STEC2000控制器与LonWorks总线的通讯分析

1 引 言

随着总线技术和通信技术的飞速发展，各种计量仪器都具备了智能通信功能，控制器与智能仪表的通信也逐渐成为工程中不可缺少的一部分。

当前流行的现场总线主要有Modbus，Profibus，CAN，LonWorks等。由于各个总线的接口技术以及通信协议的差异，使得其传输介质也不同，例如常见的Modbus接口采用了RS 485，所以通过分极性的双绞线传输数据。上世纪80年代后期，美国埃施朗公司(Echelon)开始开发LonWorks技术平台，确信他将成为控制网的通用标准。  

2 LonWorks总线简介

LonWorks控制网在某些方面相似于被称为局域网或LAN的数据网。数据网由结合各种通信介质以路由器连接的计算机组成，他们使用公用协议相互通信。控制网包含类似的控制的成本、规模、性能和响应特征优化的部件。  

实现理想的控制功能的专用网络就叫局部操作网络1ΩN(Local Operating Network)。他的特征使网络系统能扩展到数据组网技术无能为力的一类应用中，控制系统和装置的制造商能通过在他们产品中组合LonWorks的设计缩短开发和设计的时间。LonWorks控制网的复杂程度不一样，可以由几个节点的机器内装小网到几千个节点的楼宇控制系统。

LonTalk通信协议是LonWorks技术的核心。该协议提供一套通信服务，使装置中的应用程序能在网络中对其他装置接受或发送数据而无需知道网络拓扑、名称、地址或其他装置的功能[1]。该协议能有选择地提供端对端的报文确认、报文证实和优先级确认，是一个分层的以数据包为基础的对等的通信协议，使用类似于以太网所用的"CSMA"算法来处理网上报文冲突。

LonTalk控制网中每个节点都分配有自己的逻辑地址，该地址由两部分组成，第一部分是指定域的域ID，第二部分是节点地址。节点和节点之间的通信首先要知道逻辑地址，然后通过绑定的网络变量来实现。网络变量(NV)是任何数据项(温度、压力或者调节阀开度给定等)，他们是一个特定装置的应用程序期望从网上其他装置得到的(输入NV)或者提供给其他装置的(输出NV)。装置中应用程序根本不用知道输入NV来自何处或者输出NV走向何处，因为在网络设计和安装期问会有一个变量"捆绑"的过程，这样在一个装置的输入NV和另一个装置的输出NV之间建立了逻辑连接，可以理解成为建立了"虚拟线路"。逻辑地址和每个节点提供的网络变量都固化在神经元芯片中。

LonTalk协议在设计上是独立于介质的，这使LonWorks系统可以在任何物理传输介质上通信。常用的信道类型有TP/XF一1250，TP/XF－78，TP/FL－10，PL一2X(电力线)等，传输的最大速率可达1．25 Mb/s。  

3 STEC2000控制器简介

STEC2000控制器足北京硕人时代科技有限公司自主研发的嵌入式控制器，是以嵌入式技术为基础，采用Motorola 32位高速CPU和嵌入式实时Linux操作系统．集现场采集、显示操作、控制、通讯为一体，可广泛应用于市政(热力、自来水、煤气等)、楼宇自动化(空调、安防等)等领域。STEC2000控制器采用模块化体系结构，可根据需求灵活组配几个点到上百个点的现场控制设备。

CPU主控模块采用32位主频为66 MHz的CPU，内部嵌入公司自主裁减的实时Linux操作系统，并且带有8 MB的FLASH 芯片，以及16 MB的电子盘，在背扳上带有8个扩展槽．可根据需要配置不同的I/O模块；模拟输入(AI)模块带有8路模拟量输入通道，每一通道采用差分输入电路，可有效地抑制共模干扰，可接受电流4～20 mA，电压0～l0 V等多种常用的模拟输入信号；模拟输出(AO)模块带有4路模拟量输出通道，可以通过跳线选择输出电流或者电压信号，来控制现场的各种设备；数字输人(DI)模块带有1 2路数字量输入通道，接受现场的干结点开关状态，其中前3路可以当作脉冲计数器；数字输出(DO)模块带有8路继电器输出通道，继电器容量130 V AC/l A，125 V DC/1 A；液晶和键盘操作模块带有5寸256色液晶显示器以及薄膜键盘，用于现场人机交互。  

3．1 测量功能

STEC2000控制器采集温度、压力、热量等一次仪表参数并进行坏数过滤。本控制器支持按用户定义的方式将采集的电流电压数据变换为相应物理量。数据扫描周期可以在0．05～2 s之间进行设定。  

