1 引言

　　1.1 組態(tài)控制軟件

　　組態(tài)控制軟件是可實現各種控制功能的具有配置性質的程序。通過組態(tài)就可以實現預定的控制方案?？梢允褂脩粼诓恍枰幋a程序的情況下，便可生成適合自己需求的應用系統，這些應用系統軟件就是組態(tài)軟件，它由開發(fā)人員完成，本文提出了基于LonWorks網絡控制來實現對組態(tài)軟件的開發(fā)方法，提出了一種基于LonWorks網絡技術的組態(tài)方法，給出其設計思想和實現方法。

　　1.2 LonWorks網絡控制方法 – 節(jié)點

　　LON網上的每個控制節(jié)點稱為LON節(jié)點或LONWORKS 智能設備，它包括一片Neuron芯片、傳感器和控制設備、收發(fā)器和電源。

　　Neuron芯片是節(jié)點的核心部分，它包括一套完整的通信協議，即LonTalk協議，從而確保節(jié)點間使用可靠的通訊標準進行互操作。因為Neuron芯片可以直接與它所監(jiān)視的傳感器和控制設備相連，所以一個Neuron芯片可以傳輸。

　　傳感器或控制設備的狀態(tài)、執(zhí)行控制算法，和其它Neuron芯片進行數據交換等。使用Neuron芯片，開發(fā)人員可以集中精力設計并開發(fā)出更好的應用對象而無需耗費太多的時間去設計通訊協議、通訊的軟件和硬件，這樣減少了開發(fā)的工作量，節(jié)省了大量的開發(fā)時間。

　　LonWorks節(jié)點編程是用Neuron C 來實現的，程序要經過編譯和燒錄后才能載入節(jié)點中運行;或者也有一些節(jié)點經過編譯可以直接下載到節(jié)點運行。在此我們把組態(tài)的思想引入組態(tài)控制軟件中，為控制網絡預先提供豐富的控制功能模塊，通過改變網絡節(jié)點之間的邏輯關系來達到改變網絡控制功能的目的。

　　1.3 引入組態(tài)到LonWorks控制網絡的優(yōu)點、特點

　　● 用戶不需要用Neuron C語言編程，只要根據實際需要進行適合自己的組態(tài)配置。

　　● 實現的功能多，方便用戶實現各種控制功能。

　　● LonWorks本身帶有通訊協議，組網方便、靈活。

2. 基于LonWorks的組態(tài)控制

　　2.1 組態(tài)軟件生成：

　　有的組態(tài)軟件將控制功能模塊稱為“軟PLC或Soft PLC”，也有的稱“軟邏輯”。組態(tài)控制軟件編程工具采用圖形化編程語言，只需用鼠標“點擊、拖動”就可以建立一個可重復使用的控制方案，大大減少工程時間和人力。一個應用程序中可以有很多控制模塊。開發(fā)人員利用Neuron C 語言編制通用控制程序。通用控制程序由許多基本功能模塊組成，各個模塊可以實現不同的控制功能?；竟δ苣K有若干個輸入和輸出，每個輸入和輸出管腳都有唯一的名稱，不同種類的功能塊其每個管腳的意義、取值范圍也不相同。

　　控制模塊基本功能塊包括：數學運算模塊（實現數的加、減、乘、除、乘方、開方等基本運算）;邏輯運算模塊（實現邏輯的與、或、非、延時、選擇開關等功能）;變量模塊（提供運算的操作數并存放最終的運算結果）以及常用的控制算法模塊（例如PID控制等）。

　　組態(tài)控制軟件存盤時自動對程序進行編譯、檢查語法錯誤，同時生成一定格式的消息包，準備傳遞給Neuron芯片。這些特定格式的數據包有：控制模塊綜合描述（例如所含的控制模塊總個數，參數總個數，中間變量總個數等），各模塊的描述（例如該模塊的模塊數，參數個數，中間變量等），各模塊的參數表，各模塊代碼表，各模塊的中間變量存放順序表等。

