時(shí)間：2023-06-12 14:45:24
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇常見通訊協(xié)議，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：SIS系統(tǒng)；通訊接口；OPC協(xié)議；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫
0、引言
隨著我國電廠信息化水平的不斷提高，廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）已經(jīng)成為提高發(fā)電廠運(yùn)行與管理水平、實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠管控一體化的重要平臺(tái)。作為廠級(jí)信息系統(tǒng)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是電廠SIS系統(tǒng)的重要信息基礎(chǔ)，其數(shù)據(jù)不僅包括火電廠機(jī)、爐、電等核心設(shè)備過程數(shù)據(jù)，還涵蓋了脫硫、水、煤、灰、等輔助檢測控制系統(tǒng)。對(duì)于高參數(shù)、大容量的大型機(jī)組而言，電廠自動(dòng)控制系統(tǒng)類型多樣，且數(shù)據(jù)標(biāo)簽點(diǎn)數(shù)量、存儲(chǔ)頻率和通訊方式都有較大差別，電廠SIS建設(shè)常常需要針對(duì)每個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行接口開發(fā)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取、轉(zhuǎn)發(fā)、緩存等功能，還要考慮接口機(jī)與軟件的冗余布置。隨著SIS規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)如何提高接口的性能和可靠性以更好滿足對(duì)所有接口綜合監(jiān)視和管理提出了更高要求。
本文就電廠SIS系統(tǒng)實(shí)施過程中影響接口可靠性的因素進(jìn)行簡要分析并從工程實(shí)際出發(fā)提出有效提高數(shù)據(jù)采集接口可靠性的方法和途徑。
1、影響接口可靠性因素分析
SIS系統(tǒng)是建立在全廠控制系統(tǒng)（DCS、PLC等）之上，跨越運(yùn)行與管理的信息系統(tǒng)， SIS系統(tǒng)接口軟件基本功能是從底層控制系統(tǒng)中以通訊方式采集現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及將數(shù)據(jù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)寫入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。數(shù)據(jù)采集軟件安裝在接口機(jī)上，接口機(jī)經(jīng)過隔離設(shè)備同控制系統(tǒng)相連，通過交換機(jī)同SIS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器構(gòu)成通訊網(wǎng)絡(luò)。從SIS定位及數(shù)據(jù)采集接口功能實(shí)現(xiàn)過程分析，影響接口可靠的因素包括以下幾方面：
1）接口采集設(shè)備的性能和可靠性；
2）接口軟件功能設(shè)計(jì)是否合理和完善；
3）接口設(shè)備與控制系統(tǒng)物理連接方式及軟件協(xié)議的選擇；
4）是否具備對(duì)多接口集中高效管理的能力；
5）接口的日常監(jiān)測和管理；
2提高接口可靠性方法和途徑
SIS系統(tǒng)接口涉及電廠多種監(jiān)測系統(tǒng)，可靠性受到多種因素影響，從硬件設(shè)備、物理網(wǎng)絡(luò)、軟件功能設(shè)計(jì)、接口通訊協(xié)議等多方面綜合考慮，通過選擇合理的方法和途徑才能有效提高接口長期運(yùn)行可靠性。
2、選用高可靠性硬件產(chǎn)品
SIS系統(tǒng)接口眾多，除條件較好的機(jī)房外，一定數(shù)量的數(shù)據(jù)采集設(shè)備安裝在現(xiàn)場設(shè)備間，由于設(shè)備間灰塵、振動(dòng)及電磁干擾等因素影響，要保證SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口的可靠性，首先應(yīng)對(duì)接口采集設(shè)備規(guī)格進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和要求。為適應(yīng)現(xiàn)場復(fù)雜的工作環(huán)境和保證長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)采用可靠性高的專用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為接口數(shù)據(jù)采集設(shè)備。采集設(shè)備采用雙路電源供電，數(shù)據(jù)采集通道采用冗余雙通道通訊。
完善接口軟件功能
接口軟件應(yīng)功能完備，方便維護(hù)人員對(duì)接口的管理和問題處理。
1）具備數(shù)據(jù)緩沖和數(shù)據(jù)恢復(fù)的功能。其實(shí)現(xiàn)方法是，接口軟件在往數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，總是檢測網(wǎng)絡(luò)的連通性，一旦網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器故障時(shí)，接口機(jī)軟件在開辟的內(nèi)存空間和硬盤空間中緩存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)接口機(jī)定時(shí)檢測網(wǎng)絡(luò)是否連通，一旦連通后，接口機(jī)軟件會(huì)將緩存的數(shù)據(jù)按照時(shí)間順序把數(shù)據(jù)重新發(fā)送從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的還原。
2） 具備事件采集和維護(hù)管理功能，對(duì)數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)發(fā)的運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)處理過程相關(guān)事件，并提供“數(shù)據(jù)采集過程報(bào)警”、“數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程報(bào)警”、“事件記錄”和“操作事件記錄”的實(shí)時(shí)顯示、記錄、打印等數(shù)據(jù)的管理及輸出，當(dāng)維護(hù)工程師需要的時(shí)候，可通過在線的查詢，分析采集系統(tǒng)的運(yùn)行狀況及故障情況。
3）參數(shù)可配置功能。不同控制系統(tǒng)標(biāo)簽點(diǎn)數(shù)、數(shù)據(jù)采集頻率、數(shù)據(jù)精度等各方面要求存在較大差異，客戶通過調(diào)整接口軟件的配置參數(shù)即可適應(yīng)不同控制系統(tǒng)接口多方面功能需求，而無需對(duì)軟件進(jìn)行重新編譯和部署。
4）豐富的人機(jī)界面。為利于系統(tǒng)維護(hù)以及數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)值對(duì)比核實(shí)，軟件應(yīng)留有顯示標(biāo)簽點(diǎn)值的界面窗口供維護(hù)人員檢索查詢，軟件界面顯示數(shù)據(jù)項(xiàng)應(yīng)包括數(shù)據(jù)點(diǎn)編號(hào)、類型、點(diǎn)當(dāng)前值、時(shí)間標(biāo)簽、狀態(tài)值等。
2.3 選擇高效通訊方式和協(xié)議
1）通訊方式選擇
常見的不同系統(tǒng)間數(shù)據(jù)通訊在物理介質(zhì)及鏈路層有串行口和以太網(wǎng)兩種方式。以太網(wǎng)與串行口通訊方式相比有幾方面優(yōu)勢(shì)：支持遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸和高速率數(shù)據(jù)通信、軟件調(diào)試方便、支持多節(jié)點(diǎn)連網(wǎng)、可帶電插拔接口設(shè)備（串行口設(shè)備一般不允許帶口插拔，容易損壞接口），在條件具備時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇以太網(wǎng)通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
串行口通訊方式一般用于智能儀表、工控測量設(shè)備等不具備以太網(wǎng)接口的設(shè)備上，串行口依其功能特點(diǎn)分為RS232、RS485、RS422三種形式，在必須選用串行口進(jìn)行通訊時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇RS485方式。相對(duì)其它兩種方式，RS485支持高速率、遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通訊，且布線方便，成本低。
2）通訊協(xié)議選擇
合理高效的通訊協(xié)議能有效降低數(shù)據(jù)傳輸過程出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率，提高數(shù)據(jù)的完整性和可靠性，通過合理組織報(bào)文能充分利用有效帶寬，在大量數(shù)據(jù)高速傳輸時(shí)更能體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。
SIS系統(tǒng)接口常見通訊協(xié)議有OPC、Modbus、TCP、UDP、IEC102，IEC104，CDT，DNP，DLT645等。對(duì)于大型機(jī)組DCS系統(tǒng)，單臺(tái)機(jī)組DCS系統(tǒng)標(biāo)簽點(diǎn)數(shù)在兩萬點(diǎn)以上，若采用定時(shí)請(qǐng)求應(yīng)答輪詢機(jī)制采集數(shù)據(jù)，假定單次通訊報(bào)文為1K字節(jié)，一個(gè)標(biāo)簽點(diǎn)信息占用10字節(jié)（標(biāo)簽編號(hào)2字節(jié)，標(biāo)簽點(diǎn)值4字節(jié)，時(shí)間4字節(jié)），則一次通訊報(bào)文可傳送100個(gè)標(biāo)簽點(diǎn)信息，兩萬點(diǎn)標(biāo)簽數(shù)據(jù)完整采集一次需傳送200次，一般在兩次報(bào)文傳送之間需增加發(fā)送延時(shí)，通常延時(shí)參數(shù)可設(shè)置20-50毫秒，因此在1秒內(nèi)可傳送數(shù)據(jù)50-20次，2萬點(diǎn)數(shù)據(jù)完整傳送一次的時(shí)間在4-10秒之間。SIS系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)采集頻率為秒級(jí)，通常為1-2秒，所以這種輪詢采集方式不能滿足上萬標(biāo)簽點(diǎn)的DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集需求。
通過對(duì)控制系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的在線分析，可以發(fā)現(xiàn)不同過程數(shù)據(jù)變化特點(diǎn)存在較大差異，對(duì)于溫度、流量等模擬量可依據(jù)其變化特點(diǎn)和重要程度采用不同的采集頻率，這樣既減少了數(shù)據(jù)流量也保證了數(shù)據(jù)質(zhì)量。DCS系統(tǒng)中有大量開關(guān)量數(shù)據(jù)，在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，大部分狀態(tài)保持長時(shí)間不變，只有在工況調(diào)整過程才發(fā)生狀態(tài)值變化，比如送風(fēng)機(jī)和引機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、各段抽汽電動(dòng)閥全開狀態(tài)、運(yùn)行報(bào)警信號(hào)狀態(tài)等，對(duì)于這些長期不變化的開關(guān)量數(shù)據(jù)定時(shí)進(jìn)行采集是沒有意義的，這類數(shù)據(jù)的最佳處理方式應(yīng)該是在數(shù)據(jù)服務(wù)提供方進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，當(dāng)檢測到數(shù)據(jù)變化時(shí)及時(shí)將數(shù)據(jù)回傳到客戶端，而不論此時(shí)客戶端是否發(fā)送了數(shù)據(jù)采集請(qǐng)求報(bào)文。
在SIS系統(tǒng)所涉及到的接口協(xié)議中，OPC協(xié)議很好的滿足了對(duì)于大量數(shù)據(jù)的高頻率采集需求，OPC的數(shù)據(jù)訪問方法有同步訪問、異步訪問和訂閱式數(shù)據(jù)采集方式三種。
?同步數(shù)據(jù)訪問方式
OPC服務(wù)器端按照OPC客戶端的要求將數(shù)據(jù)返回給OPC客戶端，OPC客戶端在結(jié)果被返回之前必須處于等待狀態(tài)。當(dāng)客戶同服務(wù)器交互的數(shù)據(jù)量比較少的時(shí)候可以采用這種方式，然而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)堵塞或大量客戶訪問時(shí)，會(huì)造成系統(tǒng)的性能效率下降。
?異步數(shù)據(jù)訪問方式
OPC服務(wù)器接到OPC客戶端的要求后，幾乎立即將方法返回。OPC客戶端程序隨后可以進(jìn)行其他處理，當(dāng)OPC服務(wù)器完成數(shù)據(jù)訪問時(shí)，OPC服務(wù)器主動(dòng)觸發(fā)OPC客戶端程序的異步訪問完成事件，將數(shù)據(jù)訪問結(jié)果傳送給OPC客戶應(yīng)用程序，客戶應(yīng)用程序在其事件處理程序中接收從OPC服務(wù)器傳來的數(shù)據(jù)。因此異步方式的效率較高，能夠避免多客戶大數(shù)據(jù)請(qǐng)求的阻塞，并可以最大限度地節(jié)省CPU和網(wǎng)絡(luò)資源。
?訂閱式數(shù)據(jù)訪問方式
訂閱方式不需要OPC客戶應(yīng)用程序向OPC服務(wù)器提出請(qǐng)求，而是服務(wù)器按一定的更新周期（UpdateRate）更新數(shù)據(jù)緩沖器的數(shù)值時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有變化超過死區(qū)（DeadBand），就會(huì)以數(shù)據(jù)變化事件（DataChange）通知OPC應(yīng)用程序。由此可以根據(jù)模擬量點(diǎn)的重要程序通過設(shè)置合理的變化死區(qū)，忽略數(shù)值的的微小變化，從而減輕了OPC服務(wù)器和OPC客戶端程序的負(fù)荷，對(duì)于開關(guān)量也可以達(dá)到及時(shí)跟蹤狀態(tài)變化的目的。這也使得網(wǎng)絡(luò)上的請(qǐng)求包數(shù)大大減少，并有效降低了對(duì)服務(wù)器的重復(fù)訪問次數(shù)。在數(shù)據(jù)點(diǎn)很多的情況下，這種通信方式的優(yōu)勢(shì)更能凸現(xiàn)出來。
OPC協(xié)議是由微軟公司聯(lián)合幾個(gè)公司制定以DCOM為基礎(chǔ)開發(fā)的，它只能用于Windows系統(tǒng)，在大量以UNIX為主的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)比如ECS電氣控制系統(tǒng)、NCS網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中IEC60870-5-104規(guī)約適合于大量數(shù)據(jù)的高速傳輸。104規(guī)約屬于問答式異步通信方式，大致流程為：主站測試鏈路報(bào)文-子站回確認(rèn)幀，調(diào)度總召，子站上送全遙測遙信，調(diào)度下發(fā)二級(jí)數(shù)據(jù)召喚報(bào)文，子站化遙測，其中遙信變位和SOE都是主動(dòng)上送。
2.3 對(duì)接口集中管理
SIS系統(tǒng)中涉及接口種類眾多，這些接口可能分布在不同的設(shè)備間，為了提高接口安全可靠性，降低單一接口故障對(duì)其它接口系統(tǒng)影響，不同接口安裝在不同接口機(jī)上，這種接口配置方式在一定程度上增加了對(duì)接口維護(hù)檢測和問題處理的復(fù)雜程度，因此在接口中有必要增加接受集中管理的功能設(shè)計(jì)，開發(fā)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)接口進(jìn)行集中管理的軟件模塊。
國外一些數(shù)據(jù)庫廠商已經(jīng)提供了相應(yīng)的軟件來實(shí)現(xiàn)對(duì)多種數(shù)據(jù)接口的集中管理配置功能。如美國OSI Software公司PI（Plant Information System）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供了接口設(shè)置工具ICU（Interface Configuration Utility）軟件， ICU是一個(gè)非常優(yōu)秀的系統(tǒng)管理工具，可以替代許多手工設(shè)置來完成對(duì)多種接口軟件的配置工作，如：編輯接口配置文件，將接口軟件安裝成服務(wù)，設(shè)置接口標(biāo)簽點(diǎn)的輸入/輸出速率和查找運(yùn)行日志文件，啟動(dòng)和調(diào)試接口。美國Instep公司eDNA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)將數(shù)據(jù)采集接口開發(fā)成系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)PUSH實(shí)時(shí)服務(wù)，例如OPC接口OPCRTS，通過系統(tǒng)BOSS服務(wù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集接口服務(wù)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理和操作，創(chuàng)建和刪除服務(wù)、開始和停止服務(wù)、瀏覽和控制服務(wù)、提供服務(wù)列表和事件等功能。
2.4 加強(qiáng)安全管理
