LonWorks系统设计案例分享

2023-08-29 理论教育版权反馈

【摘要】：作为开放式标准向所有制造商提供的LonWorks系统是一个平台，使控制系统体系结构以开放式、高度分布的互可操作系统取代专用的集中系统。i.LON 600 LonWorks／IP路由器就是这样的设备。把包括路由器在内的LonWorks设备连接到信道上；把传统I／O点连接到LonWorks设备上。

作为开放式标准向所有制造商提供的LonWorks系统是一个平台，使控制系统体系结构以开放式、高度分布的互可操作系统取代专用的集中系统。

1.全分布式的LonWorks系统

控制系统使用开放的、基于标准的对等体系结构可以成为性能非常优良的系统。把控制算法和传统I／O接口分布到设备级，从而避免了专用监测控制器和控制网的高成本和复杂性。这样的一个全分布式的LonWorks系统如图7-34所示。

使用全分布式结构的LonWorks系统可以将控制逻辑分布到整个网络上。尽量降低使用网关作为专用监控装置和异构系统实现互联的装置带来的复杂性和较高的费用。

全分布式结构的LonWorks系统中的每个智能设备都可以有自己简单的应用程序和控制逻辑，所以控制逻辑可分布于整个系统。

2.使用IP广域网的LonWorks系统

如果一个网络控制协议只发送精简的报文，而且只在需要时发送，以及报文只出现在需直接相关的通信设备中，使用这样的网络控制协议组织的系统一定会具备优良的性能。

一种控制网络如果能直接使用高速主干网络作为其应用系统中的一部分，可以避免使用许多专用协议同时又获得了优良的系统性能，如图7-35所示，系统在信道之间使用路由器而不用网关。i.LON 600 LonWorks／IP路由器就是这样的设备。LON网络中的路由器把LonWorks数据包封装成IP数据包在IP网络上传输。形象地说就是把一个LonWorks数据包看作信封内的一封信（数据），通过LonWorks网络投递给收信人，那么这些路由器就只是简单地把它封装在一个更大的IP信封内，以不同的方式寻址。广域网再把这个大信封传输到被寻址的远地路由器或IP设备，在那里把外面信封拆掉，LonWorks信封则放在局域网分段或设备上。这使得系统易于安装、监测、查找故障和维护，因为系统现是在一个集成的网络，具有所有各点间完全的连通性，没有专用网关置身其间。

图7-34 全分布式的Lon Works系统

图7-35 使用IP主干网的全分布式LonWorks系统

LonWorks网络和IP网络之间的路由器提供从LonWorks网络段到以太网或广域主干网的无缝、透明连接。

3.使用本地LNS服务器开放的LonWorks系统

LNS服务器和每个LonWorks子系统在一地，用于向LonWorks信道和IP信道两者提供连通性，这种系统如图7-36所示。

4.系统设计

系统具有良好开放性的一个重要表现是：用户系统中的智能设备购于多个不同的厂商，不影响这些智能设备彼此间的互联互通、互换互用，即开放性使集成商和最终用户们能够自由选择最佳种类的产品和服务，而无需害怕被锁定在一家销售商。

系统集成商为了实施一个网络控制系统必须执行4个主要任务：系统设计、网络配置、应用程序配置和安装。曜_

图7-36 使用本地LNS服务器开放的LonWorks系统

（1）系统设计

系统设计分两步：第一步选择LonWorks设备，该设备必须包含必要的I／O点或能连接到I／O点，而且具有能执行诸如PID环路或时序调度等必要控制功能的合适应用软件。

第二步，确定合适的信道类型和数量，再选择路由器来连接它们。这项工作包括选择网络主干这样的重要决策。较大系统通常使用IP作网络主干，中等系统可使用IP或TP／XF-1250作网络主干，小系统可使用TP／FT-10作网络主干。

（2）网络配置

网络配置的步骤如下：

1）把域ID和逻辑地址分配给所有设备和设备组。

2）绑定网络变量，在设备间建立逻辑连接。

3）为要求的特点和性能，在每个设备中配置各个LonWorks协议参数，包括信道速率、确认、鉴别和优先级服务等。

4）网络配置的内部过程可能很复杂，但这种复杂性被LonWorks系统中的网络集成工具解决了，使得进行网络设计是一项简单的工作，就像把设备的应用功能模块拖曳到图上，并连接输入和输出，以确定功能块之间如何相互通信。

5）网络配置可能是一个特设的过程，也可能是一个设计前过程。在特设方法中，设备已经连接到网络并上电，配置数据按规定在网上下载。在设计方法中，信息用网络工具收集到数据库中并在安装时下载到设备中。在任一方法中，网络集成工具都自动维护一个精确反映系统中每个节点配置的数据库。

（3）应用程序配置

每个设备中的应用程序是由应用程序配置流程根据要求的功能定制的，所以要选择适当的配置属性。LNS网络操作系统为制造商提供一个平台来创建易于使用的叫做Plug-in插件程序的图形化配置界面，而该插件程序自动和任何其他基于LNS的网络工具相兼容。例如埃施朗公司的LonPoint接口模块中的应用软件都有用于配置的LNS Plug-in插件程序。在使用LonMaker for Win-dows定义和执行这些设备的网络配置后，用户就能简单地用鼠标右击LonPoint功能块图符，从快捷菜单中选择“Configure”，此时应用程序的插件程序立即从LonMaker工具中启动。

（4）安装

为信道安装物理通信介质。把包括路由器在内的LonWorks设备连接到信道上；把传统I／O点连接到LonWorks设备上。

使用网络集成工具下载网络配置数据和应用配置数据到每个设备，这称为启动设备。对于未经制造商预装应用程序的设备，网络工具下载应用程序到设备中非易失性的RAM存储器中。设备通常是逐一的启动和测试，或者以脱机模式启动，然后再使设备联机逐一测试。开放式集成使控制应用程序能充分利用在控制组件中全部投资，把以前离散系统顺利地集成。这样的集成增加了控制系统的灵活性和对最终用户的价值。

5.对IP网络的支持和网关的作用

（1）对IP网络的支持

开放控制系统将控制系统报文或数据包封装在IP数据包中，就可以使用Internet将报文可在全世界传输而不必转换成另外的协议，实现传输成本最小化，而且充分利用现有丰富的IP网络的能力和资源不受任何限制。对LonWorks网络的IP支持可由LNS服务器或者i.LON600 Lon-Works／IP服务器实现。

（2）网关的使用

使用不同通信协议及标准的控制网络构成各自封闭的不同控制域，在设备间报文从一个通信协议映射到另一个协议时，实质是从一个控制域与另一个控制域之间的通信。报文的映射是由网关来完成的。网关只应用于特定的连接，实现两个不同控制域的互联，是原本不能通信的两个独立控制域能够实现通信，但网关实现的互联不是无缝互联。

网关在近年来已成为控制领域中大量使用的产品，但是这种装置在系统中也构成系统数据流中的瓶颈，而且有内在的性能限制。执行网关功能需要处理能力，而这就带来较高的成本。网关还要求有人指明把什么映射到什么，这会消耗技术力量。此外，网关还难以维护。系统参数的任何改变也必须在网关上处理，这必然会引起网络管理计划的改变。不同的管理计划要求网关两侧有不同的工具，所以为整个系统开发一个公用的网络管理工具即使不是不可能也是很困难的。最后，网关及其网络管理工具是封闭和专用的。因为没有网关配置的开放标准，处理网关配置的网络管理工具也变成封闭和专用的，它们就锁定在单一的网关生产厂商身上。

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