基于Lonworks的智能分散控制系统

基于Lonworks 的智能分散控制系统

马永光， 席亚宾， 林永君

（华北电力大学工业过程仿真与控制试验室，河北 保定 071003）

摘要：本文针对传统集散控制系统的局限性，提出了一种基于Lonworks 现场总线的智能分散控制系统结构，介绍了系统的智能特性和特征，分析了Lonworks DDE 关键技术。

关键词：Lonworks；智能；分散控制系统；现场总线

Intelligent Distributed Control System Based On

Lonworks

MaYongGuang ,XiYabin,LinYongJun

(Industry Process Simulation&Control Laboratory,North China Electric Power University,BaoDing 071003,China)

Abstrct:This artical aims at localization of the traditional distributed

control system, putting forward a kind of intelligent distributed control

system construction based on lonworks fieldbus, introduced the intelligence

characteristic of the system with the characteristic

, analyzed the Lonworks DDE key technique.

Key words:Lonworks;Intelligence; Distributed control system;Fieldbus

1 引言

随着工业控制技术的不断发展和完善，工业过程控制系统逐渐走向信息集成、过程集

成和企业集成。工业过程控制系统逐渐由集散控制系统（DCS）向基于现场总线的控制系统（FCS）方向发展，控制结构也向着分散化、智能化迈进，通过形成企业Intranet 实现向Intranet 和Internet 的集成，达到增强系统的灵活性、健壮性、开放性的目的，而基于Lonworks 的全分散智能控制技术为实现这种提供了优良的解决方案。

Lonworks 是由美国Echlon 公司于1993年最新开发推出的一种完整的、全开放、可互

操作,目前已十分成熟的分布式控制网络技术的总称.由于Lonworks 控制网络技术具有高可靠性、开放性和低成本,众多的制造厂和用户纷纷在其控制网络中采用Lonworks 技术.到目前为止,莫托罗拉和东芝公司是神经元芯片的指定生产商,全世界已有2500多家公司利用Lonworks 技术生产各种各样的Lon-works 产品,以满足现代化工业过程控制、办公大楼、多功能大楼、豪华住宅、高级别墅和家庭智能自动化控制、能源管理和控制、设备自动化控制等分布式控制网络系统的要求.这种新技术是一个完整的平台.在Lonworks 网络中,大批被称作一次元件的设备(传感器、执行器、断电器等)和环境相互配合,使用一种通用的基于信息的控制协议,经过多种媒体进行相互之间的通信,灵活组成各种各样的分散式智能控制系统。

2 Lon 控制网络的功能与特征

Lon 网络是现场总线网络的一种，具有现场总线系统的特征。现场总线系统的典型特

征是分散化、智能化、网络化，为实现分散式智能控制建立了良好的基础。Lon 网络代表了工业控制领域的一场技术革命，具有分布式智能和强大的网络能力，其新特点体现为如下两点。

(1)层次结构：复杂的控制过程应该建立在合适的分解与协调策略的基础上，在层次上体现出纵向“递阶”的特点。Lon 网络强调具有自治功能的智能主体，相互之间高内聚、松耦合，某些局部协调通过形成现场虚拟单元可自治完成，而上层主机可进行大范围的协调等高级控制功能。

(2)广义信息处理和知识求解：Lon 控制网络功能主要体现在对控制对象的信息感知、信息的融合处理、决策和控制等行为。与传统控制系统不同的是，Lon 控制网络的信息获取，融合处理决策控制等行为分散于生产过程的各个环节。随着控制过程走向分散化，Lon 控制网络功能也出现了前端化、局部集中化、全局分散化的趋势。

3 Lon 网络的智能控制特性

Lon 网络为智能控制的实施和应用提供了强大的技术支持，为智能控制的应用扩展了

范围。基于Lonworks 技术的全分散智能控制网络在纵向上是两级功能结构，分为现场控制_______________________________________________________________________________

级功能和上位管理协调级功能。在实现现场级功能时，需首先确定整个系统的完整控制策略，然后分解到多个相互独立的模块和子任务上；进而确定每个智能节点所完成的子任务，以及它们之它们之间的联系和数据共享关系；并对每个节点编写应用程序后下载程序到节点，调试运行。在各个智能节点自治运行，完成现场控制功能的基础上，上位机基于现场的控制信息及通过数字通信传输来的大量现场管理信息（如设备自身的诊断信息，过程状态信息等），通过必要的插件和智能软件如专家系统，神经网络等完成上位机的高级功能。整个系统功能的实现方式如图一所示。

基于Lonworks技术的工业过程控制系统具有两级递阶结构：现场级和监控级。与传统分散型控制系统不同的是，Lonworks技术赋予现场智能节点（现场控制单元）更大的自主权，大部分任务就地完成。每个节点内部具有实现其特定功能的软件程序。各智能节点的输入输出和内部的各种参数、状态特征值等都以网络变量的形式进行传输。基于LoTalk通信协议的现场智能节点间可互相通信，协同完成复杂的控制任务。监控级的任务包括：系统建造、组态、现场设备管理，并基于各个现场节点的信息进行系统状态监视，实施大范围的智能控制算法。

4 分散智能控制系统结构

Lonworks网络的基本组成单元是所谓的智能节点（Smart Node）,即一些Lonworks的OEM公司开发的智能控制模块，它的核心是Neuronchip芯片，根据实际需要配以相应的外围接口电路，以完成控制电路的各种要求，如模拟量的输入输出、数字量的的输入输出、24v继电器的开关量输出及干接触器输入等。一个基于Lonworks的分散智能控制网络在功能实现上分为两级（图二），即现场控制级和上层监控、管理级。现场控制级的核心即为分布于设备现场的一个个只能节点，主要用于接收 和处理来自传感器的输入数据、执行通信和控制任务以及控制执行操作等。节点采用自由拓扑结构、分散自治，每个节点一方面分散独立地解决其测控任务，另一方面通过点对点、点对多点的通信，解决节点之间的信息传播，实现分散基础上的融合。在现场智能节点的基础上，通过DDE服务器建立上层的监控应用，实现系统的监控、管理、维护以及与其它计算机系统之间的信息交互，从而实现控制信息和管理信息的集成。

由图二可以看出，在实现现场级控制功能时，需首先确定整个系统的完整控制策略，并分解到多个相互独立的模块和子任务上；然后确定每个智能节点所完成的子任务，以及它们之间的联系和数据共享关系，并对每个节点编写应用程序下载程序到节点，调试运行。在各个智能节点自治运行，完成现场控制功能的基础上，上位机基于现场的控制信息以及通过数字通信传来的大量现场管理信息（如设备自身的诊断信息、过程状态信息