基于LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的四種方案分析

1、引言

現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的熱門，而LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線是目前最具競(jìng)爭(zhēng)力的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。由于LonWorks具有良好的開放性與互操縱性、可使用任何傳輸媒介進(jìn)行通訊、能夠使用所有現(xiàn)在已有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢宰杂山M合、具備網(wǎng)絡(luò)的基本功能、可與Internet無(wú)縫連接等特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，使其在產(chǎn)業(yè)、樓宇、家庭自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和運(yùn)輸業(yè)等自動(dòng)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其中建立基于LonWorks的監(jiān)控系統(tǒng)更為人們所關(guān)注。本文針對(duì)不同的應(yīng)用層次，分析與討論四種基于LonWorks實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的方法。

2、使用LonMaker工具進(jìn)行監(jiān)控的方法

LonMaker for Windows是以美國(guó)埃施朗公司的LNS網(wǎng)絡(luò)操縱系統(tǒng)為基礎(chǔ)，把強(qiáng)大的客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)和易于使用的Visio用戶界面綜合起來(lái)，形成了一個(gè)用于設(shè)計(jì)、啟動(dòng)、監(jiān)視、測(cè)試、維護(hù)分布式控制網(wǎng)絡(luò)的工具。

LM工具不僅能在LonMaker圖頁(yè)中通過連接、LNS 文本框監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)變量，在一個(gè)單獨(dú)的應(yīng)用程序中通過LonMaker Brower對(duì)任何設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)變量和配置屬性進(jìn)行讀和寫，還能建立人機(jī)界面HMI （human machine interface）。如在一個(gè)LonWorks網(wǎng)絡(luò)中控制樓房的加熱系統(tǒng)，HMI能顯示每個(gè)房間溫度的實(shí)時(shí)讀進(jìn)，同時(shí)可通過HMI控制加熱器和風(fēng)扇。

使用LM工具創(chuàng)建一個(gè)HMI有三種選項(xiàng)：

1、使用LNS 文本框。它是一個(gè)ActiveX控件，每個(gè)LNS文本框能用來(lái)監(jiān)視或控制一個(gè)網(wǎng)絡(luò)變量，這種方法不需要任何編程。

2、使用第三方ActiveX控件。第三方ActiveX控件是來(lái)自除了LonMaker工具外其他來(lái)源的任一控件，如美國(guó)國(guó)家儀器有限公司設(shè)計(jì)的控件，它們用來(lái)加強(qiáng)LonMaker工具創(chuàng)建的HMI，使之形象化。

3、創(chuàng)建自定義的ActiveX控件。作為使用第三方ActiveX控件的替換，可以創(chuàng)建自己的基于LNS的ActiveX控件。

LM工具的HMI為簡(jiǎn)單監(jiān)控操縱提供了低本錢平臺(tái)，但它不能用來(lái)代替高級(jí)終真?zhèn)€ HMI工具，如InTouch或iFIX。假如需要監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)或表示網(wǎng)絡(luò)中簡(jiǎn)單的相互作用，LM工具的HMI足夠了。假如表示網(wǎng)絡(luò)中更為復(fù)雜的相互作用，最好使用高級(jí)終真?zhèn)€HMI工具，這些工具還提供了報(bào)告、分析、歷史、報(bào)警日志、事件處理等功能。

3、使用LM+LNS DDE Server+組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控的方法

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

此種監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。其基本組件為：上位機(jī)（裝有監(jiān)控組態(tài)軟件）、LNS DDE Server、LonMaker for windows、LonWorks網(wǎng)絡(luò)等。在此系統(tǒng)中，上位機(jī)可監(jiān)視LonWorks網(wǎng)絡(luò)，讀取網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，顯示各節(jié)點(diǎn)的工作狀況及歷史圖表，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的判別、分析及貯存等。同樣，上位機(jī)也可控制LonWorks網(wǎng)絡(luò)，能直接向被控設(shè)備發(fā)送命令，控制某一節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

3. 2 監(jiān)控系統(tǒng)組件

1、 LonWorks網(wǎng)絡(luò)及LonMaker for windows

LonWorks網(wǎng)絡(luò)由節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)工具、信道、基礎(chǔ)設(shè)備等組成。在監(jiān)控一個(gè)網(wǎng)絡(luò)之前，需使用LNS網(wǎng)絡(luò)工具如LonMaker for windows對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安裝，使得每個(gè)設(shè)備能夠與同一網(wǎng)絡(luò)中的其它設(shè)備進(jìn)行通訊，LonMaker網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)配置信息為L(zhǎng)NS DDE Server提供服務(wù)。

