羅新民 江蘇理工大學(xué)電氣工程學(xué)院（212013）劉國海

     來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

     摘要：詳細(xì)介紹了基于lonworks現(xiàn)場總線的電能檢測系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計，在軟件設(shè)計中采用了面向?qū)ο蠓椒�，并給出了其問題描述與主題層。

     關(guān)鍵詞：lonworks

     現(xiàn)場總線 ooa 電能檢測

     電力系統(tǒng)是一類特殊的系統(tǒng)，安全性和可靠性要求很高。達(dá)到這個目標(biāo)的關(guān)鍵是要保證現(xiàn)場設(shè)備之間可靠通信，實現(xiàn)配電網(wǎng)綜合自動化�；趌onworks現(xiàn)場總線的電能檢測系統(tǒng)是配電網(wǎng)綜合自動化的一個子集，它完成電網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控。lonwonrks網(wǎng)絡(luò)是將控制系統(tǒng)接入層域網(wǎng)絡(luò)（lan），用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點代替lan中的工作站，每個節(jié)點可以實現(xiàn)點到點的信息傳送，具有極其良好的互操作性，從而使整個網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了無中心的真正的分布式控制模式。因此采用lonworks總線技術(shù)可以把整個復(fù)雜配電網(wǎng)綜合自動系統(tǒng)分解為相對簡單的多個子系統(tǒng)。lonworks網(wǎng)絡(luò)采用iso/osi模型的全部7層協(xié)議和面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法。通過網(wǎng)絡(luò)變量將網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計簡化為參數(shù)設(shè)置，其通信速率為78.125kbps或1.25mbps，直接通信距離可達(dá)2700m。lonworks網(wǎng)絡(luò)支持雙絞線、通軸電纜、光纖、無線射頻、紅外線、電力線等多種通信介質(zhì)，被譽(yù)為通用控制網(wǎng)絡(luò)。目前已經(jīng)有2600多家公司不同程序地介入了lonworks技術(shù)，1000多家公司已經(jīng)推出了lonworks產(chǎn)品，并進(jìn)一步組織起lowmark互操作協(xié)會。它已被廣泛應(yīng)用于樓宇自動化、家庭自動化、保安系統(tǒng)、辦公設(shè)備、工業(yè)過程控制等行業(yè)。

     1 基于lonworks現(xiàn)場總線的電能檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計

     lonworks網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由智能節(jié)點組成，每個智能節(jié)點可具有多種功能的i/o功能。在本系統(tǒng)中，基于lonworks總線的網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示。圖中，神經(jīng)元芯片和通信協(xié)議是lonworks網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)核心。lonworks網(wǎng)絡(luò)采用lontalk協(xié)議，該協(xié)議可由neuron芯片自帶，也可固化在外部存儲器中。神經(jīng)元芯片采用3120。它有3個8位cpu，第一個用于完成lontalk協(xié)議的第一層和第二層功能，成為介質(zhì)訪問控制處理器，實現(xiàn)介質(zhì)訪問的控制與處理；第二個用于完成第三層至第六層的功能，成為網(wǎng)絡(luò)處理器，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的尋址、處理、背景診斷、路徑選擇、軟件計時和網(wǎng)絡(luò)管理，并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信控制、收發(fā)數(shù)據(jù)包等；第三個是指用處理器，執(zhí)行操作系統(tǒng)服務(wù)與用戶程序。芯片中還具有存儲信息緩沖區(qū)，用以實現(xiàn)cpu之間的數(shù)據(jù)傳輸，并作為網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)和應(yīng)用緩沖區(qū)。圖中，電能檢測儀負(fù)責(zé)檢測電網(wǎng)的電能參烽，負(fù)責(zé)采集電網(wǎng)上的電壓、電流、頻率等變量，并能在儀表掉電時長期（時間由用戶的要求和系統(tǒng)存儲空量確定）保存數(shù)據(jù)。其具體要求為：（1）實時檢測a、b、c三相電壓、電流的頻率；（3）檢測a、b、c三相有功、無功功率；（4）支持兩種通信模式：lonworks總線方式和rs232串行方式；（5）保存整點時刻的電壓、電流等數(shù)據(jù)；（6）從儀表第一次工作時開始累計總的正常運行時間和停電時間；（9）用數(shù)碼管顯示和鍵盤輸入實現(xiàn)與用戶的交互，用戶可以在現(xiàn)場察看和設(shè)置儀表的運行參數(shù)和歷史記錄。圖中，電容器組用于對電網(wǎng)的無功補(bǔ)償，其它現(xiàn)場設(shè)備為電網(wǎng)自動化的其它智能節(jié)點。由于系統(tǒng)主要是監(jiān)控計算機(jī)的軟件編制、上位監(jiān)控pc機(jī)與神經(jīng)元芯片3120的接口設(shè)計以及電能檢測儀的設(shè)計。下面對這幾個方面進(jìn)行介紹。

     1.1 電能檢測儀的硬件設(shè)計

     電能檢測儀實質(zhì)上是本系統(tǒng)的一個智能節(jié)點，它主要完成現(xiàn)場電能數(shù)據(jù)的采集與處理并能根據(jù)上位監(jiān)控機(jī)的要求把數(shù)據(jù)傳送到上位監(jiān)控機(jī)，同時它也能根據(jù)用戶求設(shè)置其工作參數(shù)。在本系統(tǒng)中，根據(jù)具體的設(shè)計要求，電能檢測儀可分為電壓電流檢測模塊、頻率檢測模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、多路轉(zhuǎn)換模塊、互感器模塊、lonworks通信模塊、rs232通信模塊和鍵盤與顯示接口，其原理如圖2所示。電壓、電流檢測模塊負(fù)責(zé)實時檢測三線電壓、四線電流；頻率檢測模塊負(fù)責(zé)實時檢測a、b、c三相電壓和電流的頻率；rs232通信模塊負(fù)責(zé)電能檢測儀與外部rs232網(wǎng)絡(luò)和單片機(jī)的通信；eeprom負(fù)責(zé)長期保存用戶所需的電壓、電流等歷史數(shù)據(jù)；lonworks通信模塊負(fù)責(zé)神經(jīng)元芯片與lonworks網(wǎng)絡(luò)和單片機(jī)通信。rs232通信