3．2存储功能

物理量数据每隔一段时间如1 min(可组态设定)保存一次，掉电后不会丢失。具有不小于8 MB的存储空间。  

3．3 显示功能

STEC2000控制器支持一个5寸的彩色液晶屏。用户可以其对显示画面和参数进行自由组态。  

3．4通讯功能

STEC2000控制器内置Socket Server、标准串口(9针)、RJ45以太网接口、RJ11电话接口等硬件设施。控制器支持TCP/IP，Modbus，PPP等协议，Soket连接、232/484通讯、以太网通讯、电话拨号通讯及无线通讯连接(GSM、GPRS等)。  

3．5 自检功能

STEC2000控制器上电后，自动检查主板、外围设备和I/O设备是否正常，如有异常给出报警。  

3．6 控制功能

STEC2000控制器支持PID控制、逻辑控制、模糊控制等多种控制方式，可通过简单的组态进行选择。控制器还支持用户以脚本语言方式进行二次开发。 控制扫描周期小于200 ms(可定义扫描周期)。  

3．7故障报警

发生报警事件时，STEC2000控制器会通过相应的通讯方式向上位机报警直至收到上位机的确认信息，报警内容包括：故障发生时间、故障内容、故障参数值(或状态)等信息。同时会在液晶的报警信息栏显示此故障信息，当多个报警存在时，报警信息会滚动显示。  

3．8人机交互

用户可以通过STEC2000控制器的键盘进行人机交互：选择控制方式，设定参数值，取消报警等。  

3．9 Web访问

STEC2000控制器内置Web Server对控制器运行状态进行网页发布，用户可从任何地方通过电话线或以太网等方式登陆浏览网页以了解控制器运行情况。本功能受用户密码保护。  

3．10 远程配置

STEC2000控制器支持远程配置更新和程序控制。例如，用户可以通过电话、以太网等方式与控制器建立连接，然后就如同本地一样对控制器进行组态。本功能受用户密码保护。  

3．11灵活配置

1个CPU主控模块最多可以支持8个扩展模块，用户可以根据所要采集数据的类型自由配置I/O模块。  
3．12 完善的组态功能

STEC2000控制器提供Windows操作平台下运行的可视化图形组态环境以支持数据、控制程序、显示操作、报警、通讯管理、数据存储等各种功能的组态。

4 燃气锅炉监控

宁夏哈纳斯天燃气热电有限公司在银川市内兴建60座天燃气锅炉房，为了实现无人值守，需在每一个锅炉房内建立本地控制室，并建立一座中心主控机房，对这60个本地控制室进行集中监控。

为了实现集中监控，除了现场的温度、压力以及各个水泵的控制外，需要同燃气流量计以及锅炉控制器进行通讯。燃气流量计采用了浙江天信仪表，具体的通信协议同厂家联系，这里不再赘述。锅炉采用德国菲斯曼的锅炉，锅炉控制器是Victronic 333，采用LonWorks通讯总线，STEC2000没有那个神经元芯片，所以要想办法转换总线接口，现把实现方法介绍如下：

Modbus是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议控制器之间、控制器经由网络(如以太网)和其他设备之间可以相互通信。他已经成为一种通用工业标准[2]，所以可以用一个网关实现LonWorks总线与Modbus总线的转换。网关里面嵌人神经元芯片，使用专门的软件可以实现锅炉控制器与网关变量的绑定，比如说室外温度可以绑定在网关中的第25，26个字节，系统供水温度绑定在第7，8个字节等，网关的另外一个接口是RS 485接口，可以实现与STEC2000的通讯。具体的编码如下所示：  

 

标准的Modbus协议使用RS 232C兼容串行接口，他定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验等[2]。而实际工程中由于距离的因素，大多采用传输距离可以达到1 200 m的RS 485接口。控制器通信采用主一从技术，也就是主控制器"问"，从控制器"答"，如上述编码中send Ox01……就是要求从控制器回传现场的所有物理量的实际值，主控制器recv(29)表示要接受29个字节，接下来就是根据厂家提供的通信协议对这29个字节进行解码，并把所得的数值逐个赋值给变量，从而进行显示。

  系统的液晶屏显示如图1所示。

锅炉的控制数据采集到STEC2000控制器后，经过宽带送到监控中心的上位机软件，实现远程监控锅炉。  

5 结 语  

STEC2000控制器支持多种通讯方式，可以应用于不同的环境中，实现与多种总线的通讯，并且通讯脚本开发简单，得到了使用方技术人员的认可。有了与LonWorks总线的稳定通讯，再加上原有的热网监控经验，比较完美地实现了使用方的要求。