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圖1  系統(tǒng)的硬件配置

(1)  監(jiān)控計(jì)算機(jī)

    監(jiān)控計(jì)算機(jī)主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理方面的各種功能，運(yùn)行計(jì)量管理監(jiān)控程序來(lái)監(jiān)視和管理所有現(xiàn)場(chǎng)智能節(jié)點(diǎn)，查看在線運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)的手動(dòng)操作和控制等功能。

(2)  LonWorks網(wǎng)絡(luò)適配卡

    LonWorks網(wǎng)絡(luò)適配卡采用的是PCLTA-10型網(wǎng)絡(luò)適配卡，它是一種特殊性質(zhì)的節(jié)點(diǎn)，其主要作用是連接監(jiān)控計(jì)算機(jī)和LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)。使得監(jiān)控計(jì)算機(jī)與控制網(wǎng)絡(luò)中的智能節(jié)點(diǎn)間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量來(lái)交換數(shù)據(jù)，起到上傳下達(dá)的通信作用。

(3)  智能節(jié)點(diǎn)

    智能節(jié)點(diǎn)主要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換等功能。其內(nèi)部主要由總線收發(fā)器、Neuron芯片、信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，其他硬件電路組成。總線收發(fā)器用于對(duì)通信介質(zhì)的連接，可采用雙絞線收發(fā)器、電力線收發(fā)器、無(wú)線收發(fā)器等；Neuron芯片由3個(gè)8位的微處理器組成，其中的MAC處理器用于介質(zhì)訪問(wèn)控制，網(wǎng)絡(luò)處理器用于完成LonTalk協(xié)議的3~6層，應(yīng)用處理器用于執(zhí)行用戶程序及其對(duì)系統(tǒng)程序的調(diào)用。信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊是用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料流量信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換。

(4)  傳感器

    傳感器是測(cè)控系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的電信號(hào)，然后傳送給智能節(jié)點(diǎn)。

(5)  終端電阻

    終端電阻是一個(gè)特殊的電阻包或電阻塊，其作用像濾波器，可消除由眾多電纜線和設(shè)備所產(chǎn)生的噪聲，因此在LonWorks總線的末端掛接一個(gè)終端電阻可以確保整體電路信號(hào)的穩(wěn)定性。

2.2  軟件支持

(1)  數(shù)據(jù)采集和處理

    掛接在LonWorks總線上的各個(gè)智能節(jié)點(diǎn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行模擬量的數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理將結(jié)果以網(wǎng)絡(luò)變量的形式送到LonWorks網(wǎng)絡(luò)。具體包括以下幾個(gè)方面：

    •  數(shù)據(jù)采集：數(shù)據(jù)采集的主要功能是將模擬信號(hào)（壓力、流量、溫度）通過(guò)光電隔離和A/D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號(hào)，然后送入Neuron芯片。
    •  信號(hào)濾波：由于測(cè)量設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)通常帶有干擾，特別是那些惡劣環(huán)境下的信號(hào)，節(jié)點(diǎn)中采用硬件濾波和軟件濾波相結(jié)合的方法，來(lái)濾除輸入信號(hào)中的噪聲。
    •  網(wǎng)絡(luò)變量通信：Neuron芯片中內(nèi)嵌的LonTalk協(xié)議表示層中的數(shù)據(jù)被稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)變量，其中的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量類(lèi)型（SNVTs）已經(jīng)將某些數(shù)據(jù)類(lèi)型（如壓力\流量和溫度等）規(guī)范化。
    •  工程單位換算：將檢測(cè)到的無(wú)量綱數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為帶量綱的工程單位數(shù)據(jù)。

(2)  通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)架構(gòu)

    •  LNS體系結(jié)構(gòu)組成

    LNS（LonWorks Network Service）體系結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)強(qiáng)大的客戶/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并以對(duì)象集合的方式為那些與LonWorks網(wǎng)絡(luò)交互的應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如圖2所示。LNS架構(gòu)主要包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（NSS）、LCA對(duì)象服務(wù)器（LCA Object Server）和LCA數(shù)據(jù)服務(wù)器（Data Server）等。

圖2  LNS體系結(jié)構(gòu)

