Technologie LonWorks nabízí univerzální komunikaci po libovolném vedení včetně RS-485, síťového rozvodu 230V nebo kabelové televize. Tím je vhodný nejen pro řízení spotřebičů a automatizaci budov (klimatizace, topení, světlo apod.), ale i dálkové odečty měřičů energií nebo regulaci v průmyslu. Obecné informace o vlastnostech a možnosti použití této sítě se dozvíte v následujícím úvodním článku.

Technologii LonWorks vyvinula firma Echelon v letech 1989 až 1992 ve spolupráci s firmami Toshiba a Motorola, přicemž v roce 1992 byla uvedena na trh. Ta vychází z obecné definice sítě zvané Local Operating Networks (LON), tj. místní datová síť. Ty jsou obecně složeny z inteligentních zařízení a uzlů, které jsou propojeny jedním či více komunikačními médii a komunikují spolu jedním komunikačním protokolem. Uzly jsou naprogramovány na vysílání zpráv při změně různých stavů a podmínek nebo jako reakci na přijatou zprávu. Samotný Echelon nabízí velké množství hardwarových i softwarových komponent pro vystavění distribuované sítě LonWorks (viz. obrázek 1.). Technologie je však již přijata mnoha výrobci a komponenty dnes už vyrábí a podporuje i tisíce dalších firem (okolo 3000 firem po celém světě) včetně výrobců a distributorů v čR.

Výhody a využití sítě LonWorks

Díky univerzálnosti a otevřené formě lze síť LonWorks použít v libovolné aplikaci od oblasti supermarketů až výrobní továrny, od aut přes železniční dopravu až po letadla, od řízení spotřebičů bytů či malých domácností až po mrakodrapy. Stačí použít správné existující rozhraní pro komunikaci s uzlem nebo naprogramovat volné I/O piny uzlu sítě na libovolné nově vzniklé rozhraní pro komunikaci s daným zařízením, CPU nebo senzorem. Nadneseně řečeno, LonWorks umožňuje přenos dat odkudkoliv, kamkoliv a po čemkoliv. Síti LonWorks se přisuzuje dynamický rozmach srovnatelný s Internetem.

 

řízení a automatizace budov - výtah, klimatizace, topení, zapínání / vypínání osvětlení a jiných libovolných zařízení, zabezpečovací zařízení, protipožární ochrana řízení domácích spotřebičů Sledování spotřeby energií - odečty elektoměrů, plynoměrů, vodoměrů a spotřebičů tepla Telekomunikace, metropolitní sítě, přenosu zvuku Dálkové řízení libovolných procesů řízení v oblasti dopravy Bezpečnostní zařízení Měření a Regulace (MaR) HMI (Human-Machine Interface) - přenos a přímé zpracování dat od libovolných senzorů, klávesnic a zobrazení na displejích, LED apod. Ovládání akčních členů / atenuátorů - motory, topná tělesa, sirény apod.

Nízké instalační nároky - lze využít stávající přenosová média, příp. napájecí síťové kabely, kabelová televize nebo i Internet Vysoká spolehlivost a zabezpečení sítě - speciální autentizační algoritmus Dobrá flexibilita Kvalitní diagnostické možnosti - díky inteligentním uzlům sítě Případné jednoduché programování ->možnost naprogramovat a vytvořit vlastní interface a aplikaci 2 až 32000 zařízení připojených v síti Peer-to-peer architektura (P2P) Komunikace Master / Slave Interface pro RS-232, RS-485, VME, ISA, PCI atd.

Hlavní elementy a standardy využívané v síti LonWorks

Hlavní a základní komponenty sítě LonWorks jsou:

• LonTalk protocol
• Neuron chipy
• LONWORKS transceivery
• Network management a aplikační software

Uvedené elementy v sobě zahrnují následující standardy:

• IFSF, CEN TC247, IEEE P1473.1 Rail Transit
• EIA 709.1 (LonTalk protokol)
• EIA 709.2 (FTT10 tranceiver)
• EIA 709.2-A-2000 (PLT22 power line transceiver)

Základní vlastnosti sítě LonWorks

Síť LonWorks využívá peer-to-peer architektury (přímá komunikace systémem uzel-uzel) s prioritním systémem zasílání zpráv. Základem sítě LonWorks je inteligentní uzel, tzv. node, který je založen na speciálních mikrokontrolérech, nazývané Neuron chip, na němž běží LonTalk protokol. Komunikační model je nezávislý na fyzickém přenosovém médiu a na topologii sítě.

První vlastnost je docílena díky nezávislosti Neuron chipu na typu tranceiveru, který zprostředkovává jeho propojení s daným fyzickým médiem. Tak lze fyzicky pakety přenášet libovolným způsobem například využitím zkrouceného páru vodičů (twisted pair wires), radiového přenosu (RF links), optických vláken, koaxiálního kabelu, nebo i napájecím výkonovým vedením a síťovými rozvody 230/400V. Využít lze i již natažené kabelové televize. Příklad pro sériovou sběrnici RS-485 je na obrázku 2.

Druhá vlastnost je docílena díky použití architektury peer-to-peer pro řízení přenosu a směrování paketů. Konkrétní použitá topologie je tak závislá na použitém transceiveru, ne na komunikačním modelu. Prioritní systém je řešen obsahem několika I/O bufferu v Neuron chipu, aby se v případě potřeby mohlo pozastavit vyslání zprávy s nižší prioritou z důvodu okamžitého a přednostního vyslání zprávy s prioritou vyšší.