接口是實(shí)現(xiàn)過程數(shù)據(jù)從控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到SIS的橋梁，為保證接口本身及底層控制系統(tǒng)安全，必須在接口機(jī)與控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)間增加物理隔離裝置，從物理上隔離兩側(cè)數(shù)據(jù)直接通訊。加強(qiáng)對(duì)接口機(jī)設(shè)備的日常管理工作，接口機(jī)的開啟和操作、電纜連接等工作必須專人負(fù)責(zé)；安裝防病毒軟件并及時(shí)升級(jí)病毒庫以防止由于病毒感染造成的接口機(jī)故障；日常定期對(duì)接口機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行巡視和記錄。
3、結(jié)論
數(shù)據(jù)采集接口可靠性直接關(guān)系到整個(gè)SIS系統(tǒng)能否高效、穩(wěn)定、安全地進(jìn)行全廠實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和處理。通過在多個(gè)電廠SIS項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用表明，通過選用合適的接口采集設(shè)備、選擇合理的通訊方式和通訊協(xié)議、對(duì)接口軟件功能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能有效提高SIS系統(tǒng)接口的可靠性，降低接口故障發(fā)生的概率，保證了IS系統(tǒng)高可用率，使SIS系統(tǒng)在促進(jìn)電廠運(yùn)行安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、提升科學(xué)管理水平上發(fā)揮著越來越大的作用。
參考文獻(xiàn)：
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1相關(guān)理論與技術(shù)
通過采用AJAX及SIP通訊協(xié)議，設(shè)計(jì)一個(gè)WebService并以Web為接口的端對(duì)端異步通信實(shí)例，闡釋W(xué)ebService雙向通訊的建構(gòu)方式，同時(shí)對(duì)AJAX技術(shù)、SIP通訊協(xié)議的原理與應(yīng)用作簡要介紹。
1.1WebService雙向通信機(jī)制
如圖1所示[1]，建立Client/Server雙向通信的松散連接及緊密連接架構(gòu)，WebService雙向通信包含了一個(gè)Client的主動(dòng)請(qǐng)求和一個(gè)Server端的前項(xiàng)式Push或事件通知。這是從服務(wù)互動(dòng)的觀點(diǎn)來設(shè)計(jì)的，最少會(huì)包含這3種型態(tài)，而每一個(gè)端點(diǎn)都像這樣具備Client與Server的功能設(shè)計(jì)。
（1）TYPEI是一個(gè)常見的單向WebService交互式樣板；Rc：表示Client端初始化一個(gè)請(qǐng)求，這個(gè)請(qǐng)求可以接收響應(yīng)或是不需要響應(yīng)。
（2）TYPEII是一個(gè)ServertoClient的異步Reply與EventNotification的交互式樣板，實(shí)際上異步Reply常被塑造成EventNotification的模式，有ACK就響應(yīng)，否則就是Notification；Es：表示Server的事件通知，可以要求具有ACK的響應(yīng)，也可以是一個(gè)事件通知。
（3）TYPEIII與TYPEI相反；Rs：表示Server端初始化一個(gè)請(qǐng)求，這個(gè)請(qǐng)求可以接收響應(yīng)或是不需要響應(yīng)。
圖1中實(shí)心的箭頭是初始化請(qǐng)求，虛線則是選擇性的信息響應(yīng)，TYPEIServer必須提供適當(dāng)?shù)腤SDL，通過SOAP傳遞給Client來使用，TYPEII和TYPEIII在Client必須提供適當(dāng)?shù)腤SDL，通過SOAP傳遞給Server來使用，而WebService人需同時(shí)具備TYPEI～TYPEIII的行為能力，在一個(gè)WebService的端點(diǎn)中同時(shí)存在Client/Server的角色時(shí)就會(huì)出現(xiàn)狀態(tài)協(xié)調(diào)性的問題，如果協(xié)調(diào)性出現(xiàn)問題就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，傳統(tǒng)WSDL是One-way方式，要實(shí)現(xiàn)WebService雙向通信就要做動(dòng)態(tài)的設(shè)計(jì)。
1.2AJAX技術(shù)
AJAX的全名為AsynchronousJavaScriptandXML，是JavaScript及XML等技術(shù)的結(jié)合體，另外AJAX也包含瀏覽器端如何呼叫服務(wù)器端WebService的HTTPRequest技術(shù)[3]。從AJAX全名的字義中可以了解，AJAX就是異步的JavaScript與XML，它突破了傳統(tǒng)網(wǎng)頁開發(fā)技術(shù)的限制，使得網(wǎng)頁更具互動(dòng)性。
1.3SIP通訊協(xié)議的原理與應(yīng)用
SIP是一個(gè)應(yīng)用層的控制通訊協(xié)議，可以建立、修改或結(jié)束多媒體聯(lián)機(jī)[4]。以O(shè)SI定義的網(wǎng)絡(luò)七層來分類，SIP應(yīng)該屬于會(huì)話層，但是也有人將其歸類在廣義的應(yīng)用層。
SIP目前共定義九大邏輯組件[5]，因該文僅使用到ProxyServer這個(gè)組件，利用該組件的原理，將該組件的部分功能設(shè)計(jì)成WebService。ProxyServer是一個(gè)中介組件，同時(shí)具有Server與Client的雙重角色，相當(dāng)于H.323中的Gatekeeper，通常SIPUserAgent發(fā)出請(qǐng)求時(shí)并不知道對(duì)方的地址，需要ProxyServer從中協(xié)助，當(dāng)ProxyServer無法取得SIPUserAgent所要求的聯(lián)機(jī)對(duì)象的地址時(shí)，ProxyServer會(huì)通過預(yù)設(shè)的路由選擇方式轉(zhuǎn)送給其他ProxyServer代為解析，此時(shí)轉(zhuǎn)送請(qǐng)求的ProxyServer便會(huì)成為Client端。如圖2所示，以INVITE為例，假設(shè)Smith要用SIPPhone與John通話，首先Smith與John的SIPPhone要先分別向各自的SIPProxy注冊(cè)，接著Smtih的SIPPhone發(fā)出INVITERequest，其中INVITERequest中會(huì)有幾個(gè)標(biāo)頭字段：Via、To、From、Call-ID、CSeq、Contact、Max-Forward、Content-Type、Content-Length。因?yàn)镾mith的SIPPhone并不知道John的地址或是John所注冊(cè)的SIPProxy地址，Smith會(huì)將INVITERequest送到自己所注冊(cè)的SIPProxy（Smith’sProxy），Smith’sProxy會(huì)回傳100（Trying）給Smith的SIPPhone，100（Trying）表示Proxy已經(jīng)收到并處理INVITERequest，而Smith’sProxy會(huì)根據(jù)IP或是域名找到John的SIPPhone所注冊(cè)的Proxy，在把INVITERequest傳送出去之前，Smith’sProxy會(huì)先將自己的地址填在Via字段，加到INVITERequest的標(biāo)頭，然后送到John的SIPPhone所注冊(cè)的Proxy（John’sProxy），而John’sProxy則會(huì)在收到INVITE訊息后回傳100（Trying）給Smith’sProxy，表示已經(jīng)收到并處理INVITERequest，此時(shí)John’sProxy會(huì)查詢數(shù)據(jù)庫，找到John目前所在的IP地址，之后John’sProxy會(huì)將自己的地址填在Via字段，加到INVITERequest的標(biāo)頭并將INVITERequest傳送給John的SIPphone。在收到INVITE信息后，John的SIPPhone會(huì)進(jìn)入Ringing的狀態(tài)，并依照先前所紀(jì)錄的Via字段，依照路徑回傳180（Ringing）訊息給Smith的SIPPhone并告知John有來電。當(dāng)Smith的SIPPhone收到180（Ringing）信息后，可以顯示某些信息并等待John接起電話，若John接起電話，表示John允許建立聯(lián)機(jī)，John的SIPPhone響應(yīng)200（OK）信息給Smith的SIPPhone，而200（OK）的訊息中，可以攜帶John希望建立RTP封包聯(lián)機(jī)的相關(guān)信息和參數(shù)（IP地址與Port）的SDP給Smith，其中SDP是附加在SIPMessage后面。此時(shí)Smith的SIPPhone因應(yīng)200（OK）的信息響應(yīng)ACK給John的SIPPhone，兩端SIP聯(lián)機(jī)就算是建立完成，此時(shí)便可以利用之前Message所攜帶的SDP里的相關(guān)參數(shù)，開始傳輸RTP封包。若John拒絕受話，則John的SIPPhone就會(huì)傳送一個(gè)CANCEL訊息給Smith的SIPPhone。
2結(jié)語
過去在瀏覽器上運(yùn)行需要單向、雙向，全雙工、半雙工的服務(wù)（如聊天室、語音通話、視訊等）都存在一些問題，網(wǎng)頁聊天室采用共通的Session或全局變量來達(dá)成信號(hào)溝通的目的，而瀏覽器也會(huì)定時(shí)PostBack，造成Client端瀏覽器換頁的動(dòng)作產(chǎn)生，也會(huì)存在一些Session中斷或是無法清除的問題，對(duì)于實(shí)時(shí)的訊號(hào)交換是一個(gè)瓶頸，許多運(yùn)行順暢的語音或視訊軟件，都是以ActiveX或是Applet的組件嵌入方式安裝在Client端瀏覽器中，運(yùn)用了AJAX的方式呼叫CallBack機(jī)制后，尋找可用的WebService，結(jié)合SIP通信協(xié)議，讓信息或軟件可以快速地組合出新的服務(wù)，也可以達(dá)到信號(hào)實(shí)時(shí)交換的需求，另外提供了一種快速開發(fā)以瀏覽器為用戶端軟件系統(tǒng)的新方式，而Client瀏覽器不再需要一直進(jìn)行更新網(wǎng)頁的動(dòng)作，也不需要嵌入任何組件，這對(duì)目前很多使用者因嵌入不明組件造成中毒或是黑客入侵，有實(shí)質(zhì)上的幫助，提高信息安全的防護(hù)。
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[關(guān)鍵詞]RFID；IC卡；RS-485
中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2014）20-0284-03
1 系統(tǒng)架構(gòu)
圖1為智能充氣裝置的總體系統(tǒng)架構(gòu)，智能充氣裝置選用工業(yè)級(jí)P89V51RD2單片機(jī)作為主控芯片，裝置和上位機(jī)之間采用常見的工業(yè)現(xiàn)場總線RS-485實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。RS-485總線具有低成本、易布線、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，其理論傳輸距離可達(dá)1200米，工業(yè)現(xiàn)場可靠傳輸距離為800米。經(jīng)試用，整個(gè)系統(tǒng)性能穩(wěn)定，可靠性高。
2 業(yè)務(wù)流程分析
2.1 單片機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖
智能鋼瓶充氣裝置各種狀態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換由下位硬件系統(tǒng)和上位軟件系統(tǒng)協(xié)同完成，整個(gè)充裝過程包括啟動(dòng)、等待、驗(yàn)證、判斷、待機(jī)、充氣和故障等狀態(tài)。下位硬件系統(tǒng)通過嚴(yán)格的時(shí)序控制自動(dòng)完成各個(gè)狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換并和上位軟件系統(tǒng)保持實(shí)時(shí)通訊。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖2所示。
2.2 詳細(xì)分析
1.讀卡及卡信息驗(yàn)證
對(duì)氣瓶IC卡的內(nèi)的信息進(jìn)驗(yàn)證：判斷“當(dāng)前氣瓶狀態(tài)”是否為007，表示氣瓶通過預(yù)檢；判斷氣瓶報(bào)廢時(shí)間是否已到（報(bào)廢時(shí)間
2.運(yùn)行監(jiān)控功能
系統(tǒng)運(yùn)行過程中，每0.5秒讀取一次氣瓶溫度，與上位機(jī)參考溫度進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)溫度連續(xù)上升到設(shè)限值，自動(dòng)報(bào)警（報(bào)警方式采用蜂鳴器，長時(shí)間急促聲提示，同時(shí)LCD屏上顯示氣瓶的當(dāng)前溫度值及與參考環(huán)境溫度的差值）、輸出報(bào)警開關(guān)量。
3.寫卡功能
摘接機(jī)前，系統(tǒng)根據(jù)上位機(jī)給出的氣瓶狀態(tài)值寫入IC卡的stat數(shù)據(jù)欄及充裝的氣體種類和充裝壓力，寫入數(shù)據(jù)成功后，系統(tǒng)提示寫卡成功，用戶可以摘除傳感器。
4.設(shè)置運(yùn)行參數(shù)（由上位機(jī)分發(fā)給下位機(jī)）
當(dāng)前時(shí)間time（年、月、日、時(shí)、分），以上位機(jī)時(shí)間數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)；溫度上升報(bào)警上限值；充裝的氣體（如：高純氧、工業(yè)氧、醫(yī)用氧、普通氧、低純氧等）；充裝站編號(hào)；重裝機(jī)編號(hào)；充裝壓力。
5.保存300條充裝數(shù)據(jù)記錄（含未通過驗(yàn)證的），記錄按FIFO的規(guī)則，可通過上、下鍵查閱，同時(shí)可通過網(wǎng)絡(luò)上傳至上位機(jī)，上傳過的可刪除。
6.機(jī)器工作狀態(tài)
等待：等待上位機(jī)發(fā)送機(jī)器設(shè)置指令或等待用戶讀卡操作；驗(yàn)證：氣瓶讀卡后取得氣瓶關(guān)鍵數(shù)據(jù)后驗(yàn)證是否通過驗(yàn)證；待機(jī)：驗(yàn)證通過后，等待充氣指令；充氣：接受充氣指令后啟動(dòng)溫度傳感器，開始監(jiān)控溫度，每500ms采集一次；故障：如果上述過程中有故障，則進(jìn)入故障狀態(tài)。
3 硬件設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)硬件框圖
本裝置的硬件部分由單片機(jī)、A/D、鍵盤、顯示器、RFID讀寫模塊、紅外測溫、環(huán)境測溫、接收和發(fā)送天線、電源、時(shí)鐘及RS-485通信接口等構(gòu)成。上述幾個(gè)部件與器件以周密的邏輯設(shè)計(jì)配合，通過程序控制完成對(duì)鋼瓶的充氣過程。系統(tǒng)硬件框圖如圖3所示。其中，IC卡讀寫電路為本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，其余電路在常見控制系統(tǒng)中通用，設(shè)計(jì)較為簡單，筆者不再贅述。
3.2 IC卡讀寫電路
非接觸式IC卡作為電子標(biāo)簽安裝在鋼瓶的規(guī)定位置，用來區(qū)別鋼瓶的類別、記錄鋼瓶用戶的個(gè)人信息及繳費(fèi)金額、余額等。本設(shè)計(jì)采用FM1702作為讀卡芯片，工作在13.56MHZ頻段。其D0～D7數(shù)據(jù)位通過總線和單片機(jī)的I/O口連接，在單片機(jī)的嚴(yán)格時(shí)序控制下，配合天線完成對(duì)IC卡的讀寫。設(shè)計(jì)電路如圖4和圖5所示。
4 軟件設(shè)計(jì)
智能充裝系統(tǒng)在待機(jī)狀態(tài)下通過查詢方式掃描4個(gè)功能鍵，從而完成每個(gè)功能鍵所對(duì)應(yīng)的處理工作，系統(tǒng)流程圖如圖6所示。
讀卡鍵用于IC卡讀寫操作，當(dāng)讀卡鍵按下時(shí)，系統(tǒng)開始掃描卡片。如果掃描到卡片，系統(tǒng)進(jìn)入IC卡處理子程序；如果在限定的時(shí)間范圍內(nèi)沒有掃描到卡片，則退出卡片掃描程序，重新進(jìn)入鍵盤掃描程序。
測溫鍵用于測量環(huán)境溫度，當(dāng)測溫鍵按下時(shí)，系統(tǒng)讀取環(huán)境溫度，并將結(jié)果顯示在LCD界面上。正常情況下，系統(tǒng)完成讀取和顯示操作后重新進(jìn)入鍵盤掃描程序；異常情況下，系統(tǒng)顯示異常并報(bào)警。
驗(yàn)證鍵的處理程序是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。當(dāng)驗(yàn)證鍵按下時(shí)，系統(tǒng)開始驗(yàn)證鋼瓶的合法性，通過合法驗(yàn)證的鋼瓶即刻進(jìn)入紅外測溫子程序。系統(tǒng)通過讀取鋼瓶表面的溫度與環(huán)境進(jìn)行對(duì)比，如果對(duì)比結(jié)果在設(shè)定安全范圍之內(nèi)，則控制系統(tǒng)打開電磁球閥，對(duì)鋼瓶充氣。在充氣過程中，系統(tǒng)定時(shí)讀取鋼瓶表面的溫度，并檢查其與環(huán)境溫度的差值是否合法。一旦檢驗(yàn)結(jié)果超出設(shè)定的安全范圍，系統(tǒng)則認(rèn)為鋼瓶已經(jīng)充滿，即刻關(guān)閉電磁球閥，停止充氣。充氣結(jié)束后，系統(tǒng)將充氣結(jié)果及參數(shù)上傳給上位機(jī)，同時(shí)將信息記錄在IC卡上，完成交易。
查詢鍵用于完成信息查詢。在上、下位機(jī)間不能正常通訊的情況下，系統(tǒng)任然可以控制鋼瓶充氣的過程。此時(shí)，所有的交易記錄全部保存在下位機(jī)的FLASH中，按下查詢鍵后，根據(jù)系統(tǒng)提示信息，通過上下鍵完成查詢工作。
5 通訊協(xié)議
通訊協(xié)議用來規(guī)定上、下位機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷胶秃x，是本設(shè)計(jì)的又一重點(diǎn)。它的合理性和優(yōu)劣性直接決定著整個(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)，由命令字、數(shù)據(jù)格式和電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)格式組成。
5.1 命令字（見表1）
5.2 數(shù)據(jù)格式
說明：字頭：1字節(jié)1個(gè)ASCII碼，40H
設(shè)備地址：1字節(jié)2個(gè)ASCII碼，0―255（即0---0x0ffH）
