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1 引 言 在現今的自動(dòng)化工程中，可編程控制器(PLC)與上位機的結合仍然占據主流，隨著(zhù)總線(xiàn)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，各種計量?jì)x器都具備了智能通信功能，控制器與智能儀表的通信也逐漸成為工程中不可缺少的一部分，所以各個(gè)控制器廠(chǎng)家也相應地擴展了自己產(chǎn)品的接口，使得控制器具有了更廣泛的應用性。當前流行的現場(chǎng)總線(xiàn)主要有Modbus，Profibus，CAN，LonWorks等。由于各個(gè)總線(xiàn)的接口技術(shù)以及通信協(xié)議的差異，使得其傳輸介質(zhì)也不同，例如常見(jiàn)的Modbus接口采用了RS 485，所以通過(guò)分極性的雙絞線(xiàn)傳輸數據。上世紀80年代后期，美國埃施朗公司(Echelon)開(kāi)始開(kāi)發(fā)LonWorks技術(shù)平臺，確信他將成為控制網(wǎng)的通用標準。 2 LonWorks總線(xiàn)簡(jiǎn)介 LonWorks控制網(wǎng)在某些方面相似于被稱(chēng)為局域網(wǎng)或LAN的數據網(wǎng)。數據網(wǎng)由結合各種通信介質(zhì)以路由器連接的計算機組成，他們使用公用協(xié)議相互通信�？刂凭W(wǎng)包含類(lèi)似的控制的成本、規模、性能和響應特征優(yōu)化的部件。 實(shí)現理想的控制功能的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )就叫局部操作網(wǎng)絡(luò )1ΩN(Local Operating Network)。他的特征使網(wǎng)絡(luò )系統能擴展到數據組網(wǎng)技術(shù)無(wú)能為力的一類(lèi)應用中，控制系統和裝置的制造商能通過(guò)在他們產(chǎn)品中組合LonWorks的設計縮短開(kāi)發(fā)和設計的時(shí)間。LonWorks控制網(wǎng)的復雜程度不一樣，可以由幾個(gè)節點(diǎn)的機器內裝小網(wǎng)到幾千個(gè)節點(diǎn)的樓宇控制系統。 LonTalk通信協(xié)議是LonWorks技術(shù)的核心。該協(xié)議提供一套通信服務(wù)，使裝置中的應用程序能在網(wǎng)絡(luò )中對其他裝置接受或發(fā)送數據而無(wú)需知道網(wǎng)絡(luò )拓撲、名稱(chēng)、地址或其他裝置的功能[1]。該協(xié)議能有選擇地提供端對端的報文確認、報文證實(shí)和優(yōu)先級確認，是一個(gè)分層的以數據包為基礎的對等的通信協(xié)議，使用類(lèi)似于以太網(wǎng)所用的"CSMA"算法來(lái)處理網(wǎng)上報文沖突。 LonTalk控制網(wǎng)中每個(gè)節點(diǎn)都分配有自己的邏輯地址，該地址由兩部分組成，第一部分是指定域的域ID，第二部分是節點(diǎn)地址。節點(diǎn)和節點(diǎn)之間的通信首先要知道邏輯地址，然后通過(guò)綁定的網(wǎng)絡(luò )變量來(lái)實(shí)現。網(wǎng)絡(luò )變量(NV)是任何數據項(溫度、壓力或者調節閥開(kāi)度給定等)，他們是一個(gè)特定裝置的應用程序期望從網(wǎng)上其他裝置得到的(輸入NV)或者提供給其他裝置的(輸出NV)。裝置中應用程序根本不用知道輸入NV來(lái)自何處或者輸出NV走向何處，因為在網(wǎng)絡(luò )設計和安裝期問(wèn)會(huì )有一個(gè)變量"捆綁"的過(guò)程，這樣在一個(gè)裝置的輸入NV和另一個(gè)裝置的輸出NV之間建立了邏輯連接，可以理解成為建立了"虛擬線(xiàn)路"。邏輯地址和每個(gè)節點(diǎn)提供的網(wǎng)絡(luò )變量都固化在神經(jīng)元芯片中。 LonTalk協(xié)議在設計上是獨立于介質(zhì)的，這使LonWorks系統可以在任何物理傳輸介質(zhì)上通信。