一． 概述：
1999年7月，某生物制劑有限責(zé)任公司有一套反應(yīng)罐自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)項(xiàng)目需要進(jìn)行研制開(kāi)發(fā)，用戶指定要求采用LonWorks技術(shù)并在北京、上海聯(lián)系了幾家LonWorks設(shè)備廠商進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和報(bào)價(jià)，我單位以系統(tǒng)方案合理、質(zhì)量可靠、價(jià)格低贏得該項(xiàng)目。

二． 系統(tǒng)構(gòu)成：
系統(tǒng)共有48個(gè)反應(yīng)罐和3條冷媒管線自動(dòng)恒壓供液控制。系統(tǒng)總的輸入點(diǎn)有268個(gè)，輸出點(diǎn)有150個(gè)，總的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信變量有1800個(gè)。
1．一類(lèi)控制對(duì)象模塊配置：
一類(lèi)控制對(duì)象有48個(gè)反應(yīng)罐，采用MA2125控制模塊，每個(gè)模塊分別控制：
PT100溫度輸入 4點(diǎn)
開(kāi)關(guān)量輸入（光電隔離） 6點(diǎn)
繼電器輸出（AC220V 1A，感性負(fù)載） 6點(diǎn)
每個(gè)MA2125控制模塊可控制2個(gè)反應(yīng)罐。采用這種方式控制，可以大大降低總系統(tǒng)的造價(jià)。由于每個(gè)反應(yīng)罐的測(cè)量控制點(diǎn)都集中在一個(gè)控制模塊中，這樣可以極大提高系統(tǒng)的可靠性和提高控制速度。
2．二類(lèi)控制對(duì)象模塊配置：
二類(lèi)控制對(duì)象有3條冷媒管線自動(dòng)恒壓供液控制。
采用MA2126控制模塊，每個(gè)模塊分別控制：
PT100溫度輸入 2點(diǎn)
4～20mA電流輸入 3點(diǎn)
4～20mA電流輸出 1點(diǎn)
開(kāi)關(guān)量輸入（光電隔離） 2點(diǎn)
繼電器輸出（AC220V 1A，感性負(fù)載） 1點(diǎn)
每個(gè)MA2126模塊控制1條冷媒管線自動(dòng)恒壓供液控制。
3．其它模塊配置：
MA2113 時(shí)鐘模塊 1個(gè)
MA2121 PC-LonWorks控制模塊 2個(gè)
4．系統(tǒng)滿足下列技術(shù)條件要求：
（1）各種工藝流程圖畫(huà)面顯示切換，包含電機(jī)旋轉(zhuǎn)、攪拌等狀態(tài)變化，液體流動(dòng)模擬顯示。
（2）系統(tǒng)工藝各項(xiàng)參數(shù)調(diào)整設(shè)置，標(biāo)準(zhǔn)工藝曲線設(shè)置、存儲(chǔ)、調(diào)用。
（3）各種歷史曲線、實(shí)時(shí)曲線、數(shù)字顯示。
（4）各種曲線、事件查詢。
（5）各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)、事件報(bào)表。
（6）畫(huà)面曲線、事件報(bào)表輸出打印。
（7）系統(tǒng)2臺(tái)上位機(jī)雙機(jī)熱備份。
（8）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)均可用MODEM遠(yuǎn)程撥號(hào)上網(wǎng)瀏覽。

