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(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)，從而實現(xiàn)自動化控制。FCS系統(tǒng)以其網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(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
．LonWorks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
．LonWorks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(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、罐體等）旁邊，并通過LonWorks網(wǎng)絡(luò)與其他EIC2000設(shè)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(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)模可任意擴展或裁剪。
網(wǎng)絡(luò)選件指的是PC機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
．LonWorks節(jié)點圖形化算法組態(tài)：OnLon
．LonWorks網(wǎng)絡(luò)管理軟件：VisualLon
．LonWorks到Internet接口軟件：WebLon
．人機界面軟件及其驅(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(yīng)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(luò)變量綁定等網(wǎng)絡(luò)管理功能，還提供節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)變量讀取、修改及節(jié)點配置參數(shù)的設(shè)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(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，這一點對應(yīng)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）
．邏輯運算（與、或、非、比較等）
．控制運算（PID、濾波器、比較器、放大器、觸發(fā)器、雙速、死區(qū)等）
．共享功能（鎖存、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(shè)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(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(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)計好的Web頁面。
Web頁面可以用任何一種頁面設(shè)計工具設(shè)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(luò)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(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(yīng)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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