Lonworks總線(xiàn)及其應用
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現場(chǎng)總線(xiàn)是20世紀80年代中期在國際上發(fā)展起來(lái)的。隨著(zhù)微處理器與計算機功能的不斷增強和價(jià)格的降低，計算機與計算機網(wǎng)絡(luò )系統得到迅速發(fā)展?，F場(chǎng)總線(xiàn)可實(shí)現整個(gè)企業(yè)的信息集成，實(shí)施綜合自動(dòng)化，形成工廠(chǎng)底層網(wǎng)絡(luò )，完成現場(chǎng)自動(dòng)化設備之間的多點(diǎn)數字通信，實(shí)現底層現場(chǎng)設備之間以及生產(chǎn)現場(chǎng)與外界的信息交換?，F場(chǎng)總線(xiàn)是應用在生產(chǎn)現場(chǎng)、在微機化測量控制設備之間實(shí)現雙向串行多節點(diǎn)數字通信的系統，也被稱(chēng)為開(kāi)放式、數字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò )。
迄今為止，比較成熟的并且比較有影響力的現場(chǎng)總線(xiàn)則有以下幾種類(lèi)型：
1.FF，2.PROFIBUS，3.CAN，4.Lonworks，5.Devicenet，6.Interbus，7.WorldFIP，8.Swiftnet，9.P-net，10. CC-link，11.AS-i，12.controllnet。
由于現場(chǎng)總線(xiàn)系統打破了傳統控制系統采用的按控制回路要求，設備一對一的分別進(jìn)行連線(xiàn)的結構形式。把原先DCS系統中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊放入現場(chǎng)設備，加上現場(chǎng)設備具有通信能力，因而控制系統功能能夠不依賴(lài)控制室中的計算機或控制儀表，直接在現場(chǎng)完成，實(shí)現了徹底的分散控制。
現場(chǎng)總線(xiàn)系統在技術(shù)上具有以下特點(diǎn)：
１ 系統具有開(kāi)放性和互用性
通信協(xié)議遵從相同的標準，設備之間可以實(shí)現信息交換，用戶(hù)可按自己的需要，把不同供應商的產(chǎn)品組成開(kāi)放互連的系統。系統間、設備間可以進(jìn)行信息交換，不同生產(chǎn)廠(chǎng)家的性能類(lèi)似的設備可以互換。
２ 系統功能自治性
系統將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現場(chǎng)設備中完成，現場(chǎng)設備可以完成自動(dòng)控制的基本功能，并可以隨時(shí)診斷設備的運行狀況。
３ 系統具有分散性
現場(chǎng)總線(xiàn)構成的是一種全分散的控制系統結構，簡(jiǎn)化了系統結構，提高了可靠性。
４ 系統具有對環(huán)境的適應性
現場(chǎng)總線(xiàn)支持雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線(xiàn)、電力線(xiàn)等，具有較強的抗干擾能力，能采用兩線(xiàn)制實(shí)現供電和通信，并可以滿(mǎn)足安全防爆的要求。
由于現場(chǎng)總線(xiàn)結構簡(jiǎn)化，不再需要DCS系統的信號調理、轉換隔離等功能單元及其復雜的接線(xiàn)，節省了硬件數量和投資。簡(jiǎn)單的連線(xiàn)設計，節省了安裝費用。設備具有自診斷與簡(jiǎn)單故障處理能力，減少了維護工作量。設備的互換性、智能化、數字化提高了系統的準確性和可靠性。還具有設計簡(jiǎn)單，易于重構等優(yōu)點(diǎn)。
下面本文對Lonworks總線(xiàn)和其技術(shù)特點(diǎn)及原理進(jìn)行詳細闡述：
1. Lonworks總線(xiàn)及Lonworks系統特點(diǎn)：
Lonworks是由美國Echelon公司于20世紀90年代初推出的現場(chǎng)總線(xiàn)，它采用ISO/OSI模型的全部7層通訊協(xié)議，這是在現場(chǎng)總線(xiàn)中唯一提供全部服務(wù)的現場(chǎng)總線(xiàn)，在工業(yè)控制系統中可同時(shí)應用在Sensor Bus、Device Bus、Field Bus等任何一層總線(xiàn)中。它除了具有上面說(shuō)提到的現場(chǎng)總線(xiàn)的公共的特點(diǎn)外，另外，在一個(gè)Lonworks控制網(wǎng)絡(luò )中，智能控制設備(節點(diǎn))使用同一個(gè)通信協(xié)議與網(wǎng)絡(luò )中的其它節點(diǎn)通信。每個(gè)節點(diǎn)都包含內置的智能來(lái)完成協(xié)議的監控功能。一個(gè)Lonworks控制網(wǎng)絡(luò )可以有3個(gè)到30000個(gè)或更多的節點(diǎn)：傳感器功能(溫度、壓力等)、執行器功能(開(kāi)關(guān)、調節閥、變頻驅動(dòng)等)、操作接口(顯示、人機界面等)、控制功能(新風(fēng)機組、VAV等)。