完整版现场总线技术实验指导书.docx
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完整版现场总线技术实验指导书
《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
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NeuronC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NodeBuilder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（Neuronchip），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PredictiveP-PersistantCSMA。
这样，在网络负载很重时，不会导致网络瘫痪。
（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控制模块（Model55020-10）,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Neruon3150CPU、Flash、Ram、clock、Transceiver、EPLD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
IO0
2
3150I/O
IO1
4
3150I/O
IO2
6
3150I/O
IO3
8
3150I/O
IO4
10
3150I/O
IO5
11
3150I/O
IO6
13
3150I/O
IO7
15
3150I/O
IO8
17
3150I/O
IO9
14
3150I/O
IO10
16
3150I/O
RESET
9
复位
SERVIVE
18
服务申请
+5V
12
电源5V
GND
3,5,7
电源地
IRQ
1
输出中断
由于采用FlashROM，可以在线修改用户程序，在作为产品实际应用时，可将FlashROM改为EPROM或用12V改写的FlashROM，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NueronC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“NewNetwork”
3、点击“EnableMacros”
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、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。
六.实验方法与步骤
1、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SYSTEM302系统。
SYSTEM302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：
A．Syscon：
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）。
B．AIMAX：
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。
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
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？
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