基于LonWorks技术的消防联动控制系统
2009-03-25
作者：黄玉水， 刘 丹， 周志强
摘 要： 针对智能小区消防监控系统的特点，介绍了一种基于LonWorks技术的消防联动控制系统，并重点讨论了基于LonWorks技术的消防联动控制系统的具体实现方法。在该系统中，采用了海湾安全技术有限公司生产的GST200火灾报警控制器，通过LonWorks网关，实现了LonWorks技术和GST总线技术的集成。
关键词： 现场总线; LonWorks; GST系统; 远程监控
随着经济的不断发展，对楼宇智能化的要求越来越高，消防报警监控系统作为衡量楼宇智能化程度的重要标准之一，对它的要求也是越来越高。现有的大多数建筑的消防监控系统，由于历史等原因导致各大楼（即使在同一个单位或小区）的消防监控系统只是一个个独立的个体，因此在每栋大楼都要分派专人进行二十四小时值守，既浪费了人力物力，也使消防信息的管理水平受到限制。
随着网络技术的发展，利用网络实现各大楼消防系统的联网[1]，把需要监控的多栋大楼（一个单位或者一个小区）连成一个消防网络，就可以在中央控制室（总控中心）同时监控各个大楼（分控中心）的消防信息变化情况。这样就只需在总控中心安排值守人员而无需在各分控中心再安排值守人员，既节约了人力物力，又保证了消防信息传递的快速性、准确性，提高了消防信息管理的水平，也顺应了时代对数字化、网络化、便捷化的要求。
1 系统概述
基于LonWorks技术[2-3]的消防联动控制系统能够实时地对设备及环境进行监控。在本系统中，采用了海湾安全技术有限公司生产的GST200火灾报警控制器，通过LonWorks网关，可以将LonWorks技术和GST总线技术集成，这样就可以读取到GST系统运行过程中产生的各种信息，然后通过PC机上的人机界面，实时直观地对设备以及环境进行监控。
1.1 LonWorks现场总线技术
LonWorks是一种全新的现场总线技术，它提供了一个开放性强的局部操作网络，其显著特征在于：功能强大的神经元芯片、系统互操作性和LonTalk通信协议。
LonWorks控制网结构包括五个部分：网络协议（LonWorks）、网络传输介质、网络设备、执行机构和管理软件。其中网络设备包括智能测控单元、路由器和网关等；执行机构包括传感器、变送器等；管理软件包括LonTalk开放式协议，并为设备之间交换控制状态信息建立了一个通用的标准。在LonTalk协议的协调下，以往那些孤立的设备融为一体，形成一个网络控制系统。LonTalk是面向对象的网络协议，支持OSI七层协议，设备节点之间的数据传送通过网络变量的互联实现。神经元芯片（Neuron Chip）是除LonTalk协议之外的LonWorks技术核心产品,它不仅是Lon总线的通信处理器，同时也可以作为采集和控制的通用处理器，LonWorks技术中关于网络的操作实际上都是通过它来完成的。
1.2 GST通用消防联动控制系统工作原理
GST系统通过GST总线(无极性二总线)连接着各个消防设备，每个消防设备（假定从设备A到H）在出厂时就已经被设定了相应的设备编号(ID），系统在首次使用时要先把每个消防设备注册到GST系统中去，以便GST系统能够监控各个消防设备的运行情况。
假设消防设备A对应的设备编号是：(A：1)；设备B对应的设备编号是：(B：2)；依此类推，C、D、E、F、G、H各个设备对应的设备编号分别为：(C：3)；(D：4)；(E：5)；(F：6)；(G：7)；(H：8)。
假设感烟火灾探测器（设备A）检测出周围环境有大量烟雾的存在，然后感烟火灾探测器就会通过无极性二总线向GST控制系统发送检测到异常的信号。在接收到报警信息后，通过设备的注册设备编号(1)迅速判断发生异常的位置，然后联动地驱动火灾声光警报器（设备H）发出警报声。整个系统的其他设备报警联动控制原理基本相同。
1.3 基于LonWorks技术的消防联动控制系统的结构
系统结构由两层网络构成。LonWorks总线构成面向现场测控对象的底层控制网络，该网络处理实时的、现场的信息，具有协议简单、容错性强、安全可靠、成本低廉等特征。Intranet(内部网)及Internet构成面向管理人员的信息网络，通过信息网络人们可以获取信息、管理信息、处理信息。信息网络一般处于系统结构上层，处理大量的、变化的、多样的信息，具有高速、综合的特征，并且通过Internet能容易实现远程监控。系统具体结构如图1所示。
2 LonWorks系统与GST系统的集成
在基于LonWorks技术的消防联动控制系统中，GST200火灾报警器产生的报警信息通过网关存入LNS数据库，上位机程序通过DDE SERVER读取LNS数据库[4]，进而显示相关信息。LonWorks系统与GST系统之间的信息处理过程如图2所示（I代表在总线/通道上传输的数据）。
