LonWorks现场总线控制系统的软硬件全面解决方案

The Hardware and Software Total Solution for
a LonWorks Based Control System

　　 Abstract：A map road of the hardware and software total solution for a LonWorks based Fieldbus control system（FCS） is introduced,the methods of programming the LonWorks nodes and integrating Infranet and Internet are provided.
　　Key words：Fieldbus control system （FCS）,LonWorks,IEC1131-3,Infranet,Internet

　　什么是PLC和DCS之后最具生命力的控制系统设备？现场总线控制系统,也就是FCS。
　　FCS系统最感性的特征是：构成自动化系统的各种传感器、执行器及控制器通过现场控制网络联系起来，通过网络上的“对话”完成传统系统需要硬件连接才能传递的信号，也正是通过这种“对话”完成彼此的协调，从而实现自动化控制。FCS系统以其网络化、标准化、开放性和可互操作等诸多技术优势向传统的控制系统装备发起挑战，其带来的不仅是控制装备的技术更新，更是工程设计方法的革命。
　　在FF，Profibus, Interbus, CAN等诸多现场总线技术中，LonWorks现场总线是唯一一种涵盖Sensor Bus、 Device Bus和Fieldbus三种应用层次的总线技术，另外LonWorks支持双绞线、电力线、电话线、红外光、无线电及光纤等多种传输介质，从而使LonWorks技术广泛地应用到电力系统、楼宇自动化、轻工、食品、环保及其他传统的工业控制领域。通过LonMark认证的 LonWorks产品，无论来自哪一个制造商，都可以达到“无缝连接”，实现互操作。
　　EIC2000开放控制系统正是基于LonWorks现场总线的FCS系统，它丰富的硬件系列产品及标准化的软件，为用户提供了一个FCS的全面解决方案，真正实现了从Infranet到Internet的一体化。

1　EIC2000开放控制系统的系统结构
　　EIC2000开放控制系统的系统结构如图1所示。
    
                图1　EIC2000系统结构图
2　EIC2000开放控制系统的产品构成
2.1　硬件
　　．LonWorks现场智能仪表
　　．LonWorks智能控制器和智能IO（Smart Controller/Smart IO）
　　．LonWorks复杂控制器及网关LonPLC
　　．LonWorks网络选件
　　所有EIC2000的硬件产品都有神经元芯片（Neuron chip）及LonWorks网络接口，出厂时都有预加载程序，大体上完成4部分功能，即上电自诊断、故障统计与报警、输入输出及通信。除此之外，还可以通过LonWorks网络远程下装用户自定义程序。
　　LonWorks现场智能仪表有温度变送器和压力变送器。
　　EIC2000智能IO完成现场信号的采集和驱动，以独立工作的模块方式提供给使用者，每个模块可接16或8路现场信号，信号类型有开关量输入输出、脉冲量输入、标准模拟量输入（0～20 mA, 4～20 mA,0～2.5 V,0～5 V）、标准模拟量输出（0～20 mA,4～20 mA, -5～+5 V，0～10 V）、RTD和热电偶。
　　EIC2000的智能模块中，有2个非常有特色的产品：时钟模块SCH-10和网络变量显示模块LonMeter。前者为系统提供同步时钟和完成一些时间相关的调度算法，后者为现场设备提供一个观测的“窗口”。LonMeter带一个LCD显示屏，可背光显示，亮度可调，4行显示，每行16个字符，可同时显示4个网络变量测量值及提示信息，并可按键翻屏，滚动显示60个网络变量，从而解决了许多系统难以解决的现场观测问题。
　　EIC2000智能控制器带有多种类型的现场信号接口，可以完成一定的控制功能，如回路调节，逻辑控制等，一般安装在被控制对象（马达、罐体等）旁边，并通过LonWorks网络与其他EIC2000设备或计算机连接起来。 
　　LonPLC是一种软PLC（SoftPLC），用符合IEC1131-3标准的PLC编程平台IsaGraf编程，没有直接的现场信号接口，现场信号的数据都是通过LonWorks网络从Smart IO或Smart Controller获取，一般用来完成大范围内的控制与联锁，LonPLC与 Smart IO或Smart Controller构成的系统规模可任意扩展或裁剪。
　　网络选件指的是PC机LonWorks适配器PCLTA-10/SLTA-10、路由器和网络终端器，其概念及用法与普通双绞线以太网相应的产品类似。
2.2　软件
　　．LonWorks节点图形化算法组态：OnLon
　　．LonWorks网络管理软件：VisualLon
　　．LonWorks到Internet接口软件：WebLon
　　．人机界面软件及其驱动程序（推荐Intouch和LNS DDE Server）
　　用EIC2000构成系统，必须具备VisualLon 和 LNS DDE Server，如果还需要在Smart IO 或Smart Controller中编写自定义的控制算法，还必须用到OnLon。
　　VisualLon和OnLon是工具类软件，只在工程设计或维护时需要，系统正常运行时只需人机界面软件及其驱动程序，而且工程中每用到一台PC机，就要相应地购买一套人机界面软件及其驱动程序。
　　VisualLon和OnLon是通用的LonWorks系统工具软件，不仅适用于EIC2000，也适用于所有符合LonMark协议的产品。
　　VisualLon提供LonWorks节点的安装、节点替换、节点测试、程序加载、网络变量绑定等网络管理功能，还提供节点的网络变量读取、修改及节点配置参数的设定功能。
　　OnLon是全世界第2个对LonWorks节点图形化编程的软件，它符合IEC1131-3标准，用功能方块图编制控制程序，编译后下载到 LonWorks节点上。除此之外，OnLon还提供Neuron C编程环境，用户可以用此功能编程自己的功能块，并加到OnLon的功能块库中。
　　OnLon提供的编程及调试环境，能满足用户一般的应用及开发需要，用易于使用的软件代替昂贵复杂的开发设备是OnLon的根本出发点，这一点对应用工程师来说，尤为重要。OnLon提供的标准功能块分6种：
　　．算术运算（加、减、乘、除、开方、均值、移位等）
　　．逻辑运算（与、或、非、比较等）
　　．控制运算（PID、滤波器、比较器、放大器、触发器、双速、死区等）
　　．共享功能（锁存、时钟、折线等），这些功能块向用户开放Neuron C代码，使用者可以在基础上修改形成新的功能块
　　？ 网络变量功能块，提供一个方便直观的对话环境，让用户通过简单的选择，完成网络变量的命名、类型的选择、存储方式及网络属性的配置，通过这种功能块定义的网络变量符合LonMark标准
　　？ 硬件输入输出功能块，这是唯一与承载算法的硬件相关的功能块，在这一交互式环境中，用户选择所用的硬件类型，指定IO口及其扫描时间。不同厂家的硬件产品提供不同的驱动软件，OnLon接受2种形式的驱动软件：库函数和Neuron C代码，因此OnLon不仅可以用在EIC2000系统中，也可用到任何一种基于3150 Neuron Chip的LonWorks产品中。
　　到目前为止，OnLon能提供57种标准功能块和6种自由共享功能块。OnLon功能块还将不断地扩展。除OnLon开发者开发新的功能块以外，还向全世界OnLon使用者征集自由共享功能块和购买OEM功能块，使这一中国人开发的软件不断完善，成为世界级的精品软件。 OnLon编译后的最终代码是基于时间周期性执行的。系统提供秒级和毫秒级2个基本时钟，每个模块的执行周期可由用户设置。

