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LonWorks在反应罐自动温度控制系统中的应用
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发表于:2001-07-01 10:44:00
楼主
交通部上海船舶运输科学研究所 吴礼雄 李洪升 陈树威 一. 概述: 1999年7月,某生物制剂有限责任公司有一套反应罐自动温度控制系统项目需要进行研制开发,用户指定要求采用LonWorks技术并在北京、上海联系了几家LonWorks设备厂商进行方案设计和报价,我单位以系统方案合理、质量可靠、价格低赢得该项目。 二. 系统构成: 系统共有48个反应罐和3条冷媒管线自动恒压供液控制。系统总的输入点有268个,输出点有150个,总的系统网络通信变量有1800个。 1.一类控制对象模块配置: 一类控制对象有48个反应罐,采用MA2125控制模块,每个模块分别控制: PT100温度输入 4点 开关量输入(光电隔离) 6点 继电器输出(AC220V 1A,感性负载) 6点 每个MA2125控制模块可控制2个反应罐。采用这种方式控制,可以大大降低总系统的造价。由于每个反应罐的测量控制点都集中在一个控制模块中,这样可以极大提高系统的可靠性和提高控制速度。 2.二类控制对象模块配置: 二类控制对象有3条冷媒管线自动恒压供液控制。 采用MA2126控制模块,每个模块分别控制: PT100温度输入 2点 4~20mA电流输入 3点 4~20mA电流输出 1点 开关量输入(光电隔离) 2点 继电器输出(AC220V 1A,感性负载) 1点 每个MA2126模块控制1条冷媒管线自动恒压供液控制。 3.其它模块配置: MA2113 时钟模块 1个 MA2121 PC-LonWorks控制模块 2个 4.系统满足下列技术条件要求: (1)各种工艺流程图画面显示切换,包含电机旋转、搅拌等状态变化,液体流动模拟显示。 (2)系统工艺各项参数调整设置,标准工艺曲线设置、存储、调用。 (3)各种历史曲线、实时曲线、数字显示。 (4)各种曲线、事件查询。 (5)各种生产数据、事件报表。 (6)画面曲线、事件报表输出打印。 (7)系统2台上位机双机热备份。 (8)系统的数据和状态均可用MODEM远程拨号上网浏览。 三.系统实现方案介绍: 交通部上海船舶运输科学研究所于1998年研制成功了STI-VC2100MA系列控制模块,该模块是一种基于LonWorks控制技术系统的低成本、高性能的现场总线系统模块,能在高湿、高温、冲击、振动、腐蚀、强电磁干扰等恶劣的环境下工作,由该系列模块组成的STI-VC2100MA系统,符合中国船检局颁发的《钢质海船建造规范》以及军用标准《舰船自动控制规范》的要求,已通过中国船级社认证和劳氏船级社环境条件标准试验。系统主要环境运行条件和技术指标如下: 工作温度范围:-25℃~+70℃ 相对湿度:〈98% 55℃时 振动:±1.0g 电磁兼容性符合IEC801《电磁兼容性》的要求 电源电压:直流18V~36V A/D、D/A转换精度:0.5% STI-VC2100MA系列控制模块已通过中国船级社认证和劳氏船级社环境条件标准试验,以下是试验内容: (1) 电源变化试验。 (2) 电源故障试验。 (3) 耐电压试验。 (4) 绝缘电阻测试。 (5) 高温试验。 (6) 湿热试验。 (7) 振动试验。 (8) 辐射电磁场干扰试验。 (9) 电快速瞬变脉冲群试验。 (10) 射频传导干扰试验。 在系统的开发实施过程中,遇到许多复杂问题,我们通过以下几点措施保证了系统的顺利实施。 1. 我们采用以下方法设计了系统中的核心模块----LonWorks控制模块,该模块抗干扰性能好,已成功应用于船舶控制及工业现场控制,能够满足本系统的要求。 (1) 严格按照LonMark互通协会的设计要求进行设计与布线。全部选用高质量低功耗的贴片元器件。 (2) 根据摩托罗拉公司的建议我们采用6层板的PCB设计,电源层和地层分开,6层的电路板与2层电路板相比可大大减少电磁干扰(EMI),因为附加的层便于VCC去耦及更有效地进行逻辑的地保护。大大提高模块抗干扰能力。 (3) 为保护在芯片上的EEPROM,使得当VDD低于工作电压时不至逻辑混乱,我们采用低电压指示(LVI)芯片保护EEPROM。选用了ECHELON推荐的DS1233贴片设计(ECHELON公司的LonWorks产品中全部采用DS1233)。 (4) 与ECHELON的FTT控制模块(Model 55020-10)全兼容,但ECHELON的控制模块只有内置2K RAM,编制较大规模程序时可能出现内存不够。因此我们在LonControl控制模块中增加了26K的外部RAM,这样一来用户就可以增大LonWorks通信中的发送和接收缓冲区,大大提高实时通信效率。