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Abstract A Lonworks based open control system, named EIC2000, is introduced in this paper, and then some detail of using this system is provided.
一、Lonworks技术
控制系统走过了集中控制、DCS，进入到了现场总线的时代，其最本质的特点是：
* 网络化(Networking)。节点（设备）彼此通讯，实现信息共享；控制算法现场级实现。
* 可互操作性(Interoperability)，开放的协议保证所有基于这一技术的产品能可靠地实现互操作。
LONWORKS(是由美国Echelon公司发起的现场级控制网络技术，现有3000多家公司支持并开发基于这一技术的产品。LONWORKS技术除拥有一般现场级控制系统所要求的特性外，还具有其他现场总线无法比拟的独特性：
* 多介质传输。双绞线，射频，电力线，红外，电话线，光纤，等等。
* 唯一符合ISO/OSI七层网络协议模型的现场控制网络。在充分考虑控制系统特殊要求的基础上，建立每一层网络协议。
* 自由的网络拓扑结构，灵活而低成本的布线。
另外，LONWORKS技术的另一个特点是无行业限制。它不是针对某特定应用领域而设计，所以智能设备/系统，智能仪器/仪表，智能I/O模块，智能控制器等等，都可以使用这一技术。
二、EIC2000开放控制系统
EIC2000开发控制系统基于LONWORKS网络技术，由冶金部自动化院(ARIM)和美国Smart Controls公司联合推出。
2.1 EIC2000开放控制系统的基本类型：
优良的性能价格比是用户对控制系统的一贯要求，而现在又提出了开方性和通讯要求，在这些方面，EIC2000系统都作出了令人满意的回答。
* EIC2000基本系统（以总线拓扑为例）：
端子
在这种结构中，SMART IO模块完成现场数据的采集，运行相应的控制算法（如PID算法），和驱动执行设备。模块间点对点通讯。双绞线连接（总线拓扑时，独立网段通讯距离2.7公里）、
DGS Visual Control / ARIM OnLON是Windows环境下的图形化编程和网络管理软件。在PC上，用户可以用直观而易用的“垒积木”方式编写控制程序，并编译、下装到IO模块。用户无需一句句地编写NUERON C代码，无需了解神经元芯片的技术细节就可以编制高效可靠的控制程序。同时Visual Control / OnLON又完成LONWORKS网络的安装、管理和维护。
PC机上运行的MMI软件对整个控制系统进行在线监控。
这是标准的小型EIC2000系统。这种典型结构，适合于控制策略相对简单的应用，在计量管理、物流跟踪、化工慢过程控制，各类监视系统，以及楼宇自动化等应用中均能极好地发挥作用。
* EIC2000层次控制系统
端子
在这种系统中，控制的主体是LONPLC，SMART IO可以只承担部分控制任务，如单回路PID调节，数字滤波等，构成一个层次控制系统。
在控制策略复杂、需要作大量浮点运算的应用中，神经元芯片的运算和处理能力可能不够用，LONPLC正是为了满足这种应用需要而设计的。LONPLC是一种“SOFTPLC”，32位的CPU，充足的数据和代码空间，可以完成复杂的运算和处理任务。它没有直接的IO接口，控制算法使用/产生的IO数据都是通过LONWORKS网络传送自/到智能IO模块。
LONPLC的控制程序通过软件ISaGRAF编写。ISaGRAF是一种图形化编程调试工具，符合IEC1131-3标准，为用户提供梯形图、功能方块图、顺序功能流程图、指令表和结构化文本五种类PLC编程环境，用户可以选用所熟悉的任何一种或几种方法进行程序编制；可进行在线和离线调试。
LONPLC除了LONWORKS接口外，还有RS232接口，用ISaGRAF编写的控制程序可以通过上述任何一种接口装载到LONPLC上。
在这种结构中，可以通过RS232接口外挂MODEM直接进入公共电话网，实现远程数据访问。这种结构适用于有复杂计算要求的应用，如实现自适应控制、模糊控制、神经元网络控制等复杂控制算法。
* SCADA系统
在诸如电力调度系统、城市热力管网控制/调度系统、大气和水文监测、地震预报网络、油田数据采集与控制系统，城市供水处理系统等分布范围广，信息量巨大的系统中，EIC2000充分发挥了LONWORKS技术的多介质信息传输的优势。利用电话线、无线、电力线和双绞线把分布很广的各个EIC2000基本系统或层次控制系统联接起来，构成灵活高效的SCADA系统。
