陈建铎，张乐芳

（西安欧亚学院 信 息工程学院， 陕西 西 安 7 10065）

在“基于LonWorks《采油厂管控一体化网络》研究”一文中介绍了采油厂“基于LonWorks一体化网络”的构架与技术路线。整个系统涉及十几至几十口油井的采油、传输与管理。以某采油站为例，有原油传输管道12条，需温度采集变送器26个、流量采集变送器13个、压力采集变送器25个、液位采集变送器2个、含水分析仪1台、电磁阀16个、油泵（由调频电机控制）15台，分别由27个智能节点实施前端控制，实现数据采集与管理。整个系统采用全分布式结构，分为三级。上位机运行监控程序，监控整个采油站的生产流程，实现数据处理、信息存储、报警、远程控制等功能；中间层通过网络适配器实现数据的上传下达，把底层控制网络的数据上传到上位机，同时把上位机的控制命令下发到现场控制网络；底层现场控制网络连接前端各智能节点，再通过智能节点连接各传感器/变送器、执行机构，实现现场数据的采集与控制[1]。本文主要介绍网络构建和实施上层监控功能所采取的一些技术。

1 网络安装

构建一个管控一体化的网络体系，涉及各种设备的物理安装和逻辑安装。

1.1 物理安装

物理安装是把各硬件设备连接起来。即在PC机上插入网络适配器，这里选用PCLTA-10，并装上驱动程序，然后用电线把网络适配器与各智能节点连接起来，再把各个传感器/变送器和执行机构与智能节点连接。连接电线可使用双绞线、同轴电缆，也可使用光纤、无线、红外线等方式，也可混合使用。另外，也可使用i.Lon100/500作为中间层网络控制器。其内集成有多种LonWorks工具软件，既可作为网络接口，又可作为节点开发工具，上与PC机连接，下与各智能节点连接，可方便地实现LonWorks控制网与企业Internet/Intranet连接。

智能节点采用HLC-1回路控制器，是一种基于LonWorks的智能节点，其中固化有LonWorks操作系统、LonTalk通信协议、I/O功能数据库及相应的程序。LonTalk协议遵从国际标准化组织定义的开放系统互连模型，提供OSI参考模型所定义的7层服务。LonTalk寻址系统由三级构成，即域（domain）、子网（subnet）和节点（node），与整个网络系统的三级结构一致。每个回路控制器，在制造时就赋予一个永久的48位标识码，即ID，是构建全分布式网络的基础；对外，有4通道模拟量输入，2通道模拟量输出，2通道数字量 （触点或电平）输入及2通道开关量输出，能组合成2通道PID调节器，可用于数据采集，也可输出控制信号，包括模拟信号和开关信号。智能节点可在LonWorks提供的NodeBuilder环境下用Neuron C编程，定义网络变量，设置工作方式和任务。智能节点与I/O对象采用全双工同步串行方式通信。模拟通道设有D/A和A/D转换器[1]。

1.2 逻辑安装

逻辑安装[2]是通过系统设置的网络变量进行连接。在该管控一体化的网络中，信息的传送是通过各智能节点内定义的网络变量来实现。它是信息传送的媒体，也是LonWorks网络上传送的数据包。在程序设计中，可根据不同的功能设置不同的网络变量，例如：

network input SNVT_count kzml=1；定义一个控制命令输入网络变量，类型为SNVT_count，接收上位机下发的控制命令，控制前端执行机构的运动，初值为1。

network input unsigned int wendu；定义一个输入网络变量，无符号整型类，用以接收前端温度传感器采集的温度值。

network input unsigned int yali；定义一个输入网络变量，无符号整型类，用以接收前端压力传感器采集的压力值。

network output unsigned long int wd；定义一个输出网络变量，无符号长整型类，用以向上输出温度值。

network output unsigned long int yl；定义一个输出网络变量，无符号长整型类，用以向上输出压力值。

整个网络安装由LonMaker进行，对物理上连接起来的节点分配逻辑地址：域、子网、组，定义子网和通道，并进行绑定，最终构建成LonWorks控制网。

1.3 程序设计

网络安装完成后，要进行软件设计，包括系统监控程序设计和智能节点的运行与控制程序。监控程序可在PC机上的Windows环境下进行，用Visual C++设计。智能节点可在LonWorks提供的NodeBuilder环境下用Neuron C编程。其中智能节点数字量输入程序如下[2-4]：

