1、引言

現(xiàn)場總線是當今自動控制技術發(fā)展的熱門，而LonWorks現(xiàn)場總線是目前最具競爭力的現(xiàn)場總線之一。由于LonWorks具有良好的開放性與互操縱性、可使用任何傳輸媒介進行通訊、能夠使用所有現(xiàn)在已有的網(wǎng)絡結構、網(wǎng)絡拓撲可以自由組合、具備網(wǎng)絡的基本功能、可與Internet無縫連接等特點和優(yōu)點，使其在產(chǎn)業(yè)、樓宇、家庭自動化、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和運輸業(yè)等自動控制領域得到了廣泛的應用，其中建立基于LonWorks的監(jiān)控系統(tǒng)更為人們所關注。本文針對不同的應用層次，分析與討論四種基于LonWorks實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的方法。

2、使用LonMaker工具進行監(jiān)控的方法

LonMaker for Windows是以美國埃施朗公司的LNS網(wǎng)絡操縱系統(tǒng)為基礎，把強大的客戶/服務器體系結構和易于使用的Visio用戶界面綜合起來，形成了一個用于設計、啟動、監(jiān)視、測試、維護分布式控制網(wǎng)絡的工具。

LM工具不僅能在LonMaker圖頁中通過連接、LNS 文本框監(jiān)視網(wǎng)絡設備的網(wǎng)絡變量，在一個單獨的應用程序中通過LonMaker Brower對任何設備的網(wǎng)絡變量和配置屬性進行讀和寫，還能建立人機界面HMI （human machine interface）。如在一個LonWorks網(wǎng)絡中控制樓房的加熱系統(tǒng)，HMI能顯示每個房間溫度的實時讀進，同時可通過HMI控制加熱器和風扇。

使用LM工具創(chuàng)建一個HMI有三種選項：

1、使用LNS 文本框。它是一個ActiveX控件，每個LNS文本框能用來監(jiān)視或控制一個網(wǎng)絡變量，這種方法不需要任何編程。

2、使用第三方ActiveX控件。第三方ActiveX控件是來自除了LonMaker工具外其他來源的任一控件，如美國國家儀器有限公司設計的控件，它們用來加強LonMaker工具創(chuàng)建的HMI，使之形象化。

3、創(chuàng)建自定義的ActiveX控件。作為使用第三方ActiveX控件的替換，可以創(chuàng)建自己的基于LNS的ActiveX控件。

LM工具的HMI為簡單監(jiān)控操縱提供了低本錢平臺，但它不能用來代替高級終真?zhèn)€ HMI工具，如InTouch或iFIX。假如需要監(jiān)控網(wǎng)絡中節(jié)點的狀態(tài)或表示網(wǎng)絡中簡單的相互作用，LM工具的HMI足夠了。假如表示網(wǎng)絡中更為復雜的相互作用，最好使用高級終真?zhèn)€HMI工具，這些工具還提供了報告、分析、歷史、報警日志、事件處理等功能。

3、使用LM+LNS DDE Server+組態(tài)軟件進行監(jiān)控的方法

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)的基本結構

此種監(jiān)控系統(tǒng)的基本結構如圖1所示。其基本組件為：上位機（裝有監(jiān)控組態(tài)軟件）、LNS DDE Server、LonMaker for windows、LonWorks網(wǎng)絡等。在此系統(tǒng)中，上位機可監(jiān)視LonWorks網(wǎng)絡，讀取網(wǎng)絡中節(jié)點采集的實時數(shù)據(jù)，顯示各節(jié)點的工作狀況及歷史圖表，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的判別、分析及貯存等。同樣，上位機也可控制LonWorks網(wǎng)絡，能直接向被控設備發(fā)送命令，控制某一節(jié)點的狀態(tài)。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)的基本結構

