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谷  健，韋俊新

1  LONWORKS技術(shù)簡介
LONWORKS（以下簡稱L.W.）技術(shù)是美國九十年代初推出的控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，符合ISO的OSI模型，是針對控制對象研制的新型網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)與通訊介質(zhì)無關(guān)、適用于短捷控制通訊。它是以數(shù)據(jù)交換率和響應(yīng)時(shí)間來衡量網(wǎng)絡(luò)性能的。其造價(jià)十分低廉，每個(gè)節(jié)點(diǎn)比一般局域網(wǎng)的單個(gè)節(jié)點(diǎn)造價(jià)要低許多。從一般局域網(wǎng)到局部操作網(wǎng)的具體解決方法通稱為L.W.技術(shù)。當(dāng)今分散控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)風(fēng)靡全世界，特別適合于中小規(guī)模的系統(tǒng)控制、管理。93年世界上已有26個(gè)國家500多個(gè)廠家在應(yīng)用和生產(chǎn)L.W.技術(shù)產(chǎn)品，己廣泛用于航空、農(nóng)業(yè)控制、樓宇控制、電子測試儀器、能量管理、工廠自動(dòng)化、家庭自動(dòng)門的推廣使用，在軍事領(lǐng)域也是大有用武之地。
L.W.產(chǎn)品系列包含建立智能節(jié)點(diǎn)和安裝控制網(wǎng)絡(luò)的一系列工具、模塊和 IC 器件。每個(gè)L.W.節(jié)點(diǎn)都包含有處理器和I/O，用以處理從傳感器來的輸入信號，控制執(zhí)行部件。由于其固件中包含LONTALK協(xié)議，因此每個(gè)節(jié)點(diǎn)也有與其它節(jié)點(diǎn)通訊的能力。LONTALK協(xié)議是完整的7層通訊協(xié)議，它能保證節(jié)點(diǎn)用可靠而有效的通訊標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通訊。LONTALK協(xié)議提供了開放式結(jié)構(gòu)、工具、模塊，集成電路可隨意將LONTALK協(xié)議植入任何產(chǎn)品。
(1)  L.W.產(chǎn)品系列具有如下優(yōu)點(diǎn)：
①  高效的開發(fā)工具減少了投放市場的時(shí)間；
②  使用成品元件和模塊，降低開發(fā)成本；
③  可以利用多種通訊介質(zhì)：雙絞線、無線電（RF）和電源線等；
④  使用內(nèi)建協(xié)議降低了開發(fā)成本，提高了系統(tǒng)可靠性；
⑤  可降低接線和安裝成本；
⑥  為網(wǎng)絡(luò)安裝提供公共平臺；
⑦  易擴(kuò)充、重新配置和修理，降低了維護(hù)成本；
⑧  在尺寸、配置和應(yīng)用方面提供了較大的靈活性。
(2)  L.W.技術(shù)產(chǎn)品門類齊全，有4大類，50多種軟、硬件模塊，為用戶的應(yīng)用帶來極大的方便，大大縮短了應(yīng)用開發(fā)的時(shí)間，降低網(wǎng)絡(luò)安裝、維修的成本。
(3)  L.W.網(wǎng)絡(luò)的核心部件是Neuron芯片。它是超大規(guī)模集成電路，可執(zhí)行通訊、控制、時(shí)序及輸入輸出等動(dòng)作。開發(fā)基于Neuron芯片的L.W.節(jié)點(diǎn)，只需編制應(yīng)用程序和設(shè)計(jì)外圍接口電路。這就意味著設(shè)計(jì)人員只需將精力集中于設(shè)計(jì)最好的應(yīng)用上而不是通訊協(xié)議、通訊硬件、軟件和操作系統(tǒng)上，大大簡化了設(shè)計(jì)人員的任務(wù)，節(jié)省了開發(fā)周期。Neuron芯片在大多數(shù)L.W.節(jié)點(diǎn)中充當(dāng)主處理器的角色。如果節(jié)點(diǎn)需要更多的處理和I/O能力，Neuron芯片也可以作為任何處理器的通訊協(xié)處理器。Neuron芯片為基于Neuron芯片的節(jié)點(diǎn)，包含主計(jì)算機(jī)的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)接口都提供了解決方案。
(4)  L.W.收發(fā)器和控制器模塊的應(yīng)用簡化了開發(fā)成本，并且降低了L.W.節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用成本。收發(fā)器模塊在Neuron芯片和L.W.網(wǎng)絡(luò)之間提供了通訊接口。L.W.產(chǎn)品系列包含有多種介質(zhì)的收發(fā)器模塊：雙絞線、鏈電源、電源線和無線電（RF）。
(5)  L.W.控制模塊集成了Neuron芯片、通訊收發(fā)器、PROM插座及晶振。