    NSS提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，接收從計(jì)量管理監(jiān)控程序發(fā)出的網(wǎng)絡(luò)操作請(qǐng)求，執(zhí)行相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)操作服務(wù)。在LNS體系架構(gòu)下，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器提供了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，客戶可以通過(guò)該數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理操作。LCA對(duì)象服務(wù)器是在NSS上加上一層外殼，以便于更好地使用NSS服務(wù)，同時(shí)負(fù)責(zé)管理和維護(hù)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)。Data Server提供了一些監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的API函數(shù)，能直接提供數(shù)據(jù)服務(wù)、訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)變量和顯示報(bào)文。Object Server ActiveX Control采用Windows的ActiveX技術(shù)，給開(kāi)發(fā)人員提供了一種以對(duì)象為方式訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)各設(shè)備的方法。

    •  節(jié)點(diǎn)間通信方式

    節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)變量或顯式報(bào)文與其它節(jié)點(diǎn)通信。對(duì)于顯式報(bào)文來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)域的大小是可變的；對(duì)于網(wǎng)絡(luò)變量來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)域的大小是一個(gè)常數(shù)。除了用于LonTalk文件傳輸協(xié)議的報(bào)文以外，顯式報(bào)文不象網(wǎng)絡(luò)變量那樣提倡互操作性，因?yàn)轱@式報(bào)文的數(shù)據(jù)格式部分直接依賴于具體的應(yīng)用程序。另外，網(wǎng)絡(luò)變量使用的EEPROM表空間（table space）比顯式報(bào)文要多。

    網(wǎng)絡(luò)變量大大簡(jiǎn)化了復(fù)雜的分布式應(yīng)用的編程，不但提供了非常方便靈活的分布式數(shù)據(jù)共享的方式，而且使程序員不需要處理報(bào)文緩沖區(qū)、節(jié)點(diǎn)地址和請(qǐng)求／響應(yīng)等一些底層細(xì)節(jié)。基于對(duì)顯式報(bào)文和網(wǎng)絡(luò)變量的分析比較，結(jié)合本系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)際情況，以采用網(wǎng)絡(luò)變量的方式進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間的通信較為適宜。

(3)  數(shù)據(jù)庫(kù)管理

    為了在計(jì)量監(jiān)控程序中，對(duì)大量采集到的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)、處理和查詢等管理功能，就需要建立數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，這也是連接生產(chǎn)控制層和信息管理層的橋梁和紐帶。可以采用Microsoft公司的SQL SERVER 7.0來(lái)建立數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能主要包括數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析。

    •  數(shù)據(jù)通信

    用戶需要通過(guò)人機(jī)監(jiān)控畫(huà)面與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和控制，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可以提供ODBC接口給監(jiān)控程序來(lái)方便數(shù)據(jù)交換。

    •  數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

    數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)由信息源收集到的各種數(shù)據(jù)，根據(jù)定義在數(shù)據(jù)庫(kù)中的各個(gè)實(shí)體（表格）間的關(guān)系，最終方便監(jiān)控應(yīng)用程序和用戶的調(diào)用。

    •  數(shù)據(jù)分析

    根據(jù)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，如以年月日為查詢條件的歷史數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行橫向和縱向的數(shù)據(jù)分析比較，以便企業(yè)制定具體的計(jì)劃方案。

3  監(jiān)控軟件開(kāi)發(fā)

    計(jì)量管理監(jiān)控軟件以微軟的Visual Basic 6.0作為工具，結(jié)合Echelon公司的LNS開(kāi)發(fā)包來(lái)實(shí)施開(kāi)發(fā)。其主要功能包括計(jì)量數(shù)據(jù)的補(bǔ)償計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)安裝和配置、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。

3.1  計(jì)量補(bǔ)償算法

    在上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)上要顯示瞬時(shí)流量值和累積值，就必須對(duì)流量進(jìn)行參數(shù)補(bǔ)償修正計(jì)算，目前最常用的幾類(lèi)流量計(jì)（差壓、渦街、電磁等）受影響的主要參數(shù)為密度等。如速度式流量計(jì)測(cè)量的是體積流量，但是物料平衡或能源計(jì)量皆需要用質(zhì)量流量計(jì)算，因此這些流量計(jì)除檢測(cè)體積流量外，最主要檢測(cè)的是流體的密度。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，針對(duì)不同的流量類(lèi)型，通過(guò)對(duì)密度與溫度、壓力之間關(guān)系，采用相應(yīng)的計(jì)算方法進(jìn)行補(bǔ)償，以提高流量計(jì)量精度。

