STEC2000控制器在LonWorks總線系統(tǒng)中應用

（一） 緒論
　　　　在現(xiàn)今的自動化工程中，可編程控制器（PLC）與上位機的結合仍然占據(jù)主流，隨著總線技術和通信技術的飛速發(fā)展，各種計量儀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，所以各個控制器廠家也相應的擴展了自己產品的接口，使得控制器具有了更廣泛的應用性。當前流行的現(xiàn)場總線主要有MODBUS、PROFIBUS、CAN、LonWorks等，由于各個總線的接口技術以及通信協(xié)議的差異，使得其傳輸介質也不同，例如常見的MODBUS接口采用了RS485，所以通過分極性的雙絞線傳輸數(shù)據(jù)。80年代后期，美國埃施朗公司（Echelon）開始開發(fā)LonWorks技術平臺，確信它將成為控制網的通用標準。
　　
　?。ǘ?Lonworks總線簡介
　　　　LonWorks控制網在某些方面相似于被成為局域網或LAN的數(shù)據(jù)網。數(shù)據(jù)網由結合各種通信介質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。控制網包含類似的、就控制的成本、規(guī)模、性能和響應特征優(yōu)化的部件。實現(xiàn)理想的控制功能的專用網絡就叫局部操作網絡LON（Local Operating Network）。它的特征使網絡系統(tǒng)能擴展到數(shù)據(jù)組網技術無能為力的一類應用中，控制系統(tǒng)和裝置的制造商能通過在他們產品中組合LonWorks的設計縮短開發(fā)和設計的時間。LonWorks控制網的復雜程度不一樣，可以由幾個節(jié)點的機器內裝小網到幾千個節(jié)點的樓宇控制系統(tǒng)。
　　　　LonTalk通信協(xié)議是LonWorks技術的核心。該協(xié)議提供一套通信服務，使裝置中的應用程序能在網絡中對其他裝置接受或發(fā)送數(shù)據(jù)而無需知道網絡拓撲、名稱、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、報文證實和優(yōu)先級確認，是一個分層的以數(shù)據(jù)包為基礎的對等的通信協(xié)議，使用類似于以太網所用的“CSMA”算法來處理網上報文沖突。
　　　　LonTalk控制網中每個節(jié)點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(jié)點地址。節(jié)點和節(jié)點之間的通信首先要知道邏輯地址，然后通過綁定的網絡變量來實現(xiàn)。網絡變量（NV）是任何數(shù)據(jù)項（溫度、壓力或者調節(jié)閥開度給定等），它們是一個特定裝置的應用程序期望從網上其它裝置得到的（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來自何處或者輸出NV走向何處，因為在網絡設計和安裝期間會有一個變量“捆綁”的過程，這樣在一個裝置的輸入NV和另一個裝置的輸出NV之間建立了邏輯連接，可以理解成為建立了“虛擬線路”。邏輯地址和每個節(jié)點提供的網絡變量都固化在神經元芯片中。
　　　　LonTalk協(xié)議在設計上是獨立于介質的，這使LonWorks系統(tǒng)可以在任何物理傳輸介質上通信，常用的信道類型有TP/XF –1250、 TP/XF –78、TP/FL –10、PL-2X（電力線）等，傳輸?shù)淖畲笏俾士蛇_1.25Mbps。
　　
　　（三） STEC2000控制器簡介
　　　　STEC2000控制器是北京碩人時代科技有限公司自主研發(fā)的嵌入式控制器，是以嵌入式技術為基礎，采用Motorola 32位高速CPU和嵌入式實時LINUX操作系統(tǒng)，集現(xiàn)場采集、顯示操作、控制、通訊為一體，可廣泛應用于市政（熱力、自來水、煤氣等）、樓宇自動化（空調、安防等）等領域。STEC2000控制器采用模塊化體系結構，可根據(jù)需求靈活組配幾個點到上百個點的現(xiàn)場控制設備。
　　 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時Linux操作系統(tǒng)，并且?guī)в?M的FLASH芯片，以及16M的電子盤，在背扳上帶有8個擴展槽，可根據(jù)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，可以通過跳線選擇輸出電流或者電壓信號，來控制現(xiàn)場的各種設備；數(shù)字輸入（DI）模塊帶有12路數(shù)字量輸入通道，接受現(xiàn)場的干結點開關狀態(tài)，其中前三路可以當作脈沖計數(shù)器；數(shù)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；液晶和鍵盤操作模塊帶有5寸256色液晶顯示器以及薄膜鍵盤，用于現(xiàn)場人機交互。
　　
　　
　　