標(biāo)志：1字節(jié)2個(gè)ASCII碼，bit0～bit7（bit0=0為讀，bit0=1為寫；bit=0為不打包；bit3bit2=00數(shù)據(jù)類型為字節(jié)，bit3bit2=01數(shù)據(jù)類型為字，bit3bit2=1x數(shù)據(jù)類型為浮點(diǎn)數(shù)）
數(shù)據(jù)地址：2字節(jié)4個(gè)ASCII碼，0x0000～0xffff。
數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)：1字節(jié)2個(gè)ASCII碼，1―100，實(shí)際讀寫的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。
數(shù)據(jù)…：實(shí)際的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ASCII碼，個(gè)數(shù)為字節(jié)數(shù)乘2。
異或：異或從設(shè)備地址到異或字節(jié)前，異或值轉(zhuǎn)換成2個(gè)ASCII碼。
CR：0x0d。
5.2.1 上位機(jī)發(fā)送讀命令
下位機(jī)應(yīng)答：
（1）正常：
（2）不正常：
5.2.2 上位機(jī)發(fā)送寫命令
下位機(jī)應(yīng)答：
（1）正常：
（2）不正常：
5.3 電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)格式（見表2）
6 結(jié)束語
設(shè)計(jì)了一種智能鋼瓶充氣裝置，該裝置以P89V51RD2單片機(jī)為核心控制芯片，以FM1702作為讀卡接口芯片，以RS-485總線完成上、下位機(jī)間的通訊。在充氣過程中，通過計(jì)算鋼瓶表面溫度與環(huán)境溫度的差值來判斷是否停止充氣。設(shè)計(jì)理念新穎，總體設(shè)計(jì)方案科學(xué)合理，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
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摘 要： 文章主要介紹藍(lán)牙協(xié)議結(jié)構(gòu)、功能及其藍(lán)牙在智能家庭網(wǎng)絡(luò)中如何實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞： 智能家庭網(wǎng)絡(luò)；通訊協(xié)議；藍(lán)牙技術(shù)；HIC
1藍(lán)牙技術(shù)簡介
①藍(lán)牙技術(shù)的定義。“藍(lán)牙”是一種開放型的技術(shù)規(guī)范，它可以在世界上任何地方實(shí)現(xiàn)短距離的無線語音和數(shù)據(jù)通信。
②“藍(lán)牙”采用的跳頻技術(shù)。藍(lán)牙不是工作在2.4GHz這一個(gè)頻點(diǎn)，而是工作在2.40 GHz和2.48 GHz這個(gè)頻段上（有的國家使用的頻段較窄），即采用相隔1MHz的79個(gè)頻點(diǎn)實(shí)現(xiàn)跳頻。
③藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，藍(lán)牙系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆形⑽⒕W(wǎng)和分散網(wǎng)兩種形式。微微網(wǎng)（Piconet）由主設(shè)備單元和從設(shè)備單元構(gòu)成。首先提出通信要求的設(shè)備稱為主設(shè)備（Master），被動(dòng)進(jìn)行通信的設(shè)備稱為從設(shè)備（Slave）。一個(gè)主設(shè)備最多可以和7個(gè)從設(shè)備進(jìn)行通訊。一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)以上從設(shè)備構(gòu)成的主從網(wǎng)絡(luò)稱為微微網(wǎng)，在必要的情況下設(shè)備的主從角色也可以轉(zhuǎn)換。
④藍(lán)牙協(xié)議的結(jié)構(gòu)。藍(lán)牙協(xié)議可以分為四層：核心協(xié)議、替代電纜協(xié)議、電話控制協(xié)議和選用協(xié)議。核心協(xié)議包括了基帶、鏈路管理協(xié)議（LMP）、邏輯鏈路控制和適配協(xié)議（L2CAP）和服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議（SDP）。所有藍(lán)牙設(shè)備必須支持核心協(xié)議以及藍(lán)牙無線接口，而其他協(xié)議可以根據(jù)需要來選用。除了四個(gè)基本層次外，藍(lán)牙協(xié)議還包括了主機(jī)控制接口HCI（host controller interface）。它為基帶控制器、鏈路控制器、訪問硬件提供了命令接口。HCI上層協(xié)議通過傳輸層向下傳送HCI 命令；而HCI 下層協(xié)議執(zhí)行HCI 指令后， 執(zhí)行結(jié)果將以事件的形式返回上層。
⑤藍(lán)牙技術(shù)與其他無線通訊技術(shù)的比較。在智能家庭網(wǎng)絡(luò)中，主要的通訊方式為有線通訊（包括雙絞線、電力線等）和無線通訊（包括射頻、紅外線等）。無線技術(shù)不但可以讓我們減少線纜的使用量，使我們的居住環(huán)境更加簡潔，而且，可以讓我們?cè)谧约杭抑械幕顒?dòng)更加自由。所以，無線技術(shù)及相關(guān)協(xié)議是智能家庭網(wǎng)絡(luò)中重要的組成部分。
藍(lán)牙技術(shù)具有價(jià)格適中、功能實(shí)用、受限因素少等特點(diǎn)。這些基本滿足了智能家庭網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)要求，適合在家庭中使用。
2藍(lán)牙在智能家庭網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)
藍(lán)牙功能的實(shí)現(xiàn)分硬件實(shí)現(xiàn)和軟件實(shí)現(xiàn)。
①硬件實(shí)現(xiàn)。在智能家庭網(wǎng)絡(luò)中，要實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙功能就需要添加相關(guān)的藍(lán)牙主機(jī)和藍(lán)牙模塊。藍(lán)牙主機(jī)可以由PC、ARM或單片機(jī)擔(dān)當(dāng)，顯然PC機(jī)過于昂貴了，因此，一般由arm或單片機(jī)擔(dān)當(dāng)藍(lán)牙主機(jī)。藍(lán)牙模塊至少包括：RF模塊、基帶模塊、控制模塊和存儲(chǔ)模塊。現(xiàn)在很多藍(lán)牙芯片都集成了多個(gè)、甚至全部模塊的功能。
②軟件實(shí)現(xiàn)。一個(gè)藍(lán)牙系統(tǒng)被HCI(藍(lán)牙主機(jī)控制接口)分為下層（藍(lán)牙模塊）和上層（藍(lán)牙主機(jī)）兩部分。HCI 提供訪問藍(lán)牙模塊的統(tǒng)一指令方式，它主要定義了主機(jī)控制藍(lán)牙模塊的各個(gè)指令的意義，它為基帶控制器、鏈接控制器、硬件狀態(tài)和控制寄存器等提供命令接口，為主機(jī)提供向藍(lán)牙模塊發(fā)送HCI指令、HCI數(shù)據(jù)以及從藍(lán)牙模塊接受HCI事件和HCI數(shù)據(jù)的能力。主機(jī)與藍(lán)牙模塊之間通過HCI收、發(fā)分組方式進(jìn)行信息交換，用指令—應(yīng)答（Command_Response）方式實(shí)現(xiàn)控制。
HCI傳輸層主要有3 種:HCI USB;HCI PCM; HCI UART。其中HCI PCM主要負(fù)責(zé)語音通訊。 HCI有4 種不同類型的包——HCI 命令、HCI 事件、ACL 數(shù)據(jù)和SCL 數(shù)據(jù)。ACL 數(shù)據(jù)和SCL 數(shù)據(jù)在藍(lán)牙主機(jī)和藍(lán)牙模塊之間雙向傳輸。藍(lán)牙主機(jī)通過傳輸層向藍(lán)牙主模塊傳送HCI 命令，藍(lán)牙模塊執(zhí)行HCI 指令后， 將以事件的形式返回給藍(lán)牙主機(jī)。
我們舉例來說明藍(lán)牙主機(jī)和模塊之間如何傳遞HCI命令和HCI事件。如果藍(lán)牙主機(jī)要向藍(lán)牙模塊發(fā)送一條Reset 指令，則可以通過藍(lán)牙主機(jī)的U A R T 串口發(fā)送一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)系列（01、03、0C、00）至藍(lán)牙模塊，藍(lán)牙模塊就能執(zhí)行Reset指令功能。若復(fù)位成功，藍(lán)牙模塊將返回給藍(lán)牙主機(jī)一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)串（04、0E、04、01、03、0C、00）的事件，表示完成復(fù)位。
弄清HCI 指令和HCI 事件實(shí)現(xiàn)機(jī)制后，我們就可以開始編寫各種HCI指令操作函數(shù)。HCI 以下由底層協(xié)議軟件負(fù)責(zé)的物理鏈路的建立通常可以由藍(lán)牙模塊/適配器完成， 而實(shí)現(xiàn)L2CAP 以上的協(xié)議軟件和高層應(yīng)用則需要由開發(fā)者自行完成。
3結(jié)語
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的普及，零散的、功能單一的家電設(shè)備會(huì)被逐步淘汰，智能家庭網(wǎng)絡(luò)、智能家居必將成為我國今后發(fā)展的主流。由于目前藍(lán)牙技術(shù)在我們的日常生活中最為常見，在今后的智能家庭中采用藍(lán)牙無疑給客戶帶來巨大方便。比如現(xiàn)在常見的藍(lán)牙手機(jī)就可以直接應(yīng)用到有藍(lán)牙功能的智能家體昂網(wǎng)絡(luò)中。可以說藍(lán)牙是智能家庭網(wǎng)絡(luò)的理想選擇。因此， 對(duì)基于藍(lán)牙技術(shù)的無線家庭網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究具有極大的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：通信協(xié)議；芯片；總線
0 引言
隨著現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展，電子信息技術(shù)也飛速進(jìn)步，以往的功能單一，運(yùn)行卡頓的電子設(shè)備早已無法滿足人們對(duì)電子產(chǎn)品日益整漲的需求。而使用單一IC注定無法研發(fā)出功能復(fù)雜的電子產(chǎn)品，這使得大規(guī)模集成IC應(yīng)運(yùn)而生，而多片芯片之間必然會(huì)有數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)行協(xié)同處理用戶的數(shù)據(jù)，而這就使得各種通訊協(xié)議產(chǎn)生了。
1 SPI
SPI（Serial Peripheral Interface）是串行外設(shè)接口的縮寫，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線。SPI在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約日益寶貴的芯片的管腳，同時(shí)也為PCB的布局上節(jié)省空間，提供了方便，正是出于這種簡單易用的特性，如今很多的芯片集成了這種通信協(xié)議。有的芯片提供了SPI片上外設(shè)，但有時(shí)這種外設(shè)不是很穩(wěn)定，有時(shí)也采用軟件模擬SPI的方式，即編程不斷改變引腳狀態(tài)來模擬SPI的時(shí)序達(dá)到通信的目的。
SPI的通信原理很簡單，它采用主從方式工作，這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備，通常需要至少4根線，而有時(shí)3根也可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸（當(dāng)單向傳輸時(shí)）。四根線是所有基于SPI的設(shè)備共有的，它們分別是SDI（數(shù)據(jù)輸入）、SDO（數(shù)據(jù)輸出）、SCLK（時(shí)鐘）、CS（片選）。其中，CS是控制芯片是否被選中的，也就是芯片的使能線。它允許在同一總線上連接多個(gè)SPI設(shè)備成為可能。剩下的就負(fù)責(zé)通訊的3根線了。數(shù)據(jù)的輸入輸出線負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)，時(shí)鐘線則控制主從設(shè)備讀取或者發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)機(jī)。
2 UART
通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），通常稱作UART，是一種異步收發(fā)傳輸器，是電腦硬件的一部分。通常是將數(shù)據(jù)由串行通信與并行通信間作傳輸轉(zhuǎn)換，作為并行輸入成為串行輸出的芯片，通常集成于其他通訊接口的連結(jié)上。
具體實(shí)物表現(xiàn)為獨(dú)立的模塊化芯片，或作為集成于微處理器中的外設(shè)。一般采用RS232協(xié)議，采用類似Maxim公司的MAX232之類的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)幅度變換芯片進(jìn)行搭配，作為連接外部設(shè)備的接口。
UART作為異步串口通信協(xié)議的一種，工作原理是將傳輸數(shù)據(jù)的每個(gè)字符一位接一位地傳輸，各位的意義如下：
起始位：顧名思義，一幀數(shù)據(jù)的開始。數(shù)據(jù)位：緊接著起始位之后，通常采用ASCII碼。從最低位開始傳送。奇偶校驗(yàn)位：數(shù)據(jù)位加上這一位來校驗(yàn)資料傳送的正確性。停止位：它是一個(gè)字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志，一般是一段時(shí)間的高電平。 由于數(shù)據(jù)是在數(shù)據(jù)線上定時(shí)傳輸?shù)模⑶颐恳粋€(gè)設(shè)都有其自己的時(shí)鐘，很可能在通信中兩設(shè)備間出現(xiàn)了不同步。因此停止位更多的作用是提供計(jì)算機(jī)校正時(shí)鐘使兩臺(tái)設(shè)備同步的。
3 I2C
I2C（Inter-Integrated Circuit）總線是PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及各種常用設(shè)備，是微電子通信控制領(lǐng)域目前正在廣泛采用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊的形式，具有接口連接線少，控制簡單，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。I2C 協(xié)議通過串行數(shù)據(jù)線（SDA）和串行時(shí)鐘線 （SCL）在連接到總線的器件間傳遞信息。每個(gè)器件都有一個(gè)唯一的地址識(shí)別（微控制器――MCU、LCD 驅(qū)動(dòng)器、存儲(chǔ)器或鍵盤接口等等常見電路），而且每個(gè)外設(shè)都可以作為數(shù)據(jù)的發(fā)送者或者是數(shù)據(jù)的接收者（這由器件的功能決定）。例如常見的LCD 驅(qū)動(dòng)器只能作為接收器，而存儲(chǔ)器則既可以接收又可以發(fā)送數(shù)據(jù)。除了數(shù)據(jù)發(fā)送器和數(shù)據(jù)接收器以外，器件在執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)分為主機(jī)和從機(jī)。主機(jī)是指實(shí)現(xiàn)初始化總線的數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生允許傳輸?shù)臅r(shí)鐘信號(hào)的器件。此時(shí)，任何被主機(jī)尋址的器件都被認(rèn)為是從機(jī)。任何一個(gè)芯片都可以被認(rèn)為是主機(jī)或者從機(jī)。
4 CAN
CAN（Controller Area Network， CAN）是控制器局域網(wǎng)絡(luò)的簡稱，是由以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)的，并成為了國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 11898），是目前國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。 在北美和西歐的大多數(shù)國家，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為車載電子系統(tǒng)和工業(yè)嵌入式電子控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線，并且衍生了以CAN總線協(xié)議為底層協(xié)議圣物專為大型貨車和重工機(jī)械車輛設(shè)計(jì)的J1939協(xié)議。
目前CAN 的高性能和可靠性已被大多數(shù)電子工作者認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備、工農(nóng)業(yè)設(shè)備等多個(gè)方面。CAN總線是當(dāng)今電子領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展最快的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為電子領(lǐng)域的局域網(wǎng)。
5 區(qū)別與聯(lián)系
當(dāng)然，除了上面說到的各種協(xié)議，還有類似于DS18B20采用的單總線通信的多種多樣的通信方式，各大通訊協(xié)議各有各的優(yōu)點(diǎn)，各有各的缺點(diǎn)。I2C線更少，比UART、SPI、CAN更為強(qiáng)大，但是技術(shù)上也更加麻煩些，因?yàn)镮2C需要有雙向IO的支持，而且需要使用上拉電阻，抗干擾能力較弱，一般用于同一板卡上芯片之間的通信，不方便用于遠(yuǎn)距離通信。SPI實(shí)現(xiàn)要簡單一些，而UART需要固定的波特率，就是說兩位數(shù)據(jù)的間隔要相等，而SPI則無所謂，因?yàn)樗怯袝r(shí)鐘的協(xié)議。I2C的速度比SPI和低頻穩(wěn)定情況下的UART慢一點(diǎn)，協(xié)議要比SPI復(fù)雜一點(diǎn)，但是連線也比標(biāo)準(zhǔn)的SPI要少。
但無論哪種協(xié)議，既然在高速發(fā)展的今天得到了廣泛的使用，就說明必然有它得到大家認(rèn)可的原因，學(xué)習(xí)電子知識(shí)可以說電子元件之間的通信是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。在未來，一定還會(huì)有更多更加優(yōu)秀的協(xié)議誕生，讓芯片之間的通信越來越快，越來越穩(wěn)定，讓大家的電子產(chǎn)品更加完美。
參考文獻(xiàn)：
[1] 黃繼昌.電子元器件應(yīng)用手冊(cè)[M].北京：人民郵電出版社，2004.
