Lon Works 技術(shù)在地鐵屏蔽門監(jiān)視系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘 要 介紹了LonWorks 總線技術(shù)的特點(diǎn),討論了該技術(shù)在地鐵屏蔽門監(jiān)視系統(tǒng)中的具體應(yīng)用方案,并通過可靠性、可擴(kuò)展性分析,闡明了采用該方案的意義. 關(guān)鍵詞 LonWorks , 屏蔽門, 主監(jiān)視系統(tǒng)中圖分類號(hào) U231+. 4 ; U231+. 921 LonWorks 總線技術(shù)介紹
LON 總線技術(shù)是美國Echelon 公司于1991 年推出的局部操作網(wǎng)絡(luò),為集散式監(jiān)控系統(tǒng)提供了很強(qiáng)的實(shí)現(xiàn)手段,為當(dāng)前最為流行的現(xiàn)場總線之一。其特點(diǎn)如下:
(1) LonWorks 使用的開放式通信協(xié)議Lon Talk 為設(shè)備之間交換控制狀態(tài)信息建立了一個(gè)通信的標(biāo)準(zhǔn);在LonTalk 協(xié)議的協(xié)調(diào)下,以往那些孤立的系統(tǒng)和產(chǎn)品融為一體,形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。LonTalk 協(xié)議最大的特點(diǎn)是支持OSI 的七層協(xié)議,直接面向?qū)ο?。這一特點(diǎn)使其優(yōu)于以往其他的現(xiàn)場總線技術(shù)。表1 比較分析了LonTalk 與OSI 的七層協(xié)議。
表1 Lon Talk 與OSI 的七層協(xié)議比較分析
(3) 由于硬件芯片的支持,滿足了實(shí)時(shí)性和接口直觀、簡潔的現(xiàn)場總線的應(yīng)用要求。LON 技術(shù)采用神經(jīng)元芯片(neruon chip) 作為通信處理器和采集、控制的通用處理器。
(4) 按照LonWorks 標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)變量來定義數(shù)據(jù)
基金項(xiàng)目: 上海市青年科技啟明星計(jì)劃資助項(xiàng)目(00Q G14048) 結(jié)構(gòu),可以解決和不同廠家產(chǎn)品的互操作性問題。
(5) LonMark 是與Echelon 公司無關(guān)的Lon2 Works 用戶標(biāo)準(zhǔn)化組織,按照LonMark 規(guī)范設(shè)計(jì)的LonWorks 產(chǎn)品,均可非常容易地集成在一起,便于日后的維護(hù)和擴(kuò)展。
2 在屏蔽門監(jiān)視系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)
屏蔽門監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)部一般采用現(xiàn)場總線和硬線連接兩種方式。系統(tǒng)中重要的控制命令及狀態(tài)信號(hào)信息量較小,通過高可靠、低成本的硬線進(jìn)行連接, 其它的事件及狀態(tài)信息則通過LonWorks 網(wǎng)絡(luò)傳遞。
2. 1 屏蔽門監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成
屏蔽門系統(tǒng)由屏蔽門結(jié)構(gòu)、門體、門機(jī)、電源、監(jiān)視和控制系統(tǒng)六大部分組成。其中監(jiān)控系統(tǒng)由主控機(jī)(PSC) ( 含接口部件) 、站臺(tái)端頭控制盒(PSL) 、操作指示盤(PSA) 、門機(jī)控制器(DCU) 、螺桿傳動(dòng)裝置、就地控制盒、聲光報(bào)警裝置等構(gòu)成。
2. 2 主監(jiān)視系統(tǒng)( MMS) 功能
MMS 安裝在主控機(jī)盤內(nèi),監(jiān)測兩側(cè)站臺(tái)上的所有監(jiān)測點(diǎn)。這些監(jiān)測點(diǎn)可以監(jiān)測整個(gè)屏蔽門系統(tǒng)或單個(gè)門的報(bào)警/ 狀態(tài)/ 事故信息。各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的報(bào)警/ 狀態(tài)/ 事故信息通過串行通訊網(wǎng)絡(luò)及硬接線傳向MMS 。MMS 的功能包括: ① 收集每個(gè)PSD 的信息; ② 檢查各子系統(tǒng); ③ 提供屏蔽門系統(tǒng)關(guān)鍵的報(bào)警/ 狀態(tài)/ 事故信息; ④ 為屏蔽門系統(tǒng)及單PSD 模塊的日常維護(hù)提供信息; ⑤ 為DCU 的參數(shù)修改提供通信媒介; ⑥ 為下載新的DCU 軟件提供通信媒介。
2. 3 LonWorks 技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)方案
本設(shè)計(jì)的屏蔽門監(jiān)視系統(tǒng)中,MMS 與DCU 、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)( EMCS) 、屏蔽門系統(tǒng)測試裝置(PST) 等使用LonWorks 技術(shù)進(jìn)行總線連接,構(gòu)成開放網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、參數(shù)設(shè)計(jì)以及軟件下載。本方案根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求,采用總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);以雙絞線電纜為通信介質(zhì),節(jié)點(diǎn)數(shù)為64 個(gè), 傳輸速率為78 kbit/s , 傳輸?shù)淖畲缶嚯x為500 m ; 收發(fā)方式采用變壓器耦合方式,能夠滿足屏蔽門系統(tǒng)高性能、高共模隔離及干擾隔離的要求?？偩€連接網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1 。
圖1 LON 總線網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)圖
2. 3. 1 操作指示盤與EMCS 上的信息獲取MMS 從子系統(tǒng)或單個(gè)門處收到信息并進(jìn)行處理,分別通過LonWorks 網(wǎng)絡(luò)將關(guān)鍵信息傳送給車站控制室(SCR) 內(nèi)的操作指示盤以及EMCS 。通過查詢反饋的信息,MMS 能夠找出故障的具體細(xì)節(jié), 從而在故障維修時(shí)找出需要更換的器件。
