基于LonWorks现场总线实现监控系统设计的四种方案分析

1、引言

现场总线是当今自动控制技术发展的热门，而LonWorks现场总线是目前最具竞争力的现场总线之一。由于LonWorks具有良好的开放性与互操纵性、可使用任何传输媒介进行通讯、能够使用所有现在已有的网络结构、网络拓扑可以自由组合、具备网络的基本功能、可与Internet无缝连接等特点和优点，使其在产业、楼宇、家庭自动化、农业、医疗和运输业等自动控制领域得到了广泛的应用，其中建立基于LonWorks的监控系统更为人们所关注。本文针对不同的应用层次，分析与讨论四种基于LonWorks实现监控系统的方法。

2、使用LonMaker工具进行监控的方法

LonMaker for Windows是以美国埃施朗公司的LNS网络操纵系统为基础，把强大的客户/服务器体系结构和易于使用的Visio用户界面综合起来，形成了一个用于设计、启动、监视、测试、维护分布式控制网络的工具。

LM工具不仅能在LonMaker图页中通过连接、LNS 文本框监视网络设备的网络变量，在一个单独的应用程序中通过LonMaker Brower对任何设备的网络变量和配置属性进行读和写，还能建立人机界面HMI （human machine interface）。如在一个LonWorks网络中控制楼房的加热系统，HMI能显示每个房间温度的实时读进，同时可通过HMI控制加热器和风扇。

使用LM工具创建一个HMI有三种选项：

1、使用LNS 文本框。它是一个ActiveX控件，每个LNS文本框能用来监视或控制一个网络变量，这种方法不需要任何编程。

2、使用第三方ActiveX控件。第三方ActiveX控件是来自除了LonMaker工具外其他来源的任一控件，如美国国家仪器有限公司设计的控件，它们用来加强LonMaker工具创建的HMI，使之形象化。

3、创建自定义的ActiveX控件。作为使用第三方ActiveX控件的替换，可以创建自己的基于LNS的ActiveX控件。

LM工具的HMI为简单监控操纵提供了低本钱平台，但它不能用来代替高级终真个 HMI工具，如InTouch或iFIX。假如需要监控网络中节点的状态或表示网络中简单的相互作用，LM工具的HMI足够了。假如表示网络中更为复杂的相互作用，最好使用高级终真个HMI工具，这些工具还提供了报告、分析、历史、报警日志、事件处理等功能。

3、使用LM+LNS DDE Server+组态软件进行监控的方法

3.1 监控系统的基本结构

此种监控系统的基本结构如图1所示。其基本组件为：上位机（装有监控组态软件）、LNS DDE Server、LonMaker for windows、LonWorks网络等。在此系统中，上位机可监视LonWorks网络，读取网络中节点采集的实时数据，显示各节点的工作状况及历史图表，实现对数据的判别、分析及贮存等。同样，上位机也可控制LonWorks网络，能直接向被控设备发送命令，控制某一节点的状态。

图1 监控系统的基本结构

3. 2 监控系统组件

1、 LonWorks网络及LonMaker for windows

LonWorks网络由节点、网络工具、信道、基础设备等组成。在监控一个网络之前，需使用LNS网络工具如LonMaker for windows对网络进行安装，使得每个设备能够与同一网络中的其它设备进行通讯，LonMaker网络设计所产生的网络配置信息为LNS DDE Server提供服务。

2、 DDE与LNS DDE Server

所谓DDE—Dynamic Data Exchange，即动态数据交换，是WINDOWS平台上的一个完整的通讯协议，它使应用程序能够彼此交换数据和发送指令。两个同时运行的程序之间通过DDE方式交换数据时建立Client/Server关系。

LNS DDE Server是一个基于LNS操纵系统的软件包，是与DDE兼容的到LonWorks网络的接口，且和很多HMI及SCADA软件包兼容。通过LNS DDE Server，Windows应用程序可方便地与LonWorks网络上设备交换信息，也就是说，利用LNS DDE Server，任何承担DDE Client的应用程序能监视和控制一个或多个LonWorks网络。

DDE Client与LNS DDE Server之间的通讯需要三个约定标识：Application、Topic及 Item，即当Client发出开始与DDE对话的请求时，只有当Application、Topic标识与LNS DDE Server内部设定的标识一致时，系统才将DDE Client的请求传达给LNS DDE Server。

