lonworks现场总线技术与远程自动抄表

《lonworks现场总线技术与远程自动抄表》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

维普资讯http://www.cqvip.com第19卷第2期河海大学常州分校学报Vo1．19No．22oo5年6月JOURNALOFHOHAIUNIVERSITYCHANGZHOUJun．2oo5文章编号：1009—1130(2005)02-0038-04LonWorks现场总线技术与远程自动抄表系统张齐，郭伟东(河海大学电气工程学院，江苏南京210098)摘要：介绍了LonWorks现场总线技术，对运用LonWorks现场总线构成的远程自动抄表系统的现状作了详细的分析，并对这一系统的应用前景作了展望．关键词：现场总线；远程抄表；LonWorks技术中图分类号：TP273文献标识码：A随着城市规模的不断扩大，城市居民生活小区的建设步伐也日益加快，水、电、煤气不但用量高速增长，而且使用点的分布范围也越趋扩大，传统的人工抄表方式面临着严峻的挑战．电子信息技术的发展，使自动抄表系统的实现已成为可能，它不但可有效解决人工入户抄表收费存在的各种弊端，而且可以实现远程监控，大大提高了工作效率．本文主要介绍基于LonWorks总线技术的远程自动抄表系统．1现场总线概述按照国际电工委员会IEC标准和现场总线基金会FF的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络．现场总线是3C技术(计算机技术、控制技术、通信技术)的融合，它沟通了生产领域中现场设备之间以及更高层次控制过程设备之间的联系；它既是一个网络又是一个开放式的智能控制系统；它废除了传统的DCS的输入、输出单元和控制站，将控制延伸到了现场，使信号能够在现场及时得到处理，节省了时间，提高了控制的精度和速度；它还能与Internet相连，实现远程监控．目前比较流行的现场总线有|2]：(a)控制局域网络总线CAN，主要用于离散控制领域；(b)过程现场总线Profibus，足多主多从的令牌网络，用于自动化领域；(c)基金会现场总线FF，主要用于过程自动化领域；(d)可寻址远程传感器数据通路总线HART，属于由模拟系统向数字系统过渡的总线；(e)CC—Link，三菱电机开发的现场总线网络，在实时性、分散控制与智能设备通信等方面都有很好的应用；(f)局部操作网络总线LonWorks，由美国空调暖通制冷工程师协会(ASHARE)确定的用于楼字自动化系统和控制网络的标准．2LonWorks现场总线技术LonWorks是由美国Echelon公司研制，于1990年正式公布的现场总线网络]．它采用了ISO／OSI模型中完整的7层通信协议和面向对象的设计方法——引入“网络变量”．LonWorks只要被赋值就能快速自动传遍网络，简化了节点问数据共享的过程，它的节点数可达32000个，这对一个智能小区来说已经足够．2．1LOllWorks现场总线技术网络高性能、低成本的网络接口是LonWorks技术的最突出优势，网络的传输介质可以足双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等．LonWorks同时为LAN提供接口，有LON．WEB网关，可实现与局域网LAN、Internet的连接，便于用户远程浏览现场数据；它采用无主站的点对点网络，降低了网络系统的维护难收稿日期：2004—05—27作者简介：张齐(1980-)，男，安徽和县人，硕士研究生，控制理论与控制工程专业． 维普资讯http://www.cqvip.com第19卷第2期张齐，等LonWorks现场总线技术与远程自动抄表系统39度，提高了系统的稳定性．2．2LonWorks的技术核心及功能LonWorks的技术核心是NEURON芯片、LonTalk协议及其编程语言NEURONC．a．NEURON芯片．基本由美国摩托罗拉公司和日本东芝公司生产，由3个相同的8位中央处理器组成，分别是媒体访问控制处理器(用于实现ISO／OSI模型中的第1层和第2层的功能)、网络处理器(用于实现第3至第6层的功能)和应用处理器(用于实现第7层的功能)，片内集成了RAM、ROM、EEPROM、36种设备控制类型、计数器、操作系统、运行时间数据库、收发器和LonTalk通信协议．