智能建筑设备自动化系统-LonWorks开发平台

开发系统是LonWorks技术的重要组成部分，LonWorks技术的开发工具有三种：NodeBuilder、LonBuilder和客户机/服务器网络架构——LNS。其中，Node-Builder节点开发工具是生产者开发LonWorks节点的基本开发工具，同时它也是LonBuilder开发系统极好的配套设备；LonBuilder开发平台用来开发LonWorks系统，不但可以进行单个节点的开发，还具有NodeBuilder装置所不具有的系统集成和测试的功能；而LNS开发平台软件包和LonBuilder协议分析器可以用来进行网络的集成和测试，还支持现场的网络集成和测试工作，但LNS开发平台软件包不能用来开发LonWorks节点。NodeBuilder和LonBuilder都可以对以神经元芯片为核心的节点进行编程，使其具有响应环境变化，向其他节点发送信息和接收信息并采取动作的能力。NodeBuilder和LonBuilder都支持单独开发独立的节点，然后将它们集成到LonWorks应用网络中执行复杂的任务。NodeBuilder作为基本开发工具，可实现节点开发，并通过网络集成工具的帮助实现应用网络的开发。

1.NodeBuilder

NodeBuilder是一种节点开发工具，由硬件和软件两部分组成，安装在PC上，用于单个节点的编程与调试。NodeBuilder的硬件部分主要包括LTM-10 LonTalk节点、Gizmo 4 I/O板和LonWorks网络接口三部分。

（1）LTM-10 LonTalk节点LTM-10 LonTalk节点是一个完整的LonWorks节点，封装有一个LTM-10 LonTalk模块。LTM-10 LonTalk节点包括一块神经元芯片、32KB闪存、32KB静态RAM、10MHz晶体振荡器以及神经元芯片固件。LTM-10固件可自动配置模块，使之用于任何标准的LonWorks收发器。

（2）Gizmo 4 I/O板Gizmo 4 I/O板可以使用LTM-10A节点，或者使用一个嵌入式的控制模块来开发模型设备和I/O电路，也可以用来开发测试和运行Node-Builder实例的特殊设备。

Gizmo 4 I/O板由以下I/O设备构成：4×20字符LED显示、2个10位分辨率的双绞线连接模拟量输入接口、2个8位分辨率的双绞线连接模拟量输出接口、2个双绞线连接的数字量输入接口和按键、2个双绞线连接的数字量输出接口和2个LED、数字旋转式编码器、压电扬声器、实时时钟、温度传感器。

Gizmo 4 I/O板还有一部分保留扩展区，用户可以用来附加或者扩展自己的硬件电路。

（3）LonWorks网络接口Echelon公司提供多种类型的LonWorks网络接口卡，包括：U10/U20通用串行总线（USB）卡、半长的外部设备接口（PCI）卡（PCLTA-21系列）以及Ⅱ型PC卡（PCC-10适配器）。此外，还提供以太网适配器（i.LON 10）。

NodeBuilder软件是为开发基于神经元芯片或者Echelon公司智能收发器的Lon-Works设备提供软件工具。设备应用程序采用Neuron C第2版本编写，它是一个基于ANSI C，并对简单网络通信、硬件I/O和事件驱动处理加以扩展的高级编程语言，适用于Microsoft Windows，易于使用的集成软件包括以下工具：

（1）NodeBuilder 3.1资源编辑器NodeBuilder 3.1资源编辑器是一个用于察看标准网络变量类型（SNVT）和标准配置属性类型（SCPT），并能用户定义的网络变量类型（UNVT）和用户定义的配置属性类型（UCPT）的工具。类型存储在LonMark资源文件中，能够被资源编辑器、代码向导工具、Neuron C编译器、Lon-Maker工具和Plug-in向导工具所使用，这确保了所有工具对类型和属性的统一识别，减少了开发时间。

（2）NodeBuilder 3.1代码向导工具NodeBuilder 3.1代码向导工具是一个用于定义设备的网络接口的工具，它可以使用一个简单的拖放编辑器，然后自动地生成实现设备接口的Neuron C代码。

（3）NodeBuilder 3.1项目管理工具NodeBuilder 3.1项目管理工具是一个为项目编辑资源代码的工具，可以用于编译、建立和下载应用程序映像文件到LTM-10A节点或者客户自定义硬件；还可以调试运行在LTM-10A节点或用户硬件的应用程序。当被用来调试时，在执行过程中，项目管理工具提供一个Neuron C源代码级别的应用程序视图，减少了在源代码中确定问题的时间。

（4）LNS设备Plug-in向导工具LNS设备Plug-in向导工具用于自动地生成一个可视Basic（VB）应用程序，可以很容易地配置使用NodeBuilder 3.1工具开发的设备。NodeBuilder3.1工具包括必要的开发、测试、制造LNS Plug-in的LNS组件。LNS是用于LonWorks网络的标准网络操作系统。

（5）LonMaker 3.1集成工具专业版LonMaker 3.1集成工具专业版作为Node-Builder 3.1工具整体的一部分，能够用于网络的设计、安装、启动、维护和操作。

