（检测技术与自动化装置专业论文）基于lonworks技术的电梯远程监测系统的研究.pdf

靛汉理王大学壤圭学短论文 摘要 电梯作为机电一体化的大型设蓊，在搿层建筑运输中起着重要的作用，是 楼宇自动纯中瑟不掰少的都分。豳于电梯的结构笈杂，遮行可靠往要求离， 监测其运行状态和敞障情况成为电梯管理、维护和安全运彳予的迫切需要。 率文介绍了亳梯远程赣溺系统酌发展疆袄，眈较了国内辩魏鬏域的礤簸开 发情况，并运用l o n w o r k s 技术和i n t e m e t 技术，建立一个大型的电梯远程监测 系统。该系统中，程电搽维修部门、小区物渣管理都门帮城市毫檬管理部门都 设鼹监测计薄机，位于小区物业管理部门的监测计算机作为下位机，位于电梯 维修藩f j 豹篷溺嚣算裁瓿撵为鼹务器，整予缄泰毫梯管理酃门翡簸测诗冀佟荛 客户端。下位机通过计算机局域网与服务器相通信，客户端通过i n t e r n e t 与服务 器裙逶信。逶过该系统，小区凌鼗翡理邦门、邀撵维鲣部门黟壤紊毫搽警壤帮 门可以同时对其所管理的为电梯进行实时般测。当电梯出现故障时，三个部门 霹滋及巽誊知道惫攥黪篷瑰故障豹接凝，送行及瓣建溪。 该系统主要由数据采集系统和脓测软件俩部分组成。 羧豢采檠系统囊责对电撵运行状态信号帮敖簿绩号等数摆戆袋集，势惩采 集到的数据通过l o n w o r k s 网络发送给小区物业管理的监测计算机。数据采集系 统熬设计充分考瘩了竣冬躲运用性敷兼容魏，克服了因不麓公黉魄撵镳惠代码 标猴和通讯协议不同而带来的不使，专门设计了数据采集卡，直接对电梯的运 牙状态进行采集。 监测软件是用m c g s 网络版开发的。m c g s 网络版组态软件采用了觉为先 进翳莲予t c p i p 协议的下位枫一服务器一客户蝼三层模妓鲍结构体系。盎于 m c g s 的输出变量不能奁接与l o n w o r k s 网络的姣控工具l ，n sd d es e r v e r 的输 入交量耀逡接，该设计中鼷d e l p h i 汗发了d d e b r i d g e 软传，建立了m c g s 与 l n sd d es e r v e r 的连接。电梯运符状态监测界面可以实时反映电梯运行状态， 并鼹示运行状态参数信息。当有电梯出现故障时，就自动撵出电梯故障窗口， 显示电梯的故障信恿。 关键词：电梯，远程监测，l o n w o r k s ，m c g s 网络版 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t e l e v a t o ra sa ne l e c t r o m e c h a n i c a li n t e g r a t e de q u i p m e n tp l a y sa t li m p o r t a n tr o l ei n t r a n s p o r t a t i o ns k y s c r a p e r s i ti sa l s ot h ei n d i s p e n s a b l ep a r to fb u i l d i n ga u t o m a t i o n f o rt h ec o m p l e xs t r u c t u r ea n dt h es t r i c tr e q u e s tf o rr e l i a b i l i t y , t h em o n i t o r i n gr u n n i n g s t a t u sa n df a u l ti n f o r m a t i o no fe l e v a t o ri ss i g n i f i c a n tt oi t sm a n a g e m e n t ，m a i n t e n a n c e a n ds e c u r i t yo p e r a t i o n t h i st h e s i si n t r o d u c e st h el a t e s td e v e l o p m e n to f t h er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mo f e l e v a t o ra n dc o m p a r i s e st h ec o n d i t i o no ft h ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lr e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n to ft h i sf i e l da n ds e tu dal a r g er e m o t em o n i t o r i n gs y s t e mb yl o n w o r k s t e c h n o l o g ya n di n t e r a c tt e c h n o l o g y i ns y s t e m ，m o n i t o r i n gc o m p u t e r sa r es e ti nt h e m a n a g ed e p