也便于用户编写大型C程序。 (5) 在模块中增加了SERVICE指示灯和SERVICE按钮,便于用户下载程序和直观地显示运行状态。 (6) 由于原来的模块只有11个IO,IO脚太少。我们利用原模块中的3个空脚,扩展了输出的3个IO,开放给用户使用。 2. 设计了一块PC机上的LonWorks PC接口卡,该接口卡采用双端口RAM技术使得LonWorks的3150和PC机进行数据交换,PC机上影射一块3150的内存,进行通信网络变量的数据交换,采用这种方式,数据交换速度非常快,而且编程方便。该接口卡无需驱动程序,在WINDOWS98下利用VB或VC直接进行内存读写。 3. 该系统上位机经初步统计变量有3700多个,如此多的变量采用LonWorks的网络变量进行数据传输将是勉为其难。我们经过研究,决定采用LonWorks的显形报文通信格式进行数据通信,这样一来可以不用LonMaker和LNS DDE,一方面降低了系统成本,另一方面更换模块时不需要进行LomMaker网络变量的安装,便于用户维修更换。具体实施办法为每个控制模块都设置了一个唯一的地址码开关,程序上电运行时将这个地址码设置成为控制模块的机号。如果维修时需要更换控制模块,将新模块的地址设置成要更换模块相同的地址即可以直接替换。 4. 在上位机上利用原来的标准DDE程序进行数据通信时我们发现交换速度太慢,通过对DDE程序的深入研究,我们改进了DDE交换数据过程,采用了快速DDE算法程序,提高了数据的交换速度,该系统的所有通信数据均在1秒钟内更新完毕。 5. 控制模块元器件选用进口工业级微功耗表面贴片器件,功耗很低,系统工作时不会发热。接插件选用德国公司的产品。结构简单,模块为可插拔DIN结构,维护极为方便。电源线、通信线无极性,可以随意接。 四. 结论: 目前该系统已经提交给用户,在提交过程中,用户采用了多种干扰方法对系统进行干扰,系统从来没有出现过死机、离线的现象,比用户以前曾经用过的LonWorks产品相比系统的可靠性有大大提高。 针对我国国产船舶监控产品设计手段落后,生产加工工艺差导致监控产品故障率居高不下(工艺差是目前我国监控产品故障率高的最主要原因)的现状。我国通过世界银行投资在我所成立了国家级的船舶运输控制工程中心,严格遵照国际ISO9001标准(我所通过了ISO9001质量体系认证),解决科研成果产品化问题。从电子电路及印刷电路板设计自动化(EDA),印刷电路板的自动焊接及测试(SMT),机械设计(CAD)和机械加工(CAM)到油漆喷涂等引进了一整套国外最先进的设计与制造自动化设备。 STI-VC2100MA系统的电路设计就采用了工程中心的EDA设备,保证了电路设计的合理性、电气性能的稳定性和抗干扰的能力。印刷电路板的焊接,采用工程中心表面贴装设备自动焊接,根除了由于虚焊等工艺问题造成的设备故障。控制台采用工程中心的CAD/CAM进行加工制造,解决了控制台的设计与加工工艺问题。因此STI-VC2100MA系统的加工工艺水平在国内是独一无二的,具有很高的可靠性。 STI–VC2100MA测控系统有以下通用模块: MA2101 8通道三线制铂电阻或电压输入模块 MA2102 16通道热电偶或电压输入模块 MA2103 16通道电流或电压输入模块 MA2104 32通道开关量输入模块 MA2106 8通道开关量输入和8通道继电器输出 MA2107 16通道开关量输出 MA2110 4通道A/D输入和4路D/A输出 MA2111 80点报警指示 MA2113 网络母钟 MA2150 32路OC门输出
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发表于:2001-06-29 09:49:00
1楼
这套系统解决方案非常不错。解决了一些问题。如上位机 同Lonworks 网络的通讯速度慢的问题。 将Lonworks 技术平台应用的非常灵活,突破了Echelon 目前提供给用户的一些实际解决方案限制。
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发表于:2001-06-29 10:38:00
2楼
该系统方案与上海工业自动化仪表研究所和华东理工大学在国家重点军工配套科研计划——“舰船用智能化仪表系列技术研究”的子项“低成本即插即用”技术方案完全相同,不差毫厘,个中蹊跷,耐人寻味。 而该技术在上海工业自动化仪表研究所和华东理工大学的联合攻关下,早已成熟,最早的应用是98年3月的浙江科宏仪器设备有限公司的温控仪校验台,以及后来的上海制皂有限公司等。相反船研所自98年上半年才刚开始涉及LonWorks技术,8、9月份才作出了第一块控制模块,在上海工业自动化仪表研究所通过船用试验。 当然可能英雄所见略同,但我将追查此事。
