基于LonWorks水廠前端智能節(jié)點(diǎn)的配置與實(shí)現(xiàn)
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2 智能節(jié)點(diǎn)
隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，可用于數(shù)據(jù)采集與控制的CPU芯片多。但是，要作為全分布式管控一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)，相比之下，Eche lon公司推出的Neuron Chip可謂其中的佼佼者之一。比如MC143120／143150芯片，有3個(gè)CPU，分別是MAC處理器、網(wǎng)絡(luò)處理器和應(yīng)用處理器；另有1 kB／2 kBRAM、10 kB ROM、0．5 kB／1 kB E2ROM和2個(gè)16位計(jì)數(shù)器，支持ISO／OSI協(xié)議。其中MAC處理器主要用于外部介質(zhì)訪問(wèn)控制，實(shí)現(xiàn)ISO／OSI 7層協(xié)議的第1～2層功能；網(wǎng)絡(luò)處理器實(shí)現(xiàn)ISO／OSI 7層協(xié)議的第3～6層功能，處理網(wǎng)絡(luò)變量、地址認(rèn)證、后臺(tái)診斷、軟件定時(shí)、網(wǎng)絡(luò)管理及路由等項(xiàng)工作；應(yīng)用處理器位于ISO／OSI協(xié)議的最上層，執(zhí)行用戶的應(yīng)用程序，為用戶操作服務(wù)。3個(gè)CPU之間通過(guò)內(nèi)部設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)緩沖器和應(yīng)用緩沖器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。
在外特性方面，MC143120／143150具有11個(gè)I／O口、8位雙向數(shù)據(jù)線和16位地址線，支持TTL電平，支持并／串行數(shù)據(jù)輸入輸出，可外接64 kB外部存儲(chǔ)器。在11個(gè)I／O口中包括RS-232／485串行通信口、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、位輸入輸出等。傳送數(shù)據(jù)可以是位，也可以是字節(jié)，還可同時(shí)進(jìn)行CRC校驗(yàn)。在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，內(nèi)部存儲(chǔ)器RAM／ROM用以駐留系統(tǒng)程序和用戶開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，比如操作系統(tǒng)、LonTalk通信協(xié)議、IO數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)配置、地址表和一個(gè)全世界唯一的48位標(biāo)識(shí)碼，即神經(jīng)元ID號(hào)。也正是這ID號(hào)，是構(gòu)建全分布式網(wǎng)絡(luò)體系的基礎(chǔ)。這種節(jié)點(diǎn)，除了連接到底層控制網(wǎng)上之外，還可直接連接到企業(yè)Internet／Intranet上。作為底層節(jié)點(diǎn)使用，其示意如圖1所示。本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/159752.htm
除此之外，Echelon公司還給出了配套的智能收發(fā)器、節(jié)點(diǎn)開(kāi)發(fā)工具NodeBuilder和通信協(xié)議LonTalk。通過(guò)可編程收發(fā)器，Neuron Chip可與多種通信介質(zhì)連接，比如雙絞線、同軸電纜、光纖，無(wú)線和紅外線等。并且針對(duì)不同的通信接口，可配置為三種不同的接口模式：?jiǎn)味恕⒉罘趾蛯Ｓ媚Ｊ?，以適應(yīng)不同的編碼方式和波特率。在ROM中包含LonTalk協(xié)議的固化程序，這使得Neuron芯片能保證在每一個(gè)裝置(節(jié)點(diǎn))中以公共協(xié)議通信，解決了兼容性問(wèn)題，使LonWorks裝置(節(jié)點(diǎn))在同一網(wǎng)絡(luò)上的連接簡(jiǎn)單快捷。
LonWorks節(jié)點(diǎn)是同物理上與之連接的I／O設(shè)備交互作用并在網(wǎng)上使用LonTalk協(xié)議通信的一類對(duì)象，有兩種類型。在第一種類型中，Neur on芯片是唯一的處理器，充當(dāng)LonWorks的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。適合于I／O設(shè)備簡(jiǎn)單，處理任務(wù)不復(fù)雜的系統(tǒng)，稱之為基于Neuron芯片的節(jié)點(diǎn)(Neuron Chip-hosted)；在第二種類型中，Neuro芯片只作為通信處理器，充當(dāng)LonWorks的網(wǎng)絡(luò)接口，節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序由主處理器來(lái)執(zhí)行，這類節(jié)點(diǎn)適合于對(duì)處理能力、輸入／輸出能力要求較高的系統(tǒng)，稱之為基于主機(jī)的節(jié)點(diǎn)(host—based)，主處理器可以是其他微控制器或者PC機(jī)等。
3 智能節(jié)點(diǎn)的配置
為了便于用戶使用，Echelon公司在推出Neuron Chip以后，又推出了以上述Neuron Chip為核心用于現(xiàn)場(chǎng)底層的節(jié)點(diǎn)控制器，也稱為回路控制器。其中HLC-1是最基本的一種，滿足LonWorks技術(shù)對(duì)于底層節(jié)點(diǎn)的全部要求，不僅可以執(zhí)行協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理，完成底層控制，而且還提供通信介質(zhì)接口，以公用的協(xié)議進(jìn)行通信。對(duì)于外部，具有4通道0～5V(4～20mA)12位A／D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入、2通道0～5V(4～20 mA)12位D／A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出，2通道數(shù)字量(觸點(diǎn)或電平)輸入及2通道開(kāi)關(guān)量輸出，還能組合2通道PID調(diào)節(jié)器。安裝完成后，HLC-1回路控制器不僅可以實(shí)時(shí)接收上位機(jī)的控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)底層執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，還可以完全脫離上層管理系統(tǒng)，自行完成底層數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及設(shè)備運(yùn)行的調(diào)控。而且，HLC-1采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，多個(gè)HLC-1可組合在一起，構(gòu)成一個(gè)大的模塊，以連接更多的前端測(cè)控設(shè)備。
在某水廠的設(shè)計(jì)方案中，底層配置了4個(gè)Lonworks智能節(jié)點(diǎn)，即回路控制器HLC-1。其中2個(gè)節(jié)點(diǎn)由組合模塊組成，各含2個(gè)8路模擬量輸入模塊，用以對(duì)格柵絮凝沉淀池的20個(gè)液位計(jì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、處理、記錄和匯總。另外2個(gè)節(jié)點(diǎn)的模擬／數(shù)字輸入模塊分別用于進(jìn)水口和出水口數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。在進(jìn)水口測(cè)量流量、濁度、入水管壓力；在清水池檢測(cè)余氯含量、濁度、PH值、水位；在出水管口檢測(cè)出水流量和壓力。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
每一個(gè)節(jié)點(diǎn)配置FTT-10A收發(fā)器，以提高通信能力。該收發(fā)器支持自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(包括星型、總線型和環(huán)型等)，通信速率為78 kbps；其中總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的最長(zhǎng)通信距離是2 700 m，可滿足一般小型水廠的需求。當(dāng)超出最大通信距離后，可在總線兩端使用中繼器，以延長(zhǎng)通信距離。
由智能節(jié)點(diǎn)向上，連接網(wǎng)絡(luò)適配器，這里選用PCLTA-10，可插入PC機(jī)的擴(kuò)展槽上，既能與所有和總線連接的現(xiàn)場(chǎng)智能節(jié)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)等雙向通信，又能快速與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和高級(jí)監(jiān)控功能，在PC機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)智能節(jié)點(diǎn)之間起到“上傳下達(dá)”的作用。同樣．配置FTT-10A收發(fā)器，提高通信能力，支持自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最多可連接128個(gè)智能節(jié)點(diǎn)，這里僅連接了4個(gè)。
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