Lonworks總線及其應(yīng)用
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現(xiàn)場(chǎng)總線是20世紀(jì)80年代中期在國(guó)際上發(fā)展起來(lái)的。隨著微處理器與計(jì)算機(jī)功能的不斷增強(qiáng)和價(jià)格的降低，計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得到迅速發(fā)展?，F(xiàn)場(chǎng)總線可實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)的信息集成，實(shí)施綜合自動(dòng)化，形成工廠底層網(wǎng)絡(luò)，完成現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備之間的多點(diǎn)數(shù)字通信，實(shí)現(xiàn)底層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間以及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)與外界的信息交換。現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開(kāi)放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。
迄今為止，比較成熟的并且比較有影響力的現(xiàn)場(chǎng)總線則有以下幾種類(lèi)型：
1.FF，2.PROFIBUS，3.CAN，4.Lonworks，5.Devicenet，6.Interbus，7.WorldFIP，8.Swiftnet，9.P-net，10. CC-link，11.AS-i，12.controllnet。
由于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)采用的按控制回路要求，設(shè)備一對(duì)一的分別進(jìn)行連線的結(jié)構(gòu)形式。把原先DCS系統(tǒng)中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊放入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，加上現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有通信能力，因而控制系統(tǒng)功能能夠不依賴控制室中的計(jì)算機(jī)或控制儀表，直接在現(xiàn)場(chǎng)完成，實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制。
現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)在技術(shù)上具有以下特點(diǎn)：
１ 系統(tǒng)具有開(kāi)放性和互用性
通信協(xié)議遵從相同的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備之間可以實(shí)現(xiàn)信息交換，用戶可按自己的需要，把不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成開(kāi)放互連的系統(tǒng)。系統(tǒng)間、設(shè)備間可以進(jìn)行信息交換，不同生產(chǎn)廠家的性能類(lèi)似的設(shè)備可以互換。
２ 系統(tǒng)功能自治性
系統(tǒng)將傳感測(cè)量、補(bǔ)償計(jì)算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中完成，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以完成自動(dòng)控制的基本功能，并可以隨時(shí)診斷設(shè)備的運(yùn)行狀況。
３ 系統(tǒng)具有分散性
現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成的是一種全分散的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。
４ 系統(tǒng)具有對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性
現(xiàn)場(chǎng)總線支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)供電和通信，并可以滿足安全防爆的要求。
由于現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，不再需要DCS系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理、轉(zhuǎn)換隔離等功能單元及其復(fù)雜的接線，節(jié)省了硬件數(shù)量和投資。簡(jiǎn)單的連線設(shè)計(jì)，節(jié)省了安裝費(fèi)用。設(shè)備具有自診斷與簡(jiǎn)單故障處理能力，減少了維護(hù)工作量。設(shè)備的互換性、智能化、數(shù)字化提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。還具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于重構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。
下面本文對(duì)Lonworks總線和其技術(shù)特點(diǎn)及原理進(jìn)行詳細(xì)闡述：
1. Lonworks總線及Lonworks系統(tǒng)特點(diǎn)：
