LonTek全分散智能控制网络系统.doc

LonTek全分散智能控制网络系统根据计算机集成制造系统CIM-OSA模型和PUDU模型，企业的控制管理层次大致可分为5层（见图）。其中，底层的单元层和设备层是企业信息流和物流的起点，以控制为主，能否实现柔性、高效、低成本的控制管理，直接关系到产品的质量、成本和市场前景，而传统的DCS、PLC控制系统由于其控制的相对集中，导致了可靠性的下降和成本的上升，且无法实现真正的互操作性，同时，因其自身系统的相对封闭，与上层管理信息系统的信息交换也存在一定困难，因此，步入90年代以来，作为一种趋势，现场总线系统正逐渐成为该控制领域的主流。图7 CIM模型LonTek全分散智能控制网络系统是工业过程自动化国家工程研究中心在引进吸收LonWorks技术和多年国产DCS系统开发的基础上，利用独立开发的LonWorks产品和第三方符合LonMark的产品，针对国情，推出的面向过程控制、楼宇自动化、交通运输等各类应用领域的新一代现场总线控制系统。1 LonTek全分散智能控制网络系统描述1.1 基本系统体系结构图8 LonTek基本控制系统LonTek基本控制系统具下列主要特性：采用“四连”技术，即一根双绞线作为信号网络线，一根双绞线作为电源线，从而实现“以硅代铜”。可靠性高，可轻松实现冗余:如双信道、双主机、双PCNSI卡等。采用环型拓扑及可自修复智能网络开关，大大消除信道故障带来的影响，并可实现部分故障管理和网络管理。所有节点均采用自安装方式，用户无须关心网络配置、网络安装、节点编程等工作。具很好的可扩展性，可扩展成为一个庞大的网络（节点数可至248）。具良好的可互操作性，符合LonMark标准。基本系统主要适用于控制策略相对简单的应用，如化工冶金慢过程控制、计量管理、能源管理、物流跟踪、楼宇家庭自动化及各类SCADA系统。1.2 与其他现场总线的集成当今世界，流行的现场总线近40余种，统一标准的制订进展缓慢，因此，必然造成了“群雄争霸”、多种总线长期并存的局面。现场总线之间的集成问题，已受到越来越多的关注。LonTek全分散智能控制网络系统系统很好地解决了LonWorks与其它现场总线的集成问题，如图9例：图9 LonTek系统与其它现场总线集成示例1.3 与传统DCS、PLC系统的集成图10 LonTek系统与DCS、PLC系统集成示例考虑到企业现有控制系统绝大多数均为DCS、PLC系统，以及投资的连续性，LonTek全分散智能控制网络系统将与DCS、PLC系统的互联集成作为自己重要的技术路线，并利用强大的网络功能为困扰工业界多年的“自动化孤岛”问题提供了一个新的解决方案，如图10。由此可以看出，LonTek全分散智能控制网络系统具很强互连性及互操作性，能通过网关把不同现场总线、异型网连接起来，这一突出技术优势，是现有DCS系统和其它现场总线系统无法比拟的。1.4 与工厂MIS系统的集成与信息系统的连接，对任何控制系统都非常重要。在企业内，计算机之间、计算机辅助制造系统之间及控制系统之间始终在进行数据交换。同时，各个职能部门利用局域网或电话线也在分享信息。因此，LonTek控制网络系统通过与Ethernet的互联，实现与MIS系统的集成。连接LonWorks到Ethernet有两种不同的方法：（1）将Ethernet作为主干网，连接多个LonWorks子网，如图11(a)；（2）允许企业Ethernet网上的工作站直接与LonWorks设备通信（每个工作站需配一个路由器）, 如图11(b)。通常两种方法可混合采用，如图11(c)。( a )( b )( c )图11 LonTek系统与MIS系统的集成1.5 远程控制系统在许多场合，控制站点之间距离十分遥远，工程师或许希望对地球另一端的某个节点进行在线编程或网络组态，因此，工业界对远程控制系统存在种种要求，而Internet的流行，为远程控制系统的实现带来了新的可能，由于LonWorks是按WAN设计，LonTek全分散智能控制网络系统可轻松实现远程控制，方案示例如图12、13。