2 上层监控功能的实现

2.1 使用世纪星组态软件构筑现场工况图

上位机使用工业PC机，运行WindowsXP/2003，与企业Intranet/Internet共享资源。同时，建立数据库，设计系统管理软件，构成上层信息管理系统，即信息网。数据库采用SQLserver；信息管理系统建立在WindowsXP/2003上，采用Visual C++及LonWorks提供的开发工具编程。为了形象直观，使用“世纪星组态软件”构筑现场工况图。

世纪星组态软件CenturyStar7.0是在PC机上运行的智能型人机接口软件，由开发系统CSMAKER和运行系统CSVIEWER组成，均系独立的Windows 32位应用程序，可运行于中文Windows 98/NT/2000平台，全中文界面。其中CSMAKER是多种应用程序的集成开发环境，具有完善的图形生成功能，可用于工况画面设计、数据库定义、动画连接、设备安装、命令编程等操作。数据库中有多种数据类型，能合理抽象控制对象的特性，使得数据报警、趋势曲线生成、历史数据记录、安全防范等功能简便易行。驱动程序采用COM组件技术，并利用OLE技术把世纪星组态软件与驱动程序整合在一起，配置设备安装向导，使用户能方便地连接各种硬件设备。对外支持多串口、Modem拨号、无线通信、电力载波等多种通信方式；支持多种现场总线，比如ProfiBus、LonWorks、CanBus等； 支持 DDE、OPC、ODBC、Web、TCP／IP 局域网等接口规范；内置定时报表打印、画面打印、曲线打印、报警记录打印等功能；且提供双机热备份和多级安全保障。Web发布后，可在广域网（Internet）上发布图形和数据，用户通过 IE浏览器可查看现场画面和数据。其中设备运行工况图如图1所示。其上可设置标签按钮，一方面显示设备运行的过程参数；另一方面，可用来分割局部工况图，放大显示，或者调用相应的监控程序，显示相关数据表，或对其进行调节控制[3]。

图1 现场设备运行工况图Fig.1 Working diagram of field equipment operating

2.2 上层监控程序与底层智能节点通信

世纪星组态软件提供动态数据交换DDE通信接口，只要配置好相应的主题和项目，即可建立上层监控系统与LonWorks网络间的联系，即可在上位机上实时显示现场数据，向下发布控制命令。其中所有通信，均通过网络变量进行，其示意如图2所示。

图2 上位机与底层智能节点通信Fig.2 Host computer communicate with the underlying intelligent nodes

LonWorks中的LNS DDE Server，主要是在前端设备与组态监控系统之间交换网络变量，进行结构配置和报文传送。它支持组态软件作为DDE客户端，监视和控制LonWorks网络，并使多个客户程序可同时访问LonWorks网络。

为了使DDE请求准确地传递到特定的DDE服务器，DDE客户必须使用DDE编址发送消息。其编址包括应用（Aplication）、主题（Topic）和项目（Item）三个部分。 其中应用（Aplication）是DDE消息直接连接服务器的名字；主题（Topic）用于说明客户接收和发送消息的类型；项目（Item）用来标志客户发送和接收的特定信息。

在完成上述设置以后，即可把组态监控软件的变量与LonWorks现场节点连接在一起。启动LNS DDE Server，上层监控程序就能实时显示现场设备工况参数，实现对远程设备的控制。网络驱动器提供硬件通信连接通路[4]。

2.3 系统功能

监控系统窗口主要包括系统登录界面、现场工况总貌图、局部分割图、实时报警窗口、历史报警窗口、实时曲线窗口、历史曲线窗口、数据报表窗口等。各窗口上设有菜单按钮，可调用相应的程序，进行相关处理或控制。

