控制网

谷  健，韦俊新

1  LONWORKS技术简介
LONWORKS（以下简称L.W.）技术是美国九十年代初推出的控制网络技术，符合ISO的OSI模型，是针对控制对象研制的新型网络。其特点与通讯介质无关、适用于短捷控制通讯。它是以数据交换率和响应时间来衡量网络性能的。其造价十分低廉，每个节点比一般局域网的单个节点造价要低许多。从一般局域网到局部操作网的具体解决方法通称为L.W.技术。当今分散控制网络技术风靡全世界，特别适合于中小规模的系统控制、管理。93年世界上已有26个国家500多个厂家在应用和生产L.W.技术产品，己广泛用于航空、农业控制、楼宇控制、电子测试仪器、能量管理、工厂自动化、家庭自动门的推广使用，在军事领域也是大有用武之地。
L.W.产品系列包含建立智能节点和安装控制网络的一系列工具、模块和 IC 器件。每个L.W.节点都包含有处理器和I/O，用以处理从传感器来的输入信号，控制执行部件。由于其固件中包含LONTALK协议，因此每个节点也有与其它节点通讯的能力。LONTALK协议是完整的7层通讯协议，它能保证节点用可靠而有效的通讯标准进行通讯。LONTALK协议提供了开放式结构、工具、模块，集成电路可随意将LONTALK协议植入任何产品。
(1)  L.W.产品系列具有如下优点：
①  高效的开发工具减少了投放市场的时间；
②  使用成品元件和模块，降低开发成本；
③  可以利用多种通讯介质：双绞线、无线电（RF）和电源线等；
④  使用内建协议降低了开发成本，提高了系统可靠性；
⑤  可降低接线和安装成本；
⑥  为网络安装提供公共平台；
⑦  易扩充、重新配置和修理，降低了维护成本；
⑧  在尺寸、配置和应用方面提供了较大的灵活性。
(2)  L.W.技术产品门类齐全，有4大类，50多种软、硬件模块，为用户的应用带来极大的方便，大大缩短了应用开发的时间，降低网络安装、维修的成本。
(3)  L.W.网络的核心部件是Neuron芯片。它是超大规模集成电路，可执行通讯、控制、时序及输入输出等动作。开发基于Neuron芯片的L.W.节点，只需编制应用程序和设计外围接口电路。这就意味着设计人员只需将精力集中于设计最好的应用上而不是通讯协议、通讯硬件、软件和操作系统上，大大简化了设计人员的任务，节省了开发周期。Neuron芯片在大多数L.W.节点中充当主处理器的角色。如果节点需要更多的处理和I/O能力，Neuron芯片也可以作为任何处理器的通讯协处理器。Neuron芯片为基于Neuron芯片的节点，包含主计算机的复杂节点和网络接口都提供了解决方案。
(4)  L.W.收发器和控制器模块的应用简化了开发成本，并且降低了L.W.节点的应用成本。收发器模块在Neuron芯片和L.W.网络之间提供了通讯接口。L.W.产品系列包含有多种介质的收发器模块：双绞线、链电源、电源线和无线电（RF）。
(5)  L.W.控制模块集成了Neuron芯片、通讯收发器、PROM插座及晶振。
(6)  L.W.网络接口用于建造基于主处理器而不是Neuron芯片的节点。L.W.网络接口使任何处理器都能获取LONTALK协议，任何微控制器、微处理器、PC机、工作站或计算机都可以成为L.W.网络的节点，可以与其它节点进行通讯。
2  目前应用较广的L.W.产品
(1)  美国埃施朗（Echelon）公司
Echelon公司是L.W.技术的先驱和应用上的引导者。埃施朗公司从80年代末开始研究、开发L.W.全分布智能控制网络技术，该技术已成为当今全球控制设备领域中得到公认的通用开放的行业标准。
(2)  美国Grayhill公司
美国Grayhill公司生产的L.W.产品主要有MICROLON控制器，可控制和监测8个模拟量和数字量I/O模块的混合，最多可将32385个节点通过L.W.网络连接在一起，构成著名的神经元控制网络，两个节点间距离最大可相距2000米。该公司提供了相应的设置软件，只需要在类似C语言的Neuron C标准程序中输入所需模块的相应信息即可完成配置信息。
(3)  台湾巨腾公司
台湾巨腾公司是专门开发开放式工业自动化产品和系统集成服务设备的企业。提供许多工业自动化产品，Open_IO就是基于L.W.现场总线技术的产品。每个Open_IO节点都有各自的CPU，并可进行相互通讯。它易于与其它L.W.设备集成，组成综合性的工业控制网。购买巨腾公司的产品，需要由巨腾公司服务部门来编写程序（API模块），也可以使用LonBuider软件开发平台，设计、下载程序。
(4)  美国MOTOROLA公司
美国MOTOROLA公司是最早生产Neuron芯片的厂家之一。并开发研制生产了与L.W.技术有关的应用模块，如无线收发模块RLTU等，易于我们实现工业控制网络的无线通讯。
基于L.W.技术的开放性，对各公司的产品，我们都能够通过组态软件对它们进行配置，组合成与技术需求相适应的工业控制网，也可以用LonBuider软件开发平台，开发应用软件，并对模块直接进行配置。
3  基于WEB的工业控制数据库系统
现在，工业控制已不仅仅是一个车间，一幢厂房内部的事，许多公司、厂家的办公自动化网络已经基于WEB方式，只有具备开发基于WEB方式的工业控制自动化数据库系统的技术能力，才能够在激烈的市场竞争中占有一席之地。
Echelon公司于近年又推出了iLON1000网络服务器启动包。该软件包能够使用户从因特网上（或企业内部的Intranet网）获得工业控制系统中有用的信息，即使身外异地，也能看到工控网上的数据，并能同步进行调整。给开发基于WEB的工业控制数据库系统提供了重要的技术支持。如图1所示。

