摘　要：介紹了基于LonWorks現(xiàn)場總線技術(shù)的控制系統(tǒng)的軟件及硬件解決方法，提出了對LonWorks節(jié)點(diǎn)圖形化編程以及實(shí)現(xiàn)Infranet到Internet一體化的技術(shù)方案,。
　　關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）,，LonWorks，IEC1131-3，現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò),，國際互聯(lián)網(wǎng)

　　什么是PLC和DCS之后最具生命力的控制系統(tǒng)設(shè)備？現(xiàn)場總線控制系統(tǒng),也就是FCS,。
　　FCS系統(tǒng)最感性的特征是：構(gòu)成自動化系統(tǒng)的各種傳感器,、執(zhí)行器及控制器通過現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來，通過網(wǎng)絡(luò)上的“對話”完成傳統(tǒng)系統(tǒng)需要硬件連接才能傳遞的信號,，也正是通過這種“對話”完成彼此的協(xié)調(diào),，從而實(shí)現(xiàn)自動化控制。FCS系統(tǒng)以其網(wǎng)絡(luò)化,、標(biāo)準(zhǔn)化,、開放性和可互操作等諸多技術(shù)優(yōu)勢向傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)裝備發(fā)起挑戰(zhàn)，其帶來的不僅是控制裝備的技術(shù)更新,，更是工程設(shè)計(jì)方法的革命,。
　　在FF，Profibus, Interbus, CAN等諸多現(xiàn)場總線技術(shù)中,，LonWorks現(xiàn)場總線是唯一一種涵蓋Sensor Bus,、 Device Bus和Fieldbus三種應(yīng)用層次的總線技術(shù)，另外LonWorks支持雙絞線,、電力線,、電話線、紅外光,、無線電及光纖等多種傳輸介質(zhì),，從而使LonWorks技術(shù)廣泛地應(yīng)用到電力系統(tǒng)、樓宇自動化,、輕工,、食品、環(huán)保及其他傳統(tǒng)的工業(yè)控制領(lǐng)域,。通過LonMark認(rèn)證的 LonWorks產(chǎn)品,，無論來自哪一個制造商，都可以達(dá)到“無縫連接”,，實(shí)現(xiàn)互操作,。
　　EIC2000開放控制系統(tǒng)正是基于LonWorks現(xiàn)場總線的FCS系統(tǒng)，它豐富的硬件系列產(chǎn)品及標(biāo)準(zhǔn)化的軟件,，為用戶提供了一個FCS的全面解決方案,，真正實(shí)現(xiàn)了從Infranet到Internet的一體化。

1　EIC2000開放控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　EIC2000開放控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
    