图12 基于Internet的LonTek监控系统基本体系结构图13 通过Internet的LonTek远程监控系统1.6 LonTek网络系统总貌综上所述，LonTek全分散智能控制网络系统总貌可表述如下图：图13 LonTek全分散智能控制网络系统总貌2 LonTek全分散智能控制网络系统应用工程示例通过LonWorks技术介绍和LonTek全分散智能控制网络系统简介，相信读者已对LonTek系统有了一初步概念，以下，将通过具体应用工程示例，帮助读者作进一步深入理解.2.1 过程自动化过程自动化是LonTek全分散智能控制网络系统重点应用方向之一。在化工、冶金、轻工等过程控制领域，最普通、最平常，也是最常遇到的是储液罐液位控制，下面将以此为例，说明LonTek系统如何实现控制功能。图14 储液罐液位控制 图15 网络变量输入输出关系图假定控制要求为：检测液位高度，并设有一压力开关，当液位到达某高度时，开关置ON，否则置OFF。根据液位高度和压力开关状态，确定进液阀和排液阀的开闭。因此，需3个模块：AI输入模块接受液位信号，DI输入模块接受压力开关信号，DO输出模块控制进液阀和排液阀。如图14。其网络变量输入输出关系如图15。2.2 离散制造业离散制造业的特点是生产流程不连续，对控制的实时性要求不高，但需对物流进行及时跟踪。以简单机床控制为例，应用LonTek控制网络系统对传统机床控制进行改造，其系统布局发生了改变，如图16，并解决了众多以前让人棘手的问题，如表7。图16 应用LonTek控制网络系统前(a)后(b)的机床控制应用前存在的问题应用后带来的明显好处处理远程信号需要很长的电缆每个传感器需要一对电缆线，导致电缆昂贵和混乱冗余系统明显增加了已很高的电缆成本增加I/O设备，将需要新的电缆和系统重新编程每条多余的电缆增加了故障几率和无线干扰智能、对等通信，无需昂贵的控制器信号处理接近传感器，不需要长电缆线简单便宜的双绞线取代了电缆束冗余系统只需要增加另一对双绞线新I/O设备可容易地接到已有的电缆上少的电缆提高了系统的可靠性，消除了干扰表7 应用LonTek控制网络系统给机床控制带来的变化能源管理是离散制造行业内另一应用广泛的控制领域。PA-NERC与上海自仪股份公司大华仪表厂合作，共同推出了热网计量系统，适用于工矿企业、大型宾馆等单位的热流量计量，并于98多国仪器仪表展上展出，受到众多好评。典型的LonTek热力网如图17。图17 LonTek系统构成的典型热力网2.3 半离散、半流程（制药）96年，PA-NERC 协助上海三维制药厂对其环丙分厂进行了技术改造，即对生产车间、公用工程、空调系统的温度、压力、流量、液位、pH等工艺参数进行集中监测，工艺流程如图18。系统规模为1台IPC工作站和8个NIPC过程节点。“96.6现场正式投运，网络系统工作正常，监测精度和各项功能指标均达到用户要求，性能稳定、工作可靠、组态能力强、设置灵活，妥善地解决了长距离双绞线电缆通信的可靠性问题。可扩充。操作简便，易于掌握，深受领导和操作人员的欢迎。”图18 LonTek系统在上海三维制药厂的应用“不仅对生产过程的监测起到了很好的作用，而且对指导生产、提高经济效益和管理水平，起到了有力的促进作用。”（以上均摘自上海三维制药有限公司“用户使用报告”）。2.4 交通运输交通运输业是LonWorks技术应用的又一主要领域，且以其高可靠性得到了世界各国用户的推崇。如美国Raytheon公司在波音飞机上应用的三环冗余及二环冗余容错光纤分布控制系统，很好地解决了高可靠性要求飞机飞行控制。以LonTek系统在自动小车、工业叉车、行走机器人、消防炮等自行走工具上的应用为例，传统控制仅通过Joystick操纵小车，对左右轮的控制不够，而改用LonTek系统后，控制得到了很好的改善。如图18。图19 自动小车控制系统图系统中存在二级速度控制回路：第一级直接控制左右轮的角速度，第二级控制小车本身的线速度和角速度。图20 小车速度控制回路2.5 公用事业随着城市用地面积的日益缩小，停车场的建设成为市政建设者的难题之一。立体车库出现，为更合理地利用土地，创造了条件。