基于LonWorks水廠(chǎng)前端智能節點(diǎn)的配置與實(shí)現
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2 智能節點(diǎn)
隨著(zhù)嵌入式技術(shù)的發(fā)展，可用于數據采集與控制的CPU芯片多。但是，要作為全分布式管控一體化網(wǎng)絡(luò )系統中的節點(diǎn)，相比之下，Eche lon公司推出的Neuron Chip可謂其中的佼佼者之一。比如MC143120／143150芯片，有3個(gè)CPU，分別是MAC處理器、網(wǎng)絡(luò )處理器和應用處理器；另有1 kB／2 kBRAM、10 kB ROM、0．5 kB／1 kB E2ROM和2個(gè)16位計數器，支持ISO／OSI協(xié)議。其中MAC處理器主要用于外部介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制，實(shí)現ISO／OSI 7層協(xié)議的第1～2層功能；網(wǎng)絡(luò )處理器實(shí)現ISO／OSI 7層協(xié)議的第3～6層功能，處理網(wǎng)絡(luò )變量、地址認證、后臺診斷、軟件定時(shí)、網(wǎng)絡(luò )管理及路由等項工作；應用處理器位于ISO／OSI協(xié)議的最上層，執行用戶(hù)的應用程序，為用戶(hù)操作服務(wù)。3個(gè)CPU之間通過(guò)內部設置的網(wǎng)絡(luò )緩沖器和應用緩沖器進(jìn)行數據傳送。
在外特性方面，MC143120／143150具有11個(gè)I／O口、8位雙向數據線(xiàn)和16位地址線(xiàn)，支持TTL電平，支持并／串行數據輸入輸出，可外接64 kB外部存儲器。在11個(gè)I／O口中包括RS-232／485串行通信口、定時(shí)器／計數器、位輸入輸出等。傳送數據可以是位，也可以是字節，還可同時(shí)進(jìn)行CRC校驗。在開(kāi)發(fā)設計時(shí)，內部存儲器RAM／ROM用以駐留系統程序和用戶(hù)開(kāi)發(fā)的應用程序，比如操作系統、LonTalk通信協(xié)議、IO數據庫、網(wǎng)絡(luò )配置、地址表和一個(gè)全世界唯一的48位標識碼，即神經(jīng)元ID號。也正是這ID號，是構建全分布式網(wǎng)絡(luò )體系的基礎。這種節點(diǎn)，除了連接到底層控制網(wǎng)上之外，還可直接連接到企業(yè)Internet／Intranet上。作為底層節點(diǎn)使用，其示意如圖1所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/159752.htm
除此之外，Echelon公司還給出了配套的智能收發(fā)器、節點(diǎn)開(kāi)發(fā)工具NodeBuilder和通信協(xié)議LonTalk。通過(guò)可編程收發(fā)器，Neuron Chip可與多種通信介質(zhì)連接，比如雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纖，無(wú)線(xiàn)和紅外線(xiàn)等。并且針對不同的通信接口，可配置為三種不同的接口模式：?jiǎn)味?、差分和?zhuān)用模式，以適應不同的編碼方式和波特率。在ROM中包含LonTalk協(xié)議的固化程序，這使得Neuron芯片能保證在每一個(gè)裝置(節點(diǎn))中以公共協(xié)議通信，解決了兼容性問(wèn)題，使LonWorks裝置(節點(diǎn))在同一網(wǎng)絡(luò )上的連接簡(jiǎn)單快捷。
LonWorks節點(diǎn)是同物理上與之連接的I／O設備交互作用并在網(wǎng)上使用LonTalk協(xié)議通信的一類(lèi)對象，有兩種類(lèi)型。在第一種類(lèi)型中，Neur on芯片是唯一的處理器，充當LonWorks的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)。適合于I／O設備簡(jiǎn)單，處理任務(wù)不復雜的系統，稱(chēng)之為基于Neuron芯片的節點(diǎn)(Neuron Chip-hosted)；在第二種類(lèi)型中，Neuro芯片只作為通信處理器，充當LonWorks的網(wǎng)絡(luò )接口，節點(diǎn)應用程序由主處理器來(lái)執行，這類(lèi)節點(diǎn)適合于對處理能力、輸入／輸出能力要求較高的系統，稱(chēng)之為基于主機的節點(diǎn)(host—based)，主處理器可以是其他微控制器或者PC機等。
3 智能節點(diǎn)的配置
為了便于用戶(hù)使用，Echelon公司在推出Neuron Chip以后，又推出了以上述Neuron Chip為核心用于現場(chǎng)底層的節點(diǎn)控制器，也稱(chēng)為回路控制器。其中HLC-1是最基本的一種，滿(mǎn)足LonWorks技術(shù)對于底層節點(diǎn)的全部要求，不僅可以執行協(xié)議，實(shí)現數據采集與處理，完成底層控制，而且還提供通信介質(zhì)接口，以公用的協(xié)議進(jìn)行通信。對于外部，具有4通道0～5V(4～20mA)12位A／D轉換的模擬量輸入、2通道0～5V(4～20 mA)12位D／A轉換的模擬量輸出，2通道數字量(觸點(diǎn)或電平)輸入及2通道開(kāi)關(guān)量輸出，還能組合2通道PID調節器。安裝完成后，HLC-1回路控制器不僅可以實(shí)時(shí)接收上位機的控制命令，實(shí)現對底層執行機構的控制，還可以完全脫離上層管理系統，自行完成底層數據采集、數據處理及設備運行的調控。而且，HLC-1采用的是模塊化結構，多個(gè)HLC-1可組合在一起，構成一個(gè)大的模塊，以連接更多的前端測控設備。
在某水廠(chǎng)的設計方案中，底層配置了4個(gè)Lonworks智能節點(diǎn)，即回路控制器HLC-1。其中2個(gè)節點(diǎn)由組合模塊組成，各含2個(gè)8路模擬量輸入模塊，用以對格柵絮凝沉淀池的20個(gè)液位計輸入的模擬信號進(jìn)行轉換、處理、記錄和匯總。另外2個(gè)節點(diǎn)的模擬／數字輸入模塊分別用于進(jìn)水口和出水口數據監測。在進(jìn)水口測量流量、濁度、入水管壓力；在清水池檢測余氯含量、濁度、PH值、水位；在出水管口檢測出水流量和壓力。其結構如圖2所示。
每一個(gè)節點(diǎn)配置FTT-10A收發(fā)器，以提高通信能力。該收發(fā)器支持自由拓撲結構(包括星型、總線(xiàn)型和環(huán)型等)，通信速率為78 kbps；其中總線(xiàn)型拓撲結構的最長(cháng)通信距離是2 700 m，可滿(mǎn)足一般小型水廠(chǎng)的需求。當超出最大通信距離后，可在總線(xiàn)兩端使用中繼器，以延長(cháng)通信距離。
由智能節點(diǎn)向上，連接網(wǎng)絡(luò )適配器，這里選用PCLTA-10，可插入PC機的擴展槽上，既能與所有和總線(xiàn)連接的現場(chǎng)智能節點(diǎn)進(jìn)行對等雙向通信，又能快速與PC機進(jìn)行數據交換，實(shí)現復雜的數據處理和高級監控功能，在PC機與現場(chǎng)智能節點(diǎn)之間起到“上傳下達”的作用。同樣．配置FTT-10A收發(fā)器，提高通信能力，支持自由拓撲結構，最多可連接128個(gè)智能節點(diǎn)，這里僅連接了4個(gè)。
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