3. 2 監(jiān)控系統(tǒng)組件

1、 LonWorks網(wǎng)絡及LonMaker for windows

LonWorks網(wǎng)絡由節(jié)點、網(wǎng)絡工具、信道、基礎設備等組成。在監(jiān)控一個網(wǎng)絡之前，需使用LNS網(wǎng)絡工具如LonMaker for windows對網(wǎng)絡進行安裝，使得每個設備能夠與同一網(wǎng)絡中的其它設備進行通訊，LonMaker網(wǎng)絡設計所產(chǎn)生的網(wǎng)絡配置信息為LNS DDE Server提供服務。

2、 DDE與LNS DDE Server

所謂DDE—Dynamic Data Exchange，即動態(tài)數(shù)據(jù)交換，是WINDOWS平臺上的一個完整的通訊協(xié)議，它使應用程序能夠彼此交換數(shù)據(jù)和發(fā)送指令。兩個同時運行的程序之間通過DDE方式交換數(shù)據(jù)時建立Client/Server關系。

LNS DDE Server是一個基于LNS操縱系統(tǒng)的軟件包，是與DDE兼容的到LonWorks網(wǎng)絡的接口，且和很多HMI及SCADA軟件包兼容。通過LNS DDE Server，Windows應用程序可方便地與LonWorks網(wǎng)絡上設備交換信息，也就是說，利用LNS DDE Server，任何承擔DDE Client的應用程序能監(jiān)視和控制一個或多個LonWorks網(wǎng)絡。

DDE Client與LNS DDE Server之間的通訊需要三個約定標識：Application、Topic及 Item，即當Client發(fā)出開始與DDE對話的請求時，只有當Application、Topic標識與LNS DDE Server內(nèi)部設定的標識一致時，系統(tǒng)才將DDE Client的請求傳達給LNS DDE Server。

3、監(jiān)控組態(tài)軟件

監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（supervisory control and data acquisition， SCADA）的軟件平臺工具，具有豐富的設置項目，使用方式靈活，功能強大。監(jiān)控組態(tài)軟件最早出現(xiàn)時，HMI或MMI（man machine interface）是其主要內(nèi)涵，即主要解決人機圖形界面題目。隨著它的快速發(fā)展，實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對I/O設備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容。隨著技術的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內(nèi)容。目前國內(nèi)常用的組態(tài)軟件有：Intouch、iFIX、組態(tài)王、力控等等。

4、使用VB+LNS開發(fā)平臺開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)的方法

4.1 LNS網(wǎng)絡工具

LNS網(wǎng)絡工具可以是DM-21嵌進式工具和基于PC機的工具（LonMaker for Windows，LNS DDE Server），也可以為基于開發(fā)工具包開發(fā)的工具。其中LNS應用程序開發(fā)者工具包是開發(fā)LNS網(wǎng)絡工具的工具包。包括LNS服務器、32位LNS ActiveX控件、LNS數(shù)據(jù)服務器、32位DLL、LNS Plug-in向?qū)к浖⒒贚NS網(wǎng)絡接口的網(wǎng)絡驅(qū)動程序、工具應用程序等，適用于Windows 2000、Windows NT 4.0、Windows 95/98等。

4.2 LNS對象層次結構及編程模型

LNS （LonWorks Network Service的縮寫，網(wǎng)絡操縱系統(tǒng)）把LonWorks網(wǎng)絡表示為具有層次的對象，而每個對象相應于網(wǎng)絡中的物理對象，如網(wǎng)絡設備、特性、操縱等。這些對象提供了一整套的方法、屬性和事件。

如圖2所示為一個LNS編程模型的例子。 “設備對象”表示一個應用設備的一個對象，它提供了一套方法與屬性。LNS客戶應用程序通過LNS ActiveX 控件賦予對象屬性和方法，使對象發(fā)生改變。比如把“State”（狀態(tài)）賦予對象的屬性，把“Wink”（閃爍）賦予對象的方法，使該設備產(chǎn)生相應的變化。而當設備發(fā)生網(wǎng)絡變量更新或Service Pin時，通過LNS ActiveX 控件以事件報告設備對象所發(fā)生的變化，應用程序根據(jù)這些事件進行相應的處理。