3　从Infranet到Internet的一体化
　　Internet技术将改变人类的生活方式，自动化控制系统当然不能例外。Wonderware公司的SCOUT,Intellution公司的 FIX Internet, PC Soft International,Inc的WIZCON for Internet以及EIC2000的 WebLon都是这一理念下的成果。
　　Internet的本质在于网络化，FCS系统的实质正是网络化。现场控制网络（Infranet）到国际互联网（Internet）的一体化，就是要通过Internet网获取和修改控制系统的信息，从而在最大的外延上体现分布式控制系统的内涵。
　　WebLon结构如图2所示，它运行在Windows NT平台上，实现EIC2000和Internet的连接。 从图中可以看出，运行 WebLon的PC必须同时运行HTTP Sever，必须有LonWorks网络适配器和TCP/IP网络接入设备（网卡、路由器或modem）。
      
                            图2　WebLon结构图
在浏览器一端的PC上，必须有一个能运行Java程序的浏览器（IE4.0或Navigator4.0以上版本均可以）和一个事先设计好的Web页面。
　　Web页面可以用任何一种页面设计工具设计，由一系列Applet组成页面的主体，WebLon提供的Applet有两类，即代理Applet 和界面Applet。
　　界面Applet通过WebLon Server实现对LonWorks网络的访问和进行可视化处理（如实现工业动画、趋势图等），而代理 Applet统计页面中界面Applet的数量，并把它们用到的网络变量清单提交给WebLon Server。一个页面中只有一个代理Applet，但可以有任意数量的界面Applet，从而形成丰富多彩的“活”的浏览器界面。
　　由于Internet开放性所带来的安全性问题，WebLon中设计了完善的访问授权机制。
　　WebLon 除了其技术上的优点外，经济上最主要的好处是只要一套软件（WebLon），通过Internet技术允许在任意地点有任意多的PC对EIC2000系统进行监控，而全部免费。

4　结论
　　EIC2000已经在山东无名啤酒厂、贵阳啤酒厂、杭州传化、华北制药厂等地应用，领域涉及食品、化工、轻工及楼宇自动化，最近又在实施储油罐监测系统、城市污水处理系统工程。
　　FCS必将对传统的PLC和DCS产生强烈的冲击，对我国的自动化系统制造商来说，无疑是巨大的机会，EIC2000以其全面的解决方案和 Infranet到Internet的一体化，为FCS系统国产化进行了成功的实践，对我国用电子技术改造传统产业作出积极的贡献。

作者单位：北京冶金自动化院智能装备所（100071）

参考文献

　[1]Lewis R W.Programming industrial control system using IEC1131-3.The Institution of Electrical Engineer
　[2]Gesytec G H.Easylon Tools for intelligent networking：Gesytec Brochure