罗新民 江苏理工大学电气工程学院（212013）刘国海

     来源：《电子技术应用》

     摘要：详细介绍了基于lonworks现场总线的电能检测系统的硬件与软件设计，在软件设计中采用了面向对象方法，并给出了其问题描述与主题层。

     关键词：lonworks

     现场总线 ooa 电能检测

     电力系统是一类特殊的系统，安全性和可靠性要求很高。达到这个目标的关键是要保证现场设备之间可靠通信，实现配电网综合自动化。基于lonworks现场总线的电能检测系统是配电网综合自动化的一个子集，它完成电网数据的采集与监控。lonwonrks网络是将控制系统接入层域网络（lan），用网络节点代替lan中的工作站，每个节点可以实现点到点的信息传送，具有极其良好的互操作性，从而使整个网络实现了无中心的真正的分布式控制模式。因此采用lonworks总线技术可以把整个复杂配电网综合自动系统分解为相对简单的多个子系统。lonworks网络采用iso/osi模型的全部7层协议和面向对象的设计方法。通过网络变量将网络通信设计简化为参数设置，其通信速率为78.125kbps或1.25mbps，直接通信距离可达2700m。lonworks网络支持双绞线、通轴电缆、光纤、无线射频、红外线、电力线等多种通信介质，被誉为通用控制网络。目前已经有2600多家公司不同程序地介入了lonworks技术，1000多家公司已经推出了lonworks产品，并进一步组织起lowmark互操作协会。它已被广泛应用于楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、工业过程控制等行业。

     1 基于lonworks现场总线的电能检测系统的硬件设计

     lonworks网络系统由智能节点组成，每个智能节点可具有多种功能的i/o功能。在本系统中，基于lonworks总线的网络模型如图1所示。图中，神经元芯片和通信协议是lonworks网络的技术核心。lonworks网络采用lontalk协议，该协议可由neuron芯片自带，也可固化在外部存储器中。神经元芯片采用3120。它有3个8位cpu，第一个用于完成lontalk协议的第一层和第二层功能，成为介质访问控制处理器，实现介质访问的控制与处理；第二个用于完成第三层至第六层的功能，成为网络处理器，实现网络的寻址、处理、背景诊断、路径选择、软件计时和网络管理，并实现网络通信控制、收发数据包等；第三个是指用处理器，执行操作系统服务与用户程序。芯片中还具有存储信息缓冲区，用以实现cpu之间的数据传输，并作为网络缓冲区和应用缓冲区。图中，电能检测仪负责检测电网的电能参烽，负责采集电网上的电压、电流、频率等变量，并能在仪表掉电时长期（时间由用户的要求和系统存储空量确定）保存数据。其具体要求为：（1）实时检测a、b、c三相电压、电流的频率；（3）检测a、b、c三相有功、无功功率；（4）支持两种通信模式：lonworks总线方式和rs232串行方式；（5）保存整点时刻的电压、电流等数据；（6）从仪表第一次工作时开始累计总的正常运行时间和停电时间；（9）用数码管显示和键盘输入实现与用户的交互，用户可以在现场察看和设置仪表的运行参数和历史记录。图中，电容器组用于对电网的无功补偿，其它现场设备为电网自动化的其它智能节点。由于系统主要是监控计算机的软件编制、上位监控pc机与神经元芯片3120的接口设计以及电能检测仪的设计。下面对这几个方面进行介绍。

     1.1 电能检测仪的硬件设计

     电能检测仪实质上是本系统的一个智能节点，它主要完成现场电能数据的采集与处理并能根据上位监控机的要求把数据传送到上位监控机，同时它也能根据用户求设置其工作参数。在本系统中，根据具体的设计要求，电能检测仪可分为电压电流检测模块、频率检测模块、数据存储模块、多路转换模块、互感器模块、lonworks通信模块、rs232通信模块和键盘与显示接口，其原理如图2所示。电压、电流检测模块负责实时检测三线电压、四线电流；频率检测模块负责实时检测a、b、c三相电压和电流的频率；rs232通信模块负责电能检测仪与外部rs232网络和单片机的通信；eeprom负责长期保存用户所需的电压、电流等历史数据；lonworks通信模块负责神经元芯片与lonworks网络和单片机通信。rs232通信