远程监视
EIC2000是完整的软、硬件方案。系统结构灵活，同时有优异的LONWORKS网络技术作坚实的支持，因而工程技术人员能够充分发挥其想象力和创造性。EIC2000开放控制系统，从小型系统到大规模系统，可以满足不同领域用户的各类要求（在有些应用中PLC和DCS系统显得力不从心）。另外，遍布世界的各个控制系统制造商对LON技术的大力支持，使得基于LONWORKS技术的系统与各种传统的PLC、DCS系统均建立有良好的接口（如各种网关）。无论是技术改造项目或新建系统，EIC2000开放控制系统是正确选择。
2.2 EIC2000的基本部件
* 智能IO模块（Smart IO）
EIC2000的IO模块均具有网络通讯能力和本地运算处理能力，按功能可以分为三种类型：
1. 可加载用户控制程序的S系列模块，这种模块的名称均以S起头，如S_AD80( 8 通道 ),
S_ADR110，S_ADR112，S_D80( 8通道 ), S_AD160( 16通道 ), S_D160( 16通道 )等，
用户可通过LONWORKS网络下装自定义控制程序。
2. 预编程R系列模块，这种模块的名称均以R起头，如R_A80V，R_A80C，R_D80等，
出厂时已装入程序，不能下装用户程序。
3. 其它可选件，如时钟模块SC_1000, 打印显示模块SC_1001等。
EIC2000开放控制系统中的智能IO模块简介如下表，详情参阅选型手册。
| 产品名称 | 功 能 特 性 | 可调增益放大 |
| S_ADR11 | 2通用AI：0～10V,2AI：0～10V | 0～20mA2AO:0～10V，4～20mA2DI/DO |
继电器输出，可下装控制程序
S_AD80
12位精度的8路AI，接收0－5V，0－20mA输入，还可组态成4DI/DO。可下装控制程序
S_D80
8通道数字量输入/输出，作输出每通道驱动电流200mA，可下装控制程序
SC_1000
LONWORKS网络计时器，LED显示，为带时序的节点更新时间 ，或作为其它节点同步时钟
SW_80
8通道开关输入
S_TC
8通道热电偶差分输入（16位精度），也可测量小电压信号及4－20mA电流信号
S_RTD
8通道RTD输入（16位精度）
S_AD160
16通道模拟量输入（12位精度），0～5V或0～20mA
S_ADR120
8通道模拟量输入，0～10V，0～20mA；4通道模拟量输出，0～10V，4～20mA，0～20mA
S_DA80
8通道模拟量输出。电压：0～5V；电流：0～20mA，或4～20mA
S_D160
8通道数字量输入；8通道数量输入/输出。
S_D161
16通道数字量输出。
R_A80V
8通道模拟量输入模块，12位精度，0－5V输入
R_A80C
8通道模拟量输入模块，12位精度，4－20mA输入，
R_D80
8通道数字量输入
R_D81
4DI、4DO
R_D82
8DO,每通道驱动电流可达200mA
R_M41
4路光电隔离离散量I/O通道，2输入2输出，
可连接GrayHill或Opto22的光电隔离模块
* LONPLC智能控制器
具有强大的计算能力和PLC编程风格的“SOFTPLC”。控制程序所需的IO信息来自LONWORKS网络。32位微处理器为计算核心，运行应用程序；同时利用神经元芯片实现与LONWORKS网络其它节点的通讯。
（1）LON、RS232二种接口；可外接MODEM可以进行远程监测与控制。
（2）ISaGRAF Workbench提供五种类PLC编程语言
* PC上的软件
EIC2000提供的软件主要有：
Visual Control / OnLON：对基于神经元芯片的网络结点进行图形化编程；同时完成网络管理。
ISaGRAF：在以LONPLC为运算主体的系统中，为LONPLC提供符合IEC1131-3标准的五种类PLC编程环境。
MMI软件： InTouch， PARAGON TNT， FIX， MetraVision，组态王等软件的接口。
DDE Server：为监控软件提供LONWORKS网络的访问接口。
3.EIC2000设计开放控制系统设计方法
使用EIC2000开放控制系统，方案设计和实施主要有以下几步：
