LonWorks在反應(yīng)罐自動溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

一． 概述：
　　1999年7月，某生物制劑有限責(zé)任公司有一套反應(yīng)罐自動溫度控制系統(tǒng)項(xiàng)目需要進(jìn)行研制開發(fā)，用戶指定要求采用LonWorks技術(shù)并在北京、上海聯(lián)系了幾家LonWorks設(shè)備廠商進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和報(bào)價(jià)，我單位以系統(tǒng)方案合理、質(zhì)量可靠、價(jià)格低贏得該項(xiàng)目。
　　
　　二． 系統(tǒng)構(gòu)成：
　　系統(tǒng)共有48個(gè)反應(yīng)罐和3條冷媒管線自動恒壓供液控制。系統(tǒng)總的輸入點(diǎn)有268個(gè)，輸出點(diǎn)有150個(gè)，總的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信變量有1800個(gè)。
　　1．一類控制對象模塊配置：
　　 一類控制對象有48個(gè)反應(yīng)罐，采用MA2125控制模塊，每個(gè)模塊分別控制：
　　 PT100溫度輸入 4點(diǎn)
　　 開關(guān)量輸入(光電隔離) 6點(diǎn)
　　 繼電器輸出(AC220V 1A，感性負(fù)載) 6點(diǎn)
　　 每個(gè)MA2125控制模塊可控制2個(gè)反應(yīng)罐。采用這種方式控制，可以大大降低總系統(tǒng)的造價(jià)。由于每個(gè)反應(yīng)罐的測量控制點(diǎn)都集中在一個(gè)控制模塊中，這樣可以極大提高系統(tǒng)的可靠性和提高控制速度。
　　2．二類控制對象模塊配置：
　　二類控制對象有3條冷媒管線自動恒壓供液控制。
　　 采用MA2126控制模塊，每個(gè)模塊分別控制：
　　 PT100溫度輸入 2點(diǎn)
　　 4～20mA電流輸入 3點(diǎn)
　　 4～20mA電流輸出 1點(diǎn)
　　 開關(guān)量輸入(光電隔離) 2點(diǎn)
　　 繼電器輸出(AC220V 1A，感性負(fù)載) 1點(diǎn)
　　 每個(gè)MA2126模塊控制1條冷媒管線自動恒壓供液控制。
　　3．其它模塊配置：
　　 MA2113 時(shí)鐘模塊 1個(gè)
　　 MA2121 PC-LonWorks控制模塊 2個(gè)
　　4．系統(tǒng)滿足下列技術(shù)條件要求：
　?。?）各種工藝流程圖畫面顯示切換，包含電機(jī)旋轉(zhuǎn)、攪拌等狀態(tài)變化，液體流動模擬顯示。
　?。?）系統(tǒng)工藝各項(xiàng)參數(shù)調(diào)整設(shè)置，標(biāo)準(zhǔn)工藝曲線設(shè)置、存儲、調(diào)用。
　?。?）各種歷史曲線、實(shí)時(shí)曲線、數(shù)字顯示。
　　（4）各種曲線、事件查詢。
　?。?）各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)、事件報(bào)表。
　?。?）畫面曲線、事件報(bào)表輸出打印。
　?。?）系統(tǒng)2臺上位機(jī)雙機(jī)熱備份。
　?。?）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)均可用MODEM遠(yuǎn)程撥號上網(wǎng)瀏覽。
　　
　　三．系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案介紹：
　　 交通部上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所于1998年研制成功了STI-VC2100MA系列控制模塊，該模塊是一種基于LonWorks控制技術(shù)系統(tǒng)的低成本、高性能的現(xiàn)場總線系統(tǒng)模塊，能在高濕、高溫、沖擊、振動、腐蝕、強(qiáng)電磁干擾等惡劣的環(huán)境下工作，由該系列模塊組成的STI-VC2100MA系統(tǒng)，符合中國船檢局頒發(fā)的《鋼質(zhì)海船建造規(guī)范》以及軍用標(biāo)準(zhǔn)《艦船自動控制規(guī)范》的要求，已通過中國船級社認(rèn)證和勞氏船級社環(huán)境條件標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)。系統(tǒng)主要環(huán)境運(yùn)行條件和技術(shù)指標(biāo)如下：
　　 工作溫度范圍：-25℃～＋70℃
　　 相對濕度：〈98％ 55℃時(shí)
　　 振動：±1.0g
　　 電磁兼容性符合IEC801《電磁兼容性》的要求
　　 電源電壓：直流18V～36V
　　A/D、D/A轉(zhuǎn)換精度：0.5%
　　 STI-VC2100MA系列控制模塊已通過中國船級社認(rèn)證和勞氏船級社環(huán)境條件標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn),以下是試驗(yàn)內(nèi)容：
　　(1) 電源變化試驗(yàn)。
　　(2) 電源故障試驗(yàn)。