(6)  L.W.網(wǎng)絡(luò)接口用于建造基于主處理器而不是Neuron芯片的節(jié)點(diǎn)。L.W.網(wǎng)絡(luò)接口使任何處理器都能獲取LONTALK協(xié)議，任何微控制器、微處理器、PC機(jī)、工作站或計(jì)算機(jī)都可以成為L.W.網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，可以與其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊。
2  目前應(yīng)用較廣的L.W.產(chǎn)品
(1)  美國埃施朗（Echelon）公司
Echelon公司是L.W.技術(shù)的先驅(qū)和應(yīng)用上的引導(dǎo)者。埃施朗公司從80年代末開始研究、開發(fā)L.W.全分布智能控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該技術(shù)已成為當(dāng)今全球控制設(shè)備領(lǐng)域中得到公認(rèn)的通用開放的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
(2)  美國Grayhill公司
美國Grayhill公司生產(chǎn)的L.W.產(chǎn)品主要有MICROLON控制器，可控制和監(jiān)測8個(gè)模擬量和數(shù)字量I/O模塊的混合，最多可將32385個(gè)節(jié)點(diǎn)通過L.W.網(wǎng)絡(luò)連接在一起，構(gòu)成著名的神經(jīng)元控制網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間距離最大可相距2000米。該公司提供了相應(yīng)的設(shè)置軟件，只需要在類似C語言的Neuron C標(biāo)準(zhǔn)程序中輸入所需模塊的相應(yīng)信息即可完成配置信息。
(3)  臺灣巨騰公司
臺灣巨騰公司是專門開發(fā)開放式工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品和系統(tǒng)集成服務(wù)設(shè)備的企業(yè)。提供許多工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品，Open_IO就是基于L.W.現(xiàn)場總線技術(shù)的產(chǎn)品。每個(gè)Open_IO節(jié)點(diǎn)都有各自的CPU，并可進(jìn)行相互通訊。它易于與其它L.W.設(shè)備集成，組成綜合性的工業(yè)控制網(wǎng)。購買巨騰公司的產(chǎn)品，需要由巨騰公司服務(wù)部門來編寫程序（API模塊），也可以使用LonBuider軟件開發(fā)平臺，設(shè)計(jì)、下載程序。
(4)  美國MOTOROLA公司
美國MOTOROLA公司是最早生產(chǎn)Neuron芯片的廠家之一。并開發(fā)研制生產(chǎn)了與L.W.技術(shù)有關(guān)的應(yīng)用模塊，如無線收發(fā)模塊RLTU等，易于我們實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的無線通訊。
基于L.W.技術(shù)的開放性，對各公司的產(chǎn)品，我們都能夠通過組態(tài)軟件對它們進(jìn)行配置，組合成與技術(shù)需求相適應(yīng)的工業(yè)控制網(wǎng)，也可以用LonBuider軟件開發(fā)平臺，開發(fā)應(yīng)用軟件，并對模塊直接進(jìn)行配置。
3  基于WEB的工業(yè)控制數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
現(xiàn)在，工業(yè)控制已不僅僅是一個(gè)車間，一幢廠房內(nèi)部的事，許多公司、廠家的辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基于WEB方式，只有具備開發(fā)基于WEB方式的工業(yè)控制自動(dòng)化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的技術(shù)能力，才能夠在激烈的市場競爭中占有一席之地。
Echelon公司于近年又推出了iLON1000網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器啟動(dòng)包。該軟件包能夠使用戶從因特網(wǎng)上（或企業(yè)內(nèi)部的Intranet網(wǎng)）獲得工業(yè)控制系統(tǒng)中有用的信息，即使身外異地，也能看到工控網(wǎng)上的數(shù)據(jù)，并能同步進(jìn)行調(diào)整。給開發(fā)基于WEB的工業(yè)控制數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供了重要的技術(shù)支持。如圖1所示。

