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)點圖形化編程以及實現(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,，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)絡聯(lián)系起來,，通過網(wǎng)絡上的“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),，從而實現(xiàn)自動化控制,。FCS系統(tǒng)以其網(wǎng)絡化、標準化,、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，更是工程設計方法的革命,。
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認證的 LonWorks產(chǎn)品，無論來自哪一個制造商,，都可以達到“無縫連接”,，實現(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)品及標準化的軟件,，為用戶提供了一個FCS的全面解決方案，真正實現(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
．LonWorks現(xiàn)場智能儀表
?。甃onWorks智能控制器和智能IO（Smart Controller/Smart IO）
?。甃onWorks復雜控制器及網(wǎng)關(guān)LonPLC
．LonWorks網(wǎng)絡選件
所有EIC2000的硬件產(chǎn)品都有神經(jīng)元芯片（Neuron chip）及LonWorks網(wǎng)絡接口,，出廠時都有預加載程序,，大體上完成4部分功能，即上電自診斷,、故障統(tǒng)計與報警,、輸入輸出及通信。除此之外,，還可以通過LonWorks網(wǎng)絡遠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,、標準模擬量輸入（0～20 mA, 4～20 mA,0～2.5 V,0～5 V）、標準模擬量輸出（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、罐體等）旁邊,，并通過LonWorks網(wǎng)絡與其他EIC2000設備或計算機連接起來,。
LonPLC是一種軟PLC（SoftPLC），用符合IEC1131-3標準的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)?？扇我鈹U展或裁剪。
網(wǎng)絡選件指的是PC機LonWorks適配器PCLTA-10/SLTA-10,、路由器和網(wǎng)絡終端器,，其概念及用法與普通雙絞線以太網(wǎng)相應的產(chǎn)品類似。
2.2 軟件
?。甃onWorks節(jié)點圖形化算法組態(tài)：OnLon
?。甃onWorks網(wǎng)絡管理軟件：VisualLon
．LonWorks到Internet接口軟件：WebLon
?。藱C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，只在工程設計或維護時需要,，系統(tǒng)正常運行時只需人機界面軟件及其驅(qū)動程序,，而且工程中每用到一臺PC機,，就要相應地購買一套人機界面軟件及其驅(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)點的安裝,、節(jié)點替換,、節(jié)點測試、程序加載,、網(wǎng)絡變量綁定等網(wǎng)絡管理功能,，還提供節(jié)點的網(wǎng)絡變量讀取、修改及節(jié)點配置參數(shù)的設定功能,。
OnLon是全世界第2個對LonWorks節(jié)點圖形化編程的軟件,，它符合IEC1131-3標準，用功能方塊圖編制控制程序,，編譯后下載到 LonWorks節(jié)點上,。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用及開發(fā)需要,，用易于使用的軟件代替昂貴復雜的開發(fā)設備是OnLon的根本出發(fā)點，這一點對應用工程師來說,，尤為重要,。OnLon提供的標準功能塊分6種：
．算術(shù)運算（加,、減,、乘、除,、開方,、均值、移位等）
?。壿嬤\算（與,、或、非,、比較等）
?。刂七\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)絡變量的命名,、類型的選擇,、存儲方式及網(wǎng)絡屬性的配置，通過這種功能塊定義的網(wǎng)絡變量符合LonMark標準
??？ 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種標準功能塊和6種自由共享功能塊,。OnLon功能塊還將不斷地擴展,。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)行周期可由用戶設置。
3 從Infranet到Internet的一體化
Internet技術(shù)將改變?nèi)祟惖纳罘绞剑詣踊刂葡到y(tǒng)當然不能例外,。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)絡化，F(xiàn)CS系統(tǒng)的實質(zhì)正是網(wǎng)絡化?，F(xiàn)場控制網(wǎng)絡（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,，它運行在Windows NT平臺上，實現(xiàn)EIC2000和Internet的連接,。 從圖中可以看出,，運行 WebLon的PC必須同時運行HTTP Sever，必須有LonWorks網(wǎng)絡適配器和TCP/IP網(wǎng)絡接入設備（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）和一個事先設計好的Web頁面,。
Web頁面可以用任何一種頁面設計工具設計,，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實現(xiàn)對LonWorks網(wǎng)絡的訪問和進行可視化處理（如實現(xiàn)工業(yè)動畫、趨勢圖等）,，而代理 Applet統(tǒng)計頁面中界面Applet的數(shù)量,，并把它們用到的網(wǎng)絡變量清單提交給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中設計了完善的訪問授權(quán)機制,。
WebLon 除了其技術(shù)上的優(yōu)點外，經(jīng)濟上最主要的好處是只要一套軟件（WebLon）,，通過Internet技術(shù)允許在任意地點有任意多的PC對EIC2000系統(tǒng)進行監(jiān)控,，而全部免費。
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、華北制藥廠等地應用,，領(lǐng)域涉及食品,、化工,、輕工及樓宇自動化，最近又在實施儲油罐監(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)化進行了成功的實踐,，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,。
作者單位：北京冶金自動化院智能裝備所（100071）
參考文獻
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