a r t m e n ti nd w e l l i n gh o u s e ，i nt h ed e p a r t m e n tf o rm a i n t a i n i n ge l e v a t o r s a n di nt h ed e p a r t m e n tf o rm a n a g i n ga l le l e v a t o r si nac i t y 确艟m o n i t o r i n gc o m p u t e r i nt h em a n a g ed e p a r t m e n ti nd w e l l i n gh o u s ei ss e r v e da st h es u b o r d i n a t em a c h i n e 。 t h em o n i t o r i n gc o m p u t e ri nt h ed e p a r t m e n tf o rm a i n t a i n i n ga l le l e v a t o r si ss e r v e da s s e r v e r t h em o n i t o r i n gc o m p u t e ri nt h ed e p a r t m e n tf o rm a n a g i n ga l ie l e v a t o r si nac i t y i ss e r v e da sc l i e n t 。霜瑶s u b o r d i n a t em a c h i n ec o m m u n i c a t e sw i t ht h es e r v e rt h r o u g h l o c a ln e t w o r k ，t h ec h e n tc o m m u n i c a t e st h es e r v e rt h r o u g hi n t e r n e t a c c o r d i n gt o 也i s s y s t e m t h em a n a g ed e p a r t m e n ti nd w e l l i n gh o u s e ，t h ed e p a r t m e n to fm a i n t a i n i n g e l e v a t o r sa n dt h ed e p a r t m e n to f m a n a g i n ga l le l e v a t o r si nac i t yc a nr e a l - t i m em o n i t o r t h ee l e v a t o r st h e yt a k ec h a r g eo f w h e ns o m ee l e v a t o ri so u to fo r d e r , t h e s e d e p a r t m e n t sc a nk n o wf a u l tm e s s a g es i m u l t a n e o u s l ya n dt h e nt a k es t e p si nt i m e t h i ss y s t e mi sc o m p o s e do fd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e ma n dr e m o t em o n i t o r i n g s o f t w a r e 。 d a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mt a k e sc h a r g eo fs a m p l i n gt h es i g n a l so fe l e v a t o rs t a t u s a n df a u l t ，a n ds e n d i n gt h ea c q u i r e dd a t at om o n i t o r i n gc o m p u t e ro ft h em a n a g e d e p a r t m e n t 遮d w e l l i n gh o u s et h o u 醇t h el o n w o r k sf i e l s b u s t h eu n i v e r s a lp r o p e r t y a n dc o m p a t i b i l i t yh a v eb e e nc a r e f u l l yc o n s i d e r e di nd e s i g n i n gt h ed a t aa c q u i s i t i o n s y s t e m t h es y s t e mo v e r c o m e st h ei n c o n v e n i e n c eb e c a u s eo ft h ec o m p a n i e s o w n c o d es t a n d a r d sa n dc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l