Lon Works 技術在地鐵屏蔽門監視系統中的應用
摘 要 介紹了LonWorks 總線技術的特點,討論了該技術在地鐵屏蔽門監視系統中的具體應用方案,并通過可靠性、可擴展性分析,闡明了采用該方案的意義. 關鍵詞 LonWorks , 屏蔽門, 主監視系統中圖分類號 U231+. 4 ; U231+. 921 LonWorks 總線技術介紹
LON 總線技術是美國Echelon 公司于1991 年推出的局部操作網絡,為集散式監控系統提供了很強的實現手段,為當前最為流行的現場總線之一。其特點如下:
(1) LonWorks 使用的開放式通信協議Lon Talk 為設備之間交換控制狀態信息建立了一個通信的標準;在LonTalk 協議的協調下,以往那些孤立的系統和產品融為一體,形成一個網絡控制系統。LonTalk 協議最大的特點是支持OSI 的七層協議,直接面向對象。這一特點使其優于以往其他的現場總線技術。表1 比較分析了LonTalk 與OSI 的七層協議。
表1 Lon Talk 與OSI 的七層協議比較分析
(3) 由于硬件芯片的支持,滿足了實時性和接口直觀、簡潔的現場總線的應用要求。LON 技術采用神經元芯片(neruon chip) 作為通信處理器和采集、控制的通用處理器。
(4) 按照LonWorks 標準網絡變量來定義數據
基金項目: 上海市青年科技啟明星計劃資助項目(00Q G14048) 結構,可以解決和不同廠家產品的互操作性問題。
(5) LonMark 是與Echelon 公司無關的Lon2 Works 用戶標準化組織,按照LonMark 規范設計的LonWorks 產品,均可非常容易地集成在一起,便于日后的維護和擴展。
2 在屏蔽門監視系統中的應用設計
屏蔽門監視系統內部一般采用現場總線和硬線連接兩種方式。系統中重要的控制命令及狀態信號信息量較小,通過高可靠、低成本的硬線進行連接, 其它的事件及狀態信息則通過LonWorks 網絡傳遞。
2. 1 屏蔽門監控系統構成
屏蔽門系統由屏蔽門結構、門體、門機、電源、監視和控制系統六大部分組成。其中監控系統由主控機(PSC) ( 含接口部件) 、站臺端頭控制盒(PSL) 、操作指示盤(PSA) 、門機控制器(DCU) 、螺桿傳動裝置、就地控制盒、聲光報警裝置等構成。
2. 2 主監視系統( MMS) 功能
MMS 安裝在主控機盤內,監測兩側站臺上的所有監測點。這些監測點可以監測整個屏蔽門系統或單個門的報警/ 狀態/ 事故信息。各個監測點的報警/ 狀態/ 事故信息通過串行通訊網絡及硬接線傳向MMS 。MMS 的功能包括: ① 收集每個PSD 的信息; ② 檢查各子系統; ③ 提供屏蔽門系統關鍵的報警/ 狀態/ 事故信息; ④ 為屏蔽門系統及單PSD 模塊的日常維護提供信息; ⑤ 為DCU 的參數修改提供通信媒介; ⑥ 為下載新的DCU 軟件提供通信媒介。
2. 3 LonWorks 技術應用設計方案
本設計的屏蔽門監視系統中,MMS 與DCU 、機電設備監控系統( EMCS) 、屏蔽門系統測試裝置(PST) 等使用LonWorks 技術進行總線連接,構成開放網絡系統,進行數據傳輸、參數設計以及軟件下載。本方案根據實際應用要求,采用總線型網絡拓撲結構;以雙絞線電纜為通信介質,節點數為64 個, 傳輸速率為78 kbit/s , 傳輸的最大距離為500 m ; 收發方式采用變壓器耦合方式,能夠滿足屏蔽門系統高性能、高共模隔離及干擾隔離的要求。總線連接網絡結構見圖1 。
圖1 LON 總線網絡連接結構圖