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作者簡介：劉興華（1994―），男，遼寧調(diào)兵山人，沈陽理工大學(xué)學(xué)生。
關(guān)鍵詞：智能家居；方案；實(shí)現(xiàn)；設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TU855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2013） 08-0000-01
一、智能家居的基本現(xiàn)狀
隨著信息社會(huì)的飛速發(fā)展，智能化、信息化家庭已經(jīng)不再是一個(gè)陌生的名詞。通過建立智能家居網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)通訊設(shè)備、家用電器和家庭安防裝置連接到一個(gè)家庭智能化系統(tǒng)上而進(jìn)行異地的監(jiān)控和管理，為人類提供一個(gè)更加舒適、便捷、高效的生活環(huán)境。
智能家居網(wǎng)絡(luò)不同于傳統(tǒng)意義上的家庭局域網(wǎng)，它是一種混合網(wǎng)絡(luò)，它建立的目的是提供一套完整的家庭娛樂、信息共享、家庭管理和Internet接入及遠(yuǎn)程監(jiān)控等服務(wù)功能。
二、基本組成
（一）組網(wǎng)方式：集中型和總線型
集中型網(wǎng)絡(luò)：呈星形或樹形拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)，所有的信息都要經(jīng)過主控制器，各類終端設(shè)備與主控制器形成主從關(guān)系，通過鏈路由主控制器向各個(gè)終端發(fā)送指令并對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行識(shí)別和控制。
總線型網(wǎng)絡(luò)：采用一條傳輸線作為總線，所有的終端設(shè)備都公用這一條總線作為信息傳輸通道，并通過既定的通訊協(xié)議傳送和接受相互間的信息，缺點(diǎn)主要是一處發(fā)生故障將導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。
網(wǎng)絡(luò)類型：可分為“有線網(wǎng)絡(luò)”和“無線網(wǎng)絡(luò)”兩大類。
有線網(wǎng)絡(luò)：雙絞線或同軸電纜連接、電話線連接、電力線連接等；無線網(wǎng)絡(luò)：紅外線、藍(lán)牙和基于個(gè)人電腦的無線連接等。
（二）功能實(shí)現(xiàn)
根據(jù)目前國內(nèi)的實(shí)際情況，智能家居應(yīng)具備以下功能：
安防、防盜及報(bào)警功能：系統(tǒng)應(yīng)該兼容大部分的報(bào)警器，做到防盜、防火、防煤氣泄漏，一旦檢測到報(bào)警信號(hào)，能夠迅速報(bào)警。
家電控制功能：不但能夠使家電的控制處于同一信息通道內(nèi)，而且當(dāng)人在戶外時(shí)，也可以控制家中的各種電器設(shè)備。
信息交換功能：通過與外界的連接，把所有的通信手段整合到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，包括電話、Internet網(wǎng)絡(luò)、有線電視等等，讓人在使用的時(shí)候更加便捷。
（三）設(shè)計(jì)原則
可靠性：由于智能家居系統(tǒng)需要二十四小時(shí)不停運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)的安全性、可靠性和容錯(cuò)能力在設(shè)計(jì)時(shí)必須予以高度重視。
標(biāo)準(zhǔn)性：智能家居系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)應(yīng)依照國際統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和通訊協(xié)議進(jìn)行，在保證系統(tǒng)擴(kuò)展性的同時(shí)，還要保證不同品牌設(shè)備的兼容性。
方便性：系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初，安裝與維護(hù)的方便性也應(yīng)該作為重要的考慮內(nèi)容，比如系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)，允許維護(hù)人員通過網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)程對(duì)系統(tǒng)的工作狀態(tài)作出準(zhǔn)確的檢查，并能夠根據(jù)診斷結(jié)果對(duì)相對(duì)簡單的系統(tǒng)故障進(jìn)行修復(fù)，不但便于進(jìn)行系統(tǒng)的日常維護(hù)，同時(shí)還提高了響應(yīng)速度，降低維護(hù)成本；另外也需要考慮用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)的便利性。
（四）系統(tǒng)組成
通過了上述的分析，本文試根據(jù)不同功能對(duì)智能家居進(jìn)行分析。為了保證數(shù)據(jù)的安全穩(wěn)定和可靠性以及各部件通信的流暢，必須選擇國際統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，并針對(duì)家庭內(nèi)外的不同要求，將標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)外分開，為系統(tǒng)的建立打下良好的基礎(chǔ)。
本套系統(tǒng)以家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)為依托，由主控制器（選裝）、手持終端、各種功能擴(kuò)展模塊（安防、家電控制、訪客對(duì)講、遠(yuǎn)程抄表、通訊、紅外遙控）以及各種探測器（紅外檢測器、門磁、窗磁、煙霧報(bào)警器、可燃?xì)怏w報(bào)警器）組成，組合度和靈活度非常高，通過通訊模塊與外界進(jìn)行聯(lián)系。
三、系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)
（一）手持終端
手持終端可以采用掌上電腦，也可以是比較常見的智能手機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)主控制器進(jìn)行管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各個(gè)功能，并且體積小，操作方便。通過觸摸屏幕就能進(jìn)行信息的檢索和數(shù)據(jù)分析。
（二）通訊
通訊模塊是系統(tǒng)與外界聯(lián)系的唯一通道。它的作用舉足輕重，即要保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性又要做到將報(bào)警信息外傳、遠(yuǎn)程控制命令解碼以及向主控制器放送控制指令。
在傳輸介質(zhì)上，采取以太網(wǎng)和公用電話網(wǎng)兩種方案，由于以太網(wǎng)具有傳輸速度高、低功耗、易于安裝等優(yōu)勢(shì)，并且支持幾乎所有的流行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，所以能夠在系統(tǒng)中得到很好的運(yùn)用。
當(dāng)用戶出門在外時(shí)，可以利用移動(dòng)電話或者是個(gè)人電腦等終端設(shè)備對(duì)家中的各個(gè)模塊進(jìn)行控制。
（三）紅外遙控
通過對(duì)紅外模塊的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的開關(guān)、音量增減、頻道選擇等功能；當(dāng)檢測到非法入侵時(shí)，可以通過紅外遙控，打開家庭范圍內(nèi)的攝象設(shè)備，利用手持終端控制攝像機(jī)對(duì)報(bào)警的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控觀察。
（四）安防
既然跟安全相關(guān)，在穩(wěn)定和可靠性上比其他模塊的要求會(huì)更高，所以在推薦使用有線結(jié)構(gòu)，在方案設(shè)計(jì)上，不建議選擇帶安防功能的智能主機(jī)，安防與中控設(shè)備是兩個(gè)概念，安防只是智能控制里的一個(gè)子系統(tǒng)而以，只要是標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)的智能中控主機(jī)都是可以對(duì)接控制的，而市面上多數(shù)的帶安防功能的主機(jī)出現(xiàn)，是因?yàn)槎鄶?shù)廠家之前都是從事安防設(shè)備的，突出了安防，弱化了智能中控。所以優(yōu)先選擇智能中控系統(tǒng)，再配套專業(yè)的安防設(shè)備。
（五）主控制器
主控制器作為各個(gè)模塊之間相互交流的平臺(tái)，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)硬件互聯(lián)和功能的實(shí)現(xiàn)，可以根據(jù)實(shí)際需要選擇安裝。
關(guān)鍵詞：軌道交通；電氣自動(dòng)化；PLC；
中圖分類號(hào)：C913.32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
1 地鐵系統(tǒng)中 PLC 編程現(xiàn)狀
地鐵系統(tǒng)中 PLC 程序設(shè)計(jì)中，可采用 LAD(梯形圖)、STL(指令表)、SFC（程序流程圖）進(jìn)行編程。LAD 表達(dá)直觀、清晰，來完成控制邏輯實(shí)現(xiàn)；STL指令執(zhí)行速度快，用來完成接收、發(fā)送及初始化任務(wù)；SCL指令豐富，適合表達(dá)復(fù)雜計(jì)算過程，用 SCL完成自動(dòng)算法的實(shí)現(xiàn)。
2地鐵系統(tǒng) PLC 編程設(shè)計(jì)
2.1 地鐵系統(tǒng)中 PLC編程方法
針對(duì)地鐵系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用結(jié)構(gòu)化的 PLC 編程方法，該方法把過程控制中的類似或相關(guān)的功能進(jìn)行分類，并試圖提供可以用于幾個(gè)任務(wù)的通用解決方案，結(jié)構(gòu)化程序能夠重復(fù)利用通用邏輯關(guān)系或代碼。
2.2 地鐵系統(tǒng)中 PLC可靠性的編程方案
地鐵系統(tǒng)中 PLC程序應(yīng)當(dāng)具備功能的完備性和運(yùn)行的可靠性，我們從以下編程方案來提高 PLC控制系統(tǒng)的可靠性：
2.2.1 正確選用按鈕觸點(diǎn)，提高可靠性。
在地鐵系統(tǒng)中 PLC控制一般是開關(guān)量控制比較多，根據(jù)輸出量是斷開還是閉合為安全狀態(tài)來設(shè)計(jì)邏輯控制程序。
2.2.2 設(shè)計(jì)故障檢測程序。
a.時(shí)間故障檢測程序，在地鐵系統(tǒng)中，為了提高 PLC控制系統(tǒng)工作的可靠性，可以專門設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，作為監(jiān)控程序部分，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測。
b.邏輯錯(cuò)誤檢測程序，在 PLC 控制系統(tǒng)正常的情況下，各輸入、輸出信號(hào)和中間記憶裝置之間存在著確定的邏輯關(guān)系，一旦出現(xiàn)異常邏輯關(guān)系，必定是控制系統(tǒng)出了故障。因此，可以預(yù)先編制好一些常見故障的異常邏輯程序，加進(jìn)用戶程序中。c.為了提高 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性，對(duì)關(guān)鍵的故障或關(guān)鍵的部位要在硬件和軟件上設(shè)置雙重保護(hù)。
2.2.3 合理設(shè)計(jì)控制回路。
針對(duì) PLC是成批輸入、輸出的工作方式，我們采取的方法是將點(diǎn)動(dòng)按鈕或急停按鈕直接控制執(zhí)行元件，將保護(hù)性的觸點(diǎn)接在 PLC 輸出回路與相應(yīng)的執(zhí)行元件串聯(lián)，表明執(zhí)行元件工作狀態(tài)的指示燈不應(yīng)該接在輸出回路，因?yàn)樗荒苤甘鞠到y(tǒng)當(dāng)前應(yīng)有的狀態(tài)而不是實(shí)際狀態(tài)。
2.3 地鐵系統(tǒng)中 PLC網(wǎng)絡(luò)通訊編程
在地鐵系統(tǒng)中，一般都選用支持多種通訊協(xié)議 plc，主要有工業(yè)以太網(wǎng)、Profibus- DP、MPI 方式、自由通訊口方式等。
2.4 地鐵系統(tǒng)中 PLC程序設(shè)計(jì)的過程
2.4.1 分析控制過程。地鐵機(jī)電控制系統(tǒng)中，一般由給排水、通風(fēng)、供電、FAS、BAS 等系統(tǒng)組成，每個(gè)系統(tǒng)都有特定的工藝控制要求，詳細(xì)分析被控對(duì)象的工藝和控制過程及工況特點(diǎn)，了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合，提出被控對(duì)象對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書。
2.4.2 確定輸入／輸出設(shè)備。根據(jù)地鐵系統(tǒng)的控制要求，制定解決任務(wù)方案，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備（如：按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等）和輸出設(shè)備（如：接觸器、電動(dòng)閥、電磁閥、信號(hào)指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與 PLC有關(guān)的輸入 / 輸出設(shè)備，以確定 PLC的 I/O點(diǎn)數(shù)。
2.4.3選擇 PLC。一般地鐵系統(tǒng)中都采用中型以上的 PLC，在編程之前根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，選擇 PLC 的 CPU 模塊和 I/O 模塊，從以下幾個(gè)方面考慮：a.可以根據(jù)現(xiàn)場情況，采用單主站、擴(kuò)展方式或 ProfilBus現(xiàn)場總線進(jìn)行輸入、輸出點(diǎn)的控制，CPU控制點(diǎn)一般要有 20%的冗余。b.地鐵系統(tǒng)中控制任務(wù)一般不復(fù)雜，難度也不是很高，但是對(duì)安全和穩(wěn)定性要求比較高，所以一般采用硬件冗余的方式。c.可以根據(jù)地鐵系統(tǒng)各子系統(tǒng)的對(duì)時(shí)間、突發(fā)事件處理、現(xiàn)場信號(hào)診斷等要求，選用 CPU 是否支持中斷功能。d.當(dāng)?shù)罔F系統(tǒng) PLC 控制系統(tǒng)需要參與信息化管理時(shí)，選擇 CPU 模塊時(shí)應(yīng)考慮通訊功能或通訊模塊，有時(shí)系統(tǒng)需要預(yù)留擴(kuò)展接口以便與其他 PLC 系統(tǒng)兼容。
2.4.4 分配I/O 點(diǎn)并設(shè)計(jì) PLC 硬件線路。a.分配 I/O 點(diǎn)。畫出 PLC 的 I/O 點(diǎn)與輸入／輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表。b.設(shè)計(jì) PLC硬件線路。畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進(jìn)入 PLC的控制電路等。由 PLC的 I/O連接圖和 PLC電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。
3地鐵變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
變電站管理單元內(nèi)的主監(jiān)控部分采用可編程控制器PLC。CPU模塊采用80586處理器，主頻66MHz，內(nèi)存2M，并配有存放數(shù)據(jù)、可調(diào)參數(shù)和軟件的RAM和FLASH MEMORY。能對(duì)CPU及I/O進(jìn)行自診斷。電源模塊，采用冗余配置。電源采用冗余配置，系統(tǒng)輸人兩路直流電源，保證系統(tǒng)在1路電源失電時(shí)，系統(tǒng)仍可無擾動(dòng)安全運(yùn)行，提高系統(tǒng)的可靠性。通訊模塊采用Modbus+通訊模塊。間隔層的微機(jī)保護(hù)裝置經(jīng)過RS一485總線分成幾個(gè)組，連接到網(wǎng)橋的Modbus通訊口上，通過網(wǎng)橋收集數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)通過MB+網(wǎng)絡(luò)送到主監(jiān)控單元PLC。
