利用LonWorks技術(shù)實(shí)現通信基站的動(dòng)力環(huán)境監控

一、 概述

電信部門(mén)的通信基站往往擔負著(zhù)很重要的通信任務(wù)，為保障各種通信設備的正常不間斷運行，對供電系統和環(huán)境的要求就非常高，隨著(zhù)郵電通信部門(mén)朝機房無(wú)人值守化方向的發(fā)展，對動(dòng)力與環(huán)境實(shí)現自動(dòng)化監控成為必然的趨勢。相對一般的樓宇建筑，電信部門(mén)的通信基站有設備種類(lèi)多，設備更專(zhuān)業(yè)化、更復雜的特點(diǎn)，這給監控系統的實(shí)施帶來(lái)了更大的難度。如何根據通信基站的特點(diǎn)，選擇合理的系統方式和監控技術(shù)，是該行業(yè)用戶(hù)和系統開(kāi)發(fā)者都非常關(guān)注的問(wèn)題。

眾所周知，自動(dòng)監控系統(或稱(chēng)為測控系統)正在向分布式和網(wǎng)絡(luò )化方向發(fā)展，分布式監控系統的關(guān)鍵在于其聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，即通常所說(shuō)的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。目前有多種現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)并存，并在不同的應用領(lǐng)域得到了不同程度的應用，如在樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域，美國Echelon公司推出的LonWorks總線(xiàn)技術(shù)就得到了大量應用，逐漸成為該行業(yè)的一種事實(shí)標準。鑒于通信基站的動(dòng)力環(huán)境監控正是一種特殊的樓宇監控，加之LonWorks技術(shù)本身所具有的諸多特點(diǎn)和優(yōu)勢，在經(jīng)過(guò)多方面的論證后，我們最終選定了LonWorks作為本公司動(dòng)力環(huán)境監控系統的現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。下面讓我們通過(guò)一個(gè)系統實(shí)例來(lái)看看如何利用這一新技術(shù)來(lái)構筑通信基站的動(dòng)力環(huán)境監控系統。

二、 系統構成

以L(fǎng)onWorks技術(shù)為基礎，我們成功地為上海市長(cháng)途電信局完成了七寶衛星地面通信站動(dòng)力、環(huán)境監控系統項目。該項目要求對通信站內的高壓二次回路、電容補償柜、低壓配電柜、UPS、電池組、專(zhuān)用空調、柴油發(fā)電機等對象進(jìn)行實(shí)時(shí)信號采集和部分操作控制，一旦發(fā)現數據或狀態(tài)異常，迅即發(fā)出報警(屏幕提示與聲音告警)，并對各種事件和操作信息進(jìn)行存儲，隨時(shí)查詢(xún)，按用戶(hù)要求生成各種報表。

監控系統由三部分組成：信號轉換子系統、LonWorks采集控制網(wǎng)絡(luò )、上位監控PC子系統。各部分相互關(guān)系如下：

系統中LonWorks現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )由三類(lèi)節點(diǎn)組成：

1) 模擬量采集節點(diǎn)

主要由NEURON芯片、TP/FT-10自由拓撲收發(fā)器、程序存儲器、串行A/D芯片等組成?？赏瓿?4路模擬量信號的數-模轉換，采樣分辨率為10位。

2) 開(kāi)關(guān)量采集節點(diǎn)

主要由NEURON芯片、TP/FT-10自由拓撲收發(fā)器、程序存儲器、移位寄存器等組成?？山?4路開(kāi)關(guān)量輸入，信號全部采用光電隔離。

3) 通信協(xié)議轉換節點(diǎn)

在ECHELON公司的可編程的串行網(wǎng)關(guān)PSG/2的基礎上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，分別將Sampsion柴油發(fā)電機、Liebert專(zhuān)用空調、蓄電池監測儀的串行通信協(xié)議轉換到LonTalk網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，利用此種形式可將各種不同的智能設備都聯(lián)結到LonWorks網(wǎng)絡(luò )，達到系統集成的目的。

系統內所有節點(diǎn)之間均用一對雙絞線(xiàn)進(jìn)行連接，采用自由拓撲結構，節點(diǎn)間的最大距離可達500米，完全可以適應一般通信基站內的情況，如需要更遠距離的連接，則可采用總線(xiàn)拓撲結構(可達2700米)，或采用加入重發(fā)器的方法。