三．系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案介紹：
交通部上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所于1998年研制成功了STI-VC2100MA系列控制模塊，該模塊是一種基于LonWorks控制技術(shù)系統(tǒng)的低成本、高性能的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)模塊，能在高濕、高溫、沖擊、振動(dòng)、腐蝕、強(qiáng)電磁干擾等惡劣的環(huán)境下工作，由該系列模塊組成的STI-VC2100MA系統(tǒng)，符合中國(guó)船檢局頒發(fā)的《鋼質(zhì)海船建造規(guī)范》以及軍用標(biāo)準(zhǔn)《艦船自動(dòng)控制規(guī)范》的要求，已通過(guò)中國(guó)船級(jí)社認(rèn)證和勞氏船級(jí)社環(huán)境條件標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)。系統(tǒng)主要環(huán)境運(yùn)行條件和技術(shù)指標(biāo)如下：
工作溫度范圍：-25℃～＋70℃
相對(duì)濕度：〈98％ 55℃時(shí)
振動(dòng)：±1.0g
電磁兼容性符合IEC801《電磁兼容性》的要求
電源電壓：直流18V～36V
A/D、D/A轉(zhuǎn)換精度：0.5%
STI-VC2100MA系列控制模塊已通過(guò)中國(guó)船級(jí)社認(rèn)證和勞氏船級(jí)社環(huán)境條件標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn),以下是試驗(yàn)內(nèi)容：
（1） 電源變化試驗(yàn)。
（2） 電源故障試驗(yàn)。
（3） 耐電壓試驗(yàn)。
（4） 絕緣電阻測(cè)試。
（5） 高溫試驗(yàn)。
（6） 濕熱試驗(yàn)。
（7） 振動(dòng)試驗(yàn)。
（8） 輻射電磁場(chǎng)干擾試驗(yàn)。
（9） 電快速瞬變脈沖群試驗(yàn)。
（10） 射頻傳導(dǎo)干擾試驗(yàn)。
在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)實(shí)施過(guò)程中，遇到許多復(fù)雜問(wèn)題，我們通過(guò)以下幾點(diǎn)措施保證了系統(tǒng)的順利實(shí)施。
1． 我們采用以下方法設(shè)計(jì)了系統(tǒng)中的核心模塊————LonWorks控制模塊，該模塊抗干擾性能好，已成功應(yīng)用于船舶控制及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制，能夠滿足本系統(tǒng)的要求。
（1） 嚴(yán)格按照LonMark互通協(xié)會(huì)的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)與布線。全部選用高質(zhì)量低功耗的貼片元器件。
（2） 根據(jù)摩托羅拉公司的建議我們采用6層板的PCB設(shè)計(jì)，電源層和地層分開(kāi)，6層的電路板與2層電路板相比可大大減少電磁干擾（EMI），因?yàn)楦郊拥膶颖阌赩CC去耦及更有效地進(jìn)行邏輯的地保護(hù)。大大提高模塊抗干擾能力。
（3） 為保護(hù)在芯片上的EEPROM，使得當(dāng)VDD低于工作電壓時(shí)不至邏輯混亂，我們采用低電壓指示（LVI）芯片保護(hù)EEPROM。選用了ECHELON推薦的DS1233貼片設(shè)計(jì)（ECHELON公司的LonWorks產(chǎn)品中全部采用DS1233）。
（4） 與ECHELON的FTT控制模塊（Model 55020-10）全兼容，但ECHELON的控制模塊只有內(nèi)置2K RAM，編制較大規(guī)模程序時(shí)可能出現(xiàn)內(nèi)存不夠。因此我們?cè)贚onControl控制模塊中增加了26K的外部RAM，這樣一來(lái)用戶就可以增大LonWorks通信中的發(fā)送和接收緩沖區(qū)，大大提高實(shí)時(shí)通信效率。也便于用戶編寫(xiě)大型C程序。
（5） 在模塊中增加了SERVICE指示燈和SERVICE按鈕，便于用戶下載程序和直觀地顯示運(yùn)行狀態(tài)。
（6） 由于原來(lái)的模塊只有11個(gè)IO，IO腳太少。我們利用原模塊中的3個(gè)空腳，擴(kuò)展了輸出的3個(gè)IO，開(kāi)放給用戶使用。
2． 設(shè)計(jì)了一塊PC機(jī)上的LonWorks PC接口卡，該接口卡采用雙端口RAM技術(shù)使得LonWorks的3150和PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，PC機(jī)上影射一塊3150的內(nèi)存，進(jìn)行通信網(wǎng)絡(luò)變量的數(shù)據(jù)交換，采用這種方式，數(shù)據(jù)交換速度非?？?，而且編程方便。該接口卡無(wú)需驅(qū)動(dòng)程序，在 WINDOWS98下利用VB或VC直接進(jìn)行內(nèi)存讀寫(xiě)。
3． 該系統(tǒng)上位機(jī)經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)變量有3700多個(gè)，如此多的變量采用LonWorks的網(wǎng)絡(luò)變量進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸將是勉為其難。我們經(jīng)過(guò)研究，決定采用LonWorks的顯形報(bào)文通信格式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，這樣一來(lái)可以不用LonMaker和LNS DDE，一方面降低了系統(tǒng)成本，另一方面更換模塊時(shí)不需要進(jìn)行LomMaker網(wǎng)絡(luò)變量的安裝，便于用戶維修更換。具體實(shí)施辦法為每個(gè)控制模塊都設(shè)置了一個(gè)唯一的地址碼開(kāi)關(guān)，程序上電運(yùn)行時(shí)將這個(gè)地址碼設(shè)置成為控制模塊的機(jī)號(hào)。如果維修時(shí)需要更換控制模塊，將新模塊的地址設(shè)置成要更換模塊相同的地址即可以直接替換。
4． 在上位機(jī)上利用原來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)DDE程序進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)我們發(fā)現(xiàn)交換速度太慢，通過(guò)對(duì)DDE程序的深入研究，我們改進(jìn)了DDE交換數(shù)據(jù)過(guò)程，采用了快速DDE算法程序，提高了數(shù)據(jù)的交換速度，該系統(tǒng)的所有通信數(shù)據(jù)均在1秒鐘內(nèi)更新完畢。
5． 控制模塊元器件選用進(jìn)口工業(yè)級(jí)微功耗表面貼片器件，功耗很低，系統(tǒng)工作時(shí)不會(huì)發(fā)熱。接插件選用德國(guó)公司的產(chǎn)品。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，模塊為可插拔DIN結(jié)構(gòu)，維護(hù)極為方便。電源線、通信線無(wú)極性，可以隨意接。