系統(tǒng)的主監(jiān)控單元可通過可編程網(wǎng)橋編制不同的規(guī)約，滿足與不同智能設(shè)備之間的接口需要。MODBUS網(wǎng)橋NW-BM85C002MB+網(wǎng)橋/多路轉(zhuǎn)換器，每臺(tái)網(wǎng)橋具有4個(gè)通訊口與間隔層的智能設(shè)備通訊，網(wǎng)橋?qū)ODBUS協(xié)議的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)化，通過MB十網(wǎng)絡(luò)與PLC建立網(wǎng)絡(luò)通訊，同時(shí)在中央信號(hào)屏中還配有可編程網(wǎng)橋NW一BM85C485，通過MB+網(wǎng)絡(luò)與PLC連接，每個(gè)可編程網(wǎng)橋具有四個(gè)通訊協(xié)議可編程的RS一485口，在本方案中對(duì)其中的兩個(gè)口進(jìn)行編程，使之通過IEC一60870-7-101與中央控制中心通訊。
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊層向上通過可編程網(wǎng)橋的RS一422接口采用IEC60870-5-101國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約實(shí)現(xiàn)與控制中心通訊;向下網(wǎng)絡(luò)通訊層通過網(wǎng)橋RS-422接口MODBUS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約實(shí)現(xiàn)與主變電站內(nèi)的各開關(guān)柜或保護(hù)屏內(nèi)的微機(jī)綜合保護(hù)測控單元等智能裝置通訊，滿足變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)控制、測量、保護(hù)的技術(shù)要求。通過網(wǎng)橋與智能設(shè)備及控制中心通訊，由網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換，降低PLC的CPU模塊負(fù)荷率，提高系統(tǒng)的可靠性。配置液晶顯示器，用于變電所內(nèi)監(jiān)控、軟件維護(hù)，設(shè)備調(diào)試，站控層操作等人機(jī)接口。帶有液晶顯示器實(shí)現(xiàn)站內(nèi)數(shù)據(jù)的顯示和控制。液晶顯示以漢字實(shí)時(shí)顯示所內(nèi)所有事故、預(yù)告信號(hào)、所內(nèi)各微機(jī)綜合保護(hù)測控單元的運(yùn)行狀態(tài)。事件變位的內(nèi)容、時(shí)間等。當(dāng)多個(gè)事故信號(hào)同時(shí)發(fā)生時(shí)，液晶顯示報(bào)警裝置按新舊次序，在所內(nèi)時(shí)間分辨率的范圍內(nèi)依次顯示各種信息，并能存儲(chǔ)。操作員通過按鈕對(duì)顯示進(jìn)行選擇，必要時(shí)操作員可通過該組操作按鈕對(duì)開關(guān)進(jìn)行所內(nèi)集中控制。就地一遠(yuǎn)方控制切換裝置。為便于系統(tǒng)運(yùn)行的需要，在中央信號(hào)屏內(nèi)裝有就地一遠(yuǎn)方切換開關(guān)，實(shí)現(xiàn)就地控制和遠(yuǎn)方控制之間的方式切換和閉鎖。在變電站控制上，方便分層控制和管理。系統(tǒng)的電源采用冗余配置，系統(tǒng)輸人兩路直流電源，保證系統(tǒng)在一路電源失電時(shí)，系統(tǒng)仍可無擾動(dòng)安全運(yùn)行，提高系統(tǒng)的可靠性。
3.2開放式、宜擴(kuò)展性設(shè)計(jì)
可以與滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約(profibus, spabus, modbus等)的其它公司相關(guān)的(IED)互聯(lián)進(jìn)行信息交換。充分考慮到變電站擴(kuò)建、改造等因素，間隔層設(shè)備基于模塊式標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，可根據(jù)要求隨意配置，變電站層設(shè)備設(shè)置靈活。網(wǎng)絡(luò)通訊層設(shè)計(jì)考慮到工業(yè)以太網(wǎng)、CAN、422、modbus+等現(xiàn)場總線的接口設(shè)計(jì)，能充分滿足大流量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送的實(shí)時(shí)性和可靠性。
3.3軟件設(shè)計(jì)
PLC軟件方面，由于PLC以循環(huán)掃描和中斷兩種方式來執(zhí)行程序。為了完成所有RTU功能，PLC采用循環(huán)掃描方式，與各個(gè)間隔層保護(hù)單元進(jìn)行通訊。通過Modbus總線，讀取各個(gè)保護(hù)單元的遙測、遙信信息，同時(shí)通過總線通訊對(duì)各個(gè)智能保護(hù)裝置進(jìn)行設(shè)點(diǎn)操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)的遙控功能。本系統(tǒng)采用了Quantum系列PLC配套的con-cept編程軟件中的FBD方式，進(jìn)行了PLC的組態(tài)，實(shí)現(xiàn)了變電站自動(dòng)化的三遙功能。
3.4系統(tǒng)功能及特點(diǎn)
變電站自動(dòng)化實(shí)施對(duì)變電站各種設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種設(shè)備的微機(jī)控制、監(jiān)視、邏輯閉鎖、微機(jī)測量以及實(shí)現(xiàn)所間開關(guān)聯(lián)跳功能。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn):
(1)完善的自檢功能，除通過通信對(duì)各單元進(jìn)行監(jiān)控外，各單元中保護(hù)和監(jiān)控模塊都具有極強(qiáng)的自檢功能，同時(shí)二者相互監(jiān)視，一旦發(fā)生異常，及時(shí)報(bào)警，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。
(2)開關(guān)、刀閘狀態(tài)信息采用常開及常閉雙位置接點(diǎn)，通過軟件判斷其合法性。
(3)監(jiān)控系統(tǒng)采用PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的RTU，各智能模塊采集的數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線上傳到通訊控制器。
(4)取消了常規(guī)光字牌，采用計(jì)算機(jī)模擬光字牌，并按不同電壓等級(jí)的分層模式來顯示。
(5)簡化防誤閉鎖設(shè)計(jì)，重要設(shè)備之間用硬接線實(shí)現(xiàn)閉鎖功能，綜合自動(dòng)化軟件具備軟件邏輯判別功能，但考慮到已有運(yùn)行和檢修經(jīng)驗(yàn)，一般不在后臺(tái)軟件中進(jìn)行閉鎖。
(6)對(duì)暫態(tài)變位信號(hào)，經(jīng)軟件處理，采用自保持方式，未經(jīng)人工確認(rèn)信號(hào)不會(huì)消失。
參考文獻(xiàn)：
[1]黃益莊《變電站綜合自動(dòng)化技術(shù) 》北京中國電力出版社，2000,1(2):41-43
【關(guān)鍵詞】網(wǎng)絡(luò)化；集成
1.DNC系統(tǒng)概述
DNC意思是直接數(shù)字控制或分布數(shù)字控制，是Distributed Numerical Control或Direct Numerical Control的簡稱。DNC最早是指分布式數(shù)控系統(tǒng)，它的含義是用一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)同時(shí)控制多臺(tái)數(shù)控機(jī)床，由該計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)NC程序管理和傳送。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和CNC技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)存儲(chǔ)容量得到很大的提高，其計(jì)算速度也大為提高。DNC由簡單的直接數(shù)字控制轉(zhuǎn)向分布式數(shù)字控制，它不僅有直接數(shù)字控制的功能，還有系統(tǒng)信息管理、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視和系統(tǒng)控制的功能。
DNC目前著眼于車間的信息集成，針對(duì)車間的生產(chǎn)計(jì)劃，技術(shù)準(zhǔn)備，加工操作等基本作業(yè)進(jìn)行集中監(jiān)控和分散控制，把生產(chǎn)任務(wù)通過局域網(wǎng)分配給各個(gè)加工單元，并使之信息相互交換。DNC集成模式可根據(jù)車間規(guī)模大小不同，構(gòu)成不同的結(jié)構(gòu)層次，有單層、雙層和多層DNC系統(tǒng)。一個(gè)DNC集成系統(tǒng)的最高層次可以是單元級(jí)甚至是車間級(jí)、工廠級(jí)，至于DNC主機(jī)則處在工作站層。設(shè)備層中，可以包括DNC接口計(jì)算機(jī)，也可以不需要DNC接口機(jī)，DNC集成系統(tǒng)中是否需要DNC接口計(jì)算機(jī)要根據(jù)實(shí)際需求情況而定。如圖1(a、b、c)：
根據(jù)DNC結(jié)構(gòu)層次的不同，其構(gòu)成往往也不同，但其基本組成是一樣的，圖2是典型的DNC系統(tǒng)，
其重要組成部有：DNC主計(jì)算機(jī)；數(shù)據(jù)通信線；DNC接口；NC或CNC裝置；軟件系統(tǒng)。
由于DNC系統(tǒng)的多種構(gòu)成形式，系統(tǒng)的大小和復(fù)雜程度也各不相同。具體的DNC系統(tǒng)選擇要根據(jù)其要求達(dá)到的目標(biāo)和具體的實(shí)際條件來決定。影響DNC系統(tǒng)配置的因素很多，如圖3所示，但首先應(yīng)考慮實(shí)際的具體需求。
DNC控制系統(tǒng)方案的選擇原則是：可靠性；經(jīng)濟(jì)性；靈活性。
DNC系統(tǒng)具有兩個(gè)方面的功能：一是基本功能；二是擴(kuò)展功能，如圖4所示。基本功能主要包括NC程序的管理和實(shí)現(xiàn)DNC主機(jī)和數(shù)控系統(tǒng)之間程序傳輸。擴(kuò)展功能則是在基本功能的基礎(chǔ)上添加通信控制功能、生產(chǎn)計(jì)劃及管理、工裝刀具管理、數(shù)控工藝管理、毛坯物料流程控制和庫存等功能。
2.DNC系統(tǒng)中的通訊網(wǎng)絡(luò)
DNC系統(tǒng)是實(shí)施FMS和CIMS的必要基礎(chǔ)，它利用一臺(tái)計(jì)算機(jī)處理多臺(tái)數(shù)控機(jī)床，通過通信網(wǎng)絡(luò)完成加工信息、加工參數(shù)和NC代碼的傳送與處理，因此通訊網(wǎng)絡(luò)在DNC系統(tǒng)中是至關(guān)重要的。通訊網(wǎng)絡(luò)主要包括控制計(jì)算機(jī)、數(shù)控設(shè)備，I/O接口通信單元等。現(xiàn)有很多種具有良好性能的通信網(wǎng)絡(luò)可供選擇，在實(shí)際選擇時(shí)，需要考慮計(jì)算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的兼容程度，實(shí)際的生產(chǎn)流程情況等因素的影響。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是DNC技術(shù)中很重要的一部分，在DNC系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)用戶需求而實(shí)現(xiàn)的，而支持制造自動(dòng)化系統(tǒng)功能目標(biāo)的專用工業(yè)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)系統(tǒng)，具有以下特點(diǎn)：
制造自動(dòng)化系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，包括車間、單元、工作站和設(shè)備層，這些層次上信息的特征、交換形式和要求各不相同，因而選用的通信聯(lián)網(wǎng)形式和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也不相同。此外，為滿足整體系統(tǒng)信息集成的要求，還要考慮制造自動(dòng)化系統(tǒng)同計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)上層系統(tǒng)的通信要求，因此制造自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)是嵌入到一個(gè)由若干應(yīng)用服務(wù)類型不同的局域子網(wǎng)互連集成環(huán)境中的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
同時(shí)由于近年來局域網(wǎng)產(chǎn)品發(fā)展迅速，制造自動(dòng)化系統(tǒng)子網(wǎng)內(nèi)部，在通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、訪問存儲(chǔ)控制方法及通信介質(zhì)等方面都有差異，特別是在底層設(shè)備的通信方面，標(biāo)準(zhǔn)化程度并不一樣，這阻礙了不同類型網(wǎng)絡(luò)的互連性。解決不同供應(yīng)廠商的通信及聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的互連問題，是DNC網(wǎng)絡(luò)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。
DNC系統(tǒng)從信息需求看可分為四個(gè)方面，即：網(wǎng)絡(luò)訪問與系統(tǒng)支撐、信息格式與共享、底層通信支撐、加工設(shè)備(如機(jī)床)的監(jiān)控。
3.網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)化制造是一種新型的制造模式，它以數(shù)字化、柔性化和敏捷化為基本特征。柔性化與敏捷化是快速響應(yīng)客戶需求的前提，表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)上的快速重組、性能上的快速響應(yīng)、過程中的并行性與分布式?jīng)Q策。因此，網(wǎng)絡(luò)化制造模式下的數(shù)控加工系統(tǒng)應(yīng)具有集成、分布和廣義的特征，同時(shí)必須獲得信息高速公路的充分支持，這是網(wǎng)絡(luò)化制造的根本要求，也是網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控加工系統(tǒng)的內(nèi)在特性。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控加工系統(tǒng)應(yīng)具有下列功能：
(1)網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控加工系統(tǒng)是一個(gè)數(shù)控加工信息集成系統(tǒng)
網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控加工系統(tǒng)不僅僅是一個(gè)數(shù)控程序傳輸系統(tǒng)，而是包括制造數(shù)據(jù)傳輸、機(jī)床狀態(tài)采集、作業(yè)任務(wù)分配、機(jī)床信息管理、機(jī)床狀態(tài)數(shù)據(jù)分析等的集成化信息系統(tǒng)。
(2)支持基于網(wǎng)絡(luò)的制造數(shù)據(jù)共享功能
網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控加工系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)盟企業(yè)計(jì)算中心與現(xiàn)場數(shù)控設(shè)備之間的信息共享。該功能主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面：一方面實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備可以共享聯(lián)盟企業(yè)計(jì)算中心的加工程序代碼，實(shí)現(xiàn)聯(lián)盟企業(yè)計(jì)算中心的計(jì)算能力通過網(wǎng)絡(luò)的延伸;另一方面聯(lián)盟企業(yè)計(jì)算中心可以通過網(wǎng)絡(luò)接收來自數(shù)控設(shè)備的制造數(shù)據(jù)，服務(wù)于其它數(shù)控設(shè)備。
