控制网

1． 引言

    水文监控在我国的国民经济中地位关键，尽管各水文站都有相应设施对各自辖区进行测控，但是彼此系统不兼容，导致了信息的孤岛化，为进一步提高水文决策的有效性和可靠性，从经济和安全的的角度出发，尽量少添设备和资金的前提下，设计出扩展性很强且在扩容升级时浪费最少的系统。系统设计应遵循开放性原则，能够支持多种硬件设备和网络系统，软、硬件支持二次开发。网络系统、数据库系统和通信枢纽采用标准数据接口，具有与其他信息系统进行数据交换和数据共享的能力，且适应将来的广域扩展的系统，易于构造覆盖全国的广域网。通过将众多的分散信息的集中处理，实现了全国水文水资源集中监控管理的强大功能。
    2．LON总线及LonWorks技术特点

    （1）开放性：网络协议必须是开放的，并且对任何用户都是平等的。

    （2）互操作性：网络协议需要完整到任何制造商的产品都可以实现互操作。

    （3）通信媒介：可用任何传输媒介进行通信，包括双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、无线

    波和红外光波等，且多种媒介应能够在同一网络中混合使用。所以可以根据不同的现场环境选择不同的收发器和介质。

    （4）网络结构：应能使用所有现有的网络结构，如主从式、对等式以及客户/服务器方式。

    （5）网络拓扑：应该不受总线型网络拓扑单一形式的限制，用户可以选择任意形式的网络拓扑。

    目前较流行的现场总线，如FF、CAN等，都达不到上述要求。而LonWorks技术却可以完全满足上述这些基本要求。基于上述一系列的考虑,选用了lon总线, LonWorks技术是美国Echelon公司于1990年12月为支持LON总线推出的全分布式智能控制网络技术，特点如下：
     
    神经元(Neuron)芯片是技术的核心，它具备了通讯与控制功能，并且固化了ISO的全部七层协议，LonTalk是LON总线的通信协议，支持七层网络协议，提供了一个固化在神经元芯片的网络操作系统。网络通信采用了面向对象的设计方法（网络变量），使网络通信的设计简化为参数设置，从而节省了大量的设计工作量。

    下面为某省的灌溉总渠的控制网络给出基于lonwork总线技术的设计，其管理4座大型电力抽水站、26座大型涵闸，1座水电站等，这些工程分布在3个市8个县境区内，其中各站的设备各异，采用LonWorks控制网络技术把我国已国产化的水文监测仪器与国外引进仪器集成网络系统，或把新老设备方便地纳入网络，其成本比引进外国成套监测系统将是成倍数下降。

３．系统设计

    3．1各分站与指挥中心的组网

    系统必须具备稳定性、可靠性。设计时要充分考虑后备以及灾难恢复系统，若某个检测点出现故障时不影响系统的其他部分正常工作，并能很快的排除故障正常运行，由于各分站目前都已接通Internet网，所以一方面可以使分站接入Internet网实现信息的共享,在权限上可以实现控制中心的总调度的联网方式,另一方面为了网络的安全性和适时性需要可以同时应用远程无线数传系统作为上述组网方式的备份, GPRS是一种移动数据通信业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP服务。GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用，数据传输速率高达120Kbps。使用GPRS技术实现数据分组发送和接收，用户永远在线且按流量计费，在汛期时可以起用该系统工作，大大的降低了服务成本。

    总站与分站的两种连网方式如下图1与下图2所示。

    3.2.2设备(节点)的设计

    （1）在一些不方便布线或仅须少量测量数据的较远区域（例如对某个局部地区的降雨量进行测量），可以利用无线收发器加节点的方式经济的实现。这里我们可有多种选择，常用直接的使用Control Network Solutions Ltd的Lon RF SMX Transceiver（通用射频收发器）或 cns Lonwireless  transceiver(无线收发器)，其工作频率为433MHZ。

    （2）对于新设置的控制节点可以在有技术能力的基础上，较为经济的做法直接开发基于神经元3150系列芯片的智能化的节点。而且把物理上相近的而且构成单一控制环路一部分的小批I/O点组合成一个单一的节点往往是更经济的。

    （3）对于一些旧设备，如4-20mA传感器或0-10V执行器之类，利用现有的LonPoint 模块可以把本身并不含有神经元的传统产品集成为一个真正开放的系统。

    3.2.3通信介质的选用
   
    由于lon总线可用任何传输媒介进行通信，包括双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、无线电波和红外光波等，且多种媒介应能够在同一网络中混合使用。所以可以根据不同的现场环境尽量保留原有的通信介质。然而，对于不同介质的网络之间需用适当的路由器。采用RTR-10路由器专用模块，通过选择连接两个信道收发器模块，可适应各种不同的通讯介质，在这种情况下可以权衡取舍。

    3.2.4网络服务器、客户机的连接

    利用网络适配器PCL TA-21连接网络服务器，网络适配器PCC-10连接作为客户机的笔记本电脑，完成网络的数据库和网络的安装维护工作。

４．结束语
  
    当前，我国不仅在水文行业存在系统的联网监控问题，在其他的工控中一样面临着网络的组建问题，如何经济地，安全地实现远程监控是一个值得大家探讨的要事。

参考文献

［1］美国埃施朗公司LONWORKS 系统介绍．［p］．北京，2005

［2］阳宪惠等.现场总线技术及其应用［M］．北京，.清华大学出版社,1999

［3］电脑报报社．组建局域网．［M］．汕头，. 汕头大学出版社,２００６