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基于LONWORKS楼宇自控的台达PLC网络应用

作者:时间:2013-05-07来源:网络

引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/159389.htm

随着社会的发展,人们对生活办公条件要求越来越高,小区监控/智能系统成为了目前的发展方向。传统的工业控制系统以其高可靠性稳定性逐渐得到民用行业的首肯。网络成为了人们日常生活中不可缺少的一部分,而工业控制系统的网络拓展功能也在楼宇控制中得到越来越广泛的应用。本文介绍传统工业控制系统中常用的在楼宇控制中的应用。

美国Echelon公司于1991年提出了LonWorks(Local Operating Networks,局部操作网络)网络,简称L0N网,它标志着控制系统网络的新纪元。LonWorks是一种完整的、全开放的、可互操作的、成熟的和低成本的分布式控制网络技术,众多的制造厂和用户纷纷在其控制网络方案中采用LonWorks技术。到目前为止,全世界已有2500多家公司利用LonWorks技术生产各种各样的LonWorks产品,以满足现代化楼宇、工厂、交通运输系统、城市基础设施(水、电、气等)、家庭等环境自动化系统的分布式控制网络要求。在1995年,LonWorks控制网络被美国确定为楼宇自动化控制网络标准的一部份。目前,世界大的楼宇控制公司,如霍尼维尔、安德沃、西比、江森、兰吉尔、萨切维尔等都正在采用LonWorks技术改造产品,已形成世界技术潮流。前期产品的市场开拓过分集中于和传统的/IPC现场总线的竞争。然而,在Profibus、Interbus、CAN总线盛行的工业环境中,显然没有很强的竞争能力。因此,转而在楼宇以及一些孤立的工业现场(例如染色机)取得了巨大进展。许多工程实例表明:通过精心设计,大楼可以只装备单独的一个网络,使得HVAC(供热、通风和制冷)、电力照明、阳光屏蔽和安全功能以及开放式控制设备能在网络上互操作。

图一 LONWORKS的网络图示

图一 LONWORKS的网络图示

与之相反,LONWORKS在工业现场的应用前景并没有得到大家的认可,自身也遇到很多的困难。原因就是大家对分布式智能控制的原理接受不足。然而,LONWORKS以其出色的稳定性以及灵活的自由拓扑布线技术领先于RS485的传统现场通讯布线技术。LONWORKS能够巧妙而经济地满足特殊要求。能够以功能简表的形式为开发商提供解决方案的基础。对许多设备诸如发动机、泵、变频器、、阀门、传感器等都有功能简表。

由于LONWORKS在工业现场的应用前景并没有得到大家的认可,转而在行业得到很大的发展。而对于中的机电设备的控制,LONWORKS并没有大的优势,这反而是传统的PLC/IPC的天下。PLC/IPC以其通用性、可靠性以及低廉的成本优势牢牢地占据着传统的产业机械/工业设备控制的根据地。这也是LONWORKS在多年来与PLC/IPC竞争工业现场后无法得到很大发展的原因。然而,毕竟LONWORKS以其对等设计和智能分布式现场设备在技术上领先今天的工业自动化系统(PLC/IPC现场总线)整整一代。随着工业自动化以及网络技术的发展,对传统PLC的网络要求也越来越高,工业以太网这个新鲜名词也随之出现。而且也有了取代现场总线的趋势。

虽然组建控制网络的方法有很多,但是对于自动化控制而言,平坦的、对等式(P2P)体系结构是最好的。P2P体系结构和其它任何一种分级的体系结构相比,不再具有分级体系结构与生俱来的单点故障。在传统的体系结构中,来自某一个设备的信息要传递给目标设备,必须先传送到中央设备或者网关。因此,每两个非中央设备之间的通信包括了一个额外的步骤,或者说增加了故障的可能性。P2P体系结构的设计相比之下,它允许两个设备之间直接通信,这避免了中央控制器的故障可能性,并且排除了瓶颈效应。此外,在P2P设计中,设备的故障更多的可能是只影响到一个设备,而不象非平坦的、非对等式体系结构中潜在的影响到许多设备。由图2 可以看出通过监控的传统的主从通讯网络与P2P体系通讯网络的优劣。  

基于LONWORKS楼宇自控的台达PLC网络应用

图2 网络组织对比图

LonWorks网络中设备的通信是采用一种称为LonTalk的网络标准语言实现的。LonTalk协议由各种允许网络上不同设备彼此间智能通信的底层协议组成。 LonTalk协议提供的通信服务,使得设备中的应用程序能够在网络上同其他设备发送和接收报文而无需知道网络的拓扑结构或者网络的名称、地址,或其他设备的功能。LonWorks协议能够有选择地提供端到端的报文确认、报文证实和优先级发送,以提供规定受限制的事务处理次数。对网络管理服务的支持使得远程网络管理工具能够通过网络和其他设备相互作用,这包括网络地址和参数的重新配置、下载应用程序、报告网络问题和启动/停止/复位设备的应用程序。LonTalk——也就是LonWorks系统——可以在任何物理媒介上通信,这包括电力线,双绞线,无线(RF),红外(IR),同轴电缆和光纤。

而所谓互操作性意味着每个网络中的装置能够根据自己需要发布的信息变成数字式串行数据通过网络直接到达另一个装置。数据转移通常涉及一个信息发送者,一个或一个以上的接收者。发送者和接收者之间一定要有某种形式的连接,数据才能以一连串的开--关状态转移。所有连接到某一特定信道的装置必须有同一速率运行的兼容收发器,如此才能够达到互操作的目的。但是可互操作的网络并不是传统的主从式通讯网络(点对点)可以达到的,网络装置间串行数据的转移要求一套通讯协议,协议通常以嵌入软件或固件代码形式存在于每个网络装置中。包含这个协议代码和某种类型的操作智能的装置称之为网络节点。它包括一片Neuron神经芯片、传感和控制设备、收发器(用于建立Neuron芯片与传输之间的物理连接)和电源。

LonTalk通讯协议是LONWORKS技术的核心,该协议提供一套通信服务,使装置中的应用程序能在网上对其他装置发送和接收报文而无须知道网络拓扑、名称、地址或其他装置的功能。LONTALK协议能够有选择地提供端到端的报文确认、报文证实、优先级发送以便设定事物处理时间。它是一个分层的以数据包为基础的对等的通信协议,象有关的以太网和因特网协议一样。但是,LONTALK协议设计用于控制系统而不是数据处理系统的特定的要求。每个数据包由可变数目的字节构成,长度不定,并且包含应用层的信息以及寻址和其他信息。信道上的每个装置监视在信道上传输的每个数据包以确定自己是否收信人。若是,则处理以判明是否包含本节点应用程序所需的信息或者它是否是个网络管理数据包。LonTa1k协议是直接面向对象的网络协议,即,通过网络变量实现网络节点间的联结。当定义为输出的网络变量改变时,能自动地将网络变量的值发送出去,使所有该变量定义为输入的节点收到它的改变,以便激活相应的处理进程(事件触发型)。标准网络变量能使不同制造商的产品通过建立标准的数据传送模式、正确地翻译、传送数据,便于设备的互换和互操作。另外,由于网络变量的长度有限,最多31B,又提供了四种类型的报文服务:应答方式、请求/响应方式、非应答重发方式、非应答方式。

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