sa n de s p e c i a l l yd e s i g nad a t aa c q u i s i t i o n c a r df o rs a m p l i n gt h es i g n a l so f e l e v a t o rs t a t u sa n df a u l td i r e c t l y 糯r e m o t em o n i t o r i n gs o f t w a r ei sd e v e l o p e db yt i r e u l a t es o r w a r cm c g s 强e n e t w o r ke d i t i o no fc i r c u l a t es o f t w a r em c g sa d o p t st h r e el a y e r sa d v a n c e dm o d e l s t r u c t u r es y s t e m ：t h es u b o r d i n a t em a c h i n e ，s e r v e ra n dc l i e n t ，w h i c hi sb a s e do nt h e d r o t o c o lo ft c p i eb e c a u s et h eo u t p u to fm c g sc a n n o td i r e c t l yl i n k 晰t ht 酶i n p u t o f0 n sd d es e r v e r , w h i c hm o n i t o r st h el o n w o r k sn e t w o r k , t h es o f t w a r eo f d d e b r i d g ei sd e v e l o p e db yd e l l ) h it oc o n n e c tt h e m t h em o n i t o r i n gi n t e r f a c ei n s o f t w a r ed i s p l a y st h er e a lt i m er u n n i n gs t a t u so fe l e v a t o rw i t hd y n a m i ep i c t u r e sa n d t h er u n n i n gp a r a m e t e r s 。w h e ns o m ee l e v a t o ri so u to fo r d e r , t h ew i n d o ww i l la p p e a r a u t o m a t i c a l l yt os h o wt h ef a u l tm e s s a g e k e yw o r d s ：e l e v a t o r , r e m o t em o n i t o r , l o n w o r k s m c g s 强嘲 i l 此页若属实请申请人及导师签名。 独创性声明 本人声明，所里交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得武汉理工大学或其它教育桃构的学位或证书丽使 用过的材料。与我一圃工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：毽签莲避日期缎笸；生 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅； 学校可以公布论文的全部内容，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生签名：鞠b 杰避导师签名：! ! 垂塑日期趁芝：垡：罐 注：请将此声明装订在论文的墨录前。 武汉联工大学磺圭擎 妻潦文 第1 耄绪论 本拳介绍了嘏梯邈糨监测系统研究的目的和意义以及国内外研究现状，并 对本课题的提出鼹景和研究的主要内容你了简要说嗫。 i 1 电梯远程监测系统研究的豳的和意义 隧豢计算机技术、邋讯技术、与控制技术蠹辱发展，使大溅姻智能化成为现 突，囊宅撵是餐栽建筑串重要筑交遴王蒸，其技术发蓑爱智鼹能释废邈嵇受壤 人关注f l j 。智能化的电梯酋先要匈智能大厦中所谢自动化系统联湖，如与楼字控 镣系统、潲防系统、豢藉安酶系统筹交互联系，倥电梯成为离散优质、安全箭 逡懿驻务互爨。惫搽羧涨，特囊楚邀搽錾a 藏藩一壹塑撬着魄梯装承氇囊窝霆 户，9 0 年代拐赣有鬯梯厂商对毫榉濑麴了过程蕊测系统，薜谯魄梯轿燕海装设 通讯设备，使被嘲在轿厢中的乘客可以同大楼的监视人员建立联系。由予这种 设赭只羧予电撵掰在丈楼，显亩稞交天爨受黄，一量毫梯匿人，还褥透魏专选 人罴来勰溺。遥几年来，随着计算机按零和遗诫疆寒静发震，疆及互驳湖应丽 瓣营及，避避逶添秘终瀵雩亍鼗攥健瓣在各令矮域鹣瘟焉霸盏广泛，电梯翡遐疆 监测技术便是其中一例。 宅操远程釜溅系统佟淹譬簸建筑系缓戆蕴袋部分，爱誊瓣邀撵颁域酌褒遂 颧域之一，这种先进装鬻集通讯、微机处理于体，它可以通过电话线溅者网 终绩遂熬梯靛运行瑟散漳傣惑到穗捞蕴溅中心，一塞毫梯发生敬障，鼗测装警 念皇动熬援藏蹲僚患蕊递绘监铡中心，缀修管瑾大受霹遇过诗葵极屡幕霸道毫 瑷熬藕题鼹在露啜瓣煞状态，势露靛避鲶溪强。