Samotné řízení přenosu a směrování paketů (zpráv) provádí LonTalk protokol, který tvoří firmware každého Neuron chipu. Identifikace uzlu a tím adresace v síti je provedena unikátním 48 bitovým identifikátorem, tzv. Neuron ID, uloženého v EEPROM každém Neuron chipu. Každý Neuron chip může provádět i jednoduchá zpracování dat například ze senzorů, která jsou připojena na jeho I/O piny. Chip se pro tyto účely programuje prostřednictvím jazyka Neuron C, který je syntaxí založen na programovacím jazyku C standardu ANSI.

Například ukázka programu pro Neuron chip napsaný jazykem Neuron C:

Každý uzel může být připojen k síťovému nástroji pro managment (network managment tool). Uživatel může řídit operační mód daného uzlu přes síťové řídící příkazy (network managment commands). Tím je možné provádět tyto operace:

• načíst nebo vyměnit řídící konfiguraci uzlu
• změnit parametry konfigurace uzlu
• softwarově připojit a odpojit přístup na sběrnici (do sítě)
• přijímat a vysílat data na sběrnici

Všechny tyto funkce jsou automaticky podporovány firmwarem uzlu. Ten tvoří operační systém uzlu k vykonávání aplikačního programu, předávání dat potřebné pro vzájemnou komunikaci mezi uzly (s jiným Neuron chipem) a provozuje lokální 11-pinový I/O blok neuron chipu.

Komunikace s aplikacemi na PC

Technologie LonWorks podporuje dva druhy propojení aplikací běžící na PC v OS Windows:

 

• DDE Server (Dynamic Data Exchange Server)
• Device/User Inteface/Network Managment Application Programming Interface (API)

DDE definuje standardní cestu, jak mohou Microsoft Windows aplikace sdílet data s jinou aplikací. Takové aplikace jsou například Microsoft Excel, Microsoft Visual Basic, National Instruments LabVIEW nebo Wonderware InTouch. Jejichž prostřednictvím je pak možné monitorovat a modifikovat komunikaci v síti LonWorks. Obrázek 3. ukazuje dvě aplikace (klienti) komunikující přes DDE s Echelon DDE Server a jejich propojení se sítí. Dá se říct, že tvoří interface mezi Windows aplikacemi a LonWorks.

Echelon Application Programming Interface (API) poskytuje programátorům komplexní knihovnu sítě a základních datových prostředků. Tím umožňuje volně vývojářům připravovat aplikace. API obsahuje konfigurační a monitorovací funkce uzlu (Neuron chipu) jakými jsou například multi-channel, multi-media a router managment služby.

Vývojové prostředky

K vyváření aplikací pro LonWorks síť je potřeba vývojový software. To splňuje NodeBuilder Development System pro PC s OS Windows dodávaný firmou Echelon. Ta poskuje v klasickém prostředí oken vývojové prostředí a překladač pro aplikace psané v jazyku Neuron C, Neuron C debugger, prohlížeč síťových proměnných a zpráv, program loader pro načítání nové aplikace do Neuron chipu, DDE Server pro programy OS Windows a mnoho konfiguračních utilit pro řízení uzlu. V nabídce jsou i vývojové kity a LonTalk interface. V dalších článcích o LonWorks se k tomuto tématu, stejně tak jako dalším, ještě podrobněji vrátím.

český modulární systém pro LonWorks

Pražská firma ATD s.r.o společně s ZPA CZ s.r.o Trutnov nabízí pod názvem LONET modulární systém pro síť LonWorks. Tento systém zajišťuje snímání veličin, monitorování stavů, řízení, regulaci a sběr dat po libovolném médiu, například po elektrorozvodné síti 230V (viz. obrázek 4.). Každá jednotka Lonet obsahuje základní desku s neuron chipem a interface pro komunikaci po daném médiu s ostatními jednotkami. Deska obsahuje i napájecí zdroj. Dále je zde aplikační inteface, který vytváří požadované propojení s okolím, tzn. analogové a digitální I/O, reléové výstupy a rozhraní na M-Bus, RS-232, RS-485 apod. Pro více informací o LONETu navštivte stránky firem ADT a ZPA (viz. Donwload & Odkazy).

 

Závěr

Tento článek je úvodní článek k sérii dalších článků, kterými bych chtěl podrobněji popsat jednotlivé části a komponenty sítě LonWorks ať již z pohledu hardwaru (konkrétních realizace Neuron chipů apod.) nebo softwaru (standard LonTalk, příklady aplikačních programů v jazyce Neuron C a další). Bližší informace k LonWorks lze získat na webových stranách v sekci DOWNLOAD & Odkazy, nebo vyčkat na další pokračování "Sběrnice LonWorks - 2.část - LonTalk protokol", který by se měl za nedlouho objevit na stránkách automatizace.HW.cz .

DOWNLOAD & Odkazy

• Stránky firmy Echelon - www.echelon.com
• Stránky o firmy EBV Elektronik GmbH, dodavatel technologie Echelon - www.ebv.com

 

• článek o LON - www.svetlosoft.cz/LON.htm

Modulární systém LONET:

• ATD s.r.o Praha - www.atd.cz
• ZPA CZ s.r.o. Trutnov - www.zpa.cz/lonet.htm

Další zajímavé odkazy na české výrobce a distributory nabízející výrobky podporující LonWorks:

• firma MAREGS - www.maregs.cz - regulátory žaluzií, osvětlení, systému přístupu osob, řízení klimatizace a vytápění
• firma Elpro Drive - www.elprodrive.cz - softstartéry a frekvenční měniče pro asynchronní motory s řízením přes LonWorks