如何有效地对立体车库实现控制，也是LonTek控制系统愿意努力的方向之一。图21 立体车库立体车库要求实现对车辆载重量、车型的测量、有毒气体含量检测、火灾报警、实时电视监控、电梯的启停、移动等，故此，其系统结构如图22。图22 LonTek立体车库控制系统污水处理城市污水处理的重要性不言而喻，如果没有一个完善的污水处理系统，也许大家将在自己家里游泳。直到最近为止，由于各个泵站分布地域广泛，该领域的控制工程显得十分庞大，幸亏LonWorks电力线传输方案给该领域注入了新的生机。图23 城市污水处理控制网以上海城市污水处理为例，苏州河沿岸均设有高压泵站，将处理后的城市污水送到下一泵站，直至从外高桥送至入海口。高压泵的控制是泵站控制的核心，故每个高压泵可配一个泵控制器（Pump Controller Unit, PCU），若干个PCU为一组，由组控制器管理（Group Controller Unit, GCU）。组内采用电力线作为通信介质，组控制器与中央控制计算机之间采用电话线作为通信介质，整个系统无须专门布网络线，解决了因地域广阔而带来的布线难题。图23 PCU示意图图24 污水处理LonTek控制系统体系结构图2.6 楼宇家庭自动化在美国，LonWorks已成为楼宇家庭自动化的实际标准。事实上，在全球，有一半以上的LonWorks应用为楼宇家庭自动化。LonWorks技术正在为人们创造美好的工作和生活环境。PA-NERC自推出LonTek控制网络系统之日起，也在该领域取得了一定的进展。以某博物馆保安系统为例，其系统结构图如图25。图25 LonTek保安系统该保安系统包括两部分：消防子系统和门禁子系统。消防子系统中，要求将博物馆内设的96路入侵探测信号送LonWorks节点并控制相应日本耐杰工业摄像机云台，云台接口为RS485。门禁子系统中，门禁控制的接口为RS232，数字信息送LonWorks节点。随着人民生活水平的提高，住宅条件进一步改善，住宅小区的物业管理也越来越受到人们的重视。水、电、气的收费管理，由于人力投入很大，要求实现智能自动化管理的呼声因此越来越高。LonTek控制系统可轻松实现住宅小区的水、电、气自动抄表系统，示例如下图。图26 LonTek自动抄表系统2.7 推荐应用领域LonTek全分散智能控制网络系统可应用于化工、冶金、轻工简单或复杂过程控制、计量管理、能源管理、物流跟踪、交通运输工具、污水处理、市政改造监测、楼宇家庭自动化及电力调度、油田罐区等各类SCADA系统。3 LonTek全分散智能控制网络系统产品清单PA-NERC目前可提供的高性能价格比系统产品如下：产品类型产品名称功能特性价格收发器TPT/XF-78与Echelon产品兼容￥82TPT/XF-1250与Echelon产品兼容￥80控制模块CM55010-01FTT, Flash, SRAM, 与Echelon产品兼容￥425CM55010-10TP/XF-78, Flash, 与Echelon产品兼容￥375CM55020-10TP/XF-78，Flash，SRAM，与Echelon产品兼容￥400CLTM-10LTM-10核心模块兼容￥600基本节点BASIC-ILTM-10兼容，程序可在线下载，带IO接口￥650BASIC-II程序可在线下载，带IO接口￥600GS_S_RS001RS232串行接口,控制程序可下载￥800GS_S_RS002RS422/485串行接口，控制程序可下载￥800I/O模块模拟量输入节点AIN_S_C8018路AI，接受0-5V、4-20mA输入，可下载控制程序，0.25%精度￥1350AIN_S_R4014通道RTD输入￥1500AIN_A_L110-0000铂RTD输入节点（-200600），DIN导轨安装，9-30VDC供电$265AIN_A_L120-0000热电偶（J、K、E、T、R、S、B）输入节点，DIN导轨安装，9-30VDC供电$265AIN_A_L130-0000电位器输入节点，DIN导轨安装，9-30VDC供电$265AIN_A_L