由图2可看出，GST系统运行过程中产生的各种信息（包括报警信息）都通过一个485/232数据接口向外发送。通过在GST系统的485/232接口连接LonWorks网关, LonWorks网关定时向GST200主机发送读取数据指令，如读到报警数据，则存在网关相应的网络变量中。PC机上DDE SERVER软件定时读取网关数据，并存储在LNS数据库。上位机程序作为DDE CLIENT访问DDE SERVER 软件读取LNS数据库，然后显示相关的GST报警信息。
在本系统中，采用了i.Lon600 LonWorks/IP服务器[5]作为LonWorks IP路由器。i.Lon600 LonWorks/IP服务器是一个遵从EIA 852协议的LonTalk到IP的路由器，它能够为日常设备的存取访问提供一个可靠安全的Internet通道。它所提供的大的数据包吞吐量、强大的结构以及简单的启动能力，使其非常适合于楼宇自动化领域的应用。i.Lon600 LonWorks/IP服务器将Internet或者任何基于10/100 Base-T的LAN或者WAN作为本地或者远程传递LonWorks控制信息的通道。它使用MD5认证确保存取访问的安全性，内部采用一个32位RISC处理器和Echelon公司的LonWorks/IP体系结构，从而为高速控制、显示、监视应用程序提供最佳的性能。
3 系统的实现
3.1 系统的软件设计
基于LonWorks技术的消防联动控制系统具有远程监控的能力，通过上位机可以实时地了解现场状态，并采取相应的控制。系统监控软件采用VB进行编写的，主要由监控主程序和数据库文档构成。监控主程序包括数据接收程序和数据处理程序，数据接收程序通过接收到的信息与数据库中的信息相比较，并即时地反映出来，最后加入到记录历史的数据库中，方便以后的管理和查询。系统具体的软件监控流程如图3所示。
在本系统中，GST200火灾报警控制器LCD能够显示具体报警位置，同时LonWorks网关读取GST200报警信息，一旦接收到Info报警信号，立即进行相关处理/转换并将信息更新到响应网络变量，DDE SERVER读取LonWorks网络上的网络变量存储在LNS数据库；上位机程序读取LNS数据库数据，从而实现远程监控。本系统上位机监控界面具体如图4所示。
3.2 控制网络设计
在LonWorks控制网络中，通过网络变量把底层控制网与上层信息网连接起来，实现数据的实时传送。在本系统中，通过使用LonMaker工具创建LonMaker网络[6-7]，LonMaker工具的图形化界面使开发人员能容易地对各个智能节点模块进行安装、下载应用程序以及参数配置，并能方便地利用其完善的自诊断功能对各个智能节点模块或网络的故障进行检测。基于LonWorks技术的消防联动控制系统具体的LonMaker网络视图如图5所示。
在LonMaker视图中，一个设备对应于网络中的一个物理设备。LonMakers系统中安装一个设备需要两个步骤：第一步，设备定义；第二步，安装。在安装过程中，把物理设备与所创建的LonMaker视图中的图标联系起来。
针对智能小区消防监控系统的特点，建立一种基于LonWorks技术的消防联动控制系统，有利于提高消防监控信息管理的准确性和可靠性，减少现有分散监控系统的值守保卫人员，实现消防信息的区域联网功能。同时由于i.Lon600 LonWorks/IP服务器可以将LonWorks网络和IP网络实现无缝连接，使LonWorks网络在高速传输和远程监控两方面的性能得到大大增强，进一步拓展了LonWorks技术的应用范围。
参考文献
[1] 肖黎. 消防系统控制管理平台在智能化住宅小区中的应用[J]. 中国住宅设施, 2004(3):27-29.
[2] Echelon. Introduction to the LonWorks System[Z]. USA: Echelon Corporation, 2003.
[3] 马莉. 智能控制与LON网络开发技术[M]. 北京:北京航空航天大学出版社, 2003.
[4] 侯叶,黄道君. 一种基于LonWorks网络实现监控的方式[J]. 仪表技术与传感器,2002(8):34-36.
[5] Echelon. i.Lon600 LonWorks/IP server user′s guide[Z]. USA: Echelon Corporation, 2003.
[6] Echelon.LonMaker for Windows release 3.1 user′s guide [Z].USA: Echelon Corporation, 2002.
[7] 凌志浩. 从神经元芯片到控制网络[M]. 北京:北京航空航天大学出版社,2001.