                圖1　EIC2000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2　EIC2000開放控制系統(tǒng)的產(chǎn)品構(gòu)成
2.1　硬件
　?。甃onWorks現(xiàn)場智能儀表
　?。甃onWorks智能控制器和智能IO（Smart Controller/Smart IO）
　　．LonWorks復(fù)雜控制器及網(wǎng)關(guān)LonPLC
　?。甃onWorks網(wǎng)絡(luò)選件
　　所有EIC2000的硬件產(chǎn)品都有神經(jīng)元芯片（Neuron chip）及LonWorks網(wǎng)絡(luò)接口,，出廠時都有預(yù)加載程序,，大體上完成4部分功能,，即上電自診斷、故障統(tǒng)計(jì)與報警,、輸入輸出及通信,。除此之外，還可以通過LonWorks網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程下裝用戶自定義程序,。
　　LonWorks現(xiàn)場智能儀表有溫度變送器和壓力變送器,。
　　EIC2000智能IO完成現(xiàn)場信號的采集和驅(qū)動，以獨(dú)立工作的模塊方式提供給使用者,，每個模塊可接16或8路現(xiàn)場信號,，信號類型有開關(guān)量輸入輸出、脈沖量輸入,、標(biāo)準(zhǔn)模擬量輸入（0～20 mA, 4～20 mA,0～2.5 V,0～5 V）,、標(biāo)準(zhǔn)模擬量輸出（0～20 mA,4～20 mA, -5～+5 V，0～10 V）,、RTD和熱電偶,。
　　EIC2000的智能模塊中，有2個非常有特色的產(chǎn)品：時鐘模塊SCH-10和網(wǎng)絡(luò)變量顯示模塊LonMeter,。前者為系統(tǒng)提供同步時鐘和完成一些時間相關(guān)的調(diào)度算法,，后者為現(xiàn)場設(shè)備提供一個觀測的“窗口”。LonMeter帶一個LCD顯示屏,，可背光顯示,，亮度可調(diào)，4行顯示,，每行16個字符,，可同時顯示4個網(wǎng)絡(luò)變量測量值及提示信息，并可按鍵翻屏,，滾動顯示60個網(wǎng)絡(luò)變量,，從而解決了許多系統(tǒng)難以解決的現(xiàn)場觀測問題。
　　EIC2000智能控制器帶有多種類型的現(xiàn)場信號接口,，可以完成一定的控制功能,，如回路調(diào)節(jié)，邏輯控制等,，一般安裝在被控制對象（馬達(dá),、罐體等）旁邊,，并通過LonWorks網(wǎng)絡(luò)與其他EIC2000設(shè)備或計(jì)算機(jī)連接起來。 
　　LonPLC是一種軟PLC（SoftPLC）,，用符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的PLC編程平臺IsaGraf編程,，沒有直接的現(xiàn)場信號接口，現(xiàn)場信號的數(shù)據(jù)都是通過LonWorks網(wǎng)絡(luò)從Smart IO或Smart Controller獲取,，一般用來完成大范圍內(nèi)的控制與聯(lián)鎖,，LonPLC與 Smart IO或Smart Controller構(gòu)成的系統(tǒng)規(guī)模可任意擴(kuò)展或裁剪,。
　　網(wǎng)絡(luò)選件指的是PC機(jī)LonWorks適配器PCLTA-10/SLTA-10,、路由器和網(wǎng)絡(luò)終端器，其概念及用法與普通雙絞線以太網(wǎng)相應(yīng)的產(chǎn)品類似,。
2.2　軟件
　?。甃onWorks節(jié)點(diǎn)圖形化算法組態(tài)：OnLon
　　．LonWorks網(wǎng)絡(luò)管理軟件：VisualLon
　?。甃onWorks到Internet接口軟件：WebLon
　?。藱C(jī)界面軟件及其驅(qū)動程序（推薦Intouch和LNS DDE Server）
　　用EIC2000構(gòu)成系統(tǒng)，必須具備VisualLon 和 LNS DDE Server,，如果還需要在Smart IO 或Smart Controller中編寫自定義的控制算法,，還必須用到OnLon。
　　VisualLon和OnLon是工具類軟件,，只在工程設(shè)計(jì)或維護(hù)時需要,，系統(tǒng)正常運(yùn)行時只需人機(jī)界面軟件及其驅(qū)動程序，而且工程中每用到一臺PC機(jī),，就要相應(yīng)地購買一套人機(jī)界面軟件及其驅(qū)動程序,。
　　VisualLon和OnLon是通用的LonWorks系統(tǒng)工具軟件，不僅適用于EIC2000,，也適用于所有符合LonMark協(xié)議的產(chǎn)品,。
　　VisualLon提供LonWorks節(jié)點(diǎn)的安裝、節(jié)點(diǎn)替換,、節(jié)點(diǎn)測試,、程序加載、網(wǎng)絡(luò)變量綁定等網(wǎng)絡(luò)管理功能,，還提供節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)變量讀取,、修改及節(jié)點(diǎn)配置參數(shù)的設(shè)定功能。
　　OnLon是全世界第2個對LonWorks節(jié)點(diǎn)圖形化編程的軟件,，它符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn),，用功能方塊圖編制控制程序，編譯后下載到 LonWorks節(jié)點(diǎn)上,。除此之外,，OnLon還提供Neuron C編程環(huán)境,，用戶可以用此功能編程自己的功能塊，并加到OnLon的功能塊庫中,。
　　OnLon提供的編程及調(diào)試環(huán)境,，能滿足用戶一般的應(yīng)用及開發(fā)需要，用易于使用的軟件代替昂貴復(fù)雜的開發(fā)設(shè)備是OnLon的根本出發(fā)點(diǎn),，這一點(diǎn)對應(yīng)用工程師來說,，尤為重要。OnLon提供的標(biāo)準(zhǔn)功能塊分6種：
　?。阈g(shù)運(yùn)算（加,、減、乘,、除、開方,、均值,、移位等）
　　．邏輯運(yùn)算（與,、或,、非、比較等）
　?。刂七\(yùn)算（PID,、濾波器、比較器,、放大器,、觸發(fā)器、雙速,、死區(qū)等）
　?。蚕砉δ埽ㄦi存、時鐘,、折線等）,，這些功能塊向用戶開放Neuron C代碼，使用者可以在基礎(chǔ)上修改形成新的功能塊
　??？ 網(wǎng)絡(luò)變量功能塊，提供一個方便直觀的對話環(huán)境,，讓用戶通過簡單的選擇,，完成網(wǎng)絡(luò)變量的命名、類型的選擇,、存儲方式及網(wǎng)絡(luò)屬性的配置,，通過這種功能塊定義的網(wǎng)絡(luò)變量符合LonMark標(biāo)準(zhǔn)
　?。?nbsp;硬件輸入輸出功能塊,，這是唯一與承載算法的硬件相關(guān)的功能塊,，在這一交互式環(huán)境中，用戶選擇所用的硬件類型,，指定IO口及其掃描時間,。不同廠家的硬件產(chǎn)品提供不同的驅(qū)動軟件，OnLon接受2種形式的驅(qū)動軟件：庫函數(shù)和Neuron C代碼,，因此OnLon不僅可以用在EIC2000系統(tǒng)中,，也可用到任何一種基于3150 Neuron Chip的LonWorks產(chǎn)品中。
　　到目前為止,，OnLon能提供57種標(biāo)準(zhǔn)功能塊和6種自由共享功能塊,。OnLon功能塊還將不斷地擴(kuò)展。除OnLon開發(fā)者開發(fā)新的功能塊以外,，還向全世界OnLon使用者征集自由共享功能塊和購買OEM功能塊,，使這一中國人開發(fā)的軟件不斷完善，成為世界級的精品軟件,。 OnLon編譯后的最終代碼是基于時間周期性執(zhí)行的,。系統(tǒng)提供秒級和毫秒級2個基本時鐘，每個模塊的執(zhí)行周期可由用戶設(shè)置,。