(3)支持基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能
網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控加工系統(tǒng)能夠通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)機(jī)床的狀態(tài)信息，反映機(jī)床的運(yùn)行歷史，統(tǒng)計(jì)機(jī)床的運(yùn)行報(bào)告，同時(shí)通過Web攝像機(jī)實(shí)時(shí)現(xiàn)場的生產(chǎn)情況。這要求一方面采集機(jī)床狀態(tài)，另一方面把這些采集的信息實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)記錄到機(jī)床的運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床全部生產(chǎn)時(shí)間的狀態(tài)記載。
(4)支持跨平臺(tái)的操作功能
由于盟友的計(jì)算機(jī)軟、硬件、數(shù)控加工設(shè)備、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及應(yīng)用等具有多樣性，因此，網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控加工系統(tǒng)必須是開放式的，能夠?yàn)槊擞烟峁╅_放、公共的界面，支持跨平臺(tái)操作，支持不同地域的多用戶同時(shí)操作和信息共享。這就要求網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控加工中的信息共享平臺(tái)必須支持跨平臺(tái)操作。
DNC集成的模式可根據(jù)車間規(guī)模大小和生產(chǎn)設(shè)備的不同，采用一般控制結(jié)構(gòu)和多級(jí)控制結(jié)構(gòu)。一般控制結(jié)構(gòu)具有兩級(jí)計(jì)算機(jī)分級(jí)結(jié)構(gòu)，其DNC運(yùn)行模式的控制結(jié)構(gòu)只有工作站和設(shè)備層如圖1(a)，結(jié)構(gòu)簡單、功能集中、投資少、實(shí)現(xiàn)簡單，適合于小規(guī)模的DNC控制。DNC主機(jī)對(duì)多臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行分時(shí)控制，從大容量內(nèi)存中調(diào)用零件程序指令，分配和發(fā)送給機(jī)床，實(shí)現(xiàn)操作指令下達(dá)和狀態(tài)信息反饋等功能，并隨時(shí)做出相應(yīng)。
多級(jí)DNC樹型結(jié)構(gòu)的頂部一般具有通用的能力，控制與協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)，底部主要是面向應(yīng)用，具有專用性，完成特定任務(wù)。其常用結(jié)構(gòu)是二、三級(jí)結(jié)構(gòu)，以三級(jí)居多，其結(jié)構(gòu)如圖5：
上層計(jì)算機(jī)主要由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和DNC主控制機(jī)構(gòu)成，用來完成CAD/CAM/CAPP等數(shù)據(jù)的管理和傳送功能，往往承擔(dān)著系統(tǒng)的管理、生產(chǎn)計(jì)劃和物料需求計(jì)劃等功能。中間DNC控制系統(tǒng)直接接收上一級(jí)系統(tǒng)的信息，也可根據(jù)下一級(jí)的設(shè)備狀態(tài)，進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，實(shí)時(shí)的分配加工任務(wù)及反饋一些統(tǒng)計(jì)信息和系統(tǒng)狀態(tài)信息。最底層的設(shè)備層主要由各種數(shù)控機(jī)床組成，通過RS-232接口與DNC主機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊。它接收上一級(jí)的加工指令和控制信息，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的加工操作，也可向上反饋工況信息。
4.網(wǎng)絡(luò)化的DNC集成數(shù)控加工系統(tǒng)的特點(diǎn)
“集成”是網(wǎng)絡(luò)化的DNC集成數(shù)控加工系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)DNC系統(tǒng)最主要的特征。DNC系統(tǒng)的“集成”主要體現(xiàn)在:DNC系統(tǒng)的集成不僅是設(shè)備的集成，也是功能的集成，信息的集成，控制與管理的集成，是一種“廣義的集成”。其次，DNC系統(tǒng)的集成可以是車間內(nèi)不同品牌、不同協(xié)議的智能設(shè)備之間的集成，也可以是不同車間、不同系統(tǒng)之間的集成，甚至是廠內(nèi)與廠外或遠(yuǎn)程設(shè)備之間的集成，是一種“開放式的集成”。最后，DNC系統(tǒng)的集成是一種“分級(jí)集成”，即這種集成，可以是設(shè)備級(jí)的、工作站級(jí)的、單元級(jí)的，也可以是車間級(jí)的，甚至是跨車間級(jí)的。因此，集成環(huán)境下的DNC必須滿足集成通訊、兼容性、開放性、實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。
DNC集成模式可根據(jù)車間規(guī)模大小的不同，構(gòu)成不同的結(jié)構(gòu)層次，主要有以下幾種：
(1)工作站層運(yùn)行模式
工作站層模式包括工作站層和設(shè)備層，如圖6(a)。該模式是用一臺(tái)中央計(jì)算機(jī)集中控制管理一組機(jī)床。該集成DNC除了具有基本的DNC功能外，還具有CAD/CAPP/CAM以及MRPⅡ等系統(tǒng)的接口，甚至可以將這些系統(tǒng)集成在DNC主機(jī)內(nèi)。該模式結(jié)構(gòu)簡單、功能集中、投入少，適合車間局部進(jìn)行DNC控制。
(2)單元層運(yùn)行模式
單元層模式采用包括單元層、工作站層和設(shè)備層。DNC主機(jī)負(fù)責(zé)制造數(shù)據(jù)的管理、傳送和設(shè)備狀態(tài)信息的采集；單元控制器負(fù)責(zé)產(chǎn)品及工藝的設(shè)計(jì)、NC程序的生成、成產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)調(diào)度等工作。此運(yùn)行模式還可以對(duì)輔助設(shè)備單元進(jìn)行控制管理，如圖6(b)。
(3)車間層運(yùn)行模式
車間層模式包括設(shè)備層、單兀層和車間層，這一模式覆蓋了整個(gè)車間。其結(jié)構(gòu)如圖6 (c)，可以看出，集成DNC主機(jī)通過單元控制器從車間層獲取產(chǎn)品制造信息，單元控制器的主要功能是進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)調(diào)度，與車間主控計(jì)算機(jī)通過局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)管理;集成DNC主機(jī)負(fù)責(zé)NC程序的傳送、設(shè)備狀態(tài)的采集等，在制造單元和工作站數(shù)目不多的情況下，可以將單元控制器和工作站直接掛在車間局域網(wǎng)上，在網(wǎng)上進(jìn)行單元的邏輯構(gòu)造，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)反而更有利于單元重構(gòu)，當(dāng)以前的單元結(jié)構(gòu)不適應(yīng)新的生產(chǎn)要求時(shí)，不變動(dòng)工作站和設(shè)備的空間位置就可以在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行單元的邏輯重構(gòu)。該運(yùn)行模式適合于有單元層設(shè)置的車間。
(4)跨車間運(yùn)行模式
前面三種運(yùn)行模式構(gòu)成的DNC集成系統(tǒng)沒有與工廠層信息交換的通道，已越來越不能滿足社會(huì)發(fā)展的需要。為適應(yīng)未來制造業(yè)發(fā)展的需要，車間還應(yīng)建立與Internet的接口，以便車間作為制造單元加入虛擬企業(yè)。信息技術(shù)的發(fā)展，使跨車間、跨工廠、跨地域甚至跨國域的制造信息的交換已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，跨車間運(yùn)行模式結(jié)構(gòu)如圖6(d)，實(shí)際上是一種面向敏捷制造的車間運(yùn)行模式，可實(shí)現(xiàn)敏捷制造企業(yè)的車間重組和動(dòng)態(tài)聯(lián)盟，這種新的車間運(yùn)行模式對(duì)于改造國有大中型企業(yè)、充分發(fā)揮和利用國企的優(yōu)勢(shì)、增強(qiáng)企業(yè)的競爭能力，具有十分重要的意義。
5.數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化的現(xiàn)存問題
由于歷史原因，制造車間往往同時(shí)擁有多種類型的數(shù)控機(jī)床，這些數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)由于生產(chǎn)年代和生產(chǎn)國家、廠家的不同，存在著多種檔次和型號(hào)，從而造成了聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜性，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)因?yàn)閿?shù)控系統(tǒng)不同造成的通訊接口繁雜，通訊功能不一。目前，數(shù)控機(jī)
床常見的通訊接口有:標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)通訊接口、DNC接口等。同時(shí)，還可能具有不同的通訊協(xié)議，數(shù)控系統(tǒng)通訊協(xié)議主要有XON/XOFF辦議和自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求的ARQ協(xié)議兩大類。因此，要解決DNC主機(jī)與這些通訊接口的轉(zhuǎn)換問題。
(2)加工車間內(nèi)環(huán)境差、動(dòng)力設(shè)備多，產(chǎn)生的干擾強(qiáng)，而且頻帶也比較寬，因而通訊系統(tǒng)應(yīng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。
(3)DNC集成的功能可分為下傳NC程序、雙向傳輸NC程序，以及系統(tǒng)狀態(tài)采集和遠(yuǎn)程控制等功能。不同單位對(duì)DNC功能需求差異較大，用戶要根據(jù)實(shí)際情況選擇，以充分發(fā)揮機(jī)床的潛力。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：出入口管理系統(tǒng)；電梯控制
1 概述
隨著社會(huì)的發(fā)展，建筑物中的電梯使用越來越普遍。由于可以乘電梯到所有的樓層，因此電梯給人們帶來便捷的同時(shí)，也帶來了安全的隱患。為避免隱患及管理方便，一些建筑中使用了出入口管理系統(tǒng)對(duì)電梯的運(yùn)行進(jìn)行管理。
出入口管理系統(tǒng)也稱為門禁管理系統(tǒng)，其主要功能是對(duì)受保護(hù)區(qū)域的人員進(jìn)出進(jìn)行管理，其對(duì)電梯的控制主要表現(xiàn)為對(duì)搭乘電梯的人員可以去到的樓層進(jìn)行管理，此時(shí)的每個(gè)樓層在出入口管理系統(tǒng)看來就是一個(gè)受保護(hù)區(qū)域。
比如說在住宅樓中，住戶刷卡僅能去到自己所居住的樓層；在辦公樓中，工作人員刷卡僅能去到與自己工作相關(guān)的樓層；在酒店中，酒店客人刷卡僅能去到自己所住的樓層與公共樓層。前面描述的這些電梯運(yùn)行中的管理都是使用出入口管理系統(tǒng)來對(duì)電梯的運(yùn)行進(jìn)行管理的體現(xiàn)。
2 出入口管理系統(tǒng)的組成部分
出入口管理系統(tǒng)通常由兩部分組成：系統(tǒng)管理軟件；負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)各類功能的系統(tǒng)硬件。
2.1 系統(tǒng)管理軟件
每個(gè)品牌的出入口管理系統(tǒng)都有自己的管理軟件，各個(gè)品牌的管理軟件基本上是不能夠通用的。
一個(gè)完整的出入口管理系統(tǒng)的管理軟件還需要配合數(shù)據(jù)庫管理軟件（通常是微軟的SQL Server）來使用。數(shù)據(jù)庫軟件用于保存管理出入口管理系統(tǒng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)（持卡人信息、系統(tǒng)硬件信息、系統(tǒng)各種規(guī)則設(shè)置信息、卡片信息、時(shí)間表等）、而管理軟件則負(fù)責(zé)持卡人信息、卡片信息的錄入，門禁規(guī)則的制定、時(shí)間表設(shè)定、報(bào)警響應(yīng)、系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)等等。
2.2 控制器
控制器是出入口管理系統(tǒng)中最重要的硬件設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)中所有的卡號(hào)、門禁規(guī)則、電梯控制、觸發(fā)響應(yīng)/宏命令/事件標(biāo)記、時(shí)間表、假日等信息全部保存在控制器中。
正常工作時(shí)，控制器接收系統(tǒng)前端設(shè)備傳送來的信息，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的規(guī)則對(duì)系統(tǒng)事件信息作出判斷響應(yīng)，根據(jù)判斷結(jié)果發(fā)出對(duì)應(yīng)的執(zhí)行指令控制系統(tǒng)前端設(shè)備動(dòng)作，或是向系統(tǒng)管理軟件發(fā)出報(bào)警。系統(tǒng)的所有事件系統(tǒng)管理軟件都應(yīng)該接收并保存在數(shù)據(jù)庫中。
2.3 接口模塊
當(dāng)一個(gè)控制器可以控制的門禁點(diǎn)數(shù)量非常多的時(shí)候，需要連接系統(tǒng)前端設(shè)備所用的線纜將會(huì)非常多，因此將所有線纜都連接到控制器上是非常不現(xiàn)實(shí)的。為了解決該問題，需要將連接系統(tǒng)前端設(shè)備所用的接口從控制器上移出來。這樣就產(chǎn)生了接口模塊。接口模塊僅僅負(fù)責(zé)接收系統(tǒng)前端設(shè)備的信息、執(zhí)行控制器發(fā)來的指令，本身沒有運(yùn)算判斷的功能。
2.4 讀卡器及卡片技術(shù)
讀卡器是出入口管理系統(tǒng)最常用的身份認(rèn)證設(shè)備，它結(jié)合卡片使用來認(rèn)證持卡人的身份。
根據(jù)工作頻率的不同，讀卡器和卡片使用的技術(shù)可以分為IC卡和ID卡兩種，對(duì)于通常的電梯控制來說，選用哪種卡作為身份認(rèn)證手段沒有什么區(qū)別，更多的取決于出入口管理以及一卡通等系統(tǒng)的使用需求。而對(duì)于酒店來說，電梯控制使用何種技術(shù)的卡片取決于酒店門鎖系統(tǒng)使用何種技術(shù)的卡片。在一些安防等級(jí)特別高的場所，可以使用生物識(shí)別技術(shù)作為身份認(rèn)證的手段。
3 出入口管理系統(tǒng)常見系統(tǒng)架構(gòu)
出入口管理系統(tǒng)的架構(gòu)是由系統(tǒng)管理軟件、控制器特性來共同決定的。同一套軟件如果使用不同的控制器也可能會(huì)組成不同的系統(tǒng)架構(gòu)。
3.1 兩層架構(gòu)
兩層架構(gòu)的系統(tǒng)組成由軟件管理層和控制執(zhí)行層組成。
兩層架構(gòu)使用的控制器是帶有前端設(shè)備接口的控制器。
3.2 三層架構(gòu)
三層架構(gòu)的系統(tǒng)組成由軟件管理層、控制層以及執(zhí)行層組成。
由于電梯控制的特殊需求，除了身份認(rèn)證之外還需要大量的輸入、輸出端口，因此在門禁系統(tǒng)選擇上需要盡可能的選用三層架構(gòu)的出入口管理系統(tǒng)以便于輸入、輸出端口的擴(kuò)展。