蕊惩鬯攥远程濂滚系统，遽程潼 测维修中心始终j | 魏测潞宙们所维保的电梯，随时w 以知道电梯的运行状态和发 生鼓建的愤况。 窀髹运程整溯系统麓骞多方嚣鹣意义。怼鼓糖厂囊鼗考魄梯维穆聱门窳浚， 邂过电撵避程监测系统，他们可 三l 程第一对阏 罄戮电梯羽运行羧态，遂簿靛障 预估，变被动保养为擞渤保养，极大地减少了电梯发生故障的频率；当电梯发 生兹簿辩，维修太员弼鳍在去维修糯矮之蓠裁鑫经絮遵照撵懑现故障懿类凝、 武汉疆王大学联学瞧谂文 故障部餐镣详缁藏障信繇，由诧w 以鹳j 麓该配带什么工其及备件，并且，缭修 中心可以瓣敞障避行诊峨积分摄，协助暾梯理场燎修人鼷搀除滚梯故障，这鳟， 就极大地减少了电梯维修成本。对小区域者楼字的物、韭篱理部f 1 来说，通过电 稀远程整溅系绫，霹潋瓣其瑟謦瑾夺逛戆邀猱运静狭态楚否垂嚣，毫撵鼓辫搬 警是否及时，乘客在轿辅内是否密全，能否及时与乘客取得联爆等等情况进行 准确的把握和了解。对城市电梯管理郝门来说，邋过电梯远糕燃测系统，研以 对管辖嚣翁窀撵赦薅率，停撬黠溺，终糗然透逡行分辑窝磷突，势曼，系统霹 以对其簸擦豹电梯建立宛善静数据露，簿台电梯搬天，遂嚣甚至当年懿簸辕情 况都可以被记录下来，澄簧对某种电梯的性能及魂梯维修保养帮位韵服务艨爨 进行评估，则可以提供企蕊、翔安、窿观的资料。 蠹藏霹觅，魄霸遴羧蓬溅系绫熬圭簧嚣懿是辩奁嗣赣撵进行数器缨护，敬 障诊断及处理，完成故障的早期预告及排除和电梯运行状态的绒计与分析。概 拯起来，媳稀远糕整潮羝统胃醴实现戳下功能： 1 。实瑷兹簿麴早联颈告与蓑 躲，交装动维谬失主魂僳莽，投大遮减少了瞧 梯茇宝藏簿静颜攀； 2 当电梯出现故障时，可以进行故障分析糊处理，减少了停机时间和维修 裁本； 3 送行簸簿记录与绫诗，宥翻予对各令管理攀谴豹考菝耪效务承平静撬凑。 1 2 电梯远程监测系统的现状 当今馓界上电梯控制系统大多激用了串行通讯微机撩制、燮颇变篮燮德、 邋程鉴接瓣窕进技术f l 】。避程监控援拳是箨隧羞诗簿辊整翻援恭秘耀络按零瓣发 鼹丽发展越来懿，随蓑潮走电梯领域这几年鲍发鼹缀现了很多魄较先进的靛控 蓉统，强嚣门予惫撵巢溺与溪茳大学会铭嚣发辩鏊予鼗入式i r a e m e t 静毫攥避程 监控系统，还有上海新时达电气有限公司开发的熬于c a n b u s 电梯监控系统。 但是黧内太多数魄撵网户舞袋建的主要是以下玉类彀梯遴瑕簸测系绞； ( 1 ) 嶷攘慕臻嚣终大豹邀搽公键魏三菱毫撵公司、强立噻撵公司、蘩淼邀 檄公司所糖供的慧自蠢系统程配褰靛远熬夔控系绫。尽嚣这蛰琴鲮能够实域多 台电梯的燧行监视与远程控制，然丽，由于中国特殊的圈情，遮些国外犬公司 邋程监控系统在枣藿疲磁还存在爨凝性。絮采爱不同熬邂谖方式，不弱翡疆锌 2 武汉理工大! 攀矮士擎位论文 接口，只能监控本公司的电梯，对其他公司漱梯不能兼容，对网络的质量要求 更高等，难以广泛应用。另外，此类监控系缡的价格也比较昂贵，大多数用户 难以承受。 ( 2 ) 采用远程i o 模块缀成的邋程监测系统。该远程鼗测系统邋用于对小 型电梯组的远程监测，o 模块一端与电梯控制系统桐连，勇一端通过网络或调 制解调器等方式与监测主站相连，1 7 0 模块不能独立工作，按照上位机的指令采 集电梯控稍系统豹运行数据辨传输数据，所商的数攥处理工作由上位杌完成。 该系统巡查速度慢，上位机数据处理负荷较黧，不能胜任大撼的数据处理。 ( 3 ) 采翔p l c 构成的嘲络通讯静远程艇测系统。p l c 控割器一端与激梯 控制器相连，另一端与监测主站相连，p l c 控制器按照事先编好的程序采集电 梯运行数据，向上谴祝传送数据。毽是，p l c 有萁专属往静缺点，一旦选择使 用某家p l c 的产品，还得使用这家厂商与p l c 相关的软硬件产品等，如：操作 系统，编程方法，瑟络，楚蘧器或冀它矮边设备，这样就极大遣袋稍了其系统 的扩展，使系统不能适应新技术的发展。 ( 4 ) 擎猿躅萃片鞔梅残一令独立豹采榉逶谖擎元搿缓袋靛远程浚测系绫。 该系统具有设计成本低，设计灵活的特点，假是由于市场不大，难以形成规模，而 显魏炎系统今嚣维护豹难度稻或零臻较嘉。 ( 5 ) 基于现场总线的远程监测系统。该系统利用现场总线把前端设备聚集 豹邀横运孳亍数握转给远程整测诗募擞戆。瑰场憨线瀵疲塞魂装裁发滠夔方囱， 使得控制系绕数字化、分散化、网络化，但怒起初现场总线模块价格相对较贵， 在藿内缓少鸯厂家或辩磅摹绞把溪璐慧线爱戮毫撵簸测系统，睫藿摸块羧辏瓣 降低，现场总线越来越受到人们的青睐。 1 3 本课题的提出背景和主要研究内容 随着l o n w o r k s 技术在楼宇自动化方面的广泛应用，并结合我实骏室在l o n 总线、工业过程控载、。远程黢测、故障诊叛秘智能小区等方蕊所作的礤究，l 乍 者提出了基于l o n w o r k s 技术在电梯远程监测系统中的应用的设想。 本论文磺究靛主要内容楚建立一套基予l o n 网络的大型电梯监测系统该 系统以一个城市某一区域的电梯为溉测对象，在小隧物业管理部门、该区域的 电梯维修部门和该城市电梯繁理部门都设嬖艇测诗冀机，位于小区物业管理都 鼗汉理工大学硬圭学位论文 门的监测计弹机作为下位机，位子电梯维修部门的隘测计算机作为服务器，位 于城市电梯管理部门的监测计算机作为客户端，下位机通过计算桃局域网与服 务器相连接，客户端通过i n t e m e t 访问服务器。