 
圖1  iLON1000連接LON網(wǎng)與基于IP協(xié)議數(shù)據(jù)網(wǎng)示意圖

L.W.控制網(wǎng)是世界范圍的控制網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，而基于IP協(xié)議的世界范圍的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)是在因特網(wǎng)，局域網(wǎng)，廣域網(wǎng)之上傳遞數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。i.LON1000網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器能夠?qū)⒖刂凭W(wǎng)與數(shù)據(jù)網(wǎng)無縫地連接在一起。
當(dāng)基于IP的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)不能夠很好地適應(yīng)工控網(wǎng)的工作時(shí)，我們可以用L.W.控制網(wǎng)來彌補(bǔ)這一點(diǎn)。它可以提供高速度、高帶寬的數(shù)據(jù)通道，把L.W.數(shù)據(jù)傳到需要的地方。這需要在L.W.網(wǎng)與基于IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間建立一個(gè)高性能、高可靠性的接口。i.LON1000就能在工控網(wǎng)與數(shù)據(jù)網(wǎng)之間起到這個(gè)橋梁的作用。圖2所示為硬件安裝完成后的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

 
圖2  硬件安裝完成后的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

i.LON1000網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器啟動(dòng)包（Echelon模塊72001或72002）能夠?qū)⒒赪EB的監(jiān)測和控制窗口與LON網(wǎng)的應(yīng)用節(jié)點(diǎn)結(jié)合在一起，我們可以利用i.LON1000網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器在任意LON網(wǎng)中添加WEB界面。
i.LON1000的內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器允許網(wǎng)絡(luò)瀏覽器能夠很輕易地獲得控制信息，如代表溫度、位移、速度的網(wǎng)絡(luò)變量。這樣就能夠從任何地方通過LAN、WAN和因特網(wǎng)獲得L.W.監(jiān)測和控制數(shù)據(jù)，而無需特殊的軟件工具。無論是遠(yuǎn)程診斷，設(shè)備調(diào)試，預(yù)警監(jiān)測或維護(hù)，完整的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器都能夠輕易地獲得控制系統(tǒng)的任何部分的數(shù)據(jù)。
從IT網(wǎng)的角度看，i.LON1000可以看作是一個(gè)典型的IP主機(jī)。和其它的IP主機(jī)一樣。i.LON1000支持標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如TCP/IP、UDP、DHCP，SNMP(MIBII)、ICMP、SNTP、TOS、MD5、HTTP和FTP。而且信息包參數(shù)、IP地址、帶寬利用、保密等事宜都可以通過基于IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)來調(diào)整。
我們可以通過微軟公司提供的“超級終端”應(yīng)用軟件（WINDOWS提供）來完成對i.LON1000的安裝。它會(huì)擁有一個(gè)靜態(tài)的IP地址，供其它人從網(wǎng)上訪問。
如果需要將網(wǎng)絡(luò)變量顯示在WEB頁上，可以用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的FTP程序，如CuteFTP或用命令行的FTP客戶端軟件（WINDOWS提供）將作好的網(wǎng)頁傳遞給i.LON1000。圖3就是用戶可能通過瀏覽器看到的WEB頁。
4  結(jié)語
我們往往在全面分析各家產(chǎn)品之后，根據(jù)用戶需要選擇一些常用的且明顯能降低成本的，或能夠僅做少許改進(jìn)即可完成特殊功能的模塊進(jìn)行控制。這樣，能夠以較低的價(jià)格，更靈活的方式，更高的效益來完成設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

 
圖3  通過瀏覽器可能看到的WEB頁

一般來說，在分析用戶需求之后，以Echelon公司的模塊為主，配合以其他公司的模塊進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。Grayhill公司的MICROLON控制器及其I/O模塊可以快速實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制系統(tǒng)。MOTOROLA公司的基于LON網(wǎng)技術(shù)的無線通訊模塊RLTU在需要無線通訊的工業(yè)控制網(wǎng)中可以起到很好的連接作用。而對巨騰公司的模塊，則要有自己編程的能力。
在工控網(wǎng)與辦公網(wǎng)之間，使用iLON1000作為橋梁，可共享數(shù)據(jù)，進(jìn)而直接在辦公網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫中建立數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行存儲(chǔ)，即可實(shí)現(xiàn)基于WEB的工業(yè)控制數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
現(xiàn)在，我們能夠在工業(yè)控制系統(tǒng)之上加以LON網(wǎng)技術(shù)，更進(jìn)一步做到實(shí)現(xiàn)基于WEB的工業(yè)控制自動(dòng)化系統(tǒng)，將辦公自動(dòng)化和工業(yè)控制自動(dòng)化結(jié)合在一起，把對監(jiān)測項(xiàng)目的控制與調(diào)整放在用戶的辦公桌上。使工業(yè)控制自動(dòng)化展開了嶄新的一頁。