2.LonBuilder

LonBuilder开发工具是一个多节点开发工具，可以使LonWorks网络使用者快速、方便地开发节点和连网。LonBuilder开发工具包括开发LonWorks节点和Lon-Works测试样机所需的所有工具和部件。

LonBuilder硬件是一个可扩展的硬件平台，它包括两个LonWorks节点：一个用于网络管理，另一个用于协议分析。在开发站内部安装有内部网络，以便于安置在开发站内部的LonBuilder处理器之间进行通信。外部网络的节点间通信，可选择适当的收发器加在每个节点上，或用开发包内LonBuilder路由器和收发器与外部网络相连。

硬件平台上装载6个仿真器，集中了网络管理和分析工具，简化了控制网络的调试工作，可把多至4个开发站连接在一起，并同时在24个仿真器上调试应用项目。

（1）两个Neuron仿真器 这两个Neuron仿真器可通过Neuron C调试器运行和调试Neuron C程序，并可测试I/O样机和收发器硬件。

对于在网络上相互作用的两个节点，可用这两个Neuron仿真器同步调试其应用程序。仿真器和Neuron C调试器可对两个并行运行的应用程序进行单步操作、设置断点、修改应用程序和网络变量。

（2）LonBuilder接口适配器 接口适配器是一个8位的工业标准体系结构（ISA）兼容卡，可以安装在任何ISA兼容总线上，并插在IBM兼容PC上。接口适配器提供了PC主机与开发站之间的高速（10Mbit/s）连接。一个接口适配器至少可连接四个开发站。

（3）LonBuilder路由器 LonBuilder路由器支持多种通信通道和传输介质的网络开发。LonBuilder路由器与收发器一起安装在开发站中，可用于连接开发站的内部网络和外部网络。

路由器使得开发站和各种类型的外部网络的连接变得容易。安装在路由器上用于连接开发站和不同通信通道的收发器可随时任意更换。开发站内可安装多个路由器，同时连接多种通信通道。

LonBuilder路由器也可用于开发站外，用两个收发器连接任意一对通信通道。

（4）LonWorks收发器 LonBuilder包括一个LonBuilder SMX适配器和两个SMX收发器。LonBuilder SMX适配器和一个SMX收发器安装在LonBuilder路由器上，使LonBuilder开发站的内部节点可以和外部网络进行通信。另一个SMX收发器安装在PC LonTalk适配器（PCLTA）上，使基于Windows的应用开发可以使用LonManager动态数据交换（DDE）服务器。

（5）多用途I/O包 多用途I/O包包括Gizmo3、一套用于测试LonBuilder应用的I/O设备集合、一个LonBuilder应用接口板和一根连接两个设备的电缆。应用接口板安装在仿真器上。

（6）应用接口包 应用接口包包括用于在神经元芯片仿真器上连接用户I/O和收发器硬件的应用接口板和电缆，还有LonBuilder模块应用接口（用于基于Lon-Works控制模块的节点）和在仿真技术中使用3150或3120神经元芯片适配器的LonBuilder应用接口适配器（用于不使用LonWorks控制模块的节点）。它可以对用户节点进行内部电路测试。

（7）PC LonTaLk适配器（PCLTA） PCLTA提供了ISA总线PC和LonWorks网络间的接口。装备了PCLTA，PC便可以用来进行LonWorks网络的集中化监视、控制和网络管理。PCLTA同样可以用来开发与其他网络和系统的接口。双通道型PCLTA用于需要大通信量或多通道的应用项目。(www.xing528.com)

LonBuilder软件是一个简单、完整的环境，是建立LonWorks节点和网络所需软件工具的集成。它主要包括：

（1）编辑器、编译器和源码调试器 可用于建立和调试神经元芯片中的应用程序。

（2）在开发网络上安装和构造节点的网络管理器 可使网络的建立如同给一个单独的节点编程一样简单。

（3）用于监视开发网络和分析其活动的协议分析器 协议分析器可以监测网络上所有节点间的报文，并转换成ASCII字符，以便于观察。

（4）LonManager DDE服务器 LonManager DDE服务器，使得任何与DDE兼容的Windows应用程序具备监视和控制LonWorks网络的能力，且无需编程。使用LonManager DDE服务器，任何与DDE兼容的Windows应用程序均可接收网络变量值和显式信息，而且可以改变网络变量值和显式信息，从而影响网络的操作。

3.LNS

为了能使不同供应商提供的不同网络工具具有互操作性，提供功能强大、使用灵活的工具开发手段，Echelon公司采取客户机/服务器（Client/Server）模式和基于组件的软件设计方法，最新推出了一种紧凑的、面向对象的程序开发模型LNS，它提供给用户一个强大的客户机/服务器网络构架，是LonWorks控制网的可互操作性基础。借助LNS提供的服务，各厂商的网络工具和软件可以在网络安装、维护、监测、控制过程中一起工作，有了这种互操作性，各部分就能保持同步操作，安装人员可以并行工作，减少工作时间；维修人员可以在任何地方安装网络工具，实施各种网络服务。

