Lon Works技術(shù)縱橫談
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圖2 神經(jīng)元芯片處理器功能
神經(jīng)元芯片的3個處理器都擁有自己的寄存器集。同時共享數(shù)據(jù)和地址ALUs以及存儲訪問電路。每個CPU的最小周期為3個系統(tǒng)時鐘周期，每個系統(tǒng)時鐘周期為2個輸入時鐘周期，3個處理器的最小周期之間間隔一系統(tǒng)時鐘周期，因而每個處理器在每個儀器周期（22個輸入時鐘周期）內(nèi)可訪問存儲器和ALUs一次。這樣就減少了硬件而并不影響功能。
當(dāng)芯片工作在最大時鐘頻率（10MHz）時，外存的響應(yīng)時間應(yīng)不大于90ns，隨著輸入時鐘頻率的降低，對外存響應(yīng)時間的要求也隨之降低?？蛇x擇的時鐘頻率有10MHz、5MHz、2.5MHz、1.25MHz、625kHz。必須讓使能時鐘（enable clock）周期與系統(tǒng)時鐘周期一致，為輸入時鐘周期的1／2。當(dāng)數(shù)據(jù)在神經(jīng)元芯片和外存之間傳輸時， 為低，所有存儲器包括內(nèi)部和外部的，都可被任一個處理器在儀器周期的相應(yīng)階段訪問，存儲總線一次只能被一個處理器使用。
在神經(jīng)元芯片中有2個16位的定時器／計數(shù)器單元，其中第一個字時器／計數(shù)器單元輸入可在IO4～I(xiàn)O7中選擇，而輸出在IO0。第二個定時器／計數(shù)器單元輸入在IO4，輸出在IO1。若定時器／計數(shù)器只用作輸入信號，則IO0和IO1可作它用。定時器／計數(shù)器的時鐘和使能輸入可從外部引腳輸入，也可將系統(tǒng)時鐘分頻后輸入，兩個定時器／計數(shù)器的時鐘頻率相互獨立。外部時鐘的作用可選擇在脈沖的上升沿和下降沿。在控制單元中需要采集和控制功能,為此,神經(jīng)元芯片特設(shè)置11個I/O口。這些I/O口可根據(jù)需求不同來靈活配置與外圍設(shè)備的接口,如RS232、并口、定時/計數(shù)、間隔處理、位I / O等。 神經(jīng)元芯片通過5只引腳（CP0～CP4）與各種通信介質(zhì)接口即網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器連接。通信接口可以在3種模式下工作，即單端模式、差分模式和特殊模式。
神經(jīng)元芯片還有一個時間計數(shù)器,從而能完成Watchdog、多任務(wù)調(diào)度和定時功能。神經(jīng)元芯片支持節(jié)電方式,在節(jié)電方式下系統(tǒng)時鐘和計數(shù)器關(guān)閉,但狀態(tài)信息(包括RAM中的信息) 不會改變。一旦I/O狀態(tài)變化或網(wǎng)線上信息有變,系統(tǒng)便會激活。其內(nèi)部還有一個最高1.25 M bps、獨立于介質(zhì)的收發(fā)器。由此可見,一個小小的神經(jīng)元芯片不僅具有強大的通信功能, 更集采集、控制于一體。在理想情況下,一個神經(jīng)元芯片加上幾個分離元件便可成為DCS系統(tǒng)中一個獨立的控制單元。
5、應(yīng)用舉例
電信部門的通信基站往往擔(dān)負(fù)著很重要的通信任務(wù)，為保障各種通信設(shè)備的正常不間斷運行，對供電系統(tǒng)和環(huán)境的要求就非常高，隨著郵電通信部門朝機房無人值守化方向的發(fā)展，對動力與環(huán)境實現(xiàn)自動化監(jiān)控成為必然的趨勢。相對一般的樓宇建筑，電信部門的通信基站有設(shè)備種類多，設(shè)備更專業(yè)化、更復(fù)雜的特點，這給監(jiān)控系統(tǒng)的實施帶來了更大的難度。如何根據(jù)通信基站的特點，選擇合理的系統(tǒng)方式和監(jiān)控技術(shù)，是該行業(yè)用戶和系統(tǒng)開發(fā)者都非常關(guān)注的問題。
鑒于通信基站的動力環(huán)境監(jiān)控是一種特殊的樓宇監(jiān)控，加之Lon Works技術(shù)本身所具有的諸多特點和優(yōu)勢，選定了Lon Works作為動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。下面讓我們通過一個系統(tǒng)實例來看看如何利用這一新技術(shù)來構(gòu)筑通信基站的動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。
上海市長途電信局的七寶衛(wèi)星地面通信站動力、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)項目是以Lon Works技術(shù)為基礎(chǔ)。該項目要求對通信站內(nèi)的高壓二次回路、電容補償柜、低壓配電柜、UPS、電池組、專用空調(diào)、柴油發(fā)電機等對象進(jìn)行實時信號采集和部分操作控制，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)或狀態(tài)異常，迅即發(fā)出報警(屏幕提示與聲音告警)，并對各種事件和操作信息進(jìn)行存儲，隨時查詢，按用戶要求生成各種報表。
監(jiān)控系統(tǒng)由三部分組成：信號轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)、Lon Works采集控制網(wǎng)絡(luò)、上位監(jiān)控PC子系統(tǒng)。
各部分相互關(guān)系如下：
系統(tǒng)中Lon Works現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)由三類節(jié)點組成：