NEURON芯片同时还具备了通信和控制功能，有11个输人、输出接口，以及34种常见的I／0控制对象．b．LonTalk协议．完全遵守OSI模型，提供了OSI参考模型所定义的全部7层范围，同时还支持不同通信介质分段的网络．每个LonWorks节点(智能设备)都能连接到信道上，即用来传输数据包的物理介质上，不同的信道可通过路由器相互连接．智能路由器(包括配置路由器和学习路由器)能根据设置，决定是否继续向前传送数据包，这样可减少网络的拥挤和堵塞，从而增强了网络的流通性和可靠性．c．编程语言NEURONC．它是基于ANSIC的为神经元芯片设计的一种编程语言，它对ANSIC进行了扩展，可直接支持神经元芯片，已成为LonWorks应用的强有力的工具，增强了对I／0的支持、时间处理、报文传递等功能；它为分布式LonWorks环境提供了一套内部函数，并提供内部类型检测，支持显式报文传递，能够直接访问LonTalk协议服务．3采用LonWorks技术的智能抄表系统3．1系统组成远程智能抄表系统由如下4大部分构成．a．前端数据采集装置．主要是采集三表(水表、电表、煤气表)发出的脉冲信号并对其进行计量，因此，需采用霍尔型元件对三表进行改造，使三表能够发出脉冲信号，前端数据采集装置将所获得的数据进行滤波、放大，然后传递给单片机．b．数据储存和处理装置．这一装置既可以利用LonWorks技术，也可以利用LON网络LonWorks与单片机相结合的技术．当采用后者时，LonWorks相当于网络接口，如图1所示．图1中：神经元芯片的工作方式是SlaveA，这主要是为了使单片机和神经元芯片之间的通信实时同步，数据以并行方式传送；继电器模块用于控制三表的阀、泵，实现远程遥控，对拖欠费用，通知后仍不缴费的用户或是发生故障报警的节点，执行这一遥控操作．图1系统LON节点示意图c．底层通信．一般通过电力载波、双Fig．1SketchofsystemLONnode绞线和电话线实现，由于电力载波和电话线的一些不足，因此常采用屏蔽双绞线．d．小区监控平台．采用一台装在小区控制室的PC机，当小区管理者需要抄表时，通过控制平台进行抄表．管理人员通过PC机可以很方便地与现场节点联系并对所采集的数据进行计量，计算出槲应的费用．当用户的节点出现故障时显示报警信息，以便维修人员立即赶往现场，甚至可以向恶意拖欠费用的住户的节点发出停水、停电、停气的通知．3．2系统的工作流程系统的前端数据采集装置采集的是脉冲信号，当采集装置采集到数据以后，通过带有屏蔽的双绞线将数据传输到LonWorks的节点中．所有数据通信都是通过单片机的I／0接口实现的，并且是双向的，然后再由单片机和神经元芯片之间的接口存储到存储器中．考虑到一些突发的事件的发生，采用带有掉电数据不丢失 维普资讯http://www.cqvip.com40河海大学常州分校学报2005年6月的ROM存储器，以使数据能永久存储㈨．LonWorks的节点一般可同时抄收2个住户的三表数据，由专门的线路供电，并配有备用电池，以保证抄表节点的连续运行．数据采集装置与LonWorks节点之间的硬件接口电路和通信是系统的关键，这主要由LonWorks节点的单片机和神经元芯片来实现．系统通过LonWorks节点中的FFT一10收发器和路由器将数据传输到Lon网络上，继而传输到小区的监控平台．监控平台即PC机，只要插上LonWorks网卡PCLTA，就可将PC机连人到整个小区抄表网络．Lon网络通过网关和路由器与局域网LAN相连接，构成智能小区局域网络，传输介质可以是光纤、双绞线、电话线等．对于小区的局域网络，应配置一台数据库服务器(如SQLSever)，将一些结果数据以及历史数据存放到数据库服务器中，以备日后查询．LAN网络通过路由器与Internet网络相连接，即可实现大范围的远程抄表和查询[6】．这一过程的通信介质可以是电话线或者光纤、微波等．连人Internet后，住户可以在Internet上对自家的信息进行查询，并且可以和现场节点相联．