Lonworks總線及其應(yīng)用
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現(xiàn)場總線是20世紀(jì)80年代中期在國際上發(fā)展起來的。隨著微處理器與計算機功能的不斷增強和價格的降低，計算機與計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得到迅速發(fā)展?，F(xiàn)場總線可實現(xiàn)整個企業(yè)的信息集成，實施綜合自動化，形成工廠底層網(wǎng)絡(luò)，完成現(xiàn)場自動化設(shè)備之間的多點數(shù)字通信，實現(xiàn)底層現(xiàn)場設(shè)備之間以及生產(chǎn)現(xiàn)場與外界的信息交換?，F(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機化測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。
迄今為止，比較成熟的并且比較有影響力的現(xiàn)場總線則有以下幾種類型：
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(xiàn)場總線系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)采用的按控制回路要求，設(shè)備一對一的分別進行連線的結(jié)構(gòu)形式。把原先DCS系統(tǒng)中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊放入現(xiàn)場設(shè)備，加上現(xiàn)場設(shè)備具有通信能力，因而控制系統(tǒng)功能能夠不依賴控制室中的計算機或控制儀表，直接在現(xiàn)場完成，實現(xiàn)了徹底的分散控制。
現(xiàn)場總線系統(tǒng)在技術(shù)上具有以下特點：
１ 系統(tǒng)具有開放性和互用性
通信協(xié)議遵從相同的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備之間可以實現(xiàn)信息交換，用戶可按自己的需要，把不同供應(yīng)商的產(chǎn)品組成開放互連的系統(tǒng)。系統(tǒng)間、設(shè)備間可以進行信息交換，不同生產(chǎn)廠家的性能類似的設(shè)備可以互換。
２ 系統(tǒng)功能自治性
系統(tǒng)將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現(xiàn)場設(shè)備中完成，現(xiàn)場設(shè)備可以完成自動控制的基本功能，并可以隨時診斷設(shè)備的運行狀況。
３ 系統(tǒng)具有分散性
現(xiàn)場總線構(gòu)成的是一種全分散的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。
４ 系統(tǒng)具有對環(huán)境的適應(yīng)性
現(xiàn)場總線支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強的抗干擾能力，能采用兩線制實現(xiàn)供電和通信，并可以滿足安全防爆的要求。
由于現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)簡化，不再需要DCS系統(tǒng)的信號調(diào)理、轉(zhuǎn)換隔離等功能單元及其復(fù)雜的接線，節(jié)省了硬件數(shù)量和投資。簡單的連線設(shè)計，節(jié)省了安裝費用。設(shè)備具有自診斷與簡單故障處理能力，減少了維護工作量。設(shè)備的互換性、智能化、數(shù)字化提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性。還具有設(shè)計簡單，易于重構(gòu)等優(yōu)點。
下面本文對Lonworks總線和其技術(shù)特點及原理進行詳細(xì)闡述：
1. Lonworks總線及Lonworks系統(tǒng)特點：
Lonworks是由美國Echelon公司于20世紀(jì)90年代初推出的現(xiàn)場總線，它采用ISO/OSI模型的全部7層通訊協(xié)議，這是在現(xiàn)場總線中唯一提供全部服務(wù)的現(xiàn)場總線，在工業(yè)控制系統(tǒng)中可同時應(yīng)用在Sensor Bus、Device Bus、Field Bus等任何一層總線中。它除了具有上面說提到的現(xiàn)場總線的公共的特點外，另外，在一個Lonworks控制網(wǎng)絡(luò)中，智能控制設(shè)備(節(jié)點)使用同一個通信協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點通信。每個節(jié)點都包含內(nèi)置的智能來完成協(xié)議的監(jiān)控功能。一個Lonworks控制網(wǎng)絡(luò)可以有3個到30000個或更多的節(jié)點：傳感器功能(溫度、壓力等)、執(zhí)行器功能(開關(guān)、調(diào)節(jié)閥、變頻驅(qū)動等)、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(tǒng)控制系統(tǒng)中的中央控制器，Lonworks分布式控制技術(shù)顯示出很高的系統(tǒng)可靠性和系統(tǒng)響應(yīng)，并且降低了系統(tǒng)的成本和運行費用。神經(jīng)元芯片完成節(jié)點的事件處理，并通過多種介質(zhì)把處理結(jié)果傳遞給網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點。同時還采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)置。支持雙絞線、同軸電纜、光纜和紅外線等多種通信介質(zhì)和多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并開發(fā)了本質(zhì)安全防爆產(chǎn)品，被譽為通用控制網(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)元芯片使實現(xiàn)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(nèi)部含有3個8位的CPU：第一個CPU為介質(zhì)訪問控制處理器，處理LonTalk協(xié)議的第一層和第二層；Neuron芯片的編程語言為Neuron C，它是從ANSI C中派生出來的，并對ANSI C進行了刪減和增補。Neuron芯片可以通過5個通信管腳與網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點交換信息，也可以通過11個應(yīng)用管腳與現(xiàn)場的傳感器和執(zhí)行器交換信息。11個應(yīng)用管腳具有34種應(yīng)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(nèi)部的計時器應(yīng)用。第二個CPU為網(wǎng)絡(luò)處理器，它實現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第三層至第六層；第三個CPU為應(yīng)用處理器，實現(xiàn)LonTalk協(xié)議的第七層，執(zhí)行用戶編寫的代碼及用戶代碼所調(diào)用的操作系統(tǒng)服務(wù)。神經(jīng)元芯片實現(xiàn)了完整的Lonworks的LonTalk通信協(xié)議。而開放式Lonworks系統(tǒng)具有如下的特點：
1. 在設(shè)計、安裝和啟動上采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
2. 包含來自多個廠商的符合Lonmark的產(chǎn)品。
3. 除非和傳統(tǒng)系統(tǒng)相互作用或者規(guī)范要求，不需要網(wǎng)關(guān)。
4. 與專用垂直子系統(tǒng)的實施不同，強調(diào)水平功能性。
并且由于在工程應(yīng)用中這個開放式系統(tǒng)包含來自多廠商的，那么各個廠家的設(shè)備之間使如何實現(xiàn)一致性和可互操作性呢，LonMark標(biāo)準(zhǔn)便是為解決這一問題而制定的。如果Lonworks系統(tǒng)集成商想要構(gòu)建開放式系統(tǒng)，就應(yīng)該盡可能使用滿足LonMark標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計、安裝和啟動網(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(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)。ANSI/EIA 709.1標(biāo)準(zhǔn)符合國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的底層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，其中從第一層到第六層的功能完全有標(biāo)準(zhǔn)來處理，使用者只需對應(yīng)用層進行編程。最容易達(dá)到的辦法是應(yīng)用包含有ANSI/EIA 709.1標(biāo)準(zhǔn)的微處理器。神經(jīng)元芯片和ANSI/EIA 709.1標(biāo)準(zhǔn)配合作為固件可進入所有采用神經(jīng)元芯片的設(shè)備中去。它可做為主處理器被執(zhí)行應(yīng)用，也可以作為總線連接器給世紀(jì)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設(shè)備在如何交換數(shù)據(jù)的過程中仍然存在各種可能性，所以一致性還不足以保證節(jié)點之間有意義的相互作用。節(jié)點之間必須在如何交換數(shù)據(jù)，如何翻譯數(shù)據(jù)，以及動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(zhǔn)則便為Lonworks設(shè)備之間的互操作提供了基礎(chǔ)。
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