利用LonWorks技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信基站的動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控

一、 概述

電信部門(mén)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(yùn)行，對(duì)供電系統(tǒng)和環(huán)境的要求就非常高，隨著郵電通信部門(mén)朝機(jī)房無(wú)人值守化方向的發(fā)展，對(duì)動(dòng)力與環(huán)境實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控成為必然的趨勢(shì)。相對(duì)一般的樓宇建筑，電信部門(mén)的通信基站有設(shè)備種類(lèi)多，設(shè)備更專(zhuān)業(yè)化、更復(fù)雜的特點(diǎn)，這給監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施帶來(lái)了更大的難度。如何根據(jù)通信基站的特點(diǎn)，選擇合理的系統(tǒng)方式和監(jiān)控技術(shù)，是該行業(yè)用戶(hù)和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者都非常關(guān)注的問(wèn)題。

眾所周知，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)(或稱(chēng)為測(cè)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(shuō)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。目前有多種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)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(dòng)化領(lǐng)域，美國(guó)Echelon公司推出的LonWorks總線(xiàn)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(shí)標(biāo)準(zhǔn)。鑒于通信基站的動(dòng)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(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，在經(jīng)過(guò)多方面的論證后，我們最終選定了LonWorks作為本公司動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。下面讓我們通過(guò)一個(gè)系統(tǒng)實(shí)例來(lái)看看如何利用這一新技術(shù)來(lái)構(gòu)筑通信基站的動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。

二、 系統(tǒng)構(gòu)成

以L(fǎng)onWorks技術(shù)為基礎(chǔ)，我們成功地為上海市長(zhǎng)途電信局完成了七寶衛(wèi)星地面通信站動(dòng)力、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目。該項(xiàng)目要求對(duì)通信站內(nèi)的高壓二次回路、電容補(bǔ)償柜、低壓配電柜、UPS、電池組、專(zhuān)用空調(diào)、柴油發(fā)電機(jī)等對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)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(bào)警(屏幕提示與聲音告警)，并對(duì)各種事件和操作信息進(jìn)行存儲(chǔ)，隨時(shí)查詢(xún)，按用戶(hù)要求生成各種報(bào)表。

監(jiān)控系統(tǒng)由三部分組成：信號(hào)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(chǎng)網(wǎng)絡(luò)由三類(lèi)節(jié)點(diǎn)組成：

1) 模擬量采集節(jié)點(diǎn)

主要由NEURON芯片、TP/FT-10自由拓?fù)?a target="_blank">收發(fā)器、程序存儲(chǔ)器、串行A/D芯片等組成。可完成24路模擬量信號(hào)的數(shù)-模轉(zhuǎn)換，采樣分辨率為10位。

2) 開(kāi)關(guān)量采集節(jié)點(diǎn)

主要由NEURON芯片、TP/FT-10自由拓?fù)涫瞻l(fā)器、程序存儲(chǔ)器、移位寄存器等組成。可接24路開(kāi)關(guān)量輸入，信號(hào)全部采用光電隔離。

3) 通信協(xié)議轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)

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(kāi)發(fā)，分別將Sampsion柴油發(fā)電機(jī)、Liebert專(zhuān)用空調(diào)、蓄電池監(jiān)測(cè)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(dá)到系統(tǒng)集成的目的。

系統(tǒng)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)之間均用一對(duì)雙絞線(xiàn)進(jìn)行連接，采用自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)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(xiàn)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(jī)部分，采用可編程的串行網(wǎng)關(guān)PSG/2作為L(zhǎng)onWorks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(jī)相聯(lián)。這樣通過(guò)監(jiān)控機(jī)將LonWorks網(wǎng)絡(luò)集成到計(jì)算機(jī)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(jí)的系統(tǒng)集成。

三、 總結(jié)

通過(guò)本次七寶衛(wèi)星通信站的動(dòng)力、環(huán)境計(jì)算機(jī)監(jiān)控項(xiàng)目的實(shí)施，證明LonWorks技術(shù)在此類(lèi)應(yīng)用中是完全適用的，并體現(xiàn)出了一系列優(yōu)點(diǎn)：

1. 先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信，突破了傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的諸多限制

LonWorks將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)引入監(jiān)控領(lǐng)域，使現(xiàn)場(chǎng)的每個(gè)采集控制節(jié)點(diǎn)均具有了強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，不僅實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)間的對(duì)等通信、上下位機(jī)間的雙向通信，更使每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)都能自發(fā)地傳送報(bào)警信號(hào)和采集結(jié)果，實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)時(shí)采集，而傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)采用主/從方式，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)只有在上位機(jī)查詢(xún)到本節(jié)點(diǎn)時(shí)，才可能向上傳送信息，當(dāng)節(jié)點(diǎn)增多或某些節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障或占用總線(xiàn)時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，就可能使其它節(jié)點(diǎn)的報(bào)警信號(hào)和采集數(shù)據(jù)延遲發(fā)送甚至丟失，實(shí)時(shí)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(wèn)題，并且通過(guò)改進(jìn)的CSMA(一種碰撞、沖突檢測(cè)方法)，使網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重時(shí)，也不會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

同時(shí)，采用LonWorks技術(shù)，使現(xiàn)場(chǎng)通信速率很輕易就達(dá)到78 Kbps以上。

2. 連接方式靈活，系統(tǒng)擴(kuò)充方便

LonWorks技術(shù)能支持各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，項(xiàng)目中我們采用了自由連接的方式，既每個(gè)節(jié)點(diǎn)與就近的節(jié)點(diǎn)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(jì)和布線(xiàn)施工，也避免了傳統(tǒng)總線(xiàn)式接線(xiàn)中不可避免的布線(xiàn)浪費(fèi)。

自由拓?fù)渌鶐?lái)的另一個(gè)好處是系統(tǒng)擴(kuò)充變得非常方便，需要增加采集點(diǎn)時(shí)，只需在就近地方安裝好采集節(jié)點(diǎn)，然后將該節(jié)點(diǎn)用兩根雙絞線(xiàn)連接至就近的另一節(jié)點(diǎn)即可，而不需要擔(dān)心節(jié)點(diǎn)的加入給原有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的改變。

3. 更利于模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于每個(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)都具有完整的處理能力，可以不依賴(lài)于其它節(jié)點(diǎn)或設(shè)備而完全獨(dú)立地工作。

4. 編程、調(diào)試方便，開(kāi)發(fā)效率提高，

LonWorks節(jié)點(diǎn)的編程采用了最通用的高級(jí)語(yǔ)言--C語(yǔ)言，使硬件開(kāi)發(fā)人員徹底擺脫了繁瑣的匯編語(yǔ)言，以更結(jié)構(gòu)化的方式更快地編程。另一方面，LonWorks的開(kāi)發(fā)有完善的開(kāi)發(fā)工具和模擬調(diào)試環(huán)境做后盾，是其它控制總線(xiàn)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(kāi)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(xiě)更好的I/O應(yīng)用，對(duì)常用的各種I/O方式也提供了現(xiàn)成的庫(kù)函數(shù)支持，使編程的工作大大簡(jiǎn)化，深受開(kāi)發(fā)人員的歡迎。

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