Lonworks是由美國(guó)Echelon公司于20世紀(jì)90年代初推出的現(xiàn)場(chǎng)總線，它采用ISO/OSI模型的全部7層通訊協(xié)議，這是在現(xiàn)場(chǎng)總線中唯一提供全部服務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)總線，在工業(yè)控制系統(tǒng)中可同時(shí)應(yīng)用在Sensor Bus、Device Bus、Field Bus等任何一層總線中。它除了具有上面說(shuō)提到的現(xiàn)場(chǎng)總線的公共的特點(diǎn)外，另外，在一個(gè)Lonworks控制網(wǎng)絡(luò)中，智能控制設(shè)備(節(jié)點(diǎn))使用同一個(gè)通信協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點(diǎn)通信。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都包含內(nèi)置的智能來(lái)完成協(xié)議的監(jiān)控功能。一個(gè)Lonworks控制網(wǎng)絡(luò)可以有3個(gè)到30000個(gè)或更多的節(jié)點(diǎn)：傳感器功能(溫度、壓力等)、執(zhí)行器功能(開(kāi)關(guān)、調(diào)節(jié)閥、變頻驅(qū)動(dòng)等)、操作接口(顯示、人機(jī)界面等)、控制功能(新風(fēng)機(jī)組、VAV等)。由于不需要像傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中的中央控制器，Lonworks分布式控制技術(shù)顯示出很高的系統(tǒng)可靠性和系統(tǒng)響應(yīng)，并且降低了系統(tǒng)的成本和運(yùn)行費(fèi)用。神經(jīng)元芯片完成節(jié)點(diǎn)的事件處理，并通過(guò)多種介質(zhì)把處理結(jié)果傳遞給網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點(diǎn)。同時(shí)還采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多種通信介質(zhì)和多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并開(kāi)發(fā)了本質(zhì)安全防爆產(chǎn)品，被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。
Lonworks的核心是神經(jīng)元芯片(Neuron Chip)，使用CMOS CLSI技術(shù)的神經(jīng)元芯片使實(shí)現(xiàn)低成本的控制網(wǎng)絡(luò)成為可能。神經(jīng)元芯片是高度集成的內(nèi)部含有3個(gè)8位的CPU：第一個(gè)CPU為介質(zhì)訪問(wèn)控制處理器，處理LonTalk協(xié)議的第一層和第二層；Neuron芯片的編程語(yǔ)言為Neuron C，它是從ANSI C中派生出來(lái)的，并對(duì)ANSI C進(jìn)行了刪減和增補(bǔ)。Neuron芯片可以通過(guò)5個(gè)通信管腳與網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點(diǎn)交換信息，也可以通過(guò)11個(gè)應(yīng)用管腳與現(xiàn)場(chǎng)的傳感器和執(zhí)行器交換信息。11個(gè)應(yīng)用管腳具有34種應(yīng)用操作模式，可以在不同的配置下為外部提供靈活的接口和芯片內(nèi)部的計(jì)時(shí)器應(yīng)用。第二個(gè)CPU為網(wǎng)絡(luò)處理器，它實(shí)現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第三層至第六層；第三個(gè)CPU為應(yīng)用處理器，實(shí)現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第七層，執(zhí)行用戶編寫(xiě)的代碼及用戶代碼所調(diào)用的操作系統(tǒng)服務(wù)。神經(jīng)元芯片實(shí)現(xiàn)了完整的Lonworks的LonTalk通信協(xié)議。而開(kāi)放式Lonworks系統(tǒng)具有如下的特點(diǎn)：
1. 在設(shè)計(jì)、安裝和啟動(dòng)上采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
2. 包含來(lái)自多個(gè)廠商的符合Lonmark的產(chǎn)品。
3. 除非和傳統(tǒng)系統(tǒng)相互作用或者規(guī)范要求，不需要網(wǎng)關(guān)。
4. 與專用垂直子系統(tǒng)的實(shí)施不同，強(qiáng)調(diào)水平功能性。
并且由于在工程應(yīng)用中這個(gè)開(kāi)放式系統(tǒng)包含來(lái)自多廠商的，那么各個(gè)廠家的設(shè)備之間使如何實(shí)現(xiàn)一致性和可互操作性呢，LonMark標(biāo)準(zhǔn)便是為解決這一問(wèn)題而制定的。如果Lonworks系統(tǒng)集成商想要構(gòu)建開(kāi)放式系統(tǒng)，就應(yīng)該盡可能使用滿足LonMark標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，并且要使用基于Lonworks的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)工具設(shè)計(jì)、安裝和啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。
2. Lonworks的一致性和互操作性
2.1. Lonworks的一致性
Lonworks的一致性是指產(chǎn)品符合ANSI/EIA 709.1標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)。ANSI/EIA 709.1標(biāo)準(zhǔn)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的底層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，其中從第一層到第六層的功能完全有標(biāo)準(zhǔn)來(lái)處理，使用者只需對(duì)應(yīng)用層進(jìn)行編程。最容易達(dá)到的辦法是應(yīng)用包含有ANSI/EIA 709.1標(biāo)準(zhǔn)的微處理器。神經(jīng)元芯片和ANSI/EIA 709.1標(biāo)準(zhǔn)配合作為固件可進(jìn)入所有采用神經(jīng)元芯片的設(shè)備中去。它可做為主處理器被執(zhí)行應(yīng)用，也可以作為總線連接器給世紀(jì)的主機(jī)提供通信渠道。
2.2. Lonworks的互操作性
因?yàn)榉弦恢滦缘膬蓚€(gè)設(shè)備在如何交換數(shù)據(jù)的過(guò)程中仍然存在各種可能性，所以一致性還不足以保證節(jié)點(diǎn)之間有意義的相互作用。節(jié)點(diǎn)之間必須在如何交換數(shù)據(jù)，如何翻譯數(shù)據(jù)，以及動(dòng)作引起的反映等方面做出約定，才能保證互操作性和可靠的通信。LonMark互操作性準(zhǔn)則便為L(zhǎng)onworks設(shè)備之間的互操作提供了基礎(chǔ)。
評(píng)論