（1）LNS的体系结构 在LonWorks的体系结构中，包括硬件和软件两大部分：硬件主要是LonWorks网络服务接口（NSI），软件部分有网络应用程序、LNS、对象服务器和数据服务器，如图6-13所示。

网络服务接口（NSI）是将LonWorks网络和运行于PC应用程序的工作站连接在一起的设备。NSI提供了到网络的物理连接，并负责提供到NSI服务器的消息接口。NSI将所有的服务请求转发给LNS和其他NSI，与LNS一起共同实现对事务的管理。一台工作站可以有多个NSI。

LNS负责提供网络服务，它维护网络数据库，协调多个客户的服务请求和对数据的访问。当客户节点进行网络管理操作时，LNS必须在网络上；但当客户只进行监控功能时，初始化完成后就不再需要。LNS充当网络数据库和网络管理的引擎，是LonWorks网络的核心部件，它提供的服务包括网络安装和配置、网络维护以及网络监控。

图6-13 LNS的体系结构

常规的控制网络系统中，网络节点的连接通常采用物理直接连接，或者通过双列直插组装式（DIP）开关来设定网络地址，而LON总线除了节点之间的物理连接以外，还需要通过网络管理工具来动态地分配网络地址，通过LNS可以确定节点所在的域、子网和组。另外，还可以进行优先级设置、网络变量和显式报文的互连，确定消息的发送方式（发送无响应、重复发送、发送应答和请求响应）。LNS提供的系统维护，主要包括网络维护和网络修理。网络维护，主要是在系统正常运行的情况下，增加和删除应用节点，以及改变节点的网络变量和显式报文的连接关系。网络修理则是一个错误设备的检测和替换的过程，检测过程提供节点的测试结果及设备节点自身运行的状态参数，查出设备出错的原因。由于采用了动态分配网络地址的方式，更换出错设备十分容易，只需将数据库旧设备的配置信息下载到新设备即可，而网络上其他节点则不必修改。LNS的数据服务在初始化时，需要使用数据库中网络节点的配置信息，一旦数据连接完成就不再需要LNS参与数据通信。

LNS对象服务器是特定于Windows平台提供的Active X控件，它提供了绝大部分LNS的服务。LNS提供了一个高性能的监控网络数据的引擎，能够直接提供数据服务、访问网络变量和显示报文。

（2）LNS数据库 为完成LNS、对象服务器和数据服务器提供的各项服务，LNS和数据服务器维护了一组数据库（DB），如图6-14所示。服务器维护两个数据库：全局DB和网络DB，数据服务器则维护一个用于操纵数据的高速缓存。

图6-14 LNS数据库结构

1）LNS全局DB存储所有网络DB的信息，定义每一个LNS网络的名称和网络文件存放目录；

2）LNS网络DB包含了每一个特定的LonWorks网络的设备配置信息，LNS服务器为每一个网络都维护一个独立的网络DB，LNS网络DB还可以根据需要指向与制造商有关的信息，它们存放在LNS扩展DB中，该数据库主要用于Windows环境下插件（Plug-in）技术的实现。

（3）用户程序设计 利用LNS构架给系统提供简洁的操作接口，选择的平台是Windows 98/NT/2000/XP，接口是Windows的对象链接与嵌入（OLE）技术，可以利用Visual Basic 6.0以上版本来实现，主要功能是网络安装和配置、网络维护和网络监控。

1）网络安装和配置：常规的控制网络系统中，网络节点采用直接互连，或通过DIP开关来设定网络地址，而LON总线除节点的物理互连，还需通过一个安装工具动态地分配网络地址。将物理上互连的应用节点进行逻辑上的连接，即对节点（域、子网和所属的组）分配逻辑地址、优先级设置、网络变量和显示报文的互连、信息发送方式（发送无响应、重复发送、发送应答和请求响应），并提供了三种安装方式：

①自动安装：任何一个应用节点在安装之前处在非配置状态，LNS能够自动搜索，并对其进行安装和配置。

②预安装：首先在节点离线状态下，定义所有节点的逻辑地址和配置信息，定义信息下载到应用节点。

③Neuron ID（神经元芯片标识号）安装：通过Service pin按钮或手动的方式获得节点的Neuron ID，并通过Neuron ID定位来设定节点的逻辑地址和配置参数。

2）网络维护：主要是在系统正常运行的状况下，增加、删除替换节点，以及改变节点的网络变量和显示报文的连接。

3）网络监控：主要是实现对网上节点的网络变量的显示、修改，节点运行参数的显示和修改。

应用节点只能得到本地的网络信息，即网络传送给它的数据。然而，在许多大型控制设备中，往往有一个设备需要能够对网络所有设备的信息查看和修改。例如，在过程控制中需要一个超级用户，可以统观系统和各个设备的运行情况，因此可利用网络监控工具，通过对一个系统级的网络变量的修改和观察，提供给用户一个系统级的检测和控制服务，用户可以在网上，甚至以远程的方式来监控整个系统。