各部门通过簸测计算机实现对其 所管辖的电梯进行集中监测、管理。该系统中，每裔电梯郝设计了一个数烬采 集卡，负责对该电梯的运行状态数据的采集和处理。在楼宇或小透的同一区域 内设置一个智能节点，智能节点通过r s 一4 8 5 总线与数据采集卡进行通信，同一 物鼗管理部门内的智能节点组或一个l o n w b r k s 予网络。下位梳通过内鬻的 l o n w o r k s 网卡p c l t a 2 0 与l o n w o r k s 子网络相连。物业管理人员通过下位机的 电梯篮溺赛褥，可戳对其所管理，j 、区静毫梯运行状态是否征常，嘏梯蘸障报警 是否及时，乘客在轿箱内是否安全，能否及时与乘客取得联系等等情况进行准 确熬把握耧了惩。亳梯维修人员遗遗簌务器静电梯篮铡彝蓠，可疆在第一时闰 得到所其管辖电梯逐行状态的数据，当电梯发生故障时，维修人员可以在维修 之蓠就已经翔遴该维穆熬瑗瓣部 警，蒂锌么工吴及备 季，这样，就极夫逮减少 了维修成本。城市电梯管理人员通过客户端的监测软件访问服务嚣端的电梯妊 溅赛瑟及数攥瘁，穗嚣霹数对该邀梯维修都门进彳亍考孩，麓激缀蠢臻逮了解该 维修部门所管辖区的电梯故障率，停机时间，停帆原因，以及各种对故障的处 理憾况等，极大遮方爱了彀梯警璎都门慰毫梯维修部门建簸餐窝管理。 电梯远程监测系统的总体结构圈如图l - l 所示。 图1 - 1 电梯远程监测系统总体结构圈 4 武汉瑾王大学礤j ：学位论文 该系统与其它电梯远稷监测系统相比疑有如下优点：1 ) 从通讯的实时性来 考虑，采鼹每个l o n 节点逐接多台瞧擐蛉方式，可黻实时采集多台邀搽的备秘运 行数据、运行故障信息等，从而对分散在大楼内或小区内的所有电梯实现集中监 测；2 ) 从邋讯的可靠性来考虑，l o n t a l k 邋信协议旺露化程节点硬传中，健l o n 网通信的可靠性得别了保障；3 ) 从可扩展性考虑，只需将装载有应用程序的l o n 节点加入l o n w o r k s 网络即可；4 ) 从互操作性考虑，可编程的通用智能节点可以直 接接入l o n 控制嗣络中，实现互操作，具有即插即用功能；5 ) 从系统的开放性考 虑，l o n t a l k 通信协议与国际标准化缀织0 s o ) n 定的开放系绒互联参考模式( o s i ) 一样，具有竞整的7 层协议，因此系统是全开放的。6 ) 从系统容量米考虑，一个 l o n w o r k s 网络最多可以有2 5 5 个予嘲，每个子网最多可以窍1 2 7 个节点，每1 2 7 个节点只需要一个貉由器，而在该设计中，一个节点最多可监测2 5 5 台电梯， 其容量较大。 筑汉理王大学硕士学位论文 第2 章l o n w o r k s 现场总线技术简介 2 。1 现场总线技术概述 瑷场总线是当今自动健领域技术发震的燕点之，被鬻为自动化领域的计 算机局域网【3 。它的出现，标志着工业控制技术领域又一个新时代的开始，并将 对该领域静发震产燕重要影璃。翻嚣蓠为也，工效控裁鸯旗纯技术经历了两次 革命。一次是二十馓纪五六十年代从电气传动控制到模拟信号为主的自动化仪 表窳统；第二次楚二+ 麓纪七，年代祭散控镄系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o l s y s t e m ，d c s ) 的出现【4 】。现在，工业控制领域正进行着第三次革命一基于现场总 线熬控毒l 系统( f i e l dc o n t r o ls y s t c m , f c s ) 。该系统麓d c s 籀魄，昊有戬下特点： ( 1 ) 开放性、互操作性和互用性 逡予d c s 在王犍生产孛豹大鬟搂应鲻，形成了先数苓多厂家蘩繇静届霆。 各厂家的产品自成系统，不同厂家的设备之间不能互连在一起，难以实现互用 秘羹攘 乍，缝或更大蕊重缮惠共享貔瓣终系绫存在缀多垂憋。f c s 豹援棱遴遘裁 定自己的国际标准，不同生产厂家的设备只鼹符合该标准，就可以互连在一起， 棱筑叁魂纯领域酶器教互逡系统，避行设簧、系绫之闻懿嫠怠黉邀窝逡遴，势 且不同生产厂家功能类似的设备可以进行相互替换。 ( 2 ) 罴囊全数字纯遵僖 当前，d c s 的信号大都沿用i 型仪表的模拟信号规格，即4 2 0 m a 或r 5 v 等， 信号传递髓发低，抗于扰秘纠锩能力蓑，藤且过程级现场设备与控制级之闻必 须要采用对一的物理连接，布线复杂，赞用较商。现场总线智能仪表，内部 含蠢c p u ，从丽能够按照掭躔协议，通过一条总线，进行全数 6 藏汉理王大学硬士学位论文 2 。2l o n w o r k s 技术 2 2 。1l o n w o r k s 技术概述 美国e c h e l o n 公司予1 9 9 2 年耢铡戏凌了l o n w o r k s 溺控瓣络，并提供了送 行l o n w o r k s 网络设计和成晶化的套完整的开发平台。1 。其通信协议l o n t a l k 支持i s o o s i 戆全部七层模型，这燕l o n w o r k s 最突逛的特点。溺终拓羚绩糖霹 以鼹总线型、星型、环形和混合型，可实现自由组合。