为防止信息泄漏，黑客破坏，必须使用防火墙，采用看门狗方式对住户进行密码认证，增强了系统的可靠性．整个系统的工作流程和工业控制一样，可看成是由3层网络[6(即底层的自动化控制测量网Infranet、中间层的Intranet网以及最上层的Internet网)和2个层次组成．系统的网络框架如图2所示．图2系统网络框架Fig．2Systemnetworkframe3-3系统部分软件设计系统的神经元芯片对数据进行传送，编程语言采用NEURONCc71．数据传输的流程如图3所示．初始化的作用就是将系统的采集装置复位，使脉冲计数为零，为下次采集做准备．当有煤气泄漏，三表出现断路、短路和磁被破坏时，传感器和探测器将现场报警，并将信号上传网络和单片机；单片机从数据中识别出报警信号后触发继电器，使其动作实现对泵、阀的关断．系统正常时，神经元芯片起图3数据传输流程网络接口的作用，将数据转化为Fig．3Flowchartofdatatransmission 维普资讯http://www.cqvip.com第l9卷第2期张齐，等LonWorks现场总线技术与远程自动抄表系统4l网络变量，并将其输到网络4结束语随着电子技术、通信技术和控制技术的发展，采用LonWorks技术的远程抄表系统不仅能够实现远程抄表、计费功能，而且还可对三表进行监控，实现语音报警和分时计费功能．若将住宅内家用电器的开启信号、门禁系统、防盗系统接入本系统中，就可构成一个智能住宅，让住户生活得更舒适、更安全．参考文献：[1]阳宪惠．现场总线技术及其应用[M]．北京：清华大学出版社，l999．[2]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．[3]沈瑾，徐玲，马久祥．基于现场总线LonWorks的电度表监控网络设计[J]．电测与仪表，2001，38(7)：37—40．[4]张小军，王菽蓉，曹伟．基于LonWorks现场总线的楼字温度测控系统[J]．测控技术与设备，2002，28(11)：23—25[5]邓文，赵伟，顾锦源，等．电能自动抄表技术及相关思考[J]．电测与仪表，2001，38(7)：5—8．[6]孙敏，阳宪惠．基于Internet的现场总线远程监控系统[J]．现场总线技术，2003(4)：22—26．[7]刘剑冰，江冰．基于LonWorks的自动抄表系统[J]．河海大学常州分校学报，2003，17(3)：67—70．LonWorksFieldBusTechnologyandRemoteAutomaticMeterReadingSystemZHANGQi，GUOWei-dong(CollegeofElectricalEngineering，HohaiUniv．，Nanjing210098，China)Abstract：ThepaperintroducesLonWorksfieldbusandAutomaticMeterReading(AMR)system，presentstheactualityoflong—distanceautomaticmetersreadingsystemusingLonWorkstechnology，alsogivestheprospectofthesystem．Keywords：fieldbus；automaticmeterreading(AMR)；LonWorkstechnology(上接第37页)TheSystemInterfaceDesignofHARTModem—HT2012SHENGHui—xing，DINGYing(CollegeofComputer&InformationEngineering，HohaiUniv．，Changzhou213022，China)Abstract：ThispaperintroducesHARTprotocolandHT2012modelTLTheinterface—circuitofHT2012inageneralsystemisenumerated．Italsoanalyzestheprogrammingatthedata—receivingpart．Keywords：HART；HT2012；interface