基于lonworks 的网络控制实验平台的设计

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1、基于LonWorks的网络控制实验平台的设计DesignanetworkcontrollabplatfoembasedonLonWorksfieldbus楼俊君，程启明LOUJun-jun,CHENGQi-ming（上海电力学院电力与自动化工程学院，上海200090）摘要：现场总线技术因其开放性、分散性和低成本已广泛应用于自动控制领域。LonWorks作为一种典型的现场总线标准，具有开放的网络操作体系、标准的网络通信协议、支持多种介质之间相互通信等优点。本文主要介绍一个基于LonWorks现场总线的网络控制实验平台的开发与应用，系统主要由

2、上位计算机、路由器、智能神经元节点等组成，具有平台界面友好、通信实时可靠等优点。关键词：现场总线；节点；控制中图分类号：TP274+.2文献标识码：A　文章编号：1009-0134(2012)06(下)-0087-04DOI:10.3969/j.issn.1009-0134.2012.6(下).280引言现场总线技术将专用微处理器嵌入传统的测量控制仪表，使它们具有数字计算和数字通信能力，从而使单个分散的测量控制设备变成网络节点，再通过现场总线将各网络节点相互连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议进行数据传输和信息交换，共同完成特定的自控

3、任务。它实现了彻底的分散控制，提高了系统的可靠性、自治性和柔性，可方便地进行重组和扩建[1~4]。现场总线沟通了生产过程现场控制设备之间及其与更高控制管理层网络之间的联系，它将一对一的模拟信号传输方式变为一对多的数字信号传输方式，大大节约了模拟信号传输过程中的大量A/D、D/A转换装置和布线安装成本，提高了信号的传输精度和抗干扰能力，它的出现开辟了控制系统的变革。LonWorks作为现场总线的一种，支持国际标准化组织ISO定义的开放系统互连OSI全部7层协议的现场总线标准，具有开放的网络操作体系、标准的网络通信协议、丰富的介质接口模板、支

4、持多种介质之间的相互通信等特点，在国际和国内都得到广泛的应用。目前LonWorks现场总线技术主要应用在楼宇自动化方面，包括建筑物监控系统的所有领域，如电梯和能源管理、消防/救生/安全、照明、供暖通风、保安等，但在工业控制方面应用很少。由于LonWorks控制网络有布线简单、通讯实时、控制分散的优点，所以很多厂商开始致力于LonWorks技术在工业控制领域的开发。本文介绍一个基于LonWorks现场总线的网络控制实验平台的开发，包括该平台的总体设计思想、各部分实现及其在三级串联水箱液位控制中的应用。1系统结构图在工业控制系统中，用于监控的

5、上位计算机通常是工业控制计算机，而分布在现场的控制装置一般是单回路控制器或智能仪表。在基于LonWorks现场总线的控制系统中，控制装置已改由集控制、通信和I/O为一体的Neuron多处理器芯片和LonTalk通信协议组成的智能节点控制器承担[5,6]。这样，各智能节点不仅能独立完成数据采集、处理和控制任务，而且能依赖其嵌入的LonTalk通信协议，实现与其他智能节点的数据通信，通过分布在现场的路由器，实现与监控上位计算机的连接，以便上位计算机对现场数据进行各种处理，实现真正意义上的集中监控、优化与控制。本网络控制系统作为一个综合的监视控

6、制网络，采用现场控制级与上层监控级的两层全分布式体系结构，如图1所示。系统主要由智能神经元节点、路由器和插有PCNSS网卡的上位计算机组成，各部分作用如下所述。图1系统结构图智能神经元节点以Neuron芯片为核心，节点内部具有实现其特定的功能用NeuronC语言编写的软件程序,各智能节点负责对现场信号的采集、状态检测和实时控制，并利用LonWorks技术提供的通信服务，与其他节点和路由器进行双向数据通信。路由器是监控系统的神经中枢，可连接不同通讯介质和波特率的网络，承担神经元节点与监控上位计算机间的数据传输。上位机通过PCNSS网卡与路由

7、器相连，由于大部分控制功能已由在现场的智能神经元节点完成，所以上位计算机主要基于各个节点信息进行节点组态、网络通讯、信息处理和动态监控。2智能神经元节点开发智能网络控制节点主要由8通道模拟量输入/输出模块、4通道开关量输入/输出模块和FTT-10A通信模块组成，每通道模拟量输入范围为1～5V，模拟量输出范围为4～20mA，并带光电隔离。节点最大寻址I/O模块数为255，用户可根据需要灵活配置。该节点上电后可自动识别I/O模块，具有即插即用功能。其硬件结构示意图如图2所示。外部信号经AI调理通道、DI调理通道引至神经元芯片MC143150的

8、I/O引脚，当用户通过上位机对该节点进行组态下装时，神经元芯片会自动执行写入EPROM的应用程序，将输入通道的数据读入，经计算后把控制量由AO、DO调理通道输出，并通过FTT-10A通讯模块与