3.2  基于LNS的網(wǎng)絡(luò)安裝

    將LonWorks網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行物理連接后，相互間仍是獨(dú)立的，需要通過(guò)組網(wǎng)來(lái)建立邏輯上的連接。根據(jù)LNS的體系結(jié)構(gòu)和所選擇的開(kāi)發(fā)工具，采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法，通過(guò)封裝、調(diào)用對(duì)象的方法、屬性和事件，來(lái)完成對(duì)LonWorks網(wǎng)絡(luò)的安裝。下面給出的程序代碼示意了有關(guān)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的初始化、新建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)和節(jié)點(diǎn)安裝等過(guò)程。
frmMain.lcaObjectServerMain.Open  ' 打開(kāi)對(duì)象服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)

Set m_networkCollection = frmMain.lcaObjectServerMain.networks   ' 設(shè)置網(wǎng)絡(luò)集合
Set NSIs = frmMain.lcaObjectServerMain.NetworkInterfaces  ' 在接口下拉列表中顯示網(wǎng)絡(luò)接口名
For i = 1 To NSIs.count
NSIName = NSIs.Item(i).Name
If NSIName=”LON1” Then
   Combo.AddItem NSIName
End If
Next i
Combo.Text = Combo.List (0)
Set m_currentNetwork = m_networkCollection.Add(Network1, C:\DB\, True)  ' 新建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)
Set m_currentSystem = m_currentNetwork.Systems.Item(1)  ' 打開(kāi)子系統(tǒng)，啟動(dòng)NSS
m_currentSystem.Open
m_currentSystem.Subsystems.Add "Subsystem1"  ' 初始化子系統(tǒng)，默認(rèn)添加Subsystem1
m_currentSystem.MgmtMode = lcaOnNet  ' 連接網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)管理模式為在線模式lcaOnNet
optSubsystem= m_currentSystem.Subsystems.item (3)  ' 選擇子系統(tǒng)，默認(rèn)添加為Subsystem1
DeviceCollection = optSubsystem.AppDevices  ' 設(shè)置節(jié)點(diǎn)集合
Set optDevice = DeviceCollection.Add(deviceName.Nothing, Nothing, Nothing)  ' 添加節(jié)點(diǎn)
optDevice. NeuronId=ServicePinNeuronId  ' 寫(xiě)入物理節(jié)點(diǎn)的Neuron ID號(hào)
optDevice. Commission  ' 網(wǎng)絡(luò)映像裝入節(jié)點(diǎn)，使物理節(jié)點(diǎn)和邏輯節(jié)點(diǎn)相連
optDevice.State=LcaStateCnfgOnline  ' 節(jié)點(diǎn)處于在線方式

3.3  基于LNS的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)監(jiān)控

    網(wǎng)絡(luò)安裝好以后可以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，LNS提供有兩種系統(tǒng)級(jí)別的監(jiān)控方式：?jiǎn)吸c(diǎn)監(jiān)控與集合監(jiān)控。根據(jù)實(shí)際需要，本系統(tǒng)中采用了單點(diǎn)監(jiān)控方式，單點(diǎn)監(jiān)控需建立臨時(shí)性的監(jiān)控點(diǎn)，應(yīng)用程序通過(guò)臨時(shí)監(jiān)控點(diǎn)來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)
變量，當(dāng)程序退出后，監(jiān)控點(diǎn)由LNS撤銷(xiāo)。由于所監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)變量對(duì)象經(jīng)常改變，所以監(jiān)控方式采用的是垂詢方式（poll）。垂詢方式屬于非綁定方式，監(jiān)控程序可以直接在網(wǎng)絡(luò)中對(duì)一個(gè)輸入型網(wǎng)絡(luò)變量寫(xiě)值，或者讀取一個(gè)輸出型網(wǎng)絡(luò)變量的值。在垂詢方式下，可以設(shè)置監(jiān)控對(duì)象的屬性，以決定該方式的特性。監(jiān)控程序可以通過(guò)利用節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)變量對(duì)象的Value屬性來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)變量的值進(jìn)行操作。圖3示意了監(jiān)控軟件對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)控。

圖3 節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控