2. 3. 1 操作指示盤與EMCS 上的信息獲取MMS 從子系統或單個門處收到信息并進行處理,分別通過LonWorks 網絡將關鍵信息傳送給車站控制室(SCR) 內的操作指示盤以及EMCS 。通過查詢反饋的信息,MMS 能夠找出故障的具體細節, 從而在故障維修時找出需要更換的器件。
2. 3. 2 MMS 與電源監控模塊的通信
屏蔽門系統的電源主要分為驅動電源(DSP) 及控制電源(CSP) 。它們的監控模塊具有對充電模塊、電池檢測儀、絕緣檢測儀等進行智能化的綜合監控功能。電源故障的監控通過監控模塊與MMS 之間的LonWorks 網絡通信接口來實現。
2. 3. 3 MMS 與DCU 的通信
DCU 用于控制PSD 的動作,由微處理器、存儲器、輸入/ 輸出電路、網絡接口、電機的驅動電路等組成。微處理器(CPU) 一般采用32 位處理器,其中數據存儲在SRAM , 可調參數存儲在可擦寫存儲器(EEPROM) 中。軟件存儲在FLASH 存儲器中,內含串行通訊網絡的驅動。DCU 與MMS 之間的通信是通過LonWorks 網絡來實現的,且為從(響應者)2主(命令者) 關系。每個DCU 在網絡上都有一個唯一的地址,因此,MMS 能辨別每個DCU 的地址,并從DCU 獲取信息。在維護時如果DCU 需要更換,它的地址保持不變,更換后不需要重新設置其網絡地址。其網絡結構如圖2 。網絡上的所有通訊及對話都是由MMS 發出請求,各個節點進行應答的。這些請求包括綜合請求、參數請求及軟件下載請求。MMS 與DCU 的網絡協議傳送過程見圖3 。
圖2 主監視系統(MMS) 與門機控制器(DCU) 網絡結構圖
3 方案的可靠性與可擴展性分析3. 1 可靠性分析
(1) LonTalk 協議提供了兩個重要的可靠性技術:真正的端對端(end2to2end) 確認服務保證了數據的可靠傳輸;循環冗余編碼(CRC) 保證了數據完整性。另外,為一些在惡劣環境使用的收發器(如低帶寬、高噪聲和高衰減) 額外地融合了前向糾錯方法, 可以檢測并校正信號位誤差而無需消息重發。
(2) 可以實現網絡設備和功能的徹底分散。網絡采用對等結構,某一部分的故障不會影響其它設備,提高了系統的可維護性。同時,LonWorks 網絡易于實現設備和通信的雙重冗余,提高了可靠性。
(3) 通信設計面向對象,通過節點網絡變量的設置和綁定,即可實現網絡通信。LonWorks 網絡中使用的網絡操作,包括網絡管理操作,都可使用OSI 模型中第4 層(傳輸層) 的服務項目—發送者鑒別服務,這可以保證發送者的正確性。改善了的介質訪問控制協議—Predictive —Persistent CSMA , 在網絡負載很重的情況下,不會導致網絡癱瘓。該技術有高效率、低開銷、低成本硬件、可操作系統的特點。
3. 2 可擴展性分析
LonWorks 網絡節點之間使用邏輯連接,這使系統中節點的增加修改很容易,便于系統調整和擴充學術專論 升級。此外,它能支持多種網絡拓撲結構—總線型、星型、自由拓撲結構等,可實現真正的自由組合。
4 結語
屏蔽門監視系統通過使用LonWorks 技術,將各相關設備連接,形成分散化、網絡化、智能化的網絡集成的分布式監控系統,同時使系統的可靠性、可維護性以及可擴展性更強。LonWorks 網絡性能卓越,其自身仍在不斷發展。隨著其產品可靠性的提高以及成本的降低,可將系統中的硬線連接完全替換為總線連接,從而形成真正的全分布式智能監控網絡。
圖3 主監視系統(MMS) 與門機控制器(DCU) 的網絡協議
參考文獻1 埃施朗公司. LonWorks ?技術介紹—原理和實踐概述,第2 版.
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