四． 結(jié)論：
目前該系統(tǒng)已經(jīng)提交給用戶，在提交過(guò)程中，用戶采用了多種干擾方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行干擾，系統(tǒng)從來(lái)沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)死機(jī)、離線的現(xiàn)象，比用戶以前曾經(jīng)用過(guò)的LonWorks產(chǎn)品相比系統(tǒng)的可靠性有大大提高。
針對(duì)我國(guó)國(guó)產(chǎn)船舶監(jiān)控產(chǎn)品設(shè)計(jì)手段落后，生產(chǎn)加工工藝差導(dǎo)致監(jiān)控產(chǎn)品故障率居高不下（工藝差是目前我國(guó)監(jiān)控產(chǎn)品故障率高的最主要原因）的現(xiàn)狀。我國(guó)通過(guò)世界銀行投資在我所成立了國(guó)家級(jí)的船舶運(yùn)輸控制工程中心，嚴(yán)格遵照國(guó)際ISO9001標(biāo)準(zhǔn)（我所通過(guò)了ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證），解決科研成果產(chǎn)品化問(wèn)題。從電子電路及印刷電路板設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA），印刷電路板的自動(dòng)焊接及測(cè)試（SMT），機(jī)械設(shè)計(jì)（CAD）和機(jī)械加工（CAM）到油漆噴涂等引進(jìn)了一整套國(guó)外最先進(jìn)的設(shè)計(jì)與制造自動(dòng)化設(shè)備。
STI-VC2100MA系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)就采用了工程中心的EDA設(shè)備，保證了電路設(shè)計(jì)的合理性、電氣性能的穩(wěn)定性和抗干擾的能力。印刷電路板的焊接，采用工程中心表面貼裝設(shè)備自動(dòng)焊接，根除了由于虛焊等工藝問(wèn)題造成的設(shè)備故障?？刂婆_(tái)采用工程中心的CAD/CAM進(jìn)行加工制造，解決了控制臺(tái)的設(shè)計(jì)與加工工藝問(wèn)題。因此STI-VC2100MA系統(tǒng)的加工工藝水平在國(guó)內(nèi)是獨(dú)一無(wú)二的，具有很高的可靠性。
STI–VC2100MA測(cè)控系統(tǒng)有以下通用模塊：
MA2101 8通道三線制鉑電阻或電壓輸入模塊
MA2102 16通道熱電偶或電壓輸入模塊
MA2103 16通道電流或電壓輸入模塊
MA2104 32通道開(kāi)關(guān)量輸入模塊
MA2106 8通道開(kāi)關(guān)量輸入和8通道繼電器輸出
MA2107 16通道開(kāi)關(guān)量輸出
MA2110 4通道A/D輸入和4路D/A輸出
MA2111 80點(diǎn)報(bào)警指示
MA2113 網(wǎng)絡(luò)母鐘
MA2150 32路OC門(mén)輸出
以下為STI-VC2100MA系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用業(yè)績(jī)：
★ 中海公司“定安海”輪STI-VC2100貨油艙監(jiān)控管理系統(tǒng)。
★ 煙臺(tái)3200KW海拖機(jī)艙微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
★ 中遠(yuǎn)香港公司“領(lǐng)先輪”主機(jī)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。
★ 上海海運(yùn)學(xué)院仿真所煙火監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。
★ 上海新奧托公司數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。
★ 生物制劑廠反應(yīng)罐自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)。

單位： 交通部上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所
通信地址： 上海民生路600號(hào)船舶研究所（200134）
聯(lián)系人： 吳禮雄
電話： 021-58856638轉(zhuǎn)2539或2327, 021-58854262，13601680246
傳真： 021-58854262
Email: wlxw@iname.com

參考資料：

《MOTOROLA LonWorks Technology Device Data》