　　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(shù)并進行壞數(shù)過濾。本控制器支持按用戶定義的方式將采集的電流電壓數(shù)據(jù)變換為相應物理量。數(shù)據(jù)掃描周期可以在0.05-2秒之間進行設定。
　　
　　4.3.2.2 存儲功能
　　　　物理量數(shù)據(jù)每隔一段時間如1分鐘（可組態(tài)設定）保存一次，掉電后不會丟失。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5寸的彩色液晶屏。用戶可以其對顯示畫面和參數(shù)進行自由組態(tài)。
　　
　　4.3.2.4 通訊功能
　　　　STEC2000控制器內置Socket Server, 標準串口（9針）、RJ45以太網接口、RJ11電話接口等硬件設施?？刂破髦С諸CP/IP、ModBus、PPP等協(xié)議，Soket連接，232/484通訊，以太網通訊，電話撥號通訊及無線通訊連接（GSM、GPRS等）。
　　
　　4.3.2.5 自檢功能
　　　　STEC2000控制器上電后，自動檢查主板、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，可通過簡單的組態(tài)進行選擇?？刂破鬟€支持用戶以腳本語言方式進行二次開發(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，STEC2000控制器會通過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)生時間、故障內容、故障參數(shù)值（或狀態(tài)）等信息。同時會在液晶的報警信息欄顯示此故障信息，當多個報警存在時，報警信息會滾動顯示。
　　4.3.2.8 人機交互
　　　　用戶可以通過STEC2000控制器的鍵盤進行人機交互：選擇控制方式，設定參數(shù)值，取消報警等。
　　
　　4.3.2.9 Web訪問
　　　　STEC2000控制器內置Web Server對控制器運行狀態(tài)進行網頁發(fā)布，用戶可從任何地方通過電話線或以太網等方式登陸瀏瀏覽網頁以了解控制器運行情況。本功能受用戶密碼保護。
　　
　　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，用戶可以通過電話、以太網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行組態(tài)。本功能受用戶密碼保護。
　　
　　4.3.2.11 靈活配置
　　　　1個CPU主控模塊最多可以支持8個擴展模塊。用戶可以根據(jù)所要采集數(shù)據(jù)的類型自由配置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(shù)據(jù)、控制程序、顯示操作、報警、通訊管理、數(shù)據(jù)存儲等各種功能的組態(tài)。
　　
　?。ㄒ唬?實際工程應用
　　　　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，為了實現(xiàn)無人值守，需在每一個鍋爐房內建立本地控制室，并建立一座中心主控機房，對這60個本地控制室進行集中監(jiān)控。
　　　　為了實現(xiàn)集中監(jiān)控，除了現(xiàn)場的溫度、壓力以及各個水泵的控制外，需要同燃氣流量計以及鍋爐控制器進行通訊。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，STEC2000沒有哪個神經元芯片，所以要想辦法轉換總線接口，現(xiàn)把實現(xiàn)方法介紹如下。
　　　　Modbus總線是最常用的，所以可以用一個網關實現(xiàn)Lonworks總線與Modbus總線的轉換。網關里面嵌入神經元芯片，使用專門的軟件可以實現(xiàn)鍋爐控制器與網關變量的綁定，比如說室外溫度可以綁定在網關中的第25、26個字節(jié)，系統(tǒng)供水溫度綁定在第7、8個字節(jié)等，網關的另外一個接口是RS485接口，可以實現(xiàn)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(tǒng)的液晶屏顯示畫面如下：
　　
　　
　　
　　
　　　　鍋爐的控制數(shù)據(jù)采集到STEC2000控制器后，經過寬帶送到監(jiān)控中心的上位機軟件，實現(xiàn)遠程監(jiān)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，實現(xiàn)與多種總線的通訊，并且通訊腳本開發(fā)簡單，得到了甲方技術人員的認可。有了與Lonworks總線的穩(wěn)定通訊，再加上原有的熱網監(jiān)控經驗，比較完美的實現(xiàn)了甲方的設計。

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