由于不需要像傳統控制系統中的中央控制器，Lonworks分布式控制技術(shù)顯示出很高的系統可靠性和系統響應，并且降低了系統的成本和運行費用。神經(jīng)元芯片完成節點(diǎn)的事件處理，并通過(guò)多種介質(zhì)把處理結果傳遞給網(wǎng)絡(luò )上的其它節點(diǎn)。同時(shí)還采用面向對象的設計方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )變量把網(wǎng)絡(luò )通信設計簡(jiǎn)化為參數設置。支持雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纜和紅外線(xiàn)等多種通信介質(zhì)和多種拓撲結構，并開(kāi)發(fā)了本質(zhì)安全防爆產(chǎn)品，被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò )。
Lonworks的核心是神經(jīng)元芯片(Neuron Chip)，使用CMOS CLSI技術(shù)的神經(jīng)元芯片使實(shí)現低成本的控制網(wǎng)絡(luò )成為可能。神經(jīng)元芯片是高度集成的內部含有3個(gè)8位的CPU：第一個(gè)CPU為介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制處理器，處理LonTalk協(xié)議的第一層和第二層；Neuron芯片的編程語(yǔ)言為Neuron C，它是從ANSI C中派生出來(lái)的，并對ANSI C進(jìn)行了刪減和增補。Neuron芯片可以通過(guò)5個(gè)通信管腳與網(wǎng)絡(luò )上的其它節點(diǎn)交換信息，也可以通過(guò)11個(gè)應用管腳與現場(chǎng)的傳感器和執行器交換信息。11個(gè)應用管腳具有34種應用操作模式，可以在不同的配置下為外部提供靈活的接口和芯片內部的計時(shí)器應用。第二個(gè)CPU為網(wǎng)絡(luò )處理器，它實(shí)現LonTalk協(xié)議的第三層至第六層；第三個(gè)CPU為應用處理器，實(shí)現LonTalk協(xié)議的第七層，執行用戶(hù)編寫(xiě)的代碼及用戶(hù)代碼所調用的操作系統服務(wù)。神經(jīng)元芯片實(shí)現了完整的Lonworks的LonTalk通信協(xié)議。而開(kāi)放式Lonworks系統具有如下的特點(diǎn)：
1. 在設計、安裝和啟動(dòng)上采用工業(yè)標準的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。
2. 包含來(lái)自多個(gè)廠(chǎng)商的符合Lonmark的產(chǎn)品。
3. 除非和傳統系統相互作用或者規范要求，不需要網(wǎng)關(guān)。
4. 與專(zhuān)用垂直子系統的實(shí)施不同，強調水平功能性。
并且由于在工程應用中這個(gè)開(kāi)放式系統包含來(lái)自多廠(chǎng)商的，那么各個(gè)廠(chǎng)家的設備之間使如何實(shí)現一致性和可互操作性呢，LonMark標準便是為解決這一問(wèn)題而制定的。如果Lonworks系統集成商想要構建開(kāi)放式系統，就應該盡可能使用滿(mǎn)足LonMark標準的產(chǎn)品，并且要使用基于Lonworks的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的網(wǎng)絡(luò )工具設計、安裝和啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò )。
2. Lonworks的一致性和互操作性
2.1. Lonworks的一致性
Lonworks的一致性是指產(chǎn)品符合ANSI/EIA 709.1標準的指標。ANSI/EIA 709.1標準符合國際標準化組織的底層協(xié)議標準，其中從第一層到第六層的功能完全有標準來(lái)處理，使用者只需對應用層進(jìn)行編程。最容易達到的辦法是應用包含有ANSI/EIA 709.1標準的微處理器。神經(jīng)元芯片和ANSI/EIA 709.1標準配合作為固件可進(jìn)入所有采用神經(jīng)元芯片的設備中去。它可做為主處理器被執行應用，也可以作為總線(xiàn)連接器給世紀的主機提供通信渠道。
2.2. Lonworks的互操作性
因為符合一致性的兩個(gè)設備在如何交換數據的過(guò)程中仍然存在各種可能性，所以一致性還不足以保證節點(diǎn)之間有意義的相互作用。節點(diǎn)之間必須在如何交換數據，如何翻譯數據，以及動(dòng)作引起的反映等方面做出約定，才能保證互操作性和可靠的通信。LonMark互操作性準則便為L(cháng)onworks設備之間的互操作提供了基礎。
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