2. 3. 2 MMS 與電源監(jiān)控模塊的通信
屏蔽門系統(tǒng)的電源主要分為驅(qū)動(dòng)電源(DSP) 及控制電源(CSP) 。它們的監(jiān)控模塊具有對(duì)充電模塊、電池檢測儀、絕緣檢測儀等進(jìn)行智能化的綜合監(jiān)控功能。電源故障的監(jiān)控通過監(jiān)控模塊與MMS 之間的LonWorks 網(wǎng)絡(luò)通信接口來實(shí)現(xiàn)。
2. 3. 3 MMS 與DCU 的通信
DCU 用于控制PSD 的動(dòng)作,由微處理器、存儲(chǔ)器、輸入/ 輸出電路、網(wǎng)絡(luò)接口、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路等組成。微處理器(CPU) 一般采用32 位處理器,其中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在SRAM , 可調(diào)參數(shù)存儲(chǔ)在可擦寫存儲(chǔ)器(EEPROM) 中。軟件存儲(chǔ)在FLASH 存儲(chǔ)器中,內(nèi)含串行通訊網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動(dòng)。DCU 與MMS 之間的通信是通過LonWorks 網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的,且為從(響應(yīng)者)2主(命令者) 關(guān)系。每個(gè)DCU 在網(wǎng)絡(luò)上都有一個(gè)唯一的地址,因此,MMS 能辨別每個(gè)DCU 的地址,并從DCU 獲取信息。在維護(hù)時(shí)如果DCU 需要更換,它的地址保持不變,更換后不需要重新設(shè)置其網(wǎng)絡(luò)地址。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2 。網(wǎng)絡(luò)上的所有通訊及對(duì)話都是由MMS 發(fā)出請(qǐng)求,各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)答的。這些請(qǐng)求包括綜合請(qǐng)求、參數(shù)請(qǐng)求及軟件下載請(qǐng)求。MMS 與DCU 的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳送過程見圖3 。
圖2 主監(jiān)視系統(tǒng)(MMS) 與門機(jī)控制器(DCU) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
3 方案的可靠性與可擴(kuò)展性分析3. 1 可靠性分析
(1) LonTalk 協(xié)議提供了兩個(gè)重要的可靠性技術(shù):真正的端對(duì)端(end2to2end) 確認(rèn)服務(wù)保證了數(shù)據(jù)的可靠傳輸;循環(huán)冗余編碼(CRC) 保證了數(shù)據(jù)完整性。另外,為一些在惡劣環(huán)境使用的收發(fā)器(如低帶寬、高噪聲和高衰減) 額外地融合了前向糾錯(cuò)方法, 可以檢測并校正信號(hào)位誤差而無需消息重發(fā)。
(2) 可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和功能的徹底分散。網(wǎng)絡(luò)采用對(duì)等結(jié)構(gòu),某一部分的故障不會(huì)影響其它設(shè)備,提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性。同時(shí),LonWorks 網(wǎng)絡(luò)易于實(shí)現(xiàn)設(shè)備和通信的雙重冗余,提高了可靠性。
(3) 通信設(shè)計(jì)面向?qū)ο?通過節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)變量的設(shè)置和綁定,即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。LonWorks 網(wǎng)絡(luò)中使用的網(wǎng)絡(luò)操作,包括網(wǎng)絡(luò)管理操作,都可使用OSI 模型中第4 層(傳輸層) 的服務(wù)項(xiàng)目—發(fā)送者鑒別服務(wù),這可以保證發(fā)送者的正確性。改善了的介質(zhì)訪問控制協(xié)議—Predictive —Persistent CSMA , 在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下,不會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。該技術(shù)有高效率、低開銷、低成本硬件、可操作系統(tǒng)的特點(diǎn)。
3. 2 可擴(kuò)展性分析
LonWorks 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間使用邏輯連接,這使系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的增加修改很容易,便于系統(tǒng)調(diào)整和擴(kuò)充學(xué)術(shù)專論 升級(jí)。此外,它能支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)—總線型、星型、自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等,可實(shí)現(xiàn)真正的自由組合。
4 結(jié)語
屏蔽門監(jiān)視系統(tǒng)通過使用LonWorks 技術(shù),將各相關(guān)設(shè)備連接,形成分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的網(wǎng)絡(luò)集成的分布式監(jiān)控系統(tǒng),同時(shí)使系統(tǒng)的可靠性、可維護(hù)性以及可擴(kuò)展性更強(qiáng)。LonWorks 網(wǎng)絡(luò)性能卓越,其自身仍在不斷發(fā)展。隨著其產(chǎn)品可靠性的提高以及成本的降低,可將系統(tǒng)中的硬線連接完全替換為總線連接,從而形成真正的全分布式智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。
圖3 主監(jiān)視系統(tǒng)(MMS) 與門機(jī)控制器(DCU) 的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
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