STEC2000控制器在LonWorks總線(xiàn)系統中應用

（一） 緒論
　　　　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)家也相應的擴展了自己產(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RS485，所以通過(guò)分極性的雙絞線(xiàn)傳輸數據。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，確信它將成為控制網(wǎng)的通用標準。
　　
　?。ǘ?Lonworks總線(xiàn)簡(jiǎn)介
　　　　LonWorks控制網(wǎng)在某些方面相似于被成為局域網(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，它們使用公用協(xié)議相互通信?？刂凭W(wǎng)包含類(lèi)似的、就控制的成本、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 )LON（Local Operating Network）。它的特征使網(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。該協(xié)議能有選擇的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，該地址有兩部分組成，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），它們是一個(gè)特定裝置的應用程序期望從網(wǎng)上其它裝置得到的（輸入NV）或者提供給其它裝置的（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 )設計和安裝期間會(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 –1250、 TP/XF –78、TP/FL –10、PL-2X（電力線(xiàn)）等，傳輸的最大速率可達1.25Mbps。
　　
　?。ㄈ?STEC2000控制器簡(jiǎn)介
　　　　STEC2000控制器是北京碩人時(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66MHz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8M的FLASH芯片，以及16M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，可有效的抑制共模干擾，可接受電流4-20mA電壓0-10V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；數字輸入（DI）模塊帶有12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)，其中前三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 130VAC/1A 、125VDC/1A；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。
　　
　　
　　
　　4.3.2.1 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秒之間進(jìn)行設定。
　　
　　4.3.2.2 存儲功能
　　　　物理量數據每隔一段時(shí)間如1分鐘（可組態(tài)設定）保存一次，掉電后不會(huì )丟失。具有不小于8M的存儲空間。
　　
　　4.3.2.3 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)。
　　
　　4.3.2.4 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）。
　　
　　4.3.2.5 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。
　　
　　4.3.2.6 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200ms（可定義掃描周期）。
　　
　　4.3.2.7 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。
　　4.3.2.8 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。
　　
　　4.3.2.9 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。
　　
　　4.3.2.10 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。
　　
　　4.3.2.11 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。
　　
　　4.3.2.12 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)。
　　
　?。ㄒ唬?實(shí)際工程應用
　　　　寧夏哈納斯天然氣熱電有限公司寧夏哈納斯天然氣熱電有限公司在銀川市內興建60座（暫定）天然氣鍋爐房，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)有哪個(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總線(xiàn)是最常用的，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)里面嵌入神經(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RS485接口，可以實(shí)現與STEC2000的通訊，具體的編碼如下所示：
　　 …..
　　send 0x01,0x03,0x00,0x00,0x00,0x0c,0x45,0xcf
　　 loop(300)
　　 6*6
　　 endl
　　 recv(29)
　　 if(db(2) :: 0x18)
　　 outdoorT = (db(25)*256 + db(26))/100
　　 PM1 = (db(11)*256 + db(12))/100
　　 PM2 = (db(13)*256 + db(14))/100
　　 PM3 = (db(15)*256 + db(16))/100
　　 SystemT = (db(7)*256 + db(8))/100
　　 HCCT = (db(19)*256 + db(20))/100
　　 trace outdoorT=,%f,outdoorT,PM1=,%f,PM1,PM2=,%f,PM2
　　 trace PM3=,%f,PM3,SystemT=,%f,SystemT,HCCT=,%f,HCCT
　　 sxv(200,outdoorT)
　　 sxv(201,PM1)
　　 sxv(202,PM2)
　　 sxv(203,PM3)
　　 sxv(204,SystemT)
　　 sxv(205,HCCT)
　　 …..
　　　　系統的液晶屏顯示畫(huà)面如下：
　　
　　
　　
　　
　　　　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。
　　
　?。ㄎ澹?工程總結
　　　　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，得到了甲方技術(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，比較完美的實(shí)現了甲方的設計。

pid控制器相關(guān)文章:pid控制器原理