　　組態(tài)Neuron節(jié)點通過顯式消息與PC機進行通訊，接收模塊消息包。該節(jié)點中存有與基本功能模塊相應的執(zhí)行模塊代碼，將數學模塊、邏輯模塊、變量模塊和控制算法模塊等分別寫成單獨的函數，可按照組態(tài)軟件生成的消息包被調用，并可將執(zhí)行結果傳送給PC機或其它 Neuron節(jié)點。假如組態(tài)中某個功能塊的參數發(fā)生了改變，則重新編譯程序并將最新生成的模塊消息包發(fā)給 Neuron芯片，使之總是執(zhí)行最新的功能塊，實現組態(tài)的在線編譯與控制。組態(tài)Neuron節(jié)點在接收消息時，根據消息標簽將消息數據賦給該節(jié)點定義的不同的數據結構。只有當組態(tài)軟件生成的所有相關消息被收到后，功能塊才可以執(zhí)行。

　　Neuron各節(jié)點之間通過網絡變量進行通訊。在組態(tài)Neuron節(jié)點中，預定義一定數量的網絡變量，既有輸入類型，也有輸出類型。其總個數不超過Neuron C 語言中允許定義的網絡變量的總個數。

　　網絡變量的使用極大的簡化了開發(fā)和安裝分散系統的處理過程，各節(jié)點可以獨自定義，然后簡單地連接在一起或斷開某幾個連接，以構成新的LONWORKS應用，大大增加了系統的靈活性，開放性。網絡變量通過給節(jié)點相互之間明確的網絡接口而極大地提高了節(jié)點產品的互操作性。互操作性帶來得好處是：節(jié)點能很方便地安裝到不同類型的網絡中，并保持節(jié)點應用的網絡配置獨立性。節(jié)點可以安裝到網絡中并且只要網絡變量數據類型匹配，就可以邏輯建立地與網絡上的其它節(jié)點的連接。

　　一個網絡變量NV（Network Variables）是節(jié)點的一個對象，它可以定義為輸入也可以定義為輸出網絡變量。當一個網絡變量在一個節(jié)點的應用程序中被賦值后，LonTalk協議將修改了的輸出網絡變量新值構成隱式消息，透明的傳送到可與之共享數據的其它節(jié)點或PC機。這里的網絡變量其實為隱式消息。

　　由于每個網絡變量的數據長度一經確定就不能改變，且最多只有31B，所以限制了它的使用范圍。為此，可考慮同時使用了Neuron C 提供的顯示消息這一數據類型。

　　顯式消息的長度是可變的，且最長可以是228B。顯式消息必須使用一個預定的對象來構造，然后使用顯式函數以及預定事件來處理這些顯式消息。

　　用預定事件msg_arrives來接收消息。

　　本設計中，由message-code判斷要接收的消息數據msg_in.data應該存放到那一部分數據結構。message-code有head, stragehead, code, parameter, index, 和run等。其中，head為控制模塊頭，stragehead為控制模塊描述頭，code為接收代碼表，parameter為接收參數表，index為接收索引表，run為接收程序開始執(zhí)行命令。這些消息分別對應組態(tài)軟件編譯生成的消息包格式。只有當組態(tài)Neuron節(jié)點收到全部的模塊消息和執(zhí)行命令run后，模塊才被執(zhí)行。

　　2.2 實例

　　對于實現一個加法運算（加法器）來講，其組態(tài)功能圖如圖：

　　模塊1為變量模塊（輸入輸出模塊）中的常量模塊，模塊2、3都為變量模塊（輸入輸出模塊）中的網絡變量輸入模塊，模塊4為數學運算模塊中的加法模塊，模塊5為變量模塊（輸入輸出模塊）中的輸出模塊。

　　若要實現這樣一個加法功能，首先在組態(tài)工具中畫出如圖2所示的功能組態(tài)圖，經編譯后生成所需的模塊代碼。如模塊頭文件為：

　　Varsize 12 0 0 0 0 //中間變量所需暫存單元

　　Stragenum 1 //控制模塊個數

　　Parasize 2 //參數所需存儲單元

　　Codesize 20 //代碼所需存儲單元

　　Indexsize 24 //索引所需存儲單元

　　Globalsize 0 //全局變量所需存儲單元

　　在模塊進行執(zhí)行時，

　　1） 執(zhí)行模塊1，將參數值從參數表中取值，放入中間變量表;

　　2） 執(zhí)行模塊2，將相應的輸入網絡變量放入中間變量表;

　　3） 執(zhí)行模塊3，將相應的輸入網絡變量放入中間變量表;

　　4） 執(zhí)行到模塊4時，從中間變量表中取使能端的參數，從中間變量表中取輸入端1的參數，從中間變量表中取輸入端2的參數，將兩操作數相加，運算結果放回中間變量表。

