现场总线技术实验指导书.doc

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1、现场总线技术实验指导书王鑫国南京工业大学自动化学院2006年1月目 录实验一 LonWorks网络节点开发实验 1实验二 LonWorks控制网络组态实验 4实验三 基于LonWorks的灯光控制系统设计 6实验四 FF现场总线控制网络组态实验 8实验五 基于FF现场总线的压力控制系统设计 10 实验一 LonWorks网络节点开发实验一、 实验目的1、 了解神经元芯片的原理2、 了解Lonworks 现场总线控制模块的组成和使用3、 了解LonWorks现场总线控制系统的原理和硬件结构4、 熟悉Neuron C编程语言二实验内容1、熟悉LonWorks模块的原理和使用。2、熟悉节点开发工具N

2、odeBuilder的使用。3、设计Lonworks灯光控制节点的程序。三实验设备及仪器1、 LonWorks网卡2、 计算机3、 LonWorks模块4、 双绞线等四、实验线路及原理1、LONWORKS技术的核心是神经元芯片(Neuron chip)，它由美国摩托罗拉公司和日本东芝公司生产，有以下几个特点：（1） LonWorks技术的基本元件-Neuron芯片，同时具备了通信与控制功能，并且固化了ISO/OSI的全部七层通信协议，以及34种常见的I/O控制对象。（2） 改善了CSMA，LonWorks称之为Predictive P-Persistant CSMA。这样，在网络负载很重时，不

3、会导致网络瘫痪。（3） 网络通信采用了面向对象的设计方法，LonWorks技术将其称之为“网络变量”。使网络通信的设计简化成为参数设置。这样，不但节省了大量的设计工作量，同时增加了通信的可靠性。（4） LonWorks技术的通信的每帧有效字节可以从0到228个字节。（5） LonWorks技术的通信速度可达1.25MBps（此时有效距离为130M）。（6） LonWorks技术一个测控网络上的节点数可以达到32000个。（7） LonWorks技术的直接通信距离可以达到2700m（双绞线，78KBps）。目前LONWORKS现场总线技术已经在国内开始应用。由ECHELON公司推出的FTT控制模

4、块（Model 55020-10）,以其体积小、安装简便、易于标准化、模块化，已成为LONWORKS 现场总线控制模块的主流产品。许多第三方开发商大量购买这种OEM模块，作为其系统集成的主要控制单元。2、控制模块的结构： 控制模块由Neruon 3150 CPU、Flash 、Ram、clock、Transceiver 、EPLDNeruon 3150 R O M R A MEPLD收发器时钟IO双绞线等组成。见图。外形尺寸（60.96X40.64mm）和各插座引脚定义完全兼容于ECHELON公司FTT控制模块55020-10，并增加了控制脚1的定义。见下表：引脚名引脚号引脚功能IO02315

5、0 I/OIO143150 I/OIO263150 I/OIO383150 I/OIO4103150 I/OIO5113150 I/OIO6133150 I/OIO7153150 I/OIO8173150 I/OIO9143150 I/OIO10163150 I/ORESET9复位SERVIVE18服务申请+5V12电源5VGND3,5,7电源地IRQ1输出中断 由于采用Flash ROM，可以在线修改用户程序，在作为产品实际应用时，可将Flash ROM改为EPROM或用12V改写的Flash ROM，防止用户程序丢失。 收发器选用ECHELON公司的FTT-10A自由拓扑双绞线收发器，该收

6、发器可以连接到任何基于Neuron 芯片的控制系统。代替流行的FTT-10收发器，FTT-10A支持无极性自由拓扑总线安装形式。它可以支持星型、总线型、环型。自由拓扑结构减少系统安装时间、降低系统安装成本。 FTT-10A收发器由一个隔离变压器和一个集成的78kbps微分曼切斯特编码收发器组成，收发器管脚与Neuron芯片的通信端口（CP）和时钟线、+5V电源及双绞线网络线相连。FTT-10A收发器自动检测输入时钟频率在5、10、20MHz。收发器安装时只具有一种安装位置。当无电源供给时收发器输出呈高阻状态，当收发器电源下降时不会影响网络通信。 控制模块由于全部采用低功耗CMOS元器件，耗电量

7、很低。整个控制板正常工作电流只为50ma。五. 实验方法与步骤1、熟悉LonWorks现场总线控制系统的硬件组成。2、启动节点开发工具NodeBuilder软件。3、使用向导新建一个工程。4、使用Nueron C语言编写程序实现简单灯光控制节点的设计5、 下载程序。6、 调试。六. 思考 1、3150和3120芯片有何区别？实验二 LonWorks控制网络组态实验一实验目的1、了解神经元芯片的原理2、了解LonWorks现场总线控制系统的原理和硬件结构3、了解LonWorks现场总线控制网络的软件框架4、熟悉网络组态软件的使用二实验内容熟悉网络组态软件Lonmaker的使用。三实验设备及仪器计

8、算机、LonWorks网卡、Lonworks设备、双绞线四实验原理现场总线技术是计算机技术、通信技术和控制技术的综合与集成，它的出现使传统的自动控制领域产生了革命性的变革，形成了新型的网络集成或全分布控制系统即现场总线控制系统（FCS）。由于现场总线适应了工业控制系统向分散化、网络化和智能化发展的方向，它一经产生便成为全球工业自动化的热点，受到全世界的普遍关注。Lonworks技术是目前流行的主要现场总线技术之一，高可靠性、安全性、易于实现和互操作性，使得Lonworks产品应用非常广泛。它广泛应用于过程控制、电梯控制、能源管理、环境监视、污水处理、火灾报警、采暖通风和空调控制、交通管理、家庭

