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LonWorks现场总线控制系统的软硬件全面解决方案

发布时间:2011-11-30 来源:中国自动化网 类型:应用案例 人浏览
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关键字:

LonWorks

导读:

摘 要:介绍了基于LonWorks现场总线技术的控制系统的软件及硬件解决方法,提出了对LonWorks节点图形化编程以及实现Infranet到Internet一体化的技术方案。关键词:现场总线控制系统(FCS),LonWorks,IEC1131-3,...

摘 要:介绍了基于LonWorks现场总线技术的控制系统的软件及硬件解决方法,提出了对LonWorks节点图形化编程以及实现Infranet到Internet一体化的技术方案。
  关键词:现场总线控制系统(FCS),LonWorks,IEC1131-3,现场控制网络,国际互联网

 

The Hardware and Software Total Solution for
a LonWorks Based Control System

   Abstract:A map road of the hardware and software total solution for a LonWorks based Fieldbus control system(FCS) is introduced,the methods of programming the LonWorks nodes and integrating Infranet and Internet are provided.
  Key words:Fieldbus control system (FCS),LonWorks,IEC1131-3,Infranet,Internet

  什么是PLC和DCS之后最具生命力的控制系统设备?现场总线控制系统,也就是FCS。
  FCS系统最感性的特征是:构成自动化系统的各种传感器、执行器及控制器通过现场控制网络联系起来,通过网络上的“对话”完成传统系统需要硬件连接才能传递的信号,也正是通过这种“对话”完成彼此的协调,从而实现自动化控制。FCS系统以其网络化、标准化、开放性和可互操作等诸多技术优势向传统的控制系统装备发起挑战,其带来的不仅是控制装备的技术更新,更是工程设计方法的革命。
  在FF,Profibus, Interbus, CAN等诸多现场总线技术中,LonWorks现场总线是唯一一种涵盖Sensor Bus、 Device Bus和Fieldbus三种应用层次的总线技术,另外LonWorks支持双绞线、电力线、电话线、红外光、无线电及光纤等多种传输介质,从而使LonWorks技术广泛地应用到电力系统、楼宇自动化、轻工、食品、环保及其他传统的工业控制领域。通过LonMark认证的 LonWorks产品,无论来自哪一个制造商,都可以达到“无缝连接”,实现互操作。
  EIC2000开放控制系统正是基于LonWorks现场总线的FCS系统,它丰富的硬件系列产品及标准化的软件,为用户提供了一个FCS的全面解决方案,真正实现了从Infranet到Internet的一体化。

1 EIC2000开放控制系统的系统结构
  EIC2000开放控制系统的系统结构如图1所示。
    
                图1 EIC2000系统结构图
2 EIC2000开放控制系统的产品构成
2.1 硬件
  .LonWorks现场智能仪表
  .LonWorks智能控制器和智能IO(Smart Controller/Smart IO)
  .LonWorks复杂控制器及网关LonPLC
  .LonWorks网络选件
  所有EIC2000的硬件产品都有神经元芯片(Neuron chip)及LonWorks网络接口,出厂时都有预加载程序,大体上完成4部分功能,即上电自诊断、故障统计与报警、输入输出及通信。除此之外,还可以通过LonWorks网络远程下装用户自定义程序。
  LonWorks现场智能仪表有温度变送器和压力变送器。
  EIC2000智能IO完成现场信号的采集和驱动,以独立工作的模块方式提供给使用者,每个模块可接16或8路现场信号,信号类型有开关量输入输出、脉冲量输入、标准模拟量输入(0~20 mA, 4~20 mA,0~2.5 V,0~5 V)、标准模拟量输出(0~20 mA,4~20 mA, -5~+5 V,0~10 V)、RTD和热电偶。
  EIC2000的智能模块中,有2个非常有特色的产品:时钟模块SCH-10和网络变量显示模块LonMeter。前者为系统提供同步时钟和完成一些时间相关的调度算法,后者为现场设备提供一个观测的“窗口”。LonMeter带一个LCD显示屏,可背光显示,亮度可调,4行显示,每行16个字符,可同时显示4个网络变量测量值及提示信息,并可按键翻屏,滚动显示60个网络变量,从而解决了许多系统难以解决的现场观测问题。
  EIC2000智能控制器带有多种类型的现场信号接口,可以完成一定的控制功能,如回路调节,逻辑控制等,一般安装在被控制对象(马达、罐体等)旁边,并通过LonWorks网络与其他EIC2000设备或计算机连接起来。 
  LonPLC是一种软PLC(SoftPLC),用符合IEC1131-3标准的PLC编程平台IsaGraf编程,没有直接的现场信号接口,现场信号的数据都是通过LonWorks网络从Smart IO或Smart Controller获取,一般用来完成大范围内的控制与联锁,LonPLC与 Smart IO或Smart Controller构成的系统规模可任意扩展或裁剪。
  网络选件指的是PC机LonWorks适配器PCLTA-10/SLTA-10、路由器和网络终端器,其概念及用法与普通双绞线以太网相应的产品类似。
2.2 软件
  .LonWorks节点图形化算法组态:OnLon
  .LonWorks网络管理软件:VisualLon
  .LonWorks到Internet接口软件:WebLon
  .人机界面软件及其驱动程序(推荐Intouch和LNS DDE Server)
  用EIC2000构成系统,必须具备VisualLon 和 LNS DDE Server,如果还需要在Smart IO 或Smart Controller中编写自定义的控制算法,还必须用到OnLon。
  VisualLon和OnLon是工具类软件,只在工程设计或维护时需要,系统正常运行时只需人机界面软件及其驱动程序,而且工程中每用到一台PC机,就要相应地购买一套人机界面软件及其驱动程序。
  VisualLon和OnLon是通用的LonWorks系统工具软件,不仅适用于EIC2000,也适用于所有符合LonMark协议的产品。
  VisualLon提供LonWorks节点的安装、节点替换、节点测试、程序加载、网络变量绑定等网络管理功能,还提供节点的网络变量读取、修改及节点配置参数的设定功能。
  OnLon是全世界第2个对LonWorks节点图形化编程的软件,它符合IEC1131-3标准,用功能方块图编制控制程序,编译后下载到 LonWorks节点上。除此之外,OnLon还提供Neuron C编程环境,用户可以用此功能编程自己的功能块,并加到OnLon的功能块库中。
  OnLon提供的编程及调试环境,能满足用户一般的应用及开发需要,用易于使用的软件代替昂贵复杂的开发设备是OnLon的根本出发点,这一点对应用工程师来说,尤为重要。OnLon提供的标准功能块分6种:
  .算术运算(加、减、乘、除、开方、均值、移位等)
  .逻辑运算(与、或、非、比较等)
  .控制运算(PID、滤波器、比较器、放大器、触发器、双速、死区等)
  .共享功能(锁存、时钟、折线等),这些功能块向用户开放Neuron C代码,使用者可以在基础上修改形成新的功能块
  ? 网络变量功能块,提供一个方便直观的对话环境,让用户通过简单的选择,完成网络变量的命名、类型的选择、存储方式及网络属性的配置,通过这种功能块定义的网络变量符合LonMark标准
  ? 硬件输入输出功能块,这是唯一与承载算法的硬件相关的功能块,在这一交互式环境中,用户选择所用的硬件类型,指定IO口及其扫描时间。不同厂家的硬件产品提供不同的驱动软件,OnLon接受2种形式的驱动软件:库函数和Neuron C代码,因此OnLon不仅可以用在EIC2000系统中,也可用到任何一种基于3150 Neuron Chip的LonWorks产品中。
  到目前为止,OnLon能提供57种标准功能块和6种自由共享功能块。OnLon功能块还将不断地扩展。除OnLon开发者开发新的功能块以外,还向全世界OnLon使用者征集自由共享功能块和购买OEM功能块,使这一中国人开发的软件不断完善,成为世界级的精品软件。 OnLon编译后的最终代码是基于时间周期性执行的。系统提供秒级和毫秒级2个基本时钟,每个模块的执行周期可由用户设置。