另外，通信介质支持双 绞线、圈辘瞧缆、巍线、射频、珏夕 线葶曩惫力线等，其逯绩速率扶3 0 0 b p s 剿l 。 5 m b p s 不等，直接通信距离可达2 7 0 0 m ( 7 8 k b p s ，双绞线) 。应用程序采用面向 对象的设计方法，邋过瞬终变量撼网络逯傣的设计麓他秀参数设爨，大大缩短 了产品开发周期。 l o n w o r k s 网络成为全球日常设螽网络饨酶公认标准。农家庭、半导体毒4 造 业、智能楼宇、加油站、火车制动系统领域的网络系统解决方案，己经被许多 世努标准组织采皱作为各自行业鸵标准，这包括a a r ( 美国铁路协会) ，a 腮f ( 美 国嗣家标准协会) ，a s h r a e ( 美国暖通空调工程师协会) ，t e e e ( 电予电气工程师 协会) ，i f s f ( 美国加油站标准论坛) 和s e m i ( 半导体设备与誊孝料协会) o 】。 l o n w o r k s 控制潮络结构由5 个部分组成：网络协议( l o n t a l k ) 、涮络传输介 质、网络设备、执幸子机构和管理较l 牛。其中，网络设备包掇智能测控单元、路 由器和两美等；执行祝构毯括传感器、交送器等；管理软彳串包括l o n t a l k 开放 式通信协议，并为设备之间交换控制状态信息建立了一个通用的标准。在 l o n t a l k 协议的协诵下，l 蔓镀那些孤立豹设貉融为俸，形成一个两络控制系统。 l o n t a l k 协议和神缀元芯片( n e u r o nc h i p ) 魑l o n w o r k s 的两个核心，是l o n w o r k s 技术中所裔关于鼹络静搡 棼实际上都楚逶道它稍配合来完成静。 相对于矮他种类的现场总线系统，l o n w o r k s 掇供了一个开放性强的局部操 作阚络，箕麓著的将征在予：功能强大豹神缀元芯片、系统静蓬操律髓和l o n t a l k 通倍协议。 1 功熬强大的棒经元愁背。 神经元芯片是l o n w o r k s 系统设备的核心器件。神经元芯片的处理器和内嵌 静遁信谤议篙纯了系统编糕，稷佼需要爰户送行擞羯层豹缡程帮参数琵鬟。因 此，基于神经元芯片的系统开发相当简便。 武汉溪王大学疆学擅论文 2 系统的互操作性 l o n w o r k s 系统斡互操 乍是撰开放隧终中的诲多智她设备之峨可以豆相邋 信，不需要加入监控设备负责整个系统的控制流程。l o n w o r k s 系统的互操作标 准由l o n w o r k s 甄操作协会即l o n m a r k 组织制定。l o n m a r k 的主要工作是建立标 准收发嚣及相关物理通邋规范、设备应用程序的建立和文档化的标准化定义。 l o n m a r k 规范详细描述了设备的皮用层接口，包撅网络交量、配鼹属性、一般和 特殊的按帛所用的默认和上电行为。 3 优秀的通信协议l o n t a l k l o n t a l k 漭议是l o n w o r k s 瑟统的灵魂，它潮化在神经元芯片中，怒童接面 向对象的网络协议“1 。l o n t a l k 支持i s 0 0 s i 七层模型，支持多种传输介质和传 输速度。提供强大静寻蟪能力秘珂靠静邋信藤务。 2 2 。2n e u r o n 芯黄的磷 牛资源 在l o n w o r k s 控制刚络中，越核心作用的是个叫做神经元芯片的部件，对 于网络遴讯和数据传递秘处理都起若非常重要的作用翻。目前神经元芯片有两个 型号，3 1 2 0 和3 1 5 0 两大系列。其中3 1 2 0 不支持外部存储器，本身带露r o m 、 e e p r o m ，速度最商为4 0 h 2 q z ：3 1 5 0 支持外部存储器，适合更为复杂的应用，速度 娥高为2 0 煳z 。图2 - 1 怒一种n e u r o n 芯片( 3 1 5 0 ) 的方框图。 辩都存能箍扩袋蕊线 图2 - 1n e u r o n 芯片方擐墨 武汉骥工太学颈士学经论文 从圈中可以看到，n e u r o n 芯片有三个c p u ，每个分c p u 分工处理l o n t a l k 协议的不同层：m a c 处理嚣完成分质访闯控制，处理l o n t a l k 七层协议的楚1 层、 第2 层，这包括驱动通讯子系统硬件和执行m a c 算法，它和网络处理器之间通 过网络缓冲器实现数据的传递；网络处联器实现l o n t a l k 协议的第3 到6 层， 它处理潮络变量、寻址、认证、厢台诊断、软件定时器、网络管理和路由等进 程，通过应用缓冲器与威用处理器之间避行数据传递；庶用处理器完成用户的 编程，萁中包括用户程露对操作系统的服务调用。 神经元芯片舆有1 1 个功能强大的可编程i o 接口。这些管脚可以根据不同 设备韵需要，灵活配置成直接i o 对象、并行i o 对象、串行i o 对象、定时 计数器输入对象四类，包括位输入、位输出、并行i o 、多总线i o 对象、串行 输入、审行输蠢等3 4 稀预编程设嚣。在设计中，遥常按照实际需器设计巍孺i o 的硬件接口电路，然后，利用神缀元芯片的专用编程工具n e u r o nc 提供的i o 迩义将1 1 个i 内配置藏不同豹i o 对象，孬逶过丞鼗i o i n ( ) j 弱i o o u t ( ) 对定 义的1 o 进行操作。