摘 要：本文分析與討論了四種基于LonWorks現(xiàn)場總線實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的方法，以滿足不同的實際需求。它們是：使用LonMaker（LM）工具開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng);使用LM+LNS DDE Server+組態(tài)軟件開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng);使用VB+LNS平臺開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng);嵌入式（Web Server）監(jiān)控系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：LonWorks，現(xiàn)場總線，監(jiān)控系統(tǒng)
1 引言
　　現(xiàn)場總線是當今自動控制技術(shù)發(fā)展的熱點，而LonWorks現(xiàn)場總線是目前最具競爭力的現(xiàn)場總線之一。由于LonWorks具有良好的開放性與互操作性、可使用任何傳輸媒介進行通信、能夠使用所有現(xiàn)在已有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)拓撲可以自由組合、具備網(wǎng)絡(luò)的基本功能、可與Internet無縫連接等特點和優(yōu)點，使其在工業(yè)、樓宇、家庭自動化、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和運輸業(yè)等自動控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其中建立基于LonWorks的監(jiān)控系統(tǒng)更為人們所關(guān)注。本文針對不同的應(yīng)用層次，分析與討論四種基于LonWorks實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的方法。
2 使用LonMaker工具進行監(jiān)控的方法
　　LonMaker for Windows是以美國埃施朗公司的LNS網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，把強大的客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)和易于使用的Visio用戶界面綜合起來，形成了一個用于設(shè)計、啟動、監(jiān)視、測試、維護分布式控制網(wǎng)絡(luò)的工具。
　　LM工具不僅能在LonMaker圖頁中通過連接、LNS 文本框監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)變量，在一個單獨的應(yīng)用程序中通過LonMaker Brower對任何設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)變量和配置屬性進行讀和寫，還能建立人機界面HMI （human machine interface）。如在一個LonWorks網(wǎng)絡(luò)中控制樓房的加熱系統(tǒng)，HMI能顯示每個房間溫度的實時讀入，同時可通過HMI控制加熱器和風(fēng)扇。
　　使用LM工具創(chuàng)建一個HMI有三種選項：
　　1、使用LNS 文本框。它是一個ActiveX控件，每個LNS文本框能用來監(jiān)視或控制一個網(wǎng)絡(luò)變量，這種方法不需要任何編程。
　　2、使用第三方ActiveX控件。第三方ActiveX控件是來自除了LonMaker工具外其他來源的任一控件，如美國國家儀器有限公司設(shè)計的控件，它們用來加強LonMaker工具創(chuàng)建的HMI，使之形象化。
　　3、創(chuàng)建自定義的ActiveX控件。作為使用第三方ActiveX控件的替換，可以創(chuàng)建自己的基于LNS的ActiveX控件。
　　LM工具的HMI為簡單監(jiān)控操作提供了低成本平臺，但它不能用來代替高級終端的 HMI工具，如InTouch或iFIX。如果需要監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的狀態(tài)或表示網(wǎng)絡(luò)中簡單的相互作用，LM工具的HMI足夠了。如果表示網(wǎng)絡(luò)中更為復(fù)雜的相互作用，最好使用高級終端的HMI工具，這些工具還提供了報告、分析、歷史、報警日志、事件處理等功能。
3 使用LM+LNS DDE Server+組態(tài)軟件進行監(jiān)控的方法
　　3.1 監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
　　此種監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。其基本組件為：上位機（裝有監(jiān)控組態(tài)軟件）、LNS DDE Server、LonMaker for windows、LonWorks網(wǎng)絡(luò)等。在此系統(tǒng)中，上位機可監(jiān)視LonWorks網(wǎng)絡(luò)，讀取網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點采集的實時數(shù)據(jù)，顯示各節(jié)點的工作狀況及歷史圖表，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的判別、分析及貯存等。同樣，上位機也可控制LonWorks網(wǎng)絡(luò)，能直接向被控設(shè)備發(fā)送命令，控制某一節(jié)點的狀態(tài)。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