　　(3) 耐電壓試驗(yàn)。
　　(4) 絕緣電阻測試。
　　(5) 高溫試驗(yàn)。
　　(6) 濕熱試驗(yàn)。
　　(7) 振動試驗(yàn)。
　　(8) 輻射電磁場干擾試驗(yàn)。
　　(9) 電快速瞬變脈沖群試驗(yàn)。
　　(10) 射頻傳導(dǎo)干擾試驗(yàn)。
　　 在系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)施過程中，遇到許多復(fù)雜問題，我們通過以下幾點(diǎn)措施保證了系統(tǒng)的順利實(shí)施。
　　1． 我們采用以下方法設(shè)計(jì)了系統(tǒng)中的核心模塊----LonWorks控制模塊，該模塊抗干擾性能好，已成功應(yīng)用于船舶控制及工業(yè)現(xiàn)場控制，能夠滿足本系統(tǒng)的要求。
　?。?） 嚴(yán)格按照LonMark互通協(xié)會的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)與布線。全部選用高質(zhì)量低功耗的貼片元器件。
　?。?） 根據(jù)摩托羅拉公司的建議我們采用6層板的PCB設(shè)計(jì)，電源層和地層分開，6層的電路板與2層電路板相比可大大減少電磁干擾（EMI），因?yàn)楦郊拥膶颖阌赩CC去耦及更有效地進(jìn)行邏輯的地保護(hù)。大大提高模塊抗干擾能力。
　?。?） 為保護(hù)在芯片上的EEPROM，使得當(dāng)VDD低于工作電壓時(shí)不至邏輯混亂，我們采用低電壓指示（LVI）芯片保護(hù)EEPROM。選用了ECHELON推薦的DS1233貼片設(shè)計(jì)（ECHELON公司的LonWorks產(chǎn)品中全部采用DS1233）。
　　（4） 與ECHELON的FTT控制模塊（Model 55020-10）全兼容，但ECHELON的控制模塊只有內(nèi)置2K RAM，編制較大規(guī)模程序時(shí)可能出現(xiàn)內(nèi)存不夠。因此我們在LonControl控制模塊中增加了26K的外部RAM，這樣一來用戶就可以增大LonWorks通信中的發(fā)送和接收緩沖區(qū)，大大提高實(shí)時(shí)通信效率。也便于用戶編寫大型C程序。
　?。?） 在模塊中增加了SERVICE指示燈和SERVICE按鈕，便于用戶下載程序和直觀地顯示運(yùn)行狀態(tài)。
　?。?） 由于原來的模塊只有11個(gè)IO，IO腳太少。我們利用原模塊中的3個(gè)空腳，擴(kuò)展了輸出的3個(gè)IO，開放給用戶使用。
　　2． 設(shè)計(jì)了一塊PC機(jī)上的LonWorks PC接口卡，該接口卡采用雙端口RAM技術(shù)使得LonWorks的3150和PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，PC機(jī)上影射一塊3150的內(nèi)存，進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)變量的數(shù)據(jù)交換，采用這種方式，數(shù)據(jù)交換速度非?？?，而且編程方便。該接口卡無需驅(qū)動程序，在WINDOWS98下利用VB或VC直接進(jìn)行內(nèi)存讀寫。
　　3． 該系統(tǒng)上位機(jī)經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)變量有3700多個(gè)，如此多的變量采用LonWorks的網(wǎng)絡(luò)變量進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸將是勉為其難。我們經(jīng)過研究，決定采用LonWorks的顯形報(bào)文通信格式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，這樣一來可以不用LonMaker和LNS DDE，一方面降低了系統(tǒng)成本，另一方面更換模塊時(shí)不需要進(jìn)行LomMaker網(wǎng)絡(luò)變量的安裝，便于用戶維修更換。具體實(shí)施辦法為每個(gè)控制模塊都設(shè)置了一個(gè)唯一的地址碼開關(guān)，程序上電運(yùn)行時(shí)將這個(gè)地址碼設(shè)置成為控制模塊的機(jī)號。如果維修時(shí)需要更換控制模塊，將新模塊的地址設(shè)置成要更換模塊相同的地址即可以直接替換。
　　4． 在上位機(jī)上利用原來的標(biāo)準(zhǔn)DDE程序進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)我們發(fā)現(xiàn)交換速度太慢，通過對DDE程序的深入研究，我們改進(jìn)了DDE交換數(shù)據(jù)過程，采用了快速DDE算法程序，提高了數(shù)據(jù)的交換速度，該系統(tǒng)的所有通信數(shù)據(jù)均在1秒鐘內(nèi)更新完畢。
　　5． 控制模塊元器件選用進(jìn)口工業(yè)級微功耗表面貼片器件，功耗很低，系統(tǒng)工作時(shí)不會發(fā)熱。接插件選用德國公司的產(chǎn)品。結(jié)構(gòu)簡單，模塊為可插拔DIN結(jié)構(gòu)，維護(hù)極為方便。電源線、通信線無極性，可以隨意接。