Lon Works技術(shù)縱橫談

圖2 神經(jīng)元芯片處理器功能

神經(jīng)元芯片的3個(gè)處理器都擁有自己的寄存器集。同時(shí)共享數(shù)據(jù)和地址ALUs以及存儲(chǔ)訪問電路。每個(gè)CPU的最小周期為3個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，每個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期為2個(gè)輸入時(shí)鐘周期，3個(gè)處理器的最小周期之間間隔一系統(tǒng)時(shí)鐘周期，因而每個(gè)處理器在每個(gè)儀器周期（22個(gè)輸入時(shí)鐘周期）內(nèi)可訪問存儲(chǔ)器和ALUs一次。這樣就減少了硬件而并不影響功能。

當(dāng)芯片工作在最大時(shí)鐘頻率（10MHz）時(shí)，外存的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)不大于90ns，隨著輸入時(shí)鐘頻率的降低，對外存響應(yīng)時(shí)間的要求也隨之降低。可選擇的時(shí)鐘頻率有10MHz、5MHz、2.5MHz、1.25MHz、625kHz。必須讓使能時(shí)鐘（enable clock）周期與系統(tǒng)時(shí)鐘周期一致，為輸入時(shí)鐘周期的1／2。當(dāng)數(shù)據(jù)在神經(jīng)元芯片和外存之間傳輸時(shí)， 為低，所有存儲(chǔ)器包括內(nèi)部和外部的，都可被任一個(gè)處理器在儀器周期的相應(yīng)階段訪問，存儲(chǔ)總線一次只能被一個(gè)處理器使用。

在神經(jīng)元芯片中有2個(gè)16位的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器單元，其中第一個(gè)字時(shí)器／計(jì)數(shù)器單元輸入可在IO4～I(xiàn)O7中選擇，而輸出在IO0。第二個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器單元輸入在IO4，輸出在IO1。若定時(shí)器／計(jì)數(shù)器只用作輸入信號，則IO0和IO1可作它用。定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘和使能輸入可從外部引腳輸入，也可將系統(tǒng)時(shí)鐘分頻后輸入，兩個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘頻率相互獨(dú)立。外部時(shí)鐘的作用可選擇在脈沖的上升沿和下降沿。在控制單元中需要采集和控制功能,為此,神經(jīng)元芯片特設(shè)置11個(gè)I/O口。這些I/O口可根據(jù)需求不同來靈活配置與外圍設(shè)備的接口,如RS232、并口、定時(shí)/計(jì)數(shù)、間隔處理、位I / O等。 神經(jīng)元芯片通過5只引腳（CP0～CP4）與各種通信介質(zhì)接口即網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器連接。通信接口可以在3種模式下工作，即單端模式、差分模式和特殊模式。

神經(jīng)元芯片還有一個(gè)時(shí)間計(jì)數(shù)器,從而能完成Watchdog、多任務(wù)調(diào)度和定時(shí)功能。神經(jīng)元芯片支持節(jié)電方式,在節(jié)電方式下系統(tǒng)時(shí)鐘和計(jì)數(shù)器關(guān)閉,但狀態(tài)信息(包括RAM中的信息) 不會(huì)改變。一旦I/O狀態(tài)變化或網(wǎng)線上信息有變,系統(tǒng)便會(huì)激活。其內(nèi)部還有一個(gè)最高1.25 M bps、獨(dú)立于介質(zhì)的收發(fā)器。由此可見,一個(gè)小小的神經(jīng)元芯片不僅具有強(qiáng)大的通信功能, 更集采集、控制于一體。在理想情況下,一個(gè)神經(jīng)元芯片加上幾個(gè)分離元件便可成為DCS系統(tǒng)中一個(gè)獨(dú)立的控制單元。

5、應(yīng)用舉例

電信部門的通信基站往往擔(dān)負(fù)著很重要的通信任務(wù)，為保障各種通信設(shè)備的正常不間斷運(yùn)行，對供電系統(tǒng)和環(huán)境的要求就非常高，隨著郵電通信部門朝機(jī)房無人值守化方向的發(fā)展，對動(dòng)力與環(huán)境實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控成為必然的趨勢。相對一般的樓宇建筑，電信部門的通信基站有設(shè)備種類多，設(shè)備更專業(yè)化、更復(fù)雜的特點(diǎn)，這給監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施帶來了更大的難度。如何根據(jù)通信基站的特點(diǎn)，選擇合理的系統(tǒng)方式和監(jiān)控技術(shù)，是該行業(yè)用戶和系統(tǒng)開發(fā)者都非常關(guān)注的問題。

鑒于通信基站的動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控是一種特殊的樓宇監(jiān)控，加之Lon Works技術(shù)本身所具有的諸多特點(diǎn)和優(yōu)勢，選定了Lon Works作為動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。下面讓我們通過一個(gè)系統(tǒng)實(shí)例來看看如何利用這一新技術(shù)來構(gòu)筑通信基站的動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。

上海市長途電信局的七寶衛(wèi)星地面通信站動(dòng)力、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目是以Lon Works技術(shù)為基礎(chǔ)。該項(xiàng)目要求對通信站內(nèi)的高壓二次回路、電容補(bǔ)償柜、低壓配電柜、UPS、電池組、專用空調(diào)、柴油發(fā)電機(jī)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(xiàn)數(shù)據(jù)或狀態(tài)異常，迅即發(fā)出報(bào)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(chǔ)，隨時(shí)查詢，按用戶要求生成各種報(bào)表。