3　從Infranet到Internet的一體化
　　Internet技術(shù)將改變?nèi)祟惖纳罘绞?，自動化控制系統(tǒng)當(dāng)然不能例外。Wonderware公司的SCOUT,Intellution公司的 FIX Internet, PC Soft International,Inc的WIZCON for Internet以及EIC2000的 WebLon都是這一理念下的成果,。
　　Internet的本質(zhì)在于網(wǎng)絡(luò)化,，F(xiàn)CS系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)正是網(wǎng)絡(luò)化。現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)（Infranet）到國際互聯(lián)網(wǎng)（Internet）的一體化,，就是要通過Internet網(wǎng)獲取和修改控制系統(tǒng)的信息,，從而在最大的外延上體現(xiàn)分布式控制系統(tǒng)的內(nèi)涵。
　　WebLon結(jié)構(gòu)如圖2所示,，它運(yùn)行在Windows NT平臺上,，實(shí)現(xiàn)EIC2000和Internet的連接。 從圖中可以看出,，運(yùn)行 WebLon的PC必須同時運(yùn)行HTTP Sever,，必須有LonWorks網(wǎng)絡(luò)適配器和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備（網(wǎng)卡、路由器或modem）,。
      
                            圖2　WebLon結(jié)構(gòu)圖
在瀏覽器一端的PC上,，必須有一個能運(yùn)行Java程序的瀏覽器（IE4.0或Navigator4.0以上版本均可以）和一個事先設(shè)計(jì)好的Web頁面。
　　Web頁面可以用任何一種頁面設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì),，由一系列Applet組成頁面的主體,，WebLon提供的Applet有兩類,，即代理Applet 和界面Applet。
　　界面Applet通過WebLon Server實(shí)現(xiàn)對LonWorks網(wǎng)絡(luò)的訪問和進(jìn)行可視化處理（如實(shí)現(xiàn)工業(yè)動畫,、趨勢圖等）,，而代理 Applet統(tǒng)計(jì)頁面中界面Applet的數(shù)量，并把它們用到的網(wǎng)絡(luò)變量清單提交給WebLon Server,。一個頁面中只有一個代理Applet,，但可以有任意數(shù)量的界面Applet，從而形成豐富多彩的“活”的瀏覽器界面,。
　　由于Internet開放性所帶來的安全性問題,，WebLon中設(shè)計(jì)了完善的訪問授權(quán)機(jī)制。
　　WebLon 除了其技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)外,，經(jīng)濟(jì)上最主要的好處是只要一套軟件（WebLon）,，通過Internet技術(shù)允許在任意地點(diǎn)有任意多的PC對EIC2000系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，而全部免費(fèi),。

4　結(jié)論
　　EIC2000已經(jīng)在山東無名啤酒廠,、貴陽啤酒廠、杭州傳化,、華北制藥廠等地應(yīng)用，領(lǐng)域涉及食品,、化工,、輕工及樓宇自動化，最近又在實(shí)施儲油罐監(jiān)測系統(tǒng),、城市污水處理系統(tǒng)工程,。
　　FCS必將對傳統(tǒng)的PLC和DCS產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊，對我國的自動化系統(tǒng)制造商來說,，無疑是巨大的機(jī)會,，EIC2000以其全面的解決方案和 Infranet到Internet的一體化，為FCS系統(tǒng)國產(chǎn)化進(jìn)行了成功的實(shí)踐,，對我國用電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)作出積極的貢獻(xiàn),。

作者單位：北京冶金自動化院智能裝備所（100071）

參考文獻(xiàn)

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