 
图1  iLON1000连接LON网与基于IP协议数据网示意图

L.W.控制网是世界范围的控制网标准，而基于IP协议的世界范围的数据网络是在因特网，局域网，广域网之上传递数据的网络标准。i.LON1000网络服务器能够将控制网与数据网无缝地连接在一起。
当基于IP的数据网络不能够很好地适应工控网的工作时，我们可以用L.W.控制网来弥补这一点。它可以提供高速度、高带宽的数据通道，把L.W.数据传到需要的地方。这需要在L.W.网与基于IP协议的网络之间建立一个高性能、高可靠性的接口。i.LON1000就能在工控网与数据网之间起到这个桥梁的作用。图2所示为硬件安装完成后的拓扑结构。

 
图2  硬件安装完成后的拓扑结构图

i.LON1000网络服务器启动包（Echelon模块72001或72002）能够将基于WEB的监测和控制窗口与LON网的应用节点结合在一起，我们可以利用i.LON1000网络服务器在任意LON网中添加WEB界面。
i.LON1000的内置网络服务器允许网络浏览器能够很轻易地获得控制信息，如代表温度、位移、速度的网络变量。这样就能够从任何地方通过LAN、WAN和因特网获得L.W.监测和控制数据，而无需特殊的软件工具。无论是远程诊断，设备调试，预警监测或维护，完整的网络服务器都能够轻易地获得控制系统的任何部分的数据。
从IT网的角度看，i.LON1000可以看作是一个典型的IP主机。和其它的IP主机一样。i.LON1000支持标准的网络协议，如TCP/IP、UDP、DHCP，SNMP(MIBII)、ICMP、SNTP、TOS、MD5、HTTP和FTP。而且信息包参数、IP地址、带宽利用、保密等事宜都可以通过基于IP协议的网络来调整。
我们可以通过微软公司提供的“超级终端”应用软件（WINDOWS提供）来完成对i.LON1000的安装。它会拥有一个静态的IP地址，供其它人从网上访问。
如果需要将网络变量显示在WEB页上，可以用一个标准的FTP程序，如CuteFTP或用命令行的FTP客户端软件（WINDOWS提供）将作好的网页传递给i.LON1000。图3就是用户可能通过浏览器看到的WEB页。
4  结语
我们往往在全面分析各家产品之后，根据用户需要选择一些常用的且明显能降低成本的，或能够仅做少许改进即可完成特殊功能的模块进行控制。这样，能够以较低的价格，更灵活的方式，更高的效益来完成设计项目。

 
图3  通过浏览器可能看到的WEB页

一般来说，在分析用户需求之后，以Echelon公司的模块为主，配合以其他公司的模块进行整个系统的设计。Grayhill公司的MICROLON控制器及其I/O模块可以快速实现工业控制系统。MOTOROLA公司的基于LON网技术的无线通讯模块RLTU在需要无线通讯的工业控制网中可以起到很好的连接作用。而对巨腾公司的模块，则要有自己编程的能力。
在工控网与办公网之间，使用iLON1000作为桥梁，可共享数据，进而直接在办公网的数据库中建立数据区进行存储，即可实现基于WEB的工业控制数据库系统。
现在，我们能够在工业控制系统之上加以LON网技术，更进一步做到实现基于WEB的工业控制自动化系统，将办公自动化和工业控制自动化结合在一起，把对监测项目的控制与调整放在用户的办公桌上。使工业控制自动化展开了崭新的一页。