第一步，选择系统类型和网络拓扑结构。主要根据：系统规模；系统的空间分布（是否有远程通讯要求）；系统的运算要求；成本；等等。小型系统，通常选择EIC2000基本系统，主要由PC机和智能IO模块组成。在这里，PC机只用于节点程序编制，网络管理，和监视（注：网络可以脱离PC机独立运行）；PC上运行的软件包括Visual Control / OnLON，MMI软件（如InTouch，PARAGON TNT， FIX，MetraVision，组态王 等）和DDE Server（可选，根据MMI软件的需要）。若有远程通讯要求，则选用SCADA系统类型，通过电话网，电力线，或射频，实现远距离数据传输。另外，借助国际互联网络（Internet）可以实现国际间数据共享。
第二步，选择系统硬件，包括IO模块，PC机网络接口部件，路由器等。主要根据：现场数据类型（模拟，数字或电阻信号）；数据点数；运算复杂程度；通讯距离和通讯介质；等等。例如，若要求PC机通过电话线与LONWORKS网络相联，则要求SLTA（LON到RS232的接口）；使用双绞线时，若传输距离较远，则要加继线器（Repeater）。
第三步，选择PC机软件。若选用了S系列可编程IO模块，那么Visual Control / OnLON通常是需要的，它实现节点程序的图形化编制和代码下装，并完成网络管理。如果选用了LONPLC，则用ISaGraph实现程序编制。如果有监控、管理要求，需要MMI软件（若MMI软件，如InTouch，组态王，采用DDE方式实现数据传递，则要使用DDE Server作为与LON网的数据接口）。
第四步，节点控制程序编制，和网络管理。根据子问题的划分，编制节点程序，使用Visual Control /OnLON，或ISaGraph；网络管理包括节点安装，通讯参数设定，网络变量捆绑等。
第五步，投运并调整。
4.工程样例
以下实例向您展示了来自不同厂家的、基于LONWORKS技术的控制设备/仪器，如何协同工作完成控制任务，从中可以窥见开放系统所带来的美妙特性──可互操作。
此实例的主题是装配线上的物料处理过程。当传送带上的料罐停在装料槽下面时，选定的物料装载进料罐中。在这个系统中有15个LONWORKS模块。
实现:
用软件MetraVision进行节点安装。Wonderware的InTouch软件监视系统活动，并运行一个MMI应用程序包。系统中采用Coactive的CA386-N1控制器执行逻辑控制。系统中的每个料罐带有一个电子识别标签（ID tag）。
用户选择三个开关中的一个，开始物料处理过程。用户通过两种途径进行选择 (a)联至Smart Controls输入单元的三个按钮或 (b)InTouch MMI中的“软”按钮。一旦作出选择后，Coactive CA386-N1控制器发送一个开始消息到ConneXt模块，启动传送带马达。当光敏传感器检测到某料罐处于指定位置，则马达停。料罐由阀门释放，Indala的标签读取器读取第一个识别标签，指示物料已到达料罐。在一定的延迟时间后，马达停转，装料后的料罐可以被取走。Microsmith的显示单元完成每个标签内容的显示，这些标签内容被读取并记录在PC机上。
接下来，Silverthorn的NetTalker接收命令，并激活预记录的声音以宣告系统状态。
RCS的HVAC（供暖，通风和空调控制）系统在同一网络上工作。一个RCS的温度调节器监视室内温度并传送数据到HVAC区域控制器（HVAC Zone Controller），控制器调整相应通风管的空气流通量。网络上的PC显示和监视HVAC温度，并进行适当操作。
网络:
双绞线，变压器隔离，传输速率78kbps
硬件节点:
公司 产品 ARIM I/O单元 ConneXt 超SlimPak和ActionPak( I/O模块) RCS HVAC区域控制器，温度自
动调节器 Microsmith 显示单元 Indala 标签读取器 Silverthorn NetTalker报音装置(NetTalker
Voice Annunciator) Coactive Aesthetics CA386-N1控制器（完成主要的运算工作）Echelon SLTA（
EIA-232到LONWORKS的接口）
软件:
Metra：MetraVision软件 Wonderware：InTouch MMI 物料处理系统 物料处理系统
4. 结语
LONWORKS技术自身具有易用（Easy to User），开放（Open），低成本（Cost-Efficient）〖成本包括设计费用，设备费用，安装费用和维护费用等〗，灵活（Flexible）等特点，同时不受行业限制。无论从实际的或发展的角度考虑，无论是开发或应用，选择LONWORKS技术都是明智的