監(jiān)控系統(tǒng)由三部分組成：信號轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)、Lon Works采集控制網(wǎng)絡(luò)、上位監(jiān)控PC子系統(tǒng)。

各部分相互關(guān)系如下：

系統(tǒng)中Lon Works現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)由三類節(jié)點(diǎn)組成：

1) 模擬量采集節(jié)點(diǎn)

主要由NEURON芯片、TP/FT-10自由拓?fù)涫瞻l(fā)器、程序存儲(chǔ)器、串行A/D芯片等組成。可完成24路模擬量信號的數(shù)-模轉(zhuǎn)換，采樣分辨率為10位。

2) 開關(guān)量采集節(jié)點(diǎn)

主要由NEURON芯片、TP/FT-10自由拓?fù)涫瞻l(fā)器、程序存儲(chǔ)器、移位寄存器等組成。可接24路開關(guān)量輸入，信號全部采用光電隔離。

3) 通信協(xié)議轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)

在ECHELON公司的可編程的串行網(wǎng)關(guān)PSG/2的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，分別將Sampsion柴油發(fā)電機(jī)、Liebert專用空調(diào)、蓄電池監(jiān)測儀的串行通信協(xié)議轉(zhuǎn)換到Lon Talk網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，利用此種形式可將各種不同的智能設(shè)備都聯(lián)結(jié)到Lon Works網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到系統(tǒng)集成的目的。

系統(tǒng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)之間均用一對雙絞線進(jìn)行連接，采用自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)間的最大距離可達(dá)500米，完全可以適應(yīng)一般通信基站內(nèi)的情況，如需要更遠(yuǎn)距離的連接，則可采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(可達(dá)2700米)，或采用加入重發(fā)器的方法。

在上位PC機(jī)部分，采用可編程的串行網(wǎng)關(guān)PSG/2作為Lon Works網(wǎng)絡(luò)接口，將Lon Talk協(xié)議轉(zhuǎn)換為串行通信，與上位監(jiān)控機(jī)相聯(lián)。這樣通過監(jiān)控機(jī)將Lon Works網(wǎng)絡(luò)集成到計(jì)算機(jī)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(tǒng)集成。

6、發(fā)展前景

隨著現(xiàn)場設(shè)備功能逐漸增強(qiáng)，現(xiàn)場設(shè)備之間，以及現(xiàn)場設(shè)備與MES、ERP層之間需要進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)量成倍增加。加之現(xiàn)在有了現(xiàn)場設(shè)備要內(nèi)置Web 服務(wù)器并以網(wǎng)頁形式與外界溝通信息的需求，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展的新亮點(diǎn)

通信非確定性是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)入控制領(lǐng)域的最大障礙?！≌强焖僖蕴W(wǎng)與交換式以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，給解決以太網(wǎng)通信的非確定性帶來了希望，使這一應(yīng)用成為可能。

Lon works/Ethernet網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備是i.LON 1000。 它取代了傳統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備而成為連接Lon works和以太網(wǎng)的橋梁。i.LON 1000具有自己的IP地址，其一端掛接在以太網(wǎng)上，另一端掛接在Lon works控制網(wǎng)段上。它還可以作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器向Internet發(fā)布設(shè)備的實(shí)時(shí)信息，任何一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器都可以通過IP對其進(jìn)行訪問。

Lon works系統(tǒng)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用程序可以根據(jù)它從其他設(shè)備中獲得的有關(guān)系統(tǒng)信息作出自己的控制決策，以構(gòu)成基于信息的控制系統(tǒng)。

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已深深影響了控制網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，我國在開發(fā)自己的現(xiàn)場總線技術(shù)與產(chǎn)品時(shí)應(yīng)充分注意到這一技術(shù)的發(fā)展趨勢。但人們也應(yīng)該清醒地看到，控制網(wǎng)絡(luò)通信有其本身的特點(diǎn)，并非是照搬互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就可以完全替代的，需要發(fā)展適合自控應(yīng)用需求的工業(yè)數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳禮雄。Lon Works 現(xiàn)場總線的一種應(yīng)用方法。http://www.loncontrol.com/doc.htm
[2] 張慶漢　陳懿。Lon Works：一種全新的現(xiàn)場總線。http://rony.4y.com.cn/fieldbus/1126.htm
[3] 周艾鈞。利用Lon Works技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信基站的動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控。http://rony.4y.com.cn/fieldbus/fieldbus.html
[4] 陽憲惠?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)對現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展的影響。http://www.gongkong.com/tech/detail.asp?id=19673
[5] 王俊杰，張偉，謝春燕?！癓onWorks技術(shù)及其應(yīng)用”講座 第2講　神經(jīng)元Neuron芯片。自動(dòng)化儀表1999　Vol.20　No.7　1999
[6] 白焰，吳鴻，楊國田。分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)——基礎(chǔ)、評選、設(shè)計(jì)和應(yīng)用。中國電力出版社
[7] 陽憲惠?，F(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用。清華大學(xué)出版社