常用的信道類(lèi)型有TP/XF一1250，TP/XF－78，TP/FL－10，PL一2X(電力線(xiàn))等，傳輸的最大速率可達1．25 Mb/s。 3 STEC2000控制器簡(jiǎn)介 STEC2000控制器足北京碩人時(shí)代科技有限公司自主研發(fā)的嵌入式控制器，是以嵌入式技術(shù)為基礎，采用Motorola 32位高速CPU和嵌入式實(shí)時(shí)Linux操作系統．集現場(chǎng)采集、顯示操作、控制、通訊為一體，可廣泛應用于市政(熱力、自來(lái)水、煤氣等)、樓宇自動(dòng)化(空調、安防等)等領(lǐng)域。STEC2000控制器采用模塊化體系結構，可根據需求靈活組配幾個(gè)點(diǎn)到上百個(gè)點(diǎn)的現場(chǎng)控制設備。 CPU主控模塊采用32位主頻為66 MHz的CPU，內部嵌入公司自主裁減的實(shí)時(shí)Linux操作系統，并且帶有8 MB的FLASH 芯片，以及16 MB的電子盤(pán)，在背扳上帶有8個(gè)擴展槽．可根據需要配置不同的I/O模塊；模擬輸入(AI)模塊帶有8路模擬量輸入通道，每一通道采用差分輸入電路，可有效地抑制共模干擾，可接受電流4～20 mA，電壓0～l0 V等多種常用的模擬輸入信號；模擬輸出(AO)模塊帶有4路模擬量輸出通道，可以通過(guò)跳線(xiàn)選擇輸出電流或者電壓信號，來(lái)控制現場(chǎng)的各種設備；數字輸人(DI)模塊帶有1 2路數字量輸入通道，接受現場(chǎng)的干結點(diǎn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其中前3路可以當作脈沖計數器；數字輸出(DO)模塊帶有8路繼電器輸出通道，繼電器容量130 V AC/l A，125 V DC/1 A；液晶和鍵盤(pán)操作模塊帶有5寸256色液晶顯示器以及薄膜鍵盤(pán)，用于現場(chǎng)人機交互。 3．1 測量功能 STEC2000控制器采集溫度、壓力、熱量等一次儀表參數并進(jìn)行壞數過(guò)濾。本控制器支持按用戶(hù)定義的方式將采集的電流電壓數據變換為相應物理量。數據掃描周期可以在0．05～2 s之間進(jìn)行設定。 3．2存儲功能 物理量數據每隔一段時(shí)間如1 min(可組態(tài)設定)保存一次，掉電后不會(huì )丟失。具有不小于8 MB的存儲空間。 3．3 顯示功能 STEC2000控制器支持一個(gè)5寸的彩色液晶屏。用戶(hù)可以其對顯示畫(huà)面和參數進(jìn)行自由組態(tài)。 3．4通訊功能 STEC2000控制器內置Socket Server、標準串口(9針)、RJ45以太網(wǎng)接口、RJ11電話(huà)接口等硬件設施�？刂破髦С諸CP/IP，Modbus，PPP等協(xié)議，Soket連接、232/484通訊、以太網(wǎng)通訊、電話(huà)撥號通訊及無(wú)線(xiàn)通訊連接(GSM、GPRS等)。 3．5 自檢功能 STEC2000控制器上電后，自動(dòng)檢查主板、外圍設備和I/O設備是否正常，如有異常給出報警。 3．6 控制功能 STEC2000控制器支持PID控制、邏輯控制、模糊控制等多種控制方式，可通過(guò)簡(jiǎn)單的組態(tài)進(jìn)行選擇�？刂破鬟�支持用戶(hù)以腳本語(yǔ)言方式進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。 控制掃描周期小于200 ms(可定義掃描周期)。 3．7故障報警 發(fā)生報警事件時(shí)，STEC2000控制器會(huì )通過(guò)相應的通訊方式向上位機報警直至收到上位機的確認信息，報警內容包括：故障發(fā)生時(shí)間、故障內容、故障參數值(或狀態(tài))等信息。同時(shí)會(huì )在液晶的報警信息欄顯示此故障信息，當多個(gè)報警存在時(shí)，報警信息會(huì )滾動(dòng)顯示。 3．8人機交互 用戶(hù)可以通過(guò)STEC2000控制器的鍵盤(pán)進(jìn)行人機交互：選擇控制方式，設定參數值，取消報警等。 3．