Lon Works 技术在地铁屏蔽门监视系统中的应用
摘 要 介绍了LonWorks 总线技术的特点,讨论了该技术在地铁屏蔽门监视系统中的具体应用方案,并通过可靠性、可扩展性分析,阐明了采用该方案的意义. 关键词 LonWorks , 屏蔽门, 主监视系统中图分类号 U231+. 4 ; U231+. 921 LonWorks 总线技术介绍
LON 总线技术是美国Echelon 公司于1991 年推出的局部操作网络,为集散式监控系统提供了很强的实现手段,为当前最为流行的现场总线之一。其特点如下:
(1) LonWorks 使用的开放式通信协议Lon Talk 为设备之间交换控制状态信息建立了一个通信的标准;在LonTalk 协议的协调下,以往那些孤立的系统和产品融为一体,形成一个网络控制系统。LonTalk 协议最大的特点是支持OSI 的七层协议,直接面向对象。这一特点使其优于以往其他的现场总线技术。表1 比较分析了LonTalk 与OSI 的七层协议。
表1 Lon Talk 与OSI 的七层协议比较分析
(3) 由于硬件芯片的支持,满足了实时性和接口直观、简洁的现场总线的应用要求。LON 技术采用神经元芯片(neruon chip) 作为通信处理器和采集、控制的通用处理器。
(4) 按照LonWorks 标准网络变量来定义数据
基金项目: 上海市青年科技启明星计划资助项目(00Q G14048) 结构,可以解决和不同厂家产品的互操作性问题。
(5) LonMark 是与Echelon 公司无关的Lon2 Works 用户标准化组织,按照LonMark 规范设计的LonWorks 产品,均可非常容易地集成在一起,便于日后的维护和扩展。
2 在屏蔽门监视系统中的应用设计
屏蔽门监视系统内部一般采用现场总线和硬线连接两种方式。系统中重要的控制命令及状态信号信息量较小,通过高可靠、低成本的硬线进行连接, 其它的事件及状态信息则通过LonWorks 网络传递。
2. 1 屏蔽门监控系统构成
屏蔽门系统由屏蔽门结构、门体、门机、电源、监视和控制系统六大部分组成。其中监控系统由主控机(PSC) ( 含接口部件) 、站台端头控制盒(PSL) 、操作指示盘(PSA) 、门机控制器(DCU) 、螺杆传动装置、就地控制盒、声光报警装置等构成。
2. 2 主监视系统( MMS) 功能
MMS 安装在主控机盘内,监测两侧站台上的所有监测点。这些监测点可以监测整个屏蔽门系统或单个门的报警/ 状态/ 事故信息。各个监测点的报警/ 状态/ 事故信息通过串行通讯网络及硬接线传向MMS 。MMS 的功能包括: ① 收集每个PSD 的信息; ② 检查各子系统; ③ 提供屏蔽门系统关键的报警/ 状态/ 事故信息; ④ 为屏蔽门系统及单PSD 模块的日常维护提供信息; ⑤ 为DCU 的参数修改提供通信媒介; ⑥ 为下载新的DCU 软件提供通信媒介。
2. 3 LonWorks 技术应用设计方案
本设计的屏蔽门监视系统中,MMS 与DCU 、机电设备监控系统( EMCS) 、屏蔽门系统测试装置(PST) 等使用LonWorks 技术进行总线连接,构成开放网络系统,进行数据传输、参数设计以及软件下载。本方案根据实际应用要求,采用总线型网络拓扑结构;以双绞线电缆为通信介质,节点数为64 个, 传输速率为78 kbit/s , 传输的最大距离为500 m ; 收发方式采用变压器耦合方式,能够满足屏蔽门系统高性能、高共模隔离及干扰隔离的要求。总线连接网络结构见图1 。
图1 LON 总线网络连接结构图
2. 3. 1 操作指示盘与EMCS 上的信息获取MMS 从子系统或单个门处收到信息并进行处理,分别通过LonWorks 网络将关键信息传送给车站控制室(SCR) 内的操作指示盘以及EMCS 。通过查询反馈的信息,MMS 能够找出故障的具体细节, 从而在故障维修时找出需要更换的器件。
2. 3. 2 MMS 与电源监控模块的通信
屏蔽门系统的电源主要分为驱动电源(DSP) 及控制电源(CSP) 。它们的监控模块具有对充电模块、电池检测仪、绝缘检测仪等进行智能化的综合监控功能。电源故障的监控通过监控模块与MMS 之间的LonWorks 网络通信接口来实现。
2. 3. 3 MMS 与DCU 的通信
DCU 用于控制PSD 的动作,由微处理器、存储器、输入/ 输出电路、网络接口、电机的驱动电路等组成。微处理器(CPU) 一般采用32 位处理器,其中数据存储在SRAM , 可调参数存储在可擦写存储器(EEPROM) 中。软件存储在FLASH 存储器中,内含串行通讯网络的驱动。DCU 与MMS 之间的通信是通过LonWorks 网络来实现的,且为从(响应者)2主(命令者) 关系。每个DCU 在网络上都有一个唯一的地址,因此,MMS 能辨别每个DCU 的地址,并从DCU 获取信息。在维护时如果DCU 需要更换,它的地址保持不变,更换后不需要重新设置其网络地址。其网络结构如图2 。网络上的所有通讯及对话都是由MMS 发出请求,各个节点进行应答的。这些请求包括综合请求、参数请求及软件下载请求。MMS 与DCU 的网络协议传送过程见图3 。
图2 主监视系统(MMS) 与门机控制器(DCU) 网络结构图
3 方案的可靠性与可扩展性分析3. 1 可靠性分析
(1) LonTalk 协议提供了两个重要的可靠性技术:真正的端对端(end2to2end) 确认服务保证了数据的可靠传输;循环冗余编码(CRC) 保证了数据完整性。另外,为一些在恶劣环境使用的收发器(如低带宽、高噪声和高衰减) 额外地融合了前向纠错方法, 可以检测并校正信号位误差而无需消息重发。
(2) 可以实现网络设备和功能的彻底分散。网络采用对等结构,某一部分的故障不会影响其它设备,提高了系统的可维护性。同时,LonWorks 网络易于实现设备和通信的双重冗余,提高了可靠性。
(3) 通信设计面向对象,通过节点网络变量的设置和绑定,即可实现网络通信。LonWorks 网络中使用的网络操作,包括网络管理操作,都可使用OSI 模型中第4 层(传输层) 的服务项目—发送者鉴别服务,这可以保证发送者的正确性。改善了的介质访问控制协议—Predictive —Persistent CSMA , 在网络负载很重的情况下,不会导致网络瘫痪。该技术有高效率、低开销、低成本硬件、可操作系统的特点。
3. 2 可扩展性分析
LonWorks 网络节点之间使用逻辑连接,这使系统中节点的增加修改很容易,便于系统调整和扩充学术专论 升级。此外,它能支持多种网络拓扑结构—总线型、星型、自由拓扑结构等,可实现真正的自由组合。
4 结语
屏蔽门监视系统通过使用LonWorks 技术,将各相关设备连接,形成分散化、网络化、智能化的网络集成的分布式监控系统,同时使系统的可靠性、可维护性以及可扩展性更强。LonWorks 网络性能卓越,其自身仍在不断发展。随着其产品可靠性的提高以及成本的降低,可将系统中的硬线连接完全替换为总线连接,从而形成真正的全分布式智能监控网络。
图3 主监视系统(MMS) 与门机控制器(DCU) 的网络协议
参考文献1 埃施朗公司. LonWorks ?技术介绍—原理和实践概述,第2 版.
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