　　5） 執(zhí)行模塊5，從中間變量表中將數值賦給相應的輸出網絡變量。

　　2.3 數據結構

　　Ø 代碼結構：由4個字節(jié)組成，分別用16進制表示。

　　Ø 代碼結構的含義：

　　第一字節(jié)表示種類（ category），即四大模塊（數學模塊、邏輯模塊、變量模塊和控制模塊）中的某一類;

　　第二字節(jié)表示類型（kind），即某一模塊中的具體功能;

　　第三和第四字節(jié)表示索引（index）。

　　Ø 索引表的結構：由二個字節(jié)組成;在程序中用16進制表示。

　　Ø 索引（index）表的含義：

　　I. 占兩個字節(jié)。

　　II. 分別由各個功能塊的四個部分組成：

　　A. 第一部分表示某個功能塊由幾個輸入、輸出集成，分別對應中間變量表的指針數值。

　　B. 第二部分表示輸入網絡變量。本設計中輸入數據由消息節(jié)點的消息變量發(fā)送，再由接受節(jié)點接受，通過網絡傳遞到另一個接受節(jié)點上來，并轉化成網絡變量，再由網絡變量送入PTAG表，以便進行運算。

　　C. 第三部分表示輸出網絡變量。運算結果放入PTAG中間變量表，輸出時再從中間變量表中取出運算結果，送入接受方節(jié)點（本節(jié)點上）即NEUM節(jié)點上的輸出網絡變量，經網絡上傳遞后，再由連接后的輸入網絡變量從另一個節(jié)點（即消息節(jié)點）上可以讀出數據。

　　D. 第四部分表示常量。其值由參數表中取出，參數表中的數據由消息發(fā)送過來。

　　III. 各個功能塊的次序和每個功能塊中四個部分的次序，由組態(tài)的次序決定。

　　第一部分的格式：

　　第二部分（輸入網絡變量的格式）：

　　第三部分（輸出網絡變量）的格式：

　　第四部分（常量）的格式：

　　Ø 中間變量表的結構：由數據的類型決定字節(jié)長度。

　　中間變量表通過賦初值來確定其結構，此時中間網絡變量只有空結構，沒有數據，其數據等待輸入，由變量模塊、取數據函數GET（）、設置數據函數SET（）來完成。變量模塊中分三個類型，有常量、網絡變量輸入和網絡變量輸出。這三種類型的數據最終都要放入中間變量表中，輸入時，如是常量，則從參數表中取出常量，放入中間變量表中。參數表中的數據預先由消息節(jié)點發(fā)送，在讀參數表時已讀入數據。由READP（）程序完成。

　　如不是常量，則由網絡變量輸入來接受數據，數據還是由消息節(jié)點發(fā)送過來，用GET（）函數讀入，再由SET（）函數放入PTAG中間變量表，以備運算使用。

　　輸出時，再由中間變量表中取出，放進輸出網絡變量進行輸出。再由節(jié)點通過網絡傳遞到消息節(jié)點，通過消息節(jié)點上的輸入網絡變量可以觀察運算結果。

　　特別要注意的是：中間變量表的字節(jié)長度是隨著常量數據的類型（只有整型和浮點型）、網絡變量的數據類型來確定，因而，不同的模塊運算中間變量表的長度是不同的，這也反映在索引表的內容上。

　　Ø 中間變量（Ptag）表的格式：（一個模塊）

　　Ø 參數表的格式：（放常量）

　　要實現這樣的加法功能，先在組態(tài)工具中畫出如上圖的組態(tài)功能圖，經編譯后生成所需的控制模塊代碼。

　　如設計代碼為：｛0，0，0，0，0，1，0，2，0，1，0，4，1，0，0，6，0，2，0，10｝。索引表設計為：｛16，0，16，0，16，0，16，3，16，1，16，6，16，0，16，3，16，6，16，9，16，9，16，0｝。//16 完全和程序中生成的數據類型的編程方法有關。

3 結束語

　　在LonWorks技術的基礎上實現組態(tài)控制有著廣闊的發(fā)展空間。依靠極強的Neuron芯片及LonTalk協議，使得組態(tài)控制得以在線編譯并實時運行。采用消息包的形式向Neuron 芯片傳送組態(tài)控制的模塊，減少了Neuron 編程的工作量以及編譯工作，增加了系統的靈活性和開放性。為組態(tài)軟件的發(fā)展提供了更為開闊的市場。