2、 DDE與LNS DDE Server

所謂DDE—Dynamic Data Exchange，即動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換，是WINDOWS平臺(tái)上的一個(gè)完整的通訊協(xié)議，它使應(yīng)用程序能夠彼此交換數(shù)據(jù)和發(fā)送指令。兩個(gè)同時(shí)運(yùn)行的程序之間通過DDE方式交換數(shù)據(jù)時(shí)建立Client/Server關(guān)系。

LNS DDE Server是一個(gè)基于LNS操縱系統(tǒng)的軟件包，是與DDE兼容的到LonWorks網(wǎng)絡(luò)的接口，且和很多HMI及SCADA軟件包兼容。通過LNS DDE Server，Windows應(yīng)用程序可方便地與LonWorks網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備交換信息，也就是說(shuō)，利用LNS DDE Server，任何承擔(dān)DDE Client的應(yīng)用程序能監(jiān)視和控制一個(gè)或多個(gè)LonWorks網(wǎng)絡(luò)。

DDE Client與LNS DDE Server之間的通訊需要三個(gè)約定標(biāo)識(shí)：Application、Topic及 Item，即當(dāng)Client發(fā)出開始與DDE對(duì)話的請(qǐng)求時(shí)，只有當(dāng)Application、Topic標(biāo)識(shí)與LNS DDE Server內(nèi)部設(shè)定的標(biāo)識(shí)一致時(shí)，系統(tǒng)才將DDE Client的請(qǐng)求傳達(dá)給LNS DDE Server。

3、監(jiān)控組態(tài)軟件

監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（supervisory control and data acquisition， SCADA）的軟件平臺(tái)工具，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目，使用方式靈活，功能強(qiáng)大。監(jiān)控組態(tài)軟件最早出現(xiàn)時(shí)，HMI或MMI（man machine interface）是其主要內(nèi)涵，即主要解決人機(jī)圖形界面題目。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對(duì)I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容。隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會(huì)不斷被賦予新的內(nèi)容。目前國(guó)內(nèi)常用的組態(tài)軟件有：Intouch、iFIX、組態(tài)王、力控等等。

4、使用VB+LNS開發(fā)平臺(tái)開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)的方法

4.1 LNS網(wǎng)絡(luò)工具

LNS網(wǎng)絡(luò)工具可以是DM-21嵌進(jìn)式工具和基于PC機(jī)的工具（LonMaker for Windows，LNS DDE Server），也可以為基于開發(fā)工具包開發(fā)的工具。其中LNS應(yīng)用程序開發(fā)者工具包是開發(fā)LNS網(wǎng)絡(luò)工具的工具包。包括LNS服務(wù)器、32位LNS ActiveX控件、LNS數(shù)據(jù)服務(wù)器、32位DLL、LNS Plug-in向?qū)к浖?、基于LNS網(wǎng)絡(luò)接口的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序、工具應(yīng)用程序等，適用于Windows 2000、Windows NT 4.0、Windows 95/98等。

4.2 LNS對(duì)象層次結(jié)構(gòu)及編程模型

LNS （LonWorks Network Service的縮寫，網(wǎng)絡(luò)操縱系統(tǒng)）把LonWorks網(wǎng)絡(luò)表示為具有層次的對(duì)象，而每個(gè)對(duì)象相應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)中的物理對(duì)象，如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、特性、操縱等。這些對(duì)象提供了一整套的方法、屬性和事件。

如圖2所示為一個(gè)LNS編程模型的例子。 “設(shè)備對(duì)象”表示一個(gè)應(yīng)用設(shè)備的一個(gè)對(duì)象，它提供了一套方法與屬性。LNS客戶應(yīng)用程序通過LNS ActiveX 控件賦予對(duì)象屬性和方法，使對(duì)象發(fā)生改變。比如把“State”（狀態(tài)）賦予對(duì)象的屬性，把“Wink”（閃爍）賦予對(duì)象的方法，使該設(shè)備產(chǎn)生相應(yīng)的變化。而當(dāng)設(shè)備發(fā)生網(wǎng)絡(luò)變量更新或Service Pin時(shí)，通過LNS ActiveX 控件以事件報(bào)告設(shè)備對(duì)象所發(fā)生的變化，應(yīng)用程序根據(jù)這些事件進(jìn)行相應(yīng)的處理。