1) 模擬量采集節(jié)點
主要由NEURON芯片、TP/FT-10自由拓?fù)涫瞻l(fā)器、程序存儲器、串行A/D芯片等組成?？赏瓿?4路模擬量信號的數(shù)-模轉(zhuǎn)換，采樣分辨率為10位。
2) 開關(guān)量采集節(jié)點
主要由NEURON芯片、TP/FT-10自由拓?fù)涫瞻l(fā)器、程序存儲器、移位寄存器等組成?？山?4路開關(guān)量輸入，信號全部采用光電隔離。
3) 通信協(xié)議轉(zhuǎn)換節(jié)點
在ECHELON公司的可編程的串行網(wǎng)關(guān)PSG/2的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，分別將Sampsion柴油發(fā)電機、Liebert專用空調(diào)、蓄電池監(jiān)測儀的串行通信協(xié)議轉(zhuǎn)換到Lon Talk網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，利用此種形式可將各種不同的智能設(shè)備都聯(lián)結(jié)到Lon Works網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到系統(tǒng)集成的目的。
系統(tǒng)內(nèi)所有節(jié)點之間均用一對雙絞線進(jìn)行連接，采用自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，節(jié)點間的最大距離可達(dá)500米，完全可以適應(yīng)一般通信基站內(nèi)的情況，如需要更遠(yuǎn)距離的連接，則可采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(可達(dá)2700米)，或采用加入重發(fā)器的方法。
在上位PC機部分，采用可編程的串行網(wǎng)關(guān)PSG/2作為Lon Works網(wǎng)絡(luò)接口，將Lon Talk協(xié)議轉(zhuǎn)換為串行通信，與上位監(jiān)控機相聯(lián)。這樣通過監(jiān)控機將Lon Works網(wǎng)絡(luò)集成到計算機局域網(wǎng)(LAN)，在LAN上則采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行更高一級的系統(tǒng)集成。
6、發(fā)展前景
隨著現(xiàn)場設(shè)備功能逐漸增強，現(xiàn)場設(shè)備之間，以及現(xiàn)場設(shè)備與MES、ERP層之間需要進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)量成倍增加。加之現(xiàn)在有了現(xiàn)場設(shè)備要內(nèi)置Web 服務(wù)器并以網(wǎng)頁形式與外界溝通信息的需求，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為現(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展的新亮點
通信非確定性是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)入控制領(lǐng)域的最大障礙?！≌强焖僖蕴W(wǎng)與交換式以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，給解決以太網(wǎng)通信的非確定性帶來了希望，使這一應(yīng)用成為可能。
Lon works/Ethernet網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備是i.LON 1000。 它取代了傳統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備而成為連接Lon works和以太網(wǎng)的橋梁。i.LON 1000具有自己的IP地址，其一端掛接在以太網(wǎng)上，另一端掛接在Lon works控制網(wǎng)段上。它還可以作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器向Internet發(fā)布設(shè)備的實時信息，任何一個標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器都可以通過IP對其進(jìn)行訪問。
Lon works系統(tǒng)中一個節(jié)點的應(yīng)用程序可以根據(jù)它從其他設(shè)備中獲得的有關(guān)系統(tǒng)信息作出自己的控制決策，以構(gòu)成基于信息的控制系統(tǒng)。
互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已深深影響了控制網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，我國在開發(fā)自己的現(xiàn)場總線技術(shù)與產(chǎn)品時應(yīng)充分注意到這一技術(shù)的發(fā)展趨勢。但人們也應(yīng)該清醒地看到，控制網(wǎng)絡(luò)通信有其本身的特點，并非是照搬互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就可以完全替代的，需要發(fā)展適合自控應(yīng)用需求的工業(yè)數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
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