在上位PC機部分，采用可編程的串行網(wǎng)關(guān)PSG/2作為L(cháng)onWorks網(wǎng)絡(luò )接口，將LonTalk協(xié)議轉換為串行通信，與上位監控機相聯(lián)。這樣通過(guò)監控機將LonWorks網(wǎng)絡(luò )集成到計算機局域網(wǎng)(LAN)，在LAN上則采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò )協(xié)議進(jìn)行更高一級的系統集成。

三、 總結

通過(guò)本次七寶衛星通信站的動(dòng)力、環(huán)境計算機監控項目的實(shí)施，證明LonWorks技術(shù)在此類(lèi)應用中是完全適用的，并體現出了一系列優(yōu)點(diǎn)：

1. 先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )通信，突破了傳統現場(chǎng)總線(xiàn)的諸多限制

LonWorks將先進(jìn)的計算機局域網(wǎng)技術(shù)引入監控領(lǐng)域，使現場(chǎng)的每個(gè)采集控制節點(diǎn)均具有了強大的網(wǎng)絡(luò )通信功能，不僅實(shí)現了節點(diǎn)間的對等通信、上下位機間的雙向通信，更使每個(gè)現場(chǎng)節點(diǎn)都能自發(fā)地傳送報警信號和采集結果，實(shí)現真正意義上的實(shí)時(shí)采集，而傳統的現場(chǎng)總線(xiàn)采用主/從方式，即每個(gè)節點(diǎn)只有在上位機查詢(xún)到本節點(diǎn)時(shí)，才可能向上傳送信息，當節點(diǎn)增多或某些節點(diǎn)出現故障或占用總線(xiàn)時(shí)間長(cháng)時(shí)，就可能使其它節點(diǎn)的報警信號和采集數據延遲發(fā)送甚至丟失，實(shí)時(shí)性和可靠性均得不到保證。而LonWorks所采用的LonTalk網(wǎng)絡(luò )協(xié)議則從根本上解決了上述問(wèn)題，并且通過(guò)改進(jìn)的CSMA(一種碰撞、沖突檢測方法)，使網(wǎng)絡(luò )負載很重時(shí)，也不會(huì )導致網(wǎng)絡(luò )癱瘓。

同時(shí)，采用LonWorks技術(shù)，使現場(chǎng)通信速率很輕易就達到78 Kbps以上。

2. 連接方式靈活，系統擴充方便

LonWorks技術(shù)能支持各種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，項目中我們采用了自由連接的方式，既每個(gè)節點(diǎn)與就近的節點(diǎn)相連，毋需考慮其相互間的關(guān)系，其結果是大大方便了系統的結構設計和布線(xiàn)施工，也避免了傳統總線(xiàn)式接線(xiàn)中不可避免的布線(xiàn)浪費。

自由拓撲所帶來(lái)的另一個(gè)好處是系統擴充變得非常方便，需要增加采集點(diǎn)時(shí)，只需在就近地方安裝好采集節點(diǎn)，然后將該節點(diǎn)用兩根雙絞線(xiàn)連接至就近的另一節點(diǎn)即可，而不需要擔心節點(diǎn)的加入給原有系統結構帶來(lái)的改變。

3. 更利于模塊化系統設計

由于每個(gè)LonWorks核心芯片內都集成了網(wǎng)絡(luò )通信、I/O功能及可編程能力，這使得每個(gè)節點(diǎn)都具有完整的處理能力，可以不依賴(lài)于其它節點(diǎn)或設備而完全獨立地工作。

4. 編程、調試方便，開(kāi)發(fā)效率提高，

LonWorks節點(diǎn)的編程采用了最通用的高級語(yǔ)言--C語(yǔ)言，使硬件開(kāi)發(fā)人員徹底擺脫了繁瑣的匯編語(yǔ)言，以更結構化的方式更快地編程。另一方面，LonWorks的開(kāi)發(fā)有完善的開(kāi)發(fā)工具和模擬調試環(huán)境做后盾，是其它控制總線(xiàn)技術(shù)目前都不具備的。

LonWorks技術(shù)的核心--內嵌的LonTalk網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，使開(kāi)發(fā)人員完全避免了復雜的通信控制編程，將精力集中于編寫(xiě)更好的I/O應用，對常用的各種I/O方式也提供了現成的庫函數支持，使編程的工作大大簡(jiǎn)化，深受開(kāi)發(fā)人員的歡迎。

可以看到，由于采用了先進(jìn)的LonWorks技術(shù)，使我們研制的通信基站動(dòng)力環(huán)境監控系統具有了更好的開(kāi)放性、靈活性和可擴展性，也最大程度地保護了用戶(hù)的投資。