圖2 LNS編程模型

4.3 開發(fā)LNS應(yīng)用程序

開發(fā)一個(gè)LNS應(yīng)用程序即LNS網(wǎng)絡(luò)工具，使它能夠安裝節(jié)點(diǎn)、創(chuàng)建連接、診斷和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)等。為了完成開發(fā)，需要的軟硬件如下：

軟件：the LNS Application Developers Kit for Windows（LNS應(yīng)用程序開發(fā)者工具包）、 LNS for Windows、Microsoft Visual Basic 6.0。

硬件：一個(gè)LonWorks NSI（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口）、一個(gè)LonWorks 設(shè)備（具有Server pin）。

5 、嵌進(jìn)式（Web Server）監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

i.LON1000是埃施朗公司推出的突破性產(chǎn)品，在性能和可靠性方面都是高水平的，得到Cisco的認(rèn)證。 i.LON 1000具有兩種主要功能：作為L(zhǎng)onWorks Router與作為Web server。

Web 服務(wù)器在數(shù)據(jù)服務(wù)器與Web 瀏覽器之間提供LonWorks網(wǎng)絡(luò)變量的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。基于Web治理的LonWorks網(wǎng)絡(luò)與一般的LonWorks網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別，是在已存在的LonWorks網(wǎng)絡(luò)上，添加一臺(tái) i.LON設(shè)備做Web Server。 i.LON設(shè)備以Web Server方式運(yùn)行，在互連網(wǎng)上作為實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的代理，具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對(duì)監(jiān)控端是完全透明的?；?a target="_blank">以太網(wǎng)，客戶只要擁有瀏覽器，即可方便地對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，這樣無(wú)論在何處、何時(shí)都可通過LAN、WAN或Internet對(duì)特定LonWorks網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如圖3所示。

使用i.LON Web Server進(jìn)行監(jiān)控需要完成如下工作：

圖3 基于i.LON Web的LonWorks網(wǎng)絡(luò)的控制

①配置i.LON：使用Console Application；

②建立新信道：使用the Configuration Server；

③配置i.LON作為Web Server的網(wǎng)絡(luò)：通過網(wǎng)絡(luò)治理工具，如LonMaker；

④創(chuàng)建網(wǎng)頁(yè)：使用HTML編輯器及i.LON Web Tag Wizard；

⑤向i.LON設(shè)備傳送網(wǎng)頁(yè)：使用FTP；

⑥安全性設(shè)置：修改i.LON的WebParams.dat 文件中的設(shè)置；

⑦測(cè)試：通過Web 瀏覽器進(jìn)行測(cè)試。

6、 結(jié)論

本文分析與討論了四種基于Lonworks實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的方法。LM工具的人機(jī)界面為簡(jiǎn)單監(jiān)控提供了低本錢平臺(tái)，但它不能用來(lái)代替高級(jí)終真?zhèn)€ HMI工具。利用LM+LNS DDE Server+組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控的方法，具有快速、開發(fā)工作量小、方便組態(tài)的特點(diǎn)，適合一般要求的HMI，尤其適合短期、可靠性高的工程項(xiàng)目。直接使用LNS開發(fā)，可以定制自己的軟件產(chǎn)品，監(jiān)控與治理系統(tǒng)更靈活，但開發(fā)工作量比LM+LNS DDE Server+組態(tài)軟件大，而且復(fù)雜。利用Web Server實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，可通過Internet從任何地方、任何時(shí)間對(duì)LonWorks網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控，把Internet帶進(jìn)人們的生活，但它不能訪問配置屬性和網(wǎng)絡(luò)治理功能。

通過以上四種方法的分析與比較，只要我們充分理解LonWorks技術(shù)，并根據(jù)實(shí)際情況選用合適的方法，就可以建立一個(gè)所需要的監(jiān)控系統(tǒng)。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：首次概括與總結(jié)了基于LonWorks可以建立監(jiān)控系統(tǒng)的方法，并對(duì)各種方法的特點(diǎn)進(jìn)行了比較。

責(zé)任編輯：gt