4 出入口管理系統(tǒng)常見傳輸技術(shù)
4.1 RS485
RS485的理論傳輸距離為1200米，可以將多個(gè)設(shè)備連接在一條總線上。早期的門禁系統(tǒng)中，控制器與門禁服務(wù)器之間、控制器與接口模塊之間均采用RS485進(jìn)行傳輸。
4.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸
近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及大規(guī)模門禁聯(lián)網(wǎng)的需要，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被引入到出入口管理系統(tǒng)中作為門禁控制器與服務(wù)器之間的主要連接方式，而RS485總線連接則作為備選或是冗余的通訊方式。
4.3 韋根（Wiegand）
Wiegand協(xié)議是國際上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，是由摩托羅拉公司制定的一種通訊協(xié)議。它適用于涉及出入口管理系統(tǒng)的讀卡器與接口模塊之間的通訊，目前市場上絕大多數(shù)門禁讀卡器均使用Wiegand方式與接口模塊通訊。
Wiegand協(xié)議的理論傳輸距離為150米。
5 電梯控制功能的實(shí)現(xiàn)
根據(jù)對(duì)電梯運(yùn)行管理方式的不同，電梯梯控可以分為軟件控制和硬件控制兩種方式。電梯控制是對(duì)需要控制的樓層實(shí)現(xiàn)管理，而對(duì)公共樓層不予限制。乘客在電梯轎廂外的呼梯動(dòng)作通常也不限制。受到管理的僅僅是乘客在電梯轎廂內(nèi)的樓層選擇操作。
不論是哪種控制方式，都需要在電梯轎廂內(nèi)安裝出入口管理系統(tǒng)的讀卡器，由乘客刷卡來通知出入口管理系統(tǒng)是何人搭乘電梯。出入口管理系統(tǒng)在接收到乘客信息后，則根據(jù)不用的控制方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行的控制。具體介紹如下：
5.1 軟件控制
軟件控制通常是指出入口管理系統(tǒng)廠商通過與電梯制造商達(dá)成協(xié)議，取得電梯運(yùn)行部分的控制協(xié)議，并將其內(nèi)置在出入口管理系統(tǒng)控制軟件中。
由于電梯品牌的選定早于出入口管理系統(tǒng)的確定時(shí)間，而且電梯系統(tǒng)本身發(fā)展迅速，品牌選擇和控制協(xié)議的更新上很難保證，因此現(xiàn)在很少見到采用軟件控制方式的電梯系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞 BAS；數(shù)據(jù)流；權(quán)限；通訊協(xié)議
中圖分類號(hào)TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2013）82-0219-02
1 權(quán)限設(shè)計(jì)思路
車站的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)由中央控制、車站控制和非BAS控制三級(jí)組成。對(duì)于綜合監(jiān)控系統(tǒng)來說，針對(duì)以上設(shè)計(jì)思想，要按以下思路來實(shí)現(xiàn)：
中央控制：即OCC綜合監(jiān)控工作站，在OCC的工作站可以切換到每個(gè)車站的畫面，在相應(yīng)車站的畫面上可以顯示本車站控制權(quán)限位置。
非BAS控制：車站中每個(gè)受控設(shè)備都具備此權(quán)限，屬設(shè)備級(jí)權(quán)限。當(dāng)此權(quán)限在非BAS控制時(shí)：此設(shè)備只響應(yīng)就地控制箱（或低壓環(huán)控柜）上的控制按鈕；綜合監(jiān)控系統(tǒng)不會(huì)對(duì)在非BAS控制權(quán)限狀態(tài)下設(shè)備發(fā)出點(diǎn)動(dòng)控制指令。
說明：豎線左側(cè)為設(shè)備級(jí)權(quán)限，每個(gè)受控設(shè)備一個(gè)；豎線右側(cè)為車站級(jí)權(quán)限，一個(gè)車站只有一個(gè)。
自左向右，優(yōu)先級(jí)別越來越小。當(dāng)權(quán)限開關(guān)向上開的時(shí)候，系統(tǒng)將屏蔽掉其右側(cè)發(fā)過來的控制指令；當(dāng)權(quán)限開關(guān)向下開的時(shí)候表示系統(tǒng)接受其右側(cè)發(fā)來的控制指令。當(dāng)前車站在正常工況下運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在符合以上規(guī)則的前提下，執(zhí)行收到FAS發(fā)來的第一個(gè)火災(zāi)報(bào)警。在FAS發(fā)來第一個(gè)有效報(bào)警后，系統(tǒng)在復(fù)位前將不再受FAS系統(tǒng)的報(bào)警控制，任何模式指令都不再被執(zhí)行，設(shè)備控制按上圖所示的權(quán)限級(jí)別序列。一個(gè)火災(zāi)執(zhí)行周期是指系統(tǒng)從正常工況轉(zhuǎn)火災(zāi)工況時(shí)開始，到火災(zāi)救災(zāi)結(jié)束系統(tǒng)復(fù)位后結(jié)束。在一個(gè)火災(zāi)周期內(nèi)，系統(tǒng)在符合以上規(guī)則的前提下，只執(zhí)行FAS或ISCS發(fā)來的第一個(gè)火災(zāi)模式指令，收到的其他模式指令只記錄不執(zhí)行。在任何工況下，IBP盤按鈕可發(fā)出火災(zāi)模式指令，BAS立即執(zhí)行IBP盤按鈕發(fā)出的火災(zāi)模式指令。
在IBP盤上的模式操作按鈕為帶燈按鈕，在有權(quán)限的時(shí)候按下模式啟動(dòng)，通過燈的不同狀態(tài)表示模式的執(zhí)行狀態(tài)。
模式停止：熄燈
模式執(zhí)行中：燈以1HZ頻率閃爍
模式執(zhí)行失敗：燈以2HZ頻率閃爍
模式執(zhí)行成功：燈常亮
3 權(quán)限狀態(tài)數(shù)據(jù)流
設(shè)備級(jí)權(quán)限通過R I/O或通訊接口獲得，R I/O的通訊模塊取得設(shè)備權(quán)限狀態(tài)后通過進(jìn)行數(shù)據(jù)打包后通訊傳遞給車站主PLC；IBP盤信息通過硬線接口與BAS系統(tǒng)的RIO相連，將IBP盤上的權(quán)限信息打包后通過通訊傳遞給車站主PLC；車站和OCC的綜合監(jiān)控工作站的控制指令先傳遞到車站實(shí)時(shí)服務(wù)器，車站實(shí)時(shí)服務(wù)器直接和車站主PLC通過以太網(wǎng)相連，即：車站或OCC的綜合監(jiān)控工作站的指令直接與主PLC連接，實(shí)現(xiàn)權(quán)限設(shè)定。
各種權(quán)限到達(dá)主PLC后，主PLC進(jìn)行綜合判斷，決定系統(tǒng)當(dāng)前權(quán)限狀態(tài)，并反饋到工作站上用于監(jiān)視。這時(shí)主PLC收到設(shè)備或模式的控制指令后，通過權(quán)限判斷，符合權(quán)限的指令將被執(zhí)行，不符合權(quán)限的指令將被丟棄（即指令將不被執(zhí)行，系統(tǒng)會(huì)將指令復(fù)位，對(duì)設(shè)備和模式?jīng)]有任何影響）。
4 設(shè)備動(dòng)作操作的執(zhí)行過程
設(shè)備的動(dòng)作操作的指令來源可以分為兩種形式，一是由模式操作指令解析得出的設(shè)備動(dòng)作指令；另一個(gè)是由HMI進(jìn)行設(shè)備點(diǎn)動(dòng)而發(fā)出的設(shè)備動(dòng)作指令，主PLC得出設(shè)備動(dòng)作指令后會(huì)直接將其通訊到相關(guān)執(zhí)行方，進(jìn)行設(shè)備控制。遵從以下步驟進(jìn)行處理：從設(shè)備操作指令來源發(fā)來的設(shè)備控制指令先會(huì)被送到主PLC中，PLC經(jīng)過邏輯計(jì)算，判斷此指令是否為權(quán)限允許的指令。如果指令來源和系統(tǒng)當(dāng)前的權(quán)限狀態(tài)相符合則把相應(yīng)的動(dòng)作指令通過通訊下發(fā)到低壓設(shè)備控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程I/O等，由低壓設(shè)備控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程I/O對(duì)設(shè)備的控制回路進(jìn)行控制。主PLC發(fā)出的控制指令為脈沖形式。
無論以上哪種設(shè)備操作形式，在主PLC將設(shè)備的動(dòng)作指令發(fā)出的同時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器對(duì)設(shè)備動(dòng)作的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)并輪詢低壓設(shè)備控制系統(tǒng)等相關(guān)接口方的設(shè)備狀態(tài)。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)此操作所希望的設(shè)備的狀態(tài)與設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)此設(shè)備的狀態(tài)不能達(dá)到操作所希望的設(shè)備狀態(tài)，則返回設(shè)備“超時(shí)”報(bào)警。設(shè)備的“超時(shí)”報(bào)警在HMI顯示并添加到設(shè)備報(bào)警欄中。
5 結(jié)論
BAS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及到政策的制定、政策的實(shí)施以及實(shí)施效果的評(píng)估等，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的漏洞都會(huì)使這個(gè)系統(tǒng)工程產(chǎn)生偏差，要求從事這個(gè)行業(yè)的同仁具有社會(huì)責(zé)任感，為共同致力于智能化建筑的系統(tǒng)集成這項(xiàng)國計(jì)民生的事業(yè)盡一份力量。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】人防工程；現(xiàn)場總線；系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1、引言
人防工程是為保障戰(zhàn)爭時(shí)期或其他非常規(guī)時(shí)期物資掩蔽以及人員安全而單獨(dú)修建或者依托于地面建筑的地下防護(hù)建筑。我國人防工程的發(fā)展始于上世紀(jì)六十年代末七十年代初，當(dāng)時(shí)興起的“深挖洞”的群眾運(yùn)動(dòng)，各家各戶甚至各單位都在自家房屋地下挖地洞，相互連通，形成四通八達(dá)的地道網(wǎng)。但是這種工程輻射面積較小、質(zhì)量差。現(xiàn)在，各地政府在建設(shè)人防工程時(shí)都會(huì)進(jìn)行可行性論證，既要保證戰(zhàn)時(shí)防空需要又要考慮到經(jīng)濟(jì)建設(shè)、城市發(fā)展以及人民生活的需要。[1]
在我國整個(gè)國防工程體系中人防工程占據(jù)重要地位，同時(shí)也是現(xiàn)代城市建設(shè)的重要內(nèi)容。人防工程根據(jù)其戰(zhàn)時(shí)用途可以分為指揮通訊、人員掩蔽、醫(yī)院、救護(hù)站、倉庫、車庫等，按平時(shí)用途則可以分為商場、游樂場等。伴隨信息技術(shù)、電力電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，各國人防工程紛紛采用先進(jìn)控制技術(shù)手段，人防工程自動(dòng)化控制程度不斷提高。[2]目前我國人防工程自動(dòng)化程度相比其他先進(jìn)國家還有差距，在提高人防工程保障能力和保障水平，節(jié)約能源，降低工程運(yùn)行管理費(fèi)用方面尚有所欠缺。
本文分析了現(xiàn)場總線技術(shù)在人防工程底層設(shè)備鋪設(shè)以及集成方面的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)于其他自動(dòng)控制技術(shù)以及設(shè)備應(yīng)用進(jìn)行初步的討論。
2、現(xiàn)場總線技術(shù)概述
現(xiàn)場總線（Fieldbus）問世至今不過二三十年，但是從其出現(xiàn)到現(xiàn)在卻經(jīng)歷了迅速的發(fā)展。現(xiàn)場總線技術(shù)致力于解決現(xiàn)場智能化儀表儀器、控制器以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備之間數(shù)字通信以及這些設(shè)備和更高級(jí)的控制系統(tǒng)之間的信息傳遞的問題。現(xiàn)場總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過程設(shè)備的底層，承擔(dān)總控系統(tǒng)基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)，要求其具有協(xié)議簡單、容錯(cuò)能力強(qiáng)、安全性好和成本低等特點(diǎn)。現(xiàn)圖1為人防工程現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖示。
上圖所示即為人防工程自動(dòng)化控制系統(tǒng)現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)模式，此系統(tǒng)最底層設(shè)備之間連接技術(shù)即為現(xiàn)場總線技術(shù)，此分布式控制系統(tǒng)由現(xiàn)場從站多個(gè)節(jié)點(diǎn)子系統(tǒng)構(gòu)成，各子系統(tǒng)組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類型可以分為樹型、線型、環(huán)型等，采用光纖絞線作為傳輸介質(zhì)。頂層主站可以與Internet實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，形成或開放或封閉的多選擇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。[3]
3、現(xiàn)場總線技術(shù)在人防工程中的應(yīng)用
人防工程中現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用具有其巨大優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：
（1）現(xiàn)場總線技術(shù)由于其布線方式簡單，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡潔，從而使得系統(tǒng)成本較低，系統(tǒng)調(diào)試以及維護(hù)投資大大降低。
（2）現(xiàn)場總線技術(shù)數(shù)據(jù)響應(yīng)速度快、傳輸可靠、抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。
（3）現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用在底層設(shè)備上，從站節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)專門為了應(yīng)對(duì)復(fù)雜的環(huán)境，適用場合較廣。
（4）現(xiàn)場總線技術(shù)不同于其他高層控制技術(shù)，其接口具有高度適用性，可與多種高層控制系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳下達(dá)，系統(tǒng)具有明顯的開放性。