　　3. 2 監(jiān)控系統(tǒng)組件
　　1、 LonWorks網(wǎng)絡(luò)及LonMaker for windows
　　LonWorks網(wǎng)絡(luò)由節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)工具、信道、基礎(chǔ)設(shè)備等組成。在監(jiān)控一個網(wǎng)絡(luò)之前，需使用LNS網(wǎng)絡(luò)工具如LonMaker for windows對網(wǎng)絡(luò)進行安裝，使得每個設(shè)備能夠與同一網(wǎng)絡(luò)中的其它設(shè)備進行通信，LonMaker網(wǎng)絡(luò)設(shè)計所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)配置信息為LNS DDE Server提供服務(wù)。
　　2、 DDE與LNS DDE Server
　　所謂DDE—Dynamic Data Exchange，即動態(tài)數(shù)據(jù)交換，是WINDOWS平臺上的一個完整的通信協(xié)議，它使應(yīng)用程序能夠彼此交換數(shù)據(jù)和發(fā)送指令。兩個同時運行的程序之間通過DDE方式交換數(shù)據(jù)時建立Client/Server關(guān)系。
　　LNS DDE Server是一個基于LNS操作系統(tǒng)的軟件包，是與DDE兼容的到LonWorks網(wǎng)絡(luò)的接口，且和許多HMI及SCADA軟件包兼容。通過LNS DDE Server，Windows應(yīng)用程序可方便地與LonWorks網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備交換信息，也就是說，利用LNS DDE Server，任何承擔DDE Client的應(yīng)用程序能監(jiān)視和控制一個或多個LonWorks網(wǎng)絡(luò)。
　　DDE Client與LNS DDE Server之間的通信需要三個約定標識：Application、Topic及 Item，即當Client發(fā)出開始與DDE對話的請求時，只有當Application、Topic標識與LNS DDE Server內(nèi)部設(shè)定的標識一致時，系統(tǒng)才將DDE Client的請求傳達給LNS DDE Server。
　　3、監(jiān)控組態(tài)軟件
　　監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（supervisory control and data acquisition, SCADA）的軟件平臺工具，具有豐富的設(shè)置項目，使用方式靈活，功能強大。監(jiān)控組態(tài)軟件最早出現(xiàn)時，HMI或MMI（man machine interface）是其主要內(nèi)涵，即主要解決人機圖形界面問題。隨著它的快速發(fā)展，實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、SCADA、通信及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容。隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內(nèi)容。目前國內(nèi)常用的組態(tài)軟件有：Intouch、iFIX、組態(tài)王、力控等等。
4 使用VB+LNS開發(fā)平臺開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)的方法
　　4.1 LNS網(wǎng)絡(luò)工具
　　LNS網(wǎng)絡(luò)工具可以是DM-21嵌入式工具和基于PC機的工具（LonMaker for Windows，LNS DDE Server），也可以為基于開發(fā)工具包開發(fā)的工具。其中LNS應(yīng)用程序開發(fā)者工具包是開發(fā)LNS網(wǎng)絡(luò)工具的工具包。包括LNS服務(wù)器、32位LNS ActiveX控件、LNS數(shù)據(jù)服務(wù)器、32位DLL、LNS Plug-in向?qū)к浖?、基于LNS網(wǎng)絡(luò)接口的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序、工具應(yīng)用程序等，適用于Windows 2000、Windows NT 4.0、Windows 95/98等。
　　4.2 LNS對象層次結(jié)構(gòu)及編程模型
　　LNS （LonWorks Network Service的縮寫，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)）把LonWorks網(wǎng)絡(luò)表示為具有層次的對象，而每個對象相應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)中的物理對象，如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、特性、操作等。這些對象提供了一整套的方法、屬性和事件。