9、网络自动化、楼宇自动化等。本实验室中的防盗入侵报警系统、消防报警联动系统、温湿度监测系统、智能远程抄表系统、灯光控制系统、窗帘控制系统都接入现场总线网络系统，通过Lonworks网卡及Lonworks网络管理软件可以实现楼宇综合自动化的集中控制。五. 实验方法与步骤1、 启动Lonmaker软件2、 点击“New Network”3、 点击“Enable Macros”4、 点击Finish进入组态界面。5、 添加现场总线设备。6、 添加功能块。7、 连接网络变量，修改配置参数。六. 思考 1、如何将Lonworks设备连入控制网络？实验三 基于LonWorks的灯光控制系统设计一实验目的1、

10、熟悉Lonmaker软件的使用。2、熟悉Lonworks控制网络的组态和设计。3、熟悉智能灯光控制系统的设计。二实验内容1、 灯光控制系统硬件连线。2、 使用Lonmaker对灯光控制系统进行网络组态。三实验设备及仪器灯泡、计算机、网卡、Nico电源控制器、调光器、触摸屏五. 实验线路及原理本灯光控制系统基于Lonworks现场总线技术，主要由Nico电源控制器、调光器、触摸屏以及电灯电路组成。灯光控制系统可以由控制中心通过Lonworks现场总线进行组态及集中控制，同时还可通过触摸屏实现电灯的开关及亮度控制和灯光场景切换。计算机Nico电源控制器Nico调光器触摸屏灯泡六. 实验方法与步骤1

11、、 熟悉灯光控制系统的硬件设备。2、 连接Lonworks现场总线硬件设备。3、 熟悉Lonworks设备接口文件说明书，了解设备的工作原理、内部功能块的定义、网络变量及配置参数的含义。4、 设计触摸屏按键的功能5、 启动Lonmaker软件，新建一个控制网络工程。6、 添加现场总线设备。7、 添加功能块。8、 连接网络变量，修改配置参数。9、 监控实时数据。七. 思考1、如何通过计算机实现Lonworks现场总线的监控？实验四 FF现场总线控制网络组态实验一实验目的1、 了解FF现场总线的硬件结构。2、 熟悉FF现场总线控制策略的设计。二实验内容1、 熟悉FF现场总线设备的接线。2、 熟练掌

12、握Syscon软件的操作。三实验设备及仪器 计算机、FF现场总线网关、FF现场总线设备、温度压力控制系统。四. 注意事项注意安全，不要打开FF现场总线控制柜。五. 实验线路及原理系统的组态使用Smar公司推出的SYSTEM 302系统。SYSTEM 302是一套完整的现场总线控制方案，采用现场总线、Windows 和OPC 等先进技术，真正基于现场设备，系统可以处理各种信号，进行连续控制，离散逻辑控制和批处理控制，支持通过了基金会验证设的备互操作性，真正的实现了分布式控制。 SYSTEM302控制系统软件分为两个层次：ASyscon：它是经过FF认证的组态软件，能够对不同公司符合FF标准的现场

13、总线设备进行组态，以实现控制策略的现场总线组态软件，可以通过PC机对现场总线设备进行控制策略的组态、维护和操作。可在线分配工位号及调整参数，可对现场设备进行预见性维护(在线诊断、量程修改及零点校正等工作)。BAIMAX：它是用来进行人机界面组态。该软件功能强大，组态简单。所有检测参数在这些流程图的工艺设备图框上动态显示，控制方案也在流程图上体现，提供给操作员比较直观方便的操作界面。同时提供历史趋势、多种打印报表。操作员通过防水专用薄膜操作键盘和鼠标，可以对画面和控制回路进行操作。六. 实验方法与步骤1、 熟悉FF现场总线设备，如DFI302网关、FF总线传感器和执行器等。2、 熟悉FF现场总线

14、系统的硬件结构。3、 使用Syscon软件新建一个工程。4、 在工程中创建新的总线网络，添加现场总线设备和功能块。5、 在工程中创建新的Areas（逻辑工作区），连接配置功能块建立控制策略。6、 软件通信、下载及在线监控。七. 思考1、 FF现场总线设备是如何供电的，供电通信线路如何与网关连接？实验五 基于FF现场总线的压力控制系统设计一实验目的1、熟悉FF现场总线软硬件操作。2、了解压力控制系统的设计方法。二实验内容 利用FF现场总线设备建立一个储气罐压力控制系统。三实验设备及仪器 带以太网卡的计算机、DFI302现场总线网关、LD302压力变送器、FY302阀门定位器，RJ45交叉双绞线。

15、四. 注意事项 注意安全，不要打开FF现场总线控制柜。五. 实验线路及原理计算机DFI302网关LD302压力变送器2FY302阀门定位器LD302压力变送器1BT302调节阀门以太网FF现场总线压力罐1压力罐2压力罐3空压机出口阀六. 实验方法与步骤1、 熟悉FF现场总线设备，如DFI302网关、LD302压力变送器、FY302阀门定位器等。2、 熟悉压力控制系统的流程。3、 连接FF现场总线设备，构成一个完整的控制系统。4、 使用Syscon软件新建一个工程。5、 在工程中创建新的总线网络，添加现场总线设备和功能块。6、 在工程中创建新的Areas（逻辑工作区），连接配置功能块建立控制策略。7、 软件通信、下载及在线监控。七. 思考1、PID控制和串级控制有何区别？