利用LonWorks技術(shù)實現(xiàn)通信基站的動力環(huán)境監(jiān)控

一、 概述

電信部門的通信基站往往擔(dān)負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。

眾所周知，自動監(jiān)控系統(tǒng)(或稱為測控系統(tǒng))正在向分布式和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，分布式監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵在于其聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，即通常所說的現(xiàn)場總線技術(shù)。目前有多種現(xiàn)場總線技術(shù)并存，并在不同的應(yīng)用領(lǐng)域得到了不同程度的應(yīng)用，如在樓宇自動化領(lǐng)域，美國Echelon公司推出的LonWorks總線技術(shù)就得到了大量應(yīng)用，逐漸成為該行業(yè)的一種事實標(biāo)準(zhǔn)。鑒于通信基站的動力環(huán)境監(jiān)控正是一種特殊的樓宇監(jiān)控，加之LonWorks技術(shù)本身所具有的諸多特點和優(yōu)勢，在經(jīng)過多方面的論證后，我們最終選定了LonWorks作為本公司動力環(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)。

二、 系統(tǒng)構(gòu)成

以LonWorks技術(shù)為基礎(chǔ)，我們成功地為上海市長途電信局完成了七寶衛(wèi)星地面通信站動力、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)項目。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)、LonWorks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LonWorks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自由拓撲收發(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自由拓撲收發(fā)器、程序存儲器、移位寄存器等組成。可接24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LonTalk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LonWorks網(wǎng)絡(luò)，達到系統(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行連接，采用自由拓撲結(jié)構(gòu)，節(jié)點間的最大距離可達500米，完全可以適應(yīng)一般通信基站內(nèi)的情況，如需要更遠距離的連接，則可采用總線拓撲結(jié)構(gòu)(可達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LonWorks網(wǎng)絡(luò)接口，將LonTalk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LonWorks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)議進行更高一級的系統(tǒng)集成。

三、 總結(jié)

通過本次七寶衛(wèi)星通信站的動力、環(huán)境計算機監(jiān)控項目的實施，證明LonWorks技術(shù)在此類應(yīng)用中是完全適用的，并體現(xiàn)出了一系列優(yōu)點：

1. 先進的網(wǎng)絡(luò)通信，突破了傳統(tǒng)現(xiàn)場總線的諸多限制

LonWorks將先進的計算機局域網(wǎng)技術(shù)引入監(jiān)控領(lǐng)域，使現(xiàn)場的每個采集控制節(jié)點均具有了強大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，不僅實現(xiàn)了節(jié)點間的對等通信、上下位機間的雙向通信，更使每個現(xiàn)場節(jié)點都能自發(fā)地傳送報警信號和采集結(jié)果，實現(xiàn)真正意義上的實時采集，而傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線采用主/從方式，即每個節(jié)點只有在上位機查詢到本節(jié)點時，才可能向上傳送信息，當(dāng)節(jié)點增多或某些節(jié)點出現(xiàn)故障或占用總線時間長時，就可能使其它節(jié)點的報警信號和采集數(shù)據(jù)延遲發(fā)送甚至丟失，實時性和可靠性均得不到保證。而LonWorks所采用的LonTalk網(wǎng)絡(luò)協(xié)議則從根本上解決了上述問題，并且通過改進的CSMA(一種碰撞、沖突檢測方法)，使網(wǎng)絡(luò)負載很重時，也不會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

同時，采用LonWorks技術(shù)，使現(xiàn)場通信速率很輕易就達到78 Kbps以上。

2. 連接方式靈活，系統(tǒng)擴充方便

LonWorks技術(shù)能支持各種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，項目中我們采用了自由連接的方式，既每個節(jié)點與就近的節(jié)點相連，毋需考慮其相互間的關(guān)系，其結(jié)果是大大方便了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和布線施工，也避免了傳統(tǒng)總線式接線中不可避免的布線浪費。

自由拓撲所帶來的另一個好處是系統(tǒng)擴充變得非常方便，需要增加采集點時，只需在就近地方安裝好采集節(jié)點，然后將該節(jié)點用兩根雙絞線連接至就近的另一節(jié)點即可，而不需要擔(dān)心節(jié)點的加入給原有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)帶來的改變。

3. 更利于模塊化系統(tǒng)設(shè)計

由于每個LonWorks核心芯片內(nèi)都集成了網(wǎng)絡(luò)通信、I/O功能及可編程能力，這使得每個節(jié)點都具有完整的處理能力，可以不依賴于其它節(jié)點或設(shè)備而完全獨立地工作。

4. 編程、調(diào)試方便，開發(fā)效率提高，

LonWorks節(jié)點的編程采用了最通用的高級語言--C語言，使硬件開發(fā)人員徹底擺脫了繁瑣的匯編語言，以更結(jié)構(gòu)化的方式更快地編程。另一方面，LonWorks的開發(fā)有完善的開發(fā)工具和模擬調(diào)試環(huán)境做后盾，是其它控制總線技術(shù)目前都不具備的。

LonWorks技術(shù)的核心--內(nèi)嵌的LonTalk網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使開發(fā)人員完全避免了復(fù)雜的通信控制編程，將精力集中于編寫更好的I/O應(yīng)用，對常用的各種I/O方式也提供了現(xiàn)成的庫函數(shù)支持，使編程的工作大大簡化，深受開發(fā)人員的歡迎。

可以看到，由于采用了先進的LonWorks技術(shù)，使我們研制的通信基站動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)具有了更好的開放性、靈活性和可擴展性，也最大程度地保護了用戶的投資。