总貌图反映采油厂工作流程，可直观、动态地显示各工位/各设备的运行状况和参数变化，如图1所示。利用数据链接，可把画面上的对象与相应的数据变量联系起来，采用一定的命令可让画面活动起来。

局部分割图是把总貌图按工位或设备分割开来，以便放大显示，以便查看各工位或各个设备的运行状况。

趋势曲线图包括实时动态曲线和历史趋势曲线。实时动态曲线反映设备当前的工况参数变化趋势，如温度、压力、流量等；而存储在数据库中的历史数据反映一段时间内的工作状况，并能预测以后的变化趋势，以利于管理人员作出正确的分析或决策，或给予及时监控与管理。还可调用系统打印函数，实现报表打印。

报警窗口用以警示网络变量的异常变化，提示操作者采取必要的措施。报警窗口有两种类型，即实时报警窗口和历史报警窗口。实时报警窗口只显示当前处于报警状态的报警事件，历史报警窗口显示与报警有关的所有其它的报警事件，包括报警发生、报警应答、报警恢复等。其中储油罐液位实时曲线图如图3所示[5]。

图3 储油罐液位实时曲线图Fig.3 Tank level real-time graph

报表分为实时报表和历史报表，实时报表记录系统所有运行参数的当前值，历史报表保存系统运行以来各参数的所有值。对于所有曲线和报表数据，均可随时调用系统打印函数进行打印。

节点安装和上层管理软件设计完成后，可在网上发布，包括世纪星组态软件程序，同时启动世纪星组态软件与LNS DDE Server，用户就可以在任何一台连接互联网的机器，无需安装任何客户端，直接通过浏览器与现场建立起联系，实现管控一体化的操作。

3 结束语

文中介绍了采油厂构建基于LonWorks[6]管控一体化网络中的网络连接技术及在设计上层监控程序中采用的一些措施；突出说明了组态软件的使用和与LonWorks网络的连接；供相关设计人员参考。

[1]陈建铎.基于LonWorks/iLon100现场总线控制网络的结构与实现[J].探测与控制学报，2006（1）：59-63.

CHEN Jian-duo.Structure and implementation of fieldsus control network on LonWorks[J].Xi’an:Journal of Detection&Control，2006（1）：59-63.

[2]程启文，陈建铎.Lon网络中上位机与智能节点通信方式的研究与实现[J].微电子学与计算机，2005（7）：168-170.

CHENG Qi-wen，CHEN Jian-duo.Research and implementation of communication between supervisor and intelligent nodes in LonWoeks network[J].Microelectronics&Computer，2005（7）：168-170.

[3]李言武，陈建铎.世纪星组态软件在工业过程控制中的应用[J].现代电子技术，2007（8）：132-133.

LI Yan-wu，CHEN Jian-duo.Application of the centurystar configuration software in industrial process control system[J].Modern Electronics Technique，2007（8）：132-133.

[4]王艳君，陈建铎.基于LonWorks水厂全分布式管控一体化网络前端智能节点的配置与实现[J].电子工程设计，2012（16）：77-80.

WANG Yan-jun，CHEN Jian-duo Configuration and implementation of Front-end intelligent node to Waterworks’whole distribution integrative managementand control network on LonWorks[J].Electronic Design Engineering，2012（16）:77-80.

[5]张乐芳，陈建铎.基于LonWorks技术的全分布管控一体化网络上层监控系统的设计与实现[J].电子工程设计，2012（12）：156-159.

ZHANG Le-fang，CHEN Jian-duo.Design and Implementation ofupperlevels controlsystem to whole distribution integrative management and control network on LonWorks[J].Electronic Design Engineering，2012（12）:156-159.

[6]刘莉莉，段中兴.基于LonWorks技术的校园电力能耗监控系统的研究与实现[J].现代电子技术，2012（5）:153-155，166.

LIU Li-li，DUAN Zhong-xing.Research and implementation of campus electricity consumption monitoring system based on LonWorks technology[J].Modern Electronics Technique，2012（5）:153-155，166.