人防工程系統(tǒng)是一個(gè)綜合型系統(tǒng)，其主要組成為供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)以及空調(diào)系統(tǒng)等子系統(tǒng)。供配電子系統(tǒng)的作用包括供電以及配電兩個(gè)方面，主要負(fù)責(zé)供應(yīng)電力電源以及備用電源，同時(shí)負(fù)責(zé)向其他各個(gè)子系統(tǒng)配送電力。供配電系統(tǒng)的底層電子設(shè)備主要包括各變壓器、柴油發(fā)電機(jī)組、各高低壓配電柜、計(jì)量柜、電容補(bǔ)償柜等，其可靠性要求極高，對(duì)于保障人防工程戰(zhàn)時(shí)安全運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要。照明系統(tǒng)、給排水、給排風(fēng)系統(tǒng)以及空調(diào)系統(tǒng)的主要作用是維持人防工程內(nèi)部適宜的環(huán)境，確保內(nèi)部人員的生存需要。其底層電子設(shè)備主要包括值班、應(yīng)急、火災(zāi)疏散、安全用等照明設(shè)備，循環(huán)水泵、電動(dòng)閘閥、給水泵、排水泵等設(shè)備，溫控、濕控以及送風(fēng)量控制設(shè)備，循環(huán)風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)以及排風(fēng)機(jī)，各伺服電動(dòng)機(jī)等設(shè)備，這些系統(tǒng)是確保基本生存需要的根本，各系統(tǒng)之間需要密切配合，因而對(duì)于通訊速度以及響應(yīng)速度的要求很高。消防系統(tǒng)主要是指火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，主要包括消防聯(lián)動(dòng)裝置、警報(bào)裝置、喇叭、電動(dòng)防火門以及防火卷簾門等設(shè)備，消防子系統(tǒng)要求反應(yīng)快速準(zhǔn)確，動(dòng)作精確，為防止誤報(bào)、遲報(bào)等情況的發(fā)生，控制系統(tǒng)必須具備響應(yīng)快速的要求。上述各子系統(tǒng)配套設(shè)備輸入/輸出信號(hào)多樣，既有數(shù)字量的輸入/輸出，也有模擬量的輸入/輸出，同時(shí)包括繼電器信號(hào)的輸出等，因而要求控制系統(tǒng)接口必須符合使用要求，具有多樣性或者較強(qiáng)的通用性。
現(xiàn)場總線技術(shù)包括CAN總線Lon Works總線以及RS-485、Modbus協(xié)議等幾種。[4]CAN總線技術(shù)相比于其他幾種現(xiàn)場總線技術(shù)在可靠性方面最高，其通訊方式靈活、具有較高的抗干擾能力，成本較低、傳輸速度快，符合人防系統(tǒng)中三防系統(tǒng)（三種不同的通風(fēng)防護(hù)方式轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)）應(yīng)用要求。Lon Works總線技術(shù)采用多種通信介質(zhì)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多樣，有多種組網(wǎng)方式，編程難度低，由于其成本較高，目前尚無成熟開發(fā)工具，但是由于其高度智能化，因此在人防工程系統(tǒng)的多個(gè)子系統(tǒng)諸如進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)以及消防監(jiān)控系統(tǒng)中均可以采用此種技術(shù)。
另外，在人防系統(tǒng)底層電氣設(shè)備中有相當(dāng)數(shù)量設(shè)備采用RS-485接口，利用RS-485接口強(qiáng)大的抗干擾能力實(shí)現(xiàn)較長距離設(shè)備之間快速連接，其結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡單，成本低廉。RS-485物理接口需要建立適用的高層通訊協(xié)議，Modbus協(xié)議可應(yīng)用于RS-485規(guī)范，作為其接口的高層通訊協(xié)議，完成人防系統(tǒng)子系統(tǒng)中空調(diào)系統(tǒng)和給排水系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。
人防工程的電氣系統(tǒng)中，PC機(jī)與現(xiàn)場設(shè)備組成分布式監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)中的自動(dòng)化設(shè)備如智能儀表以及PLC等通常情況下只有RS-232接口，區(qū)別于現(xiàn)場設(shè)備的RS-485接口，因此在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮到兩種接口（RS-232和RS-485）的轉(zhuǎn)換以及對(duì)接問題。有學(xué)者提出基于NPort串口服務(wù)器進(jìn)行設(shè)備的智能集成，避免了高層協(xié)議復(fù)雜的影響同時(shí)也解決了復(fù)雜接口的連接與轉(zhuǎn)換問題，簡單靈活而且實(shí)用經(jīng)濟(jì)。
另外，也有學(xué)者在基于PROFIBUS核心技術(shù)基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)了PROFIBUS-DP從站節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)場總線技術(shù)的采用與本文上述選擇基本吻合，同時(shí)采用C8051F023微控制器以及通信控制器SPC3作為核心對(duì)從站節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了一系列設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)人防工程現(xiàn)場常見離散量和模擬信號(hào)的處理，建立了人防系統(tǒng)底層設(shè)備從站系統(tǒng)模型，并進(jìn)行了驗(yàn)證。系統(tǒng)設(shè)備安裝完成后，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性以及整個(gè)從站系統(tǒng)一次完整響應(yīng)時(shí)間等多項(xiàng)指標(biāo)都進(jìn)行了測試與驗(yàn)證，結(jié)果表明現(xiàn)場總線技術(shù)在各性能指標(biāo)方面均滿足人防工程底層設(shè)備管理的要求，加之其較低的成本投入，使得現(xiàn)場總線技術(shù)成為人防工程底層設(shè)備管理的甚佳選擇。
關(guān)鍵詞：起重機(jī) 變頻器 變頻調(diào)速 制動(dòng)整流
交流變頻調(diào)速技術(shù)已在工業(yè)界中得到廣泛應(yīng)用，它為交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)大范圍、高質(zhì)量地調(diào)速提供了全新的方案。它具有高性能的調(diào)速指標(biāo)，可以使用結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維護(hù)方便的鼠籠異步電動(dòng)機(jī)，并且高效、節(jié)能，其控制線路簡單，維護(hù)工作量小，保護(hù)監(jiān)測功能完善，運(yùn)行可靠性較傳統(tǒng)的交流調(diào)速系統(tǒng)有較大的提高。所以，采用交流變頻調(diào)速是起重機(jī)交流調(diào)速技術(shù)發(fā)展的主流。
1.一般交流變頻器的優(yōu)點(diǎn)
變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于起重機(jī)后，與市場上大量使用的傳統(tǒng)的繞線異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)相比，可帶來以下顯著經(jīng)濟(jì)效益和安全可靠性：
（1）采用交流變頻調(diào)速技術(shù)的起重機(jī)由于變頻器驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性硬，具有精確定位的優(yōu)點(diǎn)不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)起重機(jī)負(fù)載變化時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之變化的現(xiàn)象，可以提高裝卸作業(yè)的生產(chǎn)率。
（2）變頻起重機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，起、制動(dòng)平緩，運(yùn)行中加、減速時(shí)整機(jī)振動(dòng)和沖擊明顯減小，安全性提高，并且延長了起重機(jī)機(jī)械部分的壽命。
（3）機(jī)械制動(dòng)器在電動(dòng)機(jī)低速時(shí)動(dòng)作，主鉤以及大、小車的制動(dòng)由電氣制動(dòng)完成，所以機(jī)械制動(dòng)器的制動(dòng)片壽命大為延長，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用下降。
（4）采用結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的鼠籠異步電動(dòng)機(jī)取代繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，避免了因集電環(huán)、電刷磨損或腐蝕引起接觸不良而造成電動(dòng)機(jī)損壞或不能起動(dòng)的故障。
（5）交流接觸器大量減少，電動(dòng)機(jī)主回路實(shí)現(xiàn)了無觸點(diǎn)化控制，避免了因接觸器觸頭頻繁動(dòng)作而燒損以及由于接觸器觸頭燒損而引起的電動(dòng)機(jī)損壞故障。
（6）交流變頻調(diào)速系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場情況，靈活調(diào)整各檔速度和加、減速時(shí)間，使得變頻起重機(jī)操作靈活、現(xiàn)場適應(yīng)性好。
（7）交流變頻調(diào)速系統(tǒng)屬高效率調(diào)速系統(tǒng)，運(yùn)行效率高，發(fā)熱損耗小，因此比老式調(diào)速系統(tǒng)大量節(jié)電。
（8）變頻器具有完善的保護(hù)、監(jiān)測及自診斷功能，如再結(jié)合PLC控制，可大幅度提高變頻起重機(jī)電控系統(tǒng)的可靠性.
2. 下面闡述變頻器在起重機(jī)機(jī)構(gòu)（運(yùn)行，起升）的優(yōu)點(diǎn)
a. 交流變頻器在起重機(jī)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)
（1）起重機(jī)應(yīng)具有大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，通常超過150%的額定轉(zhuǎn)矩，若考慮超載實(shí)驗(yàn)等因素，至少應(yīng)在起動(dòng)加速過程中提供200%的額定轉(zhuǎn)矩。
（2）當(dāng)平移機(jī)構(gòu)急減速時(shí)，電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài)，其能量要向電源側(cè)回饋，必須根據(jù)不同的現(xiàn)場情況研討如何處理這部分再生能量。
b. 交流變頻器在起重機(jī)起升的優(yōu)點(diǎn)
（1）抱閘邏輯控制與監(jiān)控
準(zhǔn)確的抱閘開啟和閉合控制時(shí)序，通過抱閘實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋和起動(dòng)預(yù)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，確保控制的安全性和可靠性。由于機(jī)械制動(dòng)器的存在，為使變頻器輸出轉(zhuǎn)矩與機(jī)械制動(dòng)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩平滑切換，不產(chǎn)生溜鉤現(xiàn)象，必須充分研討變頻器啟動(dòng)信號(hào)與機(jī)械制動(dòng)器動(dòng)作信號(hào)的控制時(shí)序。
（2）輕負(fù)載升速（電子副鉤）
起重機(jī)空鉤或輕載時(shí)實(shí)現(xiàn)2倍速運(yùn)行，提高裝卸效率。輕負(fù)載升速功能主要應(yīng)用于起升高度較大的起重機(jī)：在起升機(jī)構(gòu)空載運(yùn)行時(shí)自動(dòng)使速度上升，以縮短時(shí)間來提高裝卸效率；重載時(shí)自動(dòng)降低速度以確保設(shè)備和人身的安全。變頻器根據(jù)啟動(dòng)后一段時(shí)間內(nèi)的平均電流值來判斷負(fù)荷的大小：當(dāng)負(fù)載重時(shí)，變頻器自動(dòng)降低輸出頻率；當(dāng)負(fù)載輕時(shí)，變頻器自動(dòng)提高輸出頻率。
起升機(jī)構(gòu)在抓吊重物離開或接觸地面瞬間負(fù)載變化劇烈，變頻器應(yīng)能對(duì)這種沖擊性負(fù)載進(jìn)行平滑控制。
（3）控制回路電源和主回路電源可以分別控制提高了用戶調(diào)試時(shí)的安全性，便于故障診斷與維護(hù)。
（4）主從控制功率平衡與速度同步技術(shù)
在兩個(gè)大功率電機(jī)通過減速箱剛性連接驅(qū)動(dòng)一個(gè)起升機(jī)構(gòu)時(shí)，主從控制功率平衡功能保證兩個(gè)電機(jī)出力均勻；在雙起升機(jī)構(gòu)提升一個(gè)重物時(shí)，主從控制速度同步功能保證兩個(gè)起升機(jī)構(gòu)同步提升，確保安全。
（5）第二電機(jī)控制及切換功能
一臺(tái)變頻器通過參數(shù)自學(xué)習(xí)可以自動(dòng)存儲(chǔ)兩套電機(jī)參數(shù)，通過切換指令實(shí)現(xiàn)對(duì)兩組電機(jī)的高性能矢量控制；便于電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的控制，降低用戶成本。
（6）同時(shí)支持PROFIBUS-DP和MODBUS兩種通訊協(xié)議支持PROFIBUS-DP和MODBUS兩種通訊協(xié)議，能實(shí)現(xiàn)多個(gè)變頻器和PLC之間的通訊連接。
（7）危險(xiǎn)速度監(jiān)視、快速停車及超速保護(hù)變頻器實(shí)時(shí)監(jiān)測電機(jī)的運(yùn)行速度，當(dāng)電機(jī)速度大于設(shè)定的最高允許速度或速度偏差值時(shí)，變頻器發(fā)出故障報(bào)警并立即停止輸出，機(jī)械制動(dòng)器動(dòng)作，使起重機(jī)處于安全狀態(tài)。
（8）預(yù)勵(lì)磁及起動(dòng)預(yù)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償
預(yù)勵(lì)磁功能是在啟動(dòng)之前自動(dòng)地對(duì)電機(jī)實(shí)行直流勵(lì)磁，以保證電動(dòng)機(jī)快速地提供起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁的時(shí)間使電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)器的釋放時(shí)間相配合，避免出現(xiàn)“溜鉤”現(xiàn)象。
3. 交流變頻器在起重機(jī)再生能量的處理
當(dāng)采用變頻器傳動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)拖動(dòng)位能性負(fù)載下放或平移機(jī)構(gòu)急減速時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài)。逆變器中的六個(gè)回饋二極管將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能回饋到中間直流回路，并引起儲(chǔ)能電容兩端電壓升高若不采取必要的措施，當(dāng)直流回路電容電壓升到保護(hù)極限值后變頻器將過電壓跳閘。
在高性能的工程型變頻器中，對(duì)連續(xù)再生能量的處理有以下兩種方案：
①中間直流回路設(shè)置電阻器，讓連續(xù)再生能量通過電阻器以發(fā)熱的形式消耗掉，這種方式稱為動(dòng)力制動(dòng)；
②采用再生整流器方式，將連續(xù)再生能量送回電網(wǎng)，這種方式稱為回饋制動(dòng)。
4.結(jié)束語
交流變頻器已廣泛適用于岸邊集裝箱起重機(jī)、軌道式集裝箱龍門起重機(jī)、輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)、門座式起重機(jī)、造船用龍門起重機(jī)、裝船機(jī)、卸船機(jī)、翻車機(jī)、堆取料機(jī)等各類港口機(jī)械，以及各類普通橋式、門式、塔式起重機(jī)和提梁機(jī)、架橋機(jī)等起重機(jī)械的起升、變幅、大車、小車、回轉(zhuǎn)、抓斗等機(jī)構(gòu)的交流無級(jí)調(diào)速。
因此隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展完善，交流變頻調(diào)速技術(shù)日益顯現(xiàn)出優(yōu)異的控制及調(diào)速性能，高效率、易維護(hù)等特點(diǎn)，加之它的價(jià)格不斷下降，使其成為起重機(jī)械一種優(yōu)選的調(diào)速方案。
參考文獻(xiàn)：：
