LonWorks总线技术在企业能源计量监控中的应用-专业自动化论坛-中国工控网论坛

LonWorks总线技术在企业能源计量监控中的应用点击：2724 | 回复：10

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发表于：2005-04-08 15:20:00

楼主

马琳女士，华北制药集团股份有限公司计量控制处助理工程师；温瑞先生，助理工程师。关键词：LonWorks　能量计量　监控　　对于现代工业企业，能源消耗占生产经营成本较大比例，如果对能源使用管理不善，将难以掌握真实运行情况，结算数据失准，会造成较大损失。华北制药集团建立能源计量计算机监测管理系统，为集团内各用能单位提供实时、准确的计量数据，为公司能源平衡提供决策参考，为对外贸易结算监督情况提供第一手资料，对节能降耗、降低成本起到至关重要作用。一系统设计　　因能源检测点分散在全厂各处，总距离长达4km，故该系统采用FCS模式，利用LonWorks即LON(Local Operating Network)工业总线技术，将遍布全厂的能源计量数据通过LON网络采集到控制室，在控制室对数据进行整理加工，存入数据库服务器，生产管理部门可利用企业内部光纤网络从主控室的数据库服务器中得到相关的能源使用信息。

　　如图1，整个项目分为两大部分：采集部分包括下位机模块程序开发、上位机组态系统开发、LON总线网架设3项任务；信息管理用户查询分析部分包括数据库服务器开发、用户应用程序开发两项任务。 1. 数据采集　　(1)模块程序开发　　下位机采集模块的作用是将变送的模拟信号转换为数字信号，经程序处理后，通过LON总线传送给上位机。　　下位机采集模块采用EIC2000系统的AD160模块，其采用3150处理器，时钟频率为10MHz，有32k固化内存，24k动态内存。可支持16路模拟量输入。下位机采集模块的编程环境采用的软件为OnLon，是一种图形化编程环境，使用Neuron C语言。其界面如图2。

　　在编程中需把过热蒸汽密度表存储到模块中。由于采集模块存储空间有限，不够装载用户程序和蒸汽密度表，经研究后，将一部分用户程序放到了系统存储空间中，解决检测蒸汽流量的查表问题。　　在系统调试运行阶段，发现刷新速度较慢，原因之一是由于测点较多，在LON网上传输的网络变量过多，而每一网络变量在网上都是一个数据帧，每一帧都包含目的地址、起始地址、校验位等非数据位，导致网络流量很大；LON总线网络的原理是非有序的载波侦听，多路复用，冲突检测机制，过多的帧也导致帧碎片过多，降低网络性能，这使本来只有7.8kb/s带宽的LON网负载过大，速度降低。分析后，决定采用将多个网络变量打包成一个结构体网络变量的方法来解决问题。“数据打包”技术将有效数据填满每一网络变量，使总线上的网络变量数量大大减少，提高了单个模块的使用性能和网络数据传输速度。　　(2)上位机组态及通信系统开发　　上位机组态采用InTouch，实现实时显示、历史曲线、报警、校验、累计、清零等功能。　　采用i.LON1000网络设备，从底层读取数据的方式为通信程序通过以太网从i.LON1000中读取数据，将其传给LNSDDE Server，InTouch再从DDE通道读取数据。InTouch报表格式不符合用户所须格式，利用Visual Basic编写一段报表自动读写程序与上位机运行程序关联实现报表自动生成。　　(3)LON网络架设　　LON网络架设包括遍布全厂的双绞线敷设、下位机模块、电源模块的安装、路由器安装、终端匹配器安装、屏蔽线接地以及网关设备i.LON1000的安装。　　下位机模块在现场表盘内固定，现场仪表将采集信号转换成4～20mA接入模块信号输入端，模块工作电压为直流24V，用双绞线将所有模块通信接口串联起来，形成网络。LON网络采用总线型网络拓扑结构时理论传输距离为2.7km，网络拓扑结构为自由拓扑，传输距离500m，可以使用路由器或中继器等进行网络扩展。由于受控制室与监测点的物理位置影响，采用星型网络结构。将网络划分成4个网段，对于传输距离较远的网段可采用串接LON路由的方法，LON路由主要起中继放大作用。　　在运行调试过程中，经模块程序优化后的系统刷新速度达到10s左右，还并不理想。分析可能是由于LON网卡速度较慢，造成瓶颈。于是决定增加i.LON1000网络设备。该设备是国际上的新产品，作用是将LON网上的数据经转换后发送到以太网上，计算机从以太网上接收数据。因以太网带宽为10M，可大大提高数据接收速度。另外，i.LON1000网络设备并不是一个工作在数据链路层的网桥，而是一个应用层的网关，它内置Web Server，计算机网络上的用户可通过浏览器直接访问它。装上该设备后，速度应提高3倍，但并没有这样，后经反复调试，发现问题在网络终端匹配器上，串接在各网段的路由器两端均未加终端匹配器。加装后，刷新速度提高，满足了系统需求。 2. 信息管理及用户查询分析　　(1)数据库服务器开发：动力计量网采集的数据放在数据库服务器中，以便用户的应用程序访问，进行查询分析，得到用户需要的信息。数据库服务程序采用SQL Server。(2)应用程序开发：针对不同的用户需求，需要开发不同的应用程序来访问数据库服务器。用户程序开发工具采用Visual Basic。二系统功能简介　　(1)对全厂范围内各能源品种用量及相关参数进行采集。(2)为各用能单位及管理部门提供能源结算数据及完成各种数据的统计分析，供管理部门作为管理依据。(3)实时监测各单位能源数据的瞬时值和累积值，并自动生成各种负荷曲线图；计算各种能源消耗量；做出在线趋势图；做出各单位各种能源消耗实际值的对比棒图。(4)自动生成各能源数据的日、月、季度报表；自动计算能耗费用。(5)根据参数分析，判断各种故障，发出报警、记录故障时间及内容。(6)各用能单位可通过各自计算机从网络上调用各种信息。