3 从Infranet到Internet的一体化
  Internet技术将改变人类的生活方式,自动化控制系统当然不能例外。Wonderware公司的SCOUT,Intellution公司的 FIX Internet, PC Soft International,Inc的WIZCON for Internet以及EIC2000的 WebLon都是这一理念下的成果。
  Internet的本质在于网络化,FCS系统的实质正是网络化。现场控制网络(Infranet)到国际互联网(Internet)的一体化,就是要通过Internet网获取和修改控制系统的信息,从而在最大的外延上体现分布式控制系统的内涵。
  WebLon结构如图2所示,它运行在Windows NT平台上,实现EIC2000和Internet的连接。 从图中可以看出,运行 WebLon的PC必须同时运行HTTP Sever,必须有LonWorks网络适配器和TCP/IP网络接入设备(网卡、路由器或modem)。
      
                            图2 WebLon结构图
在浏览器一端的PC上,必须有一个能运行Java程序的浏览器(IE4.0或Navigator4.0以上版本均可以)和一个事先设计好的Web页面。
  Web页面可以用任何一种页面设计工具设计,由一系列Applet组成页面的主体,WebLon提供的Applet有两类,即代理Applet 和界面Applet。
  界面Applet通过WebLon Server实现对LonWorks网络的访问和进行可视化处理(如实现工业动画、趋势图等),而代理 Applet统计页面中界面Applet的数量,并把它们用到的网络变量清单提交给WebLon Server。一个页面中只有一个代理Applet,但可以有任意数量的界面Applet,从而形成丰富多彩的“活”的浏览器界面。
  由于Internet开放性所带来的安全性问题,WebLon中设计了完善的访问授权机制。
  WebLon 除了其技术上的优点外,经济上最主要的好处是只要一套软件(WebLon),通过Internet技术允许在任意地点有任意多的PC对EIC2000系统进行监控,而全部免费。

4 结论
  EIC2000已经在山东无名啤酒厂、贵阳啤酒厂、杭州传化、华北制药厂等地应用,领域涉及食品、化工、轻工及楼宇自动化,最近又在实施储油罐监测系统、城市污水处理系统工程。
  FCS必将对传统的PLC和DCS产生强烈的冲击,对我国的自动化系统制造商来说,无疑是巨大的机会,EIC2000以其全面的解决方案和 Infranet到Internet的一体化,为FCS系统国产化进行了成功的实践,对我国用电子技术改造传统产业作出积极的贡献。

作者单位:北京冶金自动化院智能装备所(100071)

参考文献

 [1]Lewis R W.Programming industrial control system using IEC1131-3.The Institution of Electrical Engineer
 [2]Gesytec G H.Easylon Tools for intelligent networking:Gesytec Brochure

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