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斯可克 張?jiān)瀑F 劉小環(huán) 鄭宇丁 張曉明 赫來福
1 引言
LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線（簡(jiǎn)稱LON總線）被廣泛應(yīng)用于智能建筑行業(yè)，但事實(shí)上它也完全可以應(yīng)用于其它各個(gè)工業(yè)部門，并且在某些領(lǐng)域內(nèi)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。由冶金自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院自主開發(fā)的基于LON總線的開放控制系統(tǒng)EIC2000已成功地應(yīng)用于輕工、冶金、化工、石化等行業(yè)。華北制藥集團(tuán)公司在溴化鋰裝置控制系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)中成功使用了EIC2000，下面僅以能源管理系統(tǒng)應(yīng)用為例介紹該系統(tǒng)的特點(diǎn)，并和其它可選方案進(jìn)行對(duì)比。
2 EIC2000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
能源消耗占制藥成本很大的比例，所以對(duì)能源進(jìn)行統(tǒng)一的管理調(diào)度有重要的意義。華北制藥集團(tuán)能源管理系統(tǒng)框圖如圖1所示。
圖1 能源管理系統(tǒng)框圖
EIC2000采用先進(jìn)的LON總線技術(shù)，具有高性能、低成本、節(jié)省大量電纜和施工量的優(yōu)點(diǎn)，是其它產(chǎn)品方案無法比擬的。本系統(tǒng)共管理遍布于廠區(qū)各處的400個(gè)能源測(cè)點(diǎn)，總距離長(zhǎng)達(dá)4公里多。
智能LON模塊AD-160安裝在各車間站的儀表柜內(nèi)，接收從配電器來的4～20mA信號(hào)（溫度、壓力、流量）。LON模塊中電源、LON總線、I/O信號(hào)間都是電隔離的。由于本系統(tǒng)中12個(gè)站距離太遠(yuǎn)已超過一個(gè)總線段所允許的長(zhǎng)度，所以采用路由器將系統(tǒng)分成4個(gè)總線段。LON總線通過一臺(tái)轉(zhuǎn)換接口和以太網(wǎng)連接并由全公司共享信息。組態(tài)監(jiān)控站通過接口卡和相應(yīng)軟件完成系統(tǒng)組態(tài)。兩臺(tái)主站同時(shí)接收現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)以互為監(jiān)控冗余。
AD-160模塊用功能塊圖組態(tài)可對(duì)輸入信號(hào)設(shè)置濾波、取平均處理、溫壓補(bǔ)償運(yùn)算和累積計(jì)算（同樣可以完成PID調(diào)節(jié)等閉環(huán)控制算法，但需采用有輸出的ADR-120模塊）。主站中的人機(jī)界面軟件有豐富的功能，通過組態(tài)可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)流程圖、歷史趨勢(shì)、報(bào)警、報(bào)表等功能。
3 EIC2000系統(tǒng)特點(diǎn)
為了便于理解系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，表1～表4對(duì)4種技術(shù)方案進(jìn)行了對(duì)比。
表1 EIC2000和基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)比
表2 EIC2000和可編程控制器PLC對(duì)比
表3 EIC2000和單回路調(diào)節(jié)器SLC對(duì)比
通過以上對(duì)比歸納出EIC2000系統(tǒng)的特點(diǎn)及適用領(lǐng)域。它特別適宜有一定分散程度，信號(hào)采集為主，但兼有連續(xù)控制、邏輯控制內(nèi)容，特別是模擬量為主的系統(tǒng)。其投資和PLC系統(tǒng)比甚至可以節(jié)省一半！
DCS/PLC的控制器的容量、速度、難度都很高，但使用數(shù)量很少，一個(gè)系統(tǒng)只用1～2塊。因此雖然其價(jià)格很高，但廠商的利潤(rùn)卻不大，所以DCS、PLC的利潤(rùn)主要來自數(shù)量很多的I/O系統(tǒng)。