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发表于:2001-06-29 20:56:00
3楼
交通部上海船舶运输科学研究所吴礼雄早在89年就研制成功2+网络船舶控制系统,并通过交通部的鉴定。那时候吴志扬可能还在学校里读书吧。 2+网络系统到今为止已经应用于上百艘舰船,著名的有远望3号测量船,XXX舰艇,补给舰等。 我们在98年在此基础上改成为LONWORKS系统,包括双口RAM技术,INTOUCH 高速DDE技术都是89年已经开发出来的技术,在上海工业自动化仪表研究所通过船用试验时,吴志扬的产品还没有成为系统呢。 吴志扬的控制模块还是借鉴了我们的控制模块技术(他在中国自动化在线的BBS上承认过)。 在LONWORKS中利用显形报文通信我们在99年ECHELON中国年会上就已经发表过文章。 {在反应罐自动温度控制系统}这片文章曾经在吴版主的现场总线版面上发表过,但被他删除了,工控网的管理员知道这件事。
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发表于:2001-06-29 21:35:00
4楼
这个吴志扬呀,我真不知该怎么评论他,请大家以后多关注他的言行,哎,现在这社会,....
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发表于:2001-06-29 21:38:00
5楼
吴礼雄,人贵有自知之明,98年7月在北京成立建设部LonMark协作网时,是谁跑来向我咨询LonWorks技术的?是谁后来三番五次跑到我办公室来要参观我们的产品和购买资料的?那时我们有LonWorks产品吗?呵呵。闻道有先后,术业有专攻,对吧。况且我所说的借鉴,只不过指表面贴装而已,因为原先参加研发的章百里高工等人,年纪比较大,设计时习惯采用双列直插器件。其实所有这些都无所谓,因为贬低别人没有多大意义,而您的为人和素质我已深有了解。 此外,这篇文章当时我转移到自由论坛去了(可惜当时我在北京,根本没有读这篇大作),马先生特地给你贴在自由论坛的首页上,现在大家也能看到。 当然这篇文章很重要,(该项技术非常重要!!!),值得大家多看几遍。在此,我郑重向广大网友推荐这篇文章。上海工业自动化仪表研究所从97年开始这项“低成本即插即用”LonWorks技术研究,与华东理工大学紧密合作,参加的主要研究人员有: 上海工业自动化仪表研究所 章百里高级工程师 洪郁康高级工程师 徐伟祖高级工程师 华东理工大学 吴勤勤教授 凌志浩教授 周振环副教授 马欣讲师 以及若干研究生(已毕业) 这项研究由我组织(但我没有直接参与),为此我还向华东理工大学划拨了10万元的研究经费。研究于98年6月结束,并提交了详细的研究报告。 在这里需要声明的是,我不想打什么口水战,对我个人的攻击无所谓,我关心的是是否存在技术泄密问题。英雄所见略同,各类技术细节和关键完全相同也不是没有可能,但我们因为受军工项目限制,从未公开发表过任何与之相关的文章或作过公开交流,所以针对这件事,我们已经展开了内部调查,将视调查结果做进一步处理。所以,请您不必紧张,如果您问心无愧的话。
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发表于:2001-06-29 21:44:00
6楼
凌志浩教授今天刚刚才和我通过电话,要买我单位的LONWORKS产品!
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发表于:2001-06-29 22:07:00
7楼
凌教授这几天一直跟我在一起,昨天他还要向我买LonWorks模拟量输入模块呢,那是因为华东理工大学承担的是软件开发工作,没有自己的硬件产品,在研发过程中硬件产品一直是由我们提供,而现在他们想在试验室放几块模块做做试验,所以必须自己掏钱买了(其实,是他们客气了,可能恰恰是因为我们的合作关系,觉得我们不大好意思卖或卖高价给他们。)所以,您觉得他要买模块是件令您荣耀的事,是么,呵呵。
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发表于:2001-07-01 10:44:00
8楼
“其实,是他们客气了,可能恰恰是因为我们的合作关系,觉得我们不大好意思卖或卖高价给他们。”不是昨天还向你们买模拟量输入模块吗?怎么现在不客气了?
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发表于:2004-08-04 10:44:00
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