《電子技術(shù)應用》
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LonWorks控制技術(shù)在反應罐自動溫度控制系統(tǒng)中的應用
摘要: LonWorks控制技術(shù)在反應罐自動溫度控制系統(tǒng)中的應用,系統(tǒng)共有48個反應罐和3條冷媒管線自動恒壓供液控制。系統(tǒng)總的輸入點有268個,輸出點有150個,總的系統(tǒng)網(wǎng)絡通信變量有1800個。
Abstract:
Key words :

    一. 概述:
    1999年7月,某任公司有一套反應罐自動溫度控制系統(tǒng)項目需要進行研制開發(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設備廠商進行方案設計和報價,我單位以系統(tǒng)方案合理、質(zhì)量可靠、價格低贏得該項目。
    
    二. 系統(tǒng)構(gòu)成:
    系統(tǒng)共有48個反應罐和3條冷媒管線自動恒壓供液控制。系統(tǒng)總的輸入點有268個,輸出點有150個,總的系統(tǒng)網(wǎng)絡通信變量有1800個。
    1.一類控制對象模塊配置:
     一類控制對象有48個反應罐,采用MA2125控制模塊,每個模塊分別控制:
     PT100溫度輸入 4點
     開關量輸入(光電隔離) 6點
     繼電器輸出(AC220V 1A,感性負載) 6點
     每個MA2125控制模塊可控制2個反應罐。采用這種方式控制,可以大大降低總系統(tǒng)的造價。由于每個反應罐的測量控制點都集中在一個控制模塊中,這樣可以極大提高系統(tǒng)的可靠性和提高控制速度。
    2.二類控制對象模塊配置:
    二類控制對象有3條冷媒管線自動恒壓供液控制。
     采用MA2126控制模塊,每個模塊分別控制:
     PT100溫度輸入 2點
     4~20mA電流輸入 3點
     4~20mA電流輸出 1點
     開關量輸入(光電隔離) 2點
     繼電器輸出(AC220V 1A,感性負載) 1點
     每個MA2126模塊控制1條冷媒管線自動恒壓供液控制。
    3.其它模塊配置:
     MA2113 時鐘模塊 1個
     MA2121 PC-LonWorks控制模塊 2個
    4.系統(tǒng)滿足下列技術(shù)條件要求:
   ?。?)各種工藝流程圖畫面顯示切換,包含電機旋轉(zhuǎn)、攪拌等狀態(tài)變化,液體流動模擬顯示。
    (2)系統(tǒng)工藝各項參數(shù)調(diào)整設置,標準工藝曲線設置、存儲、調(diào)用。
   ?。?)各種歷史曲線、實時曲線、數(shù)字顯示。
    (4)各種曲線、事件查詢。
   ?。?)各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)、事件報表。
   ?。?)畫面曲線、事件報表輸出打印。
    (7)系統(tǒng)2臺上位機雙機熱備份。
   ?。?)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)均可用MODEM遠程撥號上網(wǎng)瀏覽。
    
    三.系統(tǒng)實現(xiàn)方案介紹:
     交通部上海船舶運輸科學研究所于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)場總線系統(tǒng)模塊,能在高濕、高溫、沖擊、振動、腐蝕、強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),符合中國船檢局頒發(fā)的《鋼質(zhì)海船建造規(guī)范》以及軍用標準《艦船自動控制規(guī)范》的要求,已通過中國船級社認證和勞氏船級社環(huán)境條件標準試驗。系統(tǒng)主要環(huán)境運行條件和技術(shù)指標如下:
     工作溫度范圍:-25℃~+70℃
     相對濕度:〈98% 55℃時
     振動:±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中國船級社認證和勞氏船級社環(huán)境條件標準試驗,以下是試驗內(nèi)容:
    (1) 電源變化試驗。
    (2) 電源故障試驗。
    (3) 耐電壓試驗。
    (4) 絕緣電阻測試。
    (5) 高溫試驗。
    (6) 濕熱試驗。
    (7) 振動試驗。
    (8) 輻射電磁場干擾試驗。
    (9) 電快速瞬變脈沖群試驗。
    (10) 射頻傳導干擾試驗。
     在系統(tǒng)的開發(fā)實施過程中,遇到許多復雜問題,我們通過以下幾點措施保證了系統(tǒng)的順利實施。
    1. 我們采用以下方法設計了系統(tǒng)中的核心模塊----LonWorks控制模塊,該模塊抗干擾性能好,已成功應用于船舶控制及工業(yè)現(xiàn)場控制,能夠滿足本系統(tǒng)的要求。
   ?。?) 嚴格按照LonMark互通協(xié)會的設計要求進行設計與布線。全部選用高質(zhì)量低功耗的貼片元器件。
   ?。?) 根據(jù)摩托羅拉公司的建議我們采用6層板的PCB設計,電源層和地層分開,6層的電路板與2層電路板相比可大大減少電磁干擾(EMI),因為附加的層便于VCC去耦及更有效地進行邏輯的地保護。大大提高模塊抗干擾能力。
   ?。?) 為保護在芯片上的EEPROM,使得當VDD低于工作電壓時不至邏輯混亂,我們采用低電壓指示(LVI)芯片保護EEPROM。選用了ECHELON推薦的DS1233貼片設計(ECHELON公司的LonWorks產(chǎn)品中全部采用DS1233)。
   ?。?) 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)模程序時可能出現(xiàn)內(nèi)存不夠。因此我們在LonControl控制模塊中增加了26K的外部RAM,這樣一來用戶就可以增大LonWorks通信中的發(fā)送和接收緩沖區(qū),大大提高實時通信效率。也便于用戶編寫大型C程序。
   ?。?) 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行狀態(tài)。
   ?。?) 由于原來的模塊只有11個IO,IO腳太少。我們利用原模塊中的3個空腳,擴展了輸出的3個IO,開放給用戶使用。
    2. 設計了一塊PC機上的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機進行數(shù)據(jù)交換,PC機上影射一塊3150的內(nèi)存,進行通信網(wǎng)絡變量的數(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。該接口卡無需驅(qū)動程序,在WINDOWS98下利用VB或VC直接進行內(nèi)存讀寫。
    3. 該系統(tǒng)上位機經(jīng)初步統(tǒng)計變量有3700多個,如此多的變量采用LonWorks的網(wǎng)絡變量進行數(shù)據(jù)傳輸將是勉為其難。我們經(jīng)過研究,決定采用LonWorks的顯形報文通信格式進行數(shù)據(jù)通信,這樣一來可以不用LonMaker和LNS DDE,一方面降低了系統(tǒng)成本,另一方面更換模塊時不需要進行LomMaker網(wǎng)絡變量的安裝,便于用戶維修更換。具體實施辦法為每個控制模塊都設置了一個唯一的地址碼開關,程序上電運行時將這個地址碼設置成為控制模塊的機號。如果維修時需要更換控制模塊,將新模塊的地址設置成要更換模塊相同的地址即可以直接替換。
    4. 在上位機上利用原來的標準DDE程序進行數(shù)據(jù)通信時我們發(fā)現(xiàn)交換速度太慢,通過對DDE程序的深入研究,我們改進了DDE交換數(shù)據(jù)過程,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口工業(yè)級微功耗表面貼片器件,功耗很低,系統(tǒng)工作時不會發(fā)熱。接插件選用德國公司的產(chǎn)品。結(jié)構(gòu)簡單,模塊為可插拔DIN結(jié)構(gòu),維護極為方便。電源線、通信線無極性,可以隨意接。

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