圖2 LNS編程模型

4.3 開發(fā)LNS應用程序

開發(fā)一個LNS應用程序即LNS網(wǎng)絡工具，使它能夠安裝節(jié)點、創(chuàng)建連接、診斷和維護網(wǎng)絡、監(jiān)控網(wǎng)絡、優(yōu)化網(wǎng)絡等。為了完成開發(fā)，需要的軟硬件如下：

軟件：the LNS Application Developers Kit for Windows（LNS應用程序開發(fā)者工具包）、 LNS for Windows、Microsoft Visual Basic 6.0。

硬件：一個LonWorks NSI（網(wǎng)絡服務接口）、一個LonWorks 設備（具有Server pin）。

5 、嵌進式（Web Server）監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

i.LON1000是埃施朗公司推出的突破性產(chǎn)品，在性能和可靠性方面都是高水平的，得到Cisco的認證。 i.LON 1000具有兩種主要功能：作為LonWorks Router與作為Web server。

Web 服務器在數(shù)據(jù)服務器與Web 瀏覽器之間提供LonWorks網(wǎng)絡變量的服務，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。基于Web治理的LonWorks網(wǎng)絡與一般的LonWorks網(wǎng)絡的主要區(qū)別，是在已存在的LonWorks網(wǎng)絡上，添加一臺 i.LON設備做Web Server。 i.LON設備以Web Server方式運行，在互連網(wǎng)上作為實際網(wǎng)絡的代理，具體實現(xiàn)細節(jié)對監(jiān)控端是完全透明的。基于以太網(wǎng)，客戶只要擁有瀏覽器，即可方便地對遠程設備進行監(jiān)控，這樣無論在何處、何時都可通過LAN、WAN或Internet對特定LonWorks網(wǎng)絡的設備進行實時監(jiān)控，如圖3所示。

使用i.LON Web Server進行監(jiān)控需要完成如下工作：

圖3 基于i.LON Web的LonWorks網(wǎng)絡的控制

①配置i.LON：使用Console Application；

②建立新信道：使用the Configuration Server；

③配置i.LON作為Web Server的網(wǎng)絡：通過網(wǎng)絡治理工具，如LonMaker；

④創(chuàng)建網(wǎng)頁：使用HTML編輯器及i.LON Web Tag Wizard；

⑤向i.LON設備傳送網(wǎng)頁：使用FTP；

⑥安全性設置：修改i.LON的WebParams.dat 文件中的設置；

⑦測試：通過Web 瀏覽器進行測試。

6、 結論

本文分析與討論了四種基于Lonworks實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的方法。LM工具的人機界面為簡單監(jiān)控提供了低本錢平臺，但它不能用來代替高級終真?zhèn)€ HMI工具。利用LM+LNS DDE Server+組態(tài)軟件進行監(jiān)控的方法，具有快速、開發(fā)工作量小、方便組態(tài)的特點，適合一般要求的HMI，尤其適合短期、可靠性高的工程項目。直接使用LNS開發(fā)，可以定制自己的軟件產(chǎn)品，監(jiān)控與治理系統(tǒng)更靈活，但開發(fā)工作量比LM+LNS DDE Server+組態(tài)軟件大，而且復雜。利用Web Server實現(xiàn)監(jiān)控，可通過Internet從任何地方、任何時間對LonWorks網(wǎng)絡進行監(jiān)控，把Internet帶進人們的生活，但它不能訪問配置屬性和網(wǎng)絡治理功能。

通過以上四種方法的分析與比較，只要我們充分理解LonWorks技術，并根據(jù)實際情況選用合適的方法，就可以建立一個所需要的監(jiān)控系統(tǒng)。

本文作者創(chuàng)新點：首次概括與總結了基于LonWorks可以建立監(jiān)控系統(tǒng)的方法，并對各種方法的特點進行了比較。

責任編輯：gt