3、监控组态软件

监控组态软件是面向监控与数据采集（supervisory control and data acquisition， SCADA）的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强大。监控组态软件最早出现时，HMI或MMI（man machine interface）是其主要内涵，即主要解决人机图形界面题目。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容。随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。目前国内常用的组态软件有：Intouch、iFIX、组态王、力控等等。

4、使用VB+LNS开发平台开发监控系统的方法

4.1 LNS网络工具

LNS网络工具可以是DM-21嵌进式工具和基于PC机的工具（LonMaker for Windows，LNS DDE Server），也可以为基于开发工具包开发的工具。其中LNS应用程序开发者工具包是开发LNS网络工具的工具包。包括LNS服务器、32位LNS ActiveX控件、LNS数据服务器、32位DLL、LNS Plug-in向导软件、基于LNS网络接口的网络驱动程序、工具应用程序等，适用于Windows 2000、Windows NT 4.0、Windows 95/98等。

4.2 LNS对象层次结构及编程模型

LNS （LonWorks Network Service的缩写，网络操纵系统）把LonWorks网络表示为具有层次的对象，而每个对象相应于网络中的物理对象，如网络设备、特性、操纵等。这些对象提供了一整套的方法、属性和事件。

如图2所示为一个LNS编程模型的例子。 “设备对象”表示一个应用设备的一个对象，它提供了一套方法与属性。LNS客户应用程序通过LNS ActiveX 控件赋予对象属性和方法，使对象发生改变。比如把“State”（状态）赋予对象的属性，把“Wink”（闪烁）赋予对象的方法，使该设备产生相应的变化。而当设备发生网络变量更新或Service Pin时，通过LNS ActiveX 控件以事件报告设备对象所发生的变化，应用程序根据这些事件进行相应的处理。

图2 LNS编程模型

4.3 开发LNS应用程序

开发一个LNS应用程序即LNS网络工具，使它能够安装节点、创建连接、诊断和维护网络、监控网络、优化网络等。为了完成开发，需要的软硬件如下：

软件：the LNS Application Developers Kit for Windows（LNS应用程序开发者工具包）、 LNS for Windows、Microsoft Visual Basic 6.0。

硬件：一个LonWorks NSI（网络服务接口）、一个LonWorks 设备（具有Server pin）。

5 、嵌进式（Web Server）监控系统的实现

i.LON1000是埃施朗公司推出的突破性产品，在性能和可靠性方面都是高水平的，得到Cisco的认证。 i.LON 1000具有两种主要功能：作为LonWorks Router与作为Web server。

Web 服务器在数据服务器与Web 浏览器之间提供LonWorks网络变量的服务，实现远程监控。基于Web治理的LonWorks网络与一般的LonWorks网络的主要区别，是在已存在的LonWorks网络上，添加一台 i.LON设备做Web Server。 i.LON设备以Web Server方式运行，在互连网上作为实际网络的代理，具体实现细节对监控端是完全透明的。基于以太网，客户只要拥有浏览器，即可方便地对远程设备进行监控，这样无论在何处、何时都可通过LAN、WAN或Internet对特定LonWorks网络的设备进行实时监控，如图3所示。

使用i.LON Web Server进行监控需要完成如下工作：

图3 基于i.LON Web的LonWorks网络的控制

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作为Web Server的网络：通过网络治理工具，如LonMaker；

④创建网页：使用HTML编辑器及i.LON Web Tag Wizard；

⑤向i.LON设备传送网页：使用FTP；

⑥安全性设置：修改i.LON的WebParams.dat 文件中的设置；

⑦测试：通过Web 浏览器进行测试。

6、 结论

本文分析与讨论了四种基于Lonworks实现监控系统的方法。LM工具的人机界面为简单监控提供了低本钱平台，但它不能用来代替高级终真个 HMI工具。利用LM+LNS DDE Server+组态软件进行监控的方法，具有快速、开发工作量小、方便组态的特点，适合一般要求的HMI，尤其适合短期、可靠性高的工程项目。直接使用LNS开发，可以定制自己的软件产品，监控与治理系统更灵活，但开发工作量比LM+LNS DDE Server+组态软件大，而且复杂。利用Web Server实现监控，可通过Internet从任何地方、任何时间对LonWorks网络进行监控，把Internet带进人们的生活，但它不能访问配置属性和网络治理功能。

通过以上四种方法的分析与比较，只要我们充分理解LonWorks技术，并根据实际情况选用合适的方法，就可以建立一个所需要的监控系统。

本文作者创新点：首次概括与总结了基于LonWorks可以建立监控系统的方法，并对各种方法的特点进行了比较。

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