150-0000模拟量输入节点，36种用户可组态量程，DIN导轨安装，9-30VDC供电$240模拟量输出节点AON_S_C4014路0-5V输出，0.5%精度￥1500AON_A_L180-0000模拟量输出节点，4种用户可组态量程，DIN导轨安装，9-30VDC供电$265AON_A_L181-0000模拟量PID输出节点，4种用户可组态量程，DIN导轨安装，9-30VDC供电$280AON_A_L182-0000模拟量math输出节点，4种用户可组态量程，DIN导轨安装，9-30VDC供电$280AON_S_P0012通道PID输出节点￥1200开关量输入节点DIN_A_L201-00004通道，12-48VDC开关量输入节点，DIN导轨安装，18-30VDC供电$325DIN_A_L211-00002通道，12-48V AC/DC开关量输入节点，DIN导轨安装，18-30VDC供电$295DIN_A_L221-00002通道，48-250V AC/DC开关量输入节点，DIN导轨安装，18-30VDC供电$295DIN_S_A0018通道，24VDC￥700DIN_S_A0028通道，220VAC￥800开关量输出节点DON_A_L281-00002通道，继电器开关输出节点，DIN导轨安装，18-30VDC供电$295DON_A_L281-00012通道，继电器开关输出节点，带输出反馈（Optomux协议串行接口），DIN导轨安装，18-30VDC供电$295DON_A_L291-00002通道，短路保护 24V1A 固态输出节点，DIN导轨安装，18-30VDC供电$295DON_A_L291-00012通道，短路保护 24V1A 固态输出节点，带输出反馈（Optomux协议串行接口），DIN导轨安装，18-30VDC供电$295DON_A_L292-00008通道，24V0.5A 固态输出节点，DIN导轨安装，18-30VDC供电$375DON_A_L292-00018通道，24V0.5A 固态输出节点，DIN导轨安装，18-30VDC供电$375DON_S_A0018通道，24VDC￥700DON_S_A0028通道，220VAC￥900数据采集节点DCN_A_5051-0001模拟量输入数据采集器，M-32K内存可选，120VAC/240VAC/24VDC可选$425Remote I/ORIO_A_AICP-IOPACKPLUSI/O PAK Plus基本单元，可容纳16个模拟量或数字量模块$1195RIO_A_IOMXI/O Mux基本单元，可容纳16个模拟量或数字量模块，4-20mA/0-10VDC/5VDC$695RIO_A_AICP-IAC5开关量输入，120VAC$15RIO_A_AICP-IAC5A开关量输入，240VAC$15RIO_A_AICP-IDC5开关量输入，3.3-32VDC$15RIO_A_AICP-OAC5开关量输出，120VAC$15RIO_A_AICP-OAC5A开关量输出，240VAC$15RIO_A_AICP-ODC5开关量输出，3.3-32VDC$15RIO_A_AIOM-IFX-03模拟量输入，200-20000Hz频率$175RIO_A_AIOM-II420模拟量输入，4-20mA$175RIO_A_AIOM-IRTDX-01Pt RTD，（-60812）$175RIO_A_AIOM-ITCJ-00J热电偶（0-700）$175RIO_A_AIOM-ITCK-01K热电偶（0-1250）$175RIO_A_AIOM-ITCR-01R热电偶（0-1760）$175RIO_A_AIOM-IVX-05AI, 0-5VDC$175RIO_A_AIOM-IVXB-05AI, -55VDC$175RIO_A_AIOM-IVX-10AI, 0-10VDC$175RIO_A_AIOM-IVXB-10AI, -1010VDC$175RIO_A_AIOM-IVXM-05AI, 0-50mVDC$175RIO_A_AIOM-IVXM-10AI, 0-100mVDC$175RIO_A_AIOM-OI420AO，4-20mA$175指示节点IN_A_LD023通道，数字LED指示，1/8 DIN面板安装，120VAC/240VDC/24VDC可选，TPT-78/ FTT-10可选$445网络时钟RT_S_C001网络实时时钟，提供精确时间，编程后可提供事件调度，必不可少的顺序控制模块。