千个LonWorks因特网服务器收集数据。
最终结果是一个综合的数据收集和分析系统展现在我们面前，该系统拥有较低的生命周期成本，优化了能源的消耗，了解无效的运行并优化整个系统的运行。
总结
从固态控制出现开始，能源控制系统在技术革新方面已经走了很长的路。LonWorks控制网络技术的实用性开启了通往新一代能源控制系统的大门。除了以前的控制系统所不具备的能力外，开放的、互操作的系统还具有高可靠性、可选的多供应商等特点，并且比封闭的控制系统具有更低的生命周期成本。
这些系统在节约能源和较低的生命周期成本等方面带来的益处，只有在业主通过使用开放式系统并使用恰当的设计和结构的情况下才能实现。使用平坦的、全分布式控制结构是突破传统的、封闭的、分级系统限制的最好方法。开发因特网和现代数据采集软件引擎在远端采集和数据处理方面能提高企业的智能化水平，并能发现哪里还能减少能源消耗并能降低成本。要满足这些多样化的需求需要一个能掌控整个建筑体系的系统，从这个角度讲，LonWorks网络提供了最佳的解决办法。
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