　　如圖2所示為一個LNS編程模型的例子。 “設(shè)備對象”表示一個應(yīng)用設(shè)備的一個對象，它提供了一套方法與屬性。LNS客戶應(yīng)用程序通過LNS ActiveX 控件賦予對象屬性和方法，使對象發(fā)生改變。比如把“State”（狀態(tài)）賦予對象的屬性，把“Wink”（閃爍）賦予對象的方法，使該設(shè)備產(chǎn)生相應(yīng)的變化。而當設(shè)備發(fā)生網(wǎng)絡(luò)變量更新或Service Pin時，通過LNS ActiveX 控件以事件報告設(shè)備對象所發(fā)生的變化，應(yīng)用程序根據(jù)這些事件進行相應(yīng)的處理。

圖2 LNS編程模型
　　4.3 開發(fā)LNS應(yīng)用程序
　　開發(fā)一個LNS應(yīng)用程序即LNS網(wǎng)絡(luò)工具，使它能夠安裝節(jié)點、創(chuàng)建連接、診斷和維護網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)等。為了完成開發(fā)，需要的軟硬件如下：
　　軟件：the LNS Application Developers Kit for Windows（LNS應(yīng)用程序開發(fā)者工具包）、 LNS for Windows、Microsoft Visual Basic 6.0。
　　硬件：一個LonWorks NSI（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口）、一個LonWorks 設(shè)備（具有Server pin）。
5 嵌入式（Web Server）監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)
　　i.LON1000是埃施朗公司推出的突破性產(chǎn)品，在性能和可靠性方面都是高水平的，得到Cisco的認證。 i.LON 1000具有兩種主要功能：作為LonWorks Router與作為Web server。
　　Web 服務(wù)器在數(shù)據(jù)服務(wù)器與Web 瀏覽器之間提供LonWorks網(wǎng)絡(luò)變量的服務(wù)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控?；赪eb管理的LonWorks網(wǎng)絡(luò)與一般的LonWorks網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別，是在已存在的LonWorks網(wǎng)絡(luò)上，添加一臺 i.LON設(shè)備做Web Server。 i.LON設(shè)備以Web Server方式運行，在互連網(wǎng)上作為實際網(wǎng)絡(luò)的代理，具體實現(xiàn)細節(jié)對監(jiān)控端是完全透明的。基于以太網(wǎng)，客戶只要擁有瀏覽器，即可方便地對遠程設(shè)備進行監(jiān)控，這樣無論在何處、何時都可通過LAN、WAN或Internet對特定LonWorks網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進行實時監(jiān)控，如圖3所示。
　　使用i.LON Web Server進行監(jiān)控需要完成如下工作：

圖3 基于i.LON Web的LonWorks網(wǎng)絡(luò)的控制
　?、倥渲胕.LON：使用Console Application;
　　②建立新信道：使用the Configuration Server;
　?、叟渲胕.LON作為Web Server的網(wǎng)絡(luò)：通過網(wǎng)絡(luò)管理工具，如LonMaker;
　?、軇?chuàng)建網(wǎng)頁：使用HTML編輯器及i.LON Web Tag Wizard;
　?、菹騣.LON設(shè)備傳送網(wǎng)頁：使用FTP;
　?、薨踩栽O(shè)置：修改i.LON的WebParams.dat 文件中的設(shè)置;
　?、邷y試：通過Web 瀏覽器進行測試。
6 結(jié)論
　　本文分析與討論了四種基于Lonworks實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的方法。LM工具的人機界面為簡單監(jiān)控提供了低成本平臺，但它不能用來代替高級終端的 HMI工具。利用LM+LNS DDE Server+組態(tài)軟件進行監(jiān)控的方法，具有快速、開發(fā)工作量小、方便組態(tài)的特點，適合一般要求的HMI，尤其適合短期、可靠性高的工程項目。直接使用LNS開發(fā)，可以定制自己的軟件產(chǎn)品，監(jiān)控與管理系統(tǒng)更靈活，但開發(fā)工作量比LM+LNS DDE Server+組態(tài)軟件大，而且復(fù)雜。利用Web Server實現(xiàn)監(jiān)控，可通過Internet從任何地方、任何時間對LonWorks網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)控，把Internet帶入人們的生活，但它不能訪問配置屬性和網(wǎng)絡(luò)管理功能。
　　通過以上四種方法的分析與比較，只要我們充分理解LonWorks技術(shù)，并根據(jù)實際情況選用合適的方法，就可以建立一個所需要的監(jiān)控系統(tǒng)。
　　本文作者創(chuàng)新點：首次概括與總結(jié)了基于LonWorks可以建立監(jiān)控系統(tǒng)的方法，并對各種方法的特點進行了比較。
參考文獻：
　　[1] Echelon Co,LNS DDE Server User’s Guide,Version 2.01,1998-1999
　　[2] Echelon Co,LNS for Windows’s Programmer’s Guide
　　[3]趙研.幾種網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的比較及典型應(yīng)用.微計算機信息. 2006,4: 40-42、146