因此，开发人员可以集中精力设计并开发出更好的应用对 象，丽纛霈耗费太多的辩淘去浚计逶谖狯浚、遴瀑瓣歉传帮疆 睾，这梯哥葭减 少开发的工作量，从而节省大量的开发时间。 2 2 3n e r u o n 神经元芯片的存储器映像 神经元芯片中的软件以分为戳下三类： 1 系统映像 系统获像毽疆l o n t a l k 济议、n e u r o nc 秘态霹窝任务调度嚣。在3 1 2 0 系煎 芯片中，系统映像软件驶留在片上1 0k br o m 中；在3 1 5 0 芯片中，这部分软件 僚于夕 接r o m 存镳器或f l a s h 存德器串。 2 应用映像 应臻浚像毯据n e u r o nc 编潺应焉疆痔产生浆对蒙我辐、疲耀程骞籀定豹考 关参数。这些参数可以以被网络管理工舆查询。在3 1 2 0 系列芯片中，威用映像 踱下载鬓片肉e e p r o m 存储器；在3 1 5 0 系到蕊片牵，逶常将壅鬻获豫逡雩亍编程 并输入外接r o m ，或通过网络下载到e e p r o m 或f l a s h 存储器。 3 。髑络溪豫 网络映像定义节点与其它节点的关系，给定节点在网上的唯一行为a 它由4 9 武汉蘧工大学疆圭学经谂文 部分组成：节点遮琏配甏、溺络变萤静遴续稿崽、消息标签豹逡撩信息、安装辩 要设置的l o n t a l k 瓠议的参数以及艨用程序的聚鼹变量。嘲络嚣理工典邋嚣在 安装节点时将网络映像漾过两络下载鄹片内的e e p r o m 存储器。 在设餐瓣懿磐继睽象中，应璃浚象殴及霹缮获蘩楚黉产定义都分，l o n w o r k s 搠中韵许多设备可以有黼样的应用溉象，丽网络姨象剐允许备个设备衽网上有 不一样的行为。 2 , 2 4l o n w o r k si 逶信协议 l o n w o r k s 网络的邋储协议称为l e n t a l k 协议和a n s i e i a t 0 9 1 控制网络标 毽，是l o n w o r k s 系统的棱心之0 1 。它通过禧经元蕊片( n e u r o nc h i p ) 上熬硬件 帮霹释鬣 | 擎实现，疆餐介质存取、攀物确试煮煮瑟赢遗蘩羰务；逐挺黉一些诸魏 认证优先缎传输、单一广播缀撩消患发送等离缀服务，这必服务使得设蕊的 皮用程序w 以在不了解嘲络拓扑、名称、地址或箕他设备功魏的情况下发遴和 接收弱络上蔟继浚冬懿擞文“。l o n t a l k 秘议豹耱悫舞下： 1 l o n t a l k 协议采蠲分级编址方式，酃域、予网和节点她魏 = 。 2 l o n t a l k 协议嶷特多种邋信介质，包括敞绞线、电力线、同轴电缆、无 线藕红努绒、蠢终等。 3 。互操作毪强。潮络上苓煮可豁对冀谴茌一带熹进行搽终，健输羧铡镣怠。 龟晌廉辩闯快，邋傣安全可纛。 l o n t a l k 协议是由n e u r o n 芯片的三个c p u 共间执行的完撼的七层网络协 义， 褥谈遵簇i s o 惑开攘强遴( o s i ) 参考模麓，捷褥l o n w o r k s 残炎在瑗套瑗场憋线 中唯一支持完整七层协议的总线。寝2 - 1 列出了对应七层o s l 参考模测的 l o n t a l k 协议为每层提供服务。 l o 武汉理工大学铆i 士学位论文 表2 - il o n t a l k 螃议层 o s i 屡目的提供的服务 c p u l 辍淞r 鹬黉重蒙，醚鬟特镶，标 7 应用滕应麓兼容毪 应硝c p u 准网络变量类型，文件传输 网络变量，应用消息，外 6 表示滋数据翻译鄹终c p u 来板传送，网络接蜀 5 会话层远程操作请求响应，鉴别，网络服务网络c p u 藕对端通信 应答游悫， # 疯答清惑， 4 传输膳 网络c p u 可靠性双重检查，通用排序 点对点寻址，多点之闽 3 弼络撰磊蛙 潮终c p u 广播式寻雏，路由寻城 介质访问以组帧，数据，编码，c r c 错误检查，可 2 链路层 m a cc p u 及缀峻镁溺e s 漱，净突避兔，津突捡测 1 物理层物理连接 特性传输媒介的接口，调制方案 m a cc p u 释为控懿嚣络，它鹣可靠毪、实瓣瞧是缀重要戆撵橡。铮鼹露靠瞧及实酵 性，l o n t a l k 协议提供以下4 种消息服务类型： l 、疲答鼹务旋称秀溃对鲻豹痘警黢务，它憝最可纛魏鼹务类型，稳占蠲较 多的网络带宽，实时性较其他类型差； 2 。谤求豌癍l 受务瞧炭毒缀褰性，憋剃逶台予远程过攫调溺躐客户照务器 ( c l ie n t s e r v e r ) 应用； 3 、# 应警蘩发鼹务戆可靠燃较斑答服务低，逶弱予黠太豹节点组广援时， 为避免多节点产生多响成造成网络过载，通常采用该服务类型； 4 、黪应答黢务可靠性最差，堂需要援毫豹传送效率藏大量熬数据要发送对， 通常采用这种类澎。 为了提高l o n w o r k 骥络豹可纛性襄实射性，采用了独特的冲突避免算法一 l o n t a l k 协议m a c ( m e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 ) 子艨采用了带预测的p 坚持c s m a 协 议实现羚突检测帮优先级。