￥1100网络组件无线调制解调器RM_A_TM32-45002w UHF无线调制解调器，半双工，RS232主从式，10-26VDC电源，470MHZ，4800baud$1295RM_A_TM32-45102w UHF无线调制解调器，半双工，RS232主从式，10-26VDC电源，470MHZ，9600baud$1370无线调制解调器附件RM_A_C107-04定向天线，10.2dBd450MHz$250RM_A_C181基站天线并行安装硬件$100RM_A_C225-0010天线电缆，RG-8 N/M, BNC/M$75RepeaterRP_A_NR02-0000两路网络repeater，9-30VDC$395RP_A_NR03-0000三路网络repeater，9-30VDC$595RP_S_FT001FTT-10A FTT-10A repeater￥700RP_S_FT-LT001FTT-10A LPT repeater￥700网关/路由器RT_S_FTFTFTT-10A-FTT-10A Router￥4500RT_S_FT-TP78FTT-10A-TPT-78 Router￥4500RT_S_FT-TP1250FTT-10A-TPT-1250 Router￥4500RT_S_TP78-1250TPT-78-TPT1250 Router￥4500GW_A_N905-0000RS232 Modbus 主接口，9-30VDC$395GW_I_LHHart-LonWorks，可接4台HART仪表，TPT/FT-10$195GW_S_LH001Hart-LonWorks，RS232，FTT-10A￥1500GW_A_5901RS232串行接口，插入式，120VAC/240VAC/ 24VDC可选，ASCII协议，事件驱动/OPTOMUX$385GW_A_L901RS232串行接口，DIN导轨安装，9-30VDC$340GW_S_RS001LonTalk RS232 PC 串行接口￥3500GW_C_ROUTER-LEEthernet-LonWorks Router$1099GW_C_ROUTER-LLLonTalk Ethernet Backbone Router$1299系统附件网络终端适配器NT_S_T001TP/XF-78、TP/XF-1250、TP/RS485、TP/FT-10通用网络终端适配器，bus/free拓扑，网络电源指示￥50NT_A_C205TPT-78网络终端适配器，A_5xxx系列$16NT_A_C206TPT-78网络终端适配器，A_Lxxx系列$16过电压保护OP_A_LNP1-0000网络过压保护模块 $195DIN导轨电源PS_A_H91024VDC，1.0A电源$265PS_A_H91524VDC，1.5A电源$360网络线W_A_C220屏蔽，#22 UL Level 4，PVC隔离$3/mW_A_C221屏蔽，#22 UL Level 4，充满$4.3/mW_B_847116 AWG，非屏蔽，Belden 8471 (Echelon推荐)￥9.8/mW_B_3107A2对双绞线，22 AWG，Beldfoil/90% TC Braid网线接口WI_S_P001网络线/电源线插口，2/4，3.96￥2/针导轨TR_A_M004M011插槽，绝缘，4英尺$10TR_A_MD02TS32 DIN导轨，Lxxx系列，2m$35TR_A_MD03TS35*7.5mm DIN导轨，Lxxx系列或MD11插槽，2m$35TR_A_MB02TR_A_MD02 DIN导轨的固定夹$5TR_A_MB03TR_A_MD03 DIN导轨的固定夹$