STEC2000控制器與LonWorks總線的通訊介紹

1 引 言

隨著總線技術(shù)和通信技術(shù)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。

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(shù)以及通信協(xié)議的差異，使得其傳輸介質(zhì)也不同，例如常見的Modbus接口采用了RS 485，所以通過分極性的雙絞線傳輸數(shù)據(jù)。上世紀80年代后期，美國埃施朗公司(Echelon)開始開發(fā)LonWorks技術(shù)平臺，確信他將成為控制網(wǎng)的通用標準。

2 LonWorks總線簡介

LonWorks控制網(wǎng)在某些方面相似于被稱為局域網(wǎng)或LAN的數(shù)據(jù)網(wǎng)。數(shù)據(jù)網(wǎng)由結(jié)合各種通信介質(zhì)以路由器連接的計算機組成，他們使用公用協(xié)議相互通信?？刂凭W(wǎng)包含類似的控制的成本、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(wǎng)絡就叫局部操作網(wǎng)絡1ΩN(Local Operating Network)。他的特征使網(wǎng)絡系統(tǒng)能擴展到數(shù)據(jù)組網(wǎng)技術(shù)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(chǎn)品中組合LonWorks的設計縮短開發(fā)和設計的時間。LonWorks控制網(wǎng)的復雜程度不一樣，可以由幾個節(jié)點的機器內(nèi)裝小網(wǎng)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(shù)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(wǎng)絡中對其他裝置接受或發(fā)送數(shù)據(jù)而無需知道網(wǎng)絡拓撲、名稱、地址或其他裝置的功能[1]。該協(xié)議能有選擇地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(wǎng)所用的CSMA算法來處理網(wǎng)上報文沖突。

LonTalk控制網(wǎng)中每個節(jié)點都分配有自己的邏輯地址，該地址由兩部分組成，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(wǎng)絡變量來實現(xiàn)。網(wǎng)絡變量(NV)是任何數(shù)據(jù)項(溫度、壓力或者調(diào)節(jié)閥開度給定等)，他們是一個特定裝置的應用程序期望從網(wǎng)上其他裝置得到的(輸入NV)或者提供給其他裝置的(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(wǎng)絡設計和安裝期問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(wǎng)絡變量都固化在神經(jīng)元芯片中。

LonTalk協(xié)議在設計上是獨立于介質(zhì)的，這使LonWorks系統(tǒng)可以在任何物理傳輸介質(zhì)上通信。常用的信道類型有TP/XF一1250，TP/XF－78，TP/FL－10，PL一2X(電力線)等，傳輸?shù)淖畲笏俾士蛇_1．25 Mb/s。

3 STEC2000控制器簡介

STEC2000控制器足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(shù)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(diào)、安防等)等領域。STEC2000控制器采用模塊化體系結(jié)構(gòu)，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66 MHz的CPU，內(nèi)部嵌入公司自主裁減的實時Linux操作系統(tǒng)，并且?guī)в? MB的FLASH 芯片，以及16 MB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，可有效地抑制共模干擾，可接受電流4～20 mA，電壓0～l0 V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)字輸人(DI)模塊帶有1 2路數(shù)字量輸入通道，接受現(xiàn)場的干結(jié)點開關(guān)狀態(tài)，其中前3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130 V AC/l A，125 V DC/1 A；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。

3．1 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 s之間進行設定。

3．2存儲功能

物理量數(shù)據(jù)每隔一段時間如1 min(可組態(tài)設定)保存一次，掉電后不會丟失。具有不小于8 MB的存儲空間。

3．3 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)。

3．4通訊功能

STEC2000控制器內(nèi)置Socket Server、標準串口(9針)、RJ45以太網(wǎng)接口、RJ11電話接口等硬件設施。控制器支持TCP/IP，Modbus，PPP等協(xié)議，Soket連接、232/484通訊、以太網(wǎng)通訊、電話撥號通訊及無線通訊連接(GSM、GPRS等)。

3．5 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。

3．6 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200 ms(可定義掃描周期)。

3．7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(nèi)容包括：故障發(fā)生時間、故障內(nèi)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。

3．8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。

3．9 Web訪問

STEC2000控制器內(nèi)置Web Server對控制器運行狀態(tài)進行網(wǎng)頁發(fā)布，用戶可從任何地方通過電話線或以太網(wǎng)等方式登陸瀏覽網(wǎng)頁以了解控制器運行情況。本功能受用戶密碼保護。

3．10 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(wǎng)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。

3．11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。