表4 EIC2000和基于RS485的采集系統(tǒng)對(duì)比
LON技術(shù)是在每個(gè)模塊中安裝小規(guī)模CPU（神經(jīng)元芯片，內(nèi)含7層通信協(xié)議）、E2PROM、RAM，從而使每個(gè)模塊具有通信、計(jì)算、存儲(chǔ)、I/O功能。因?yàn)榕看螅猿杀竞侠淼亟档汀＜?/SPAN>LON技術(shù)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)是來自技術(shù)方案。
有一些PLC帶有LON接口卡，由于LON技術(shù)的開放性，EIC2000系列智能模塊可以在它們系統(tǒng)中用作I/O前端。
由于它分散控制的特點(diǎn)，EIC2000任何節(jié)點(diǎn)模塊的損壞僅影響相關(guān)的部分，而不危害整個(gè)系統(tǒng)，所以它的可靠性要高于PLC系統(tǒng)。由于節(jié)點(diǎn)模塊本身沒有操作顯示和后備手操，所以它的可靠性略低于單回路調(diào)節(jié)器。因?yàn)槠涠嘀鲝耐ㄐ藕苋菀着涠鄠€(gè)冗余計(jì)算機(jī)，所以仍可以保證系統(tǒng)操作顯示足夠的可靠性。智能模塊現(xiàn)場(chǎng)安裝所需的保護(hù)箱很容易購(gòu)到，其防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP65以上，即完全防塵、防水淋，可滿足大部分現(xiàn)場(chǎng)的需要。
當(dāng)然，由于LON通信的競(jìng)爭(zhēng)性和不確定性限制了總線通信負(fù)荷率，使規(guī)模較大的（即需多個(gè)模塊互相通信共同完成同一個(gè)策略）不如基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF）和傳統(tǒng)PLC，因此控制應(yīng)用的原則是“同一組控制策略一定要在同一節(jié)點(diǎn)模塊中完成”，而模塊本身的運(yùn)算速度是足夠快的，即使通信發(fā)生故障也不會(huì)影響控制。和其他總線一樣，由于通信速率限制，每條總線所流通的數(shù)據(jù)量也是有限的。LON總線和上位機(jī)的通信硬件通常用接口卡或以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器。而通信軟件通常有DDE、OPC和驅(qū)動(dòng)程序三種。不同的硬件軟件組合對(duì)速度的影響是很大的，按2秒的顯示刷新速度計(jì)算，流通數(shù)據(jù)點(diǎn)可能從僅幾十點(diǎn)到400點(diǎn)。因此設(shè)計(jì)中要十分注意。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還采用了“數(shù)據(jù)打包”技術(shù)，即將有效的數(shù)據(jù)填滿每個(gè)網(wǎng)絡(luò)變量，這樣使總線上的網(wǎng)絡(luò)變量減少3～4倍，有效地提高了通信效率、降低了通信成本。
由于LON模塊本身通常不防爆，所以在防爆場(chǎng)合它不能簡(jiǎn)單地布置到現(xiàn)場(chǎng)。由于成本的限制，它在大規(guī)模控制系統(tǒng)條件下的安全性也比不上高檔次復(fù)雜冗余的DCS，但是對(duì)大多數(shù)中小裝置而言，后者往往是必要性不大的奢侈選擇。
LON總線已具備所有現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的基本特征：開放的通信網(wǎng)絡(luò)，智能的分散的節(jié)點(diǎn)設(shè)備。但這些智能I/O模塊畢竟還不是真正的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，所以它有一定“改良”的色彩。也正是由此，它不必徹底甩掉目前廣泛使用且資源豐富的常規(guī)儀表設(shè)備，使人們更易于接受。
4 結(jié)語
由此可見，基于LON總線的開放控制系統(tǒng)EIC2000所適應(yīng)的市場(chǎng)，足以滿足大中規(guī)模的DAS、MIS的數(shù)據(jù)前端以及冶金、化工、輕工、城市公用設(shè)施等行業(yè)中的一大批中小裝置的需要。特別是，它通過先進(jìn)技術(shù)可以為企業(yè)帶來幾乎50%的節(jié)約效益！
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)