9 Web訪(fǎng)問(wèn) STEC2000控制器內置Web Server對控制器運行狀態(tài)進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)發(fā)布，用戶(hù)可從任何地方通過(guò)電話(huà)線(xiàn)或以太網(wǎng)等方式登陸瀏覽網(wǎng)頁(yè)以了解控制器運行情況。本功能受用戶(hù)密碼保護。 3．10 遠程配置 STEC2000控制器支持遠程配置更新和程序控制。例如，用戶(hù)可以通過(guò)電話(huà)、以太網(wǎng)等方式與控制器建立連接，然后就如同本地一樣對控制器進(jìn)行組態(tài)。本功能受用戶(hù)密碼保護。 3．11靈活配置 1個(gè)CPU主控模塊最多可以支持8個(gè)擴展模塊，用戶(hù)可以根據所要采集數據的類(lèi)型自由配置I/O模塊。 3．12 完善的組態(tài)功能 STEC2000控制器提供Windows操作平臺下運行的可視化圖形組態(tài)環(huán)境以支持數據、控制程序、顯示操作、報警、通訊管理、數據存儲等各種功能的組態(tài)。 4 燃氣鍋爐監控 寧夏哈納斯天燃氣熱電有限公司在銀川市內興建60座天燃氣鍋爐房，為了實(shí)現無(wú)人值守，需在每一個(gè)鍋爐房?jì)冉⒈镜乜刂剖�，并建立一座中心主控機房，對這60個(gè)本地控制室進(jìn)行集中監控。 為了實(shí)現集中監控，除了現場(chǎng)的溫度、壓力以及各個(gè)水泵的控制外，需要同燃氣流量計以及鍋爐控制器進(jìn)行通訊。燃氣流量計采用了浙江天信儀表，具體的通信協(xié)議同廠(chǎng)家聯(lián)系，這里不再贅述。鍋爐采用德國菲斯曼的鍋爐，鍋爐控制器是Victronic 333，采用LonWorks通訊總線(xiàn)，STEC2000沒(méi)有那個(gè)神經(jīng)元芯片，所以要想辦法轉換總線(xiàn)接口，現把實(shí)現方法介紹如下： Modbus是應用于電子控制器上的一種通用語(yǔ)言。通過(guò)此協(xié)議控制器之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò )(如以太網(wǎng))和其他設備之間可以相互通信。他已經(jīng)成為一種通用工業(yè)標準[2]，所以可以用一個(gè)網(wǎng)關(guān)實(shí)現LonWorks總線(xiàn)與Modbus總線(xiàn)的轉換。網(wǎng)關(guān)里面嵌人神經(jīng)元芯片，使用專(zhuān)門(mén)的軟件可以實(shí)現鍋爐控制器與網(wǎng)關(guān)變量的綁定，比如說(shuō)室外溫度可以綁定在網(wǎng)關(guān)中的第25，26個(gè)字節，系統供水溫度綁定在第7，8個(gè)字節等，網(wǎng)關(guān)的另外一個(gè)接口是RS 485接口，可以實(shí)現與STEC2000的通訊。具體的編碼如下所示： 標準的Modbus協(xié)議使用RS 232C兼容串行接口，他定義了連接口的針腳、電纜、信號位、傳輸波特率、奇偶校驗等[2]。而實(shí)際工程中由于距離的因素，大多采用傳輸距離可以達到1 200 m的RS 485接口�？刂破魍ㄐ挪捎弥饕粡募夹g(shù)，也就是主控制器"問(wèn)"，從控制器"答"，如上述編碼中send Ox01……就是要求從控制器回傳現場(chǎng)的所有物理量的實(shí)際值，主控制器recv(29)表示要接受29個(gè)字節，接下來(lái)就是根據廠(chǎng)家提供的通信協(xié)議對這29個(gè)字節進(jìn)行解碼，并把所得的數值逐個(gè)賦值給變量，從而進(jìn)行顯示。 鍋爐的控制數據采集到STEC2000控制器后，經(jīng)過(guò)寬帶送到監控中心的上位機軟件，實(shí)現遠程監控鍋爐。 5 結 語(yǔ) STEC2000控制器支持多種通訊方式，可以應用于不同的環(huán)境中，實(shí)現與多種總線(xiàn)的通訊，并且通訊腳本開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，得到了使用方技術(shù)人員的認可。有了與LonWorks總線(xiàn)的穩定通訊，再加上原有的熱網(wǎng)監控經(jīng)驗，比較完美地實(shí)現了使用方的要求。 |