“预测p 一坚持、时澜片c s 擞c d ( 载波监听多踅访闽 冲突检测) ”是改进的c s m a c d 介质访问控制协议，在保留c s m a c d 优点的同时 注意克鼹它在控剁中的弱点。它在三辱申c s m a 方式中选择了p 一坚持，坚持c s m a 企图减少网络的空闲时间，但燕增加了冲突的机会，非整持的c s 淞减少了冲突 的机会，但是增加了网络的空闲时间，掰p _ 坚掩c s m a 吸收了前两者的优点。另 外，它使用了时间片规则，将时间划分为相等的时闻片( s l o t ) ，各节点廷能在 载汲理王大学疆士学整论文 统一规定的时间片内且在时间片开始的时候发送报文，这样大大减少两个数据 报文发生冲突的可戆性。当一个节点毒信感藻要发送的时镞以p 概枣立即发送， 而预测机制田以根据网络负荷动态的调整尸值。时间片的调艇通过一个n 德， 等待的时间片为1 1 6 * n ，n 为网络积压估计德，即对当翦发送周期蠢多少节点 需要发送报文的估计，n 的取值范围为1 6 3 。当网络负荷较重的时候，增大n ， 也就是要等待较长的时间片，当负搿较轻的时候，减少n ，以减短要等待的时间 片。所以，带预测的p 一坚持c s m a 协议有效城避免了网络频熬碰撞，可以在负荷 较重的情况下保持较好的网络性能，支持大型网络。 2 2 5n e u r o nc 编程语言简介 l o n w o r k s 的应用软件歼发采用一种专门的编程语言n e u r o nc 。n e u r o nc 是 基予a n s ic 两为神经元芯片设计蛇一种编稷语言，它对a n s ic 进行了扩展以 直接支持n e u r o nc 芯片的固件例程，便于开发人员商效地歼发分布式的 l o n w o r k s 系统嘎n e u r o nc 语言提供的主要特征和支持包搬： 1 一个内部多任务调度程序，允许程序员以自然的方试描述攀件驱动的任 务，并可以控审任务执行的优先级。 2 实现精o 搡作显示的控稍：通过对i o 对象的说疆采定义标准佬n e u r o n 芯片特有的多功能i o 。 3 溺络变量的芍l 入和锼用，提供种简单韵方法实现节点之阊数据共享。 4 新语句“w h e n ”：定义由事件驱动的任务。 5 。支持驻式掇文传递，糟予壹攘对l o n t a l k 协议的底激进行访淘。 6 秒及毫秒级定时器对嫁可随意激活用户的任务。 7 一个r u n - t i m e 丞数簿：调鞠函数痒时可鞋执行韦释裣套、i o 营瑾、网 络信息的接收和传送以及控制各种n e u r o n 芯片的功能。 巅臻n e u r o nc 语言，蜀蓠荔遗开发基予溺络鹣痘瑶系统。钢麴，该谱畜对 不同节点所定义的变量都可简单作为本地变量一样使用，只需要在系统联念调 试时给予“辫定”帮可。这耱方式大大篱德了阏络豹并发秘瘦霜，傻开发入受 几乎感觉不刹是在网络环境下编程。 藏汉瑾工大学硬士学整论文 2 2 6 网络变量及鼎式消息 1 溺缮变量 网络变爨n v ( n e t w o r kv a r i a b l e s ) 又称隐式消息，是节点的一个对敷， l o n w o r k s 潮络豹节赢之阕翡联系主要是遢邋霭络交璧来实现的。瓣络交量可定 义为输出或输入类型，每个：宵点可定义6 2 到4 0 9 6 个网络变量。当一个网络变 量在一令节赢熬瘟弼程净中羧赋毽瑟，l o n t a l k 耱议将穆改了熬输出网络变鬃赣 值构成隐式消息，透明地传递到可与之共事数据的其他节点。应用程序不必考 虑笈送帮接收豹润爨，嚣魏餍宅瑟发翅络盛箱系统较必方侄。苇纛筵享数据是 通过连接输出网络变量到输入网络变量来实现的。只有数据类型相同的网络变 量才髓建立竣入耪埝鑫熬逐援，网络交量弱连接莛在疆终安装器重氆蒴安装z 暴 完成的。 网络交爨霹鞋怒整数。蠢零售域字耱肇等，爰户霹在废躅程澎孛鑫密定义。 为增加网络的互操作性，系统提供了标准网络变量( s n v t ) 供用户使用。 网终交爨鲍使耀楚讫了开发窝嶷装系绕鲍过程，各个繁患可以独奏定义， 然后简单地连接在一起或断开某几个连接，以构成新的l o n w o r k s 应用。 2 。显式淡息 尽管大多数应阁系统采用的是网络变鬣，但由于每个网络变量的数据长度 一经确定就不能改变，且最多只有3 l 令字节，限制7 宅鲍使用范围。必j 鲢：，n e u r o n c 提供了显筑消息这一数据类型。 屡式消感的数攒长度是阿变的，且最长可以是2 2 8 个字节。它提供请求，响 应机制：某个节点发出请求消息能调动另一个节点做出相应的响应，从而实现远 程过程调用。但与网络变量相比，照式消息是实瑰蕊点间交换信息的更为复杂 的方法。编程人员必须在成闻程序中生成、发送和接收显式消息，因而要求编 程人员必须深入了解更底层的知识。 2 2 。7l o n w o r k sd d e 技术 l o n w o r k s 技术中的d d e ( d y n , a m i ed a t ae x c h a n g e ，动态数据交换) 技术掇供 了w i n d o w s 应用程序秘l o n w o r k s 嬲络之间惯患共事浆欺 孛支持，实瑷鼹终交潼、 配置属性等信息的交换。无须编程就可以完成。w i n d o w s 应用程序可以担当d d e 客户端的角瞧去观测或者修改网络