利用LonWorks技术实现通信基站的动力环境监控

一、 概述

电信部门的通信基站往往担负着很重要的通信任务，为保障各种通信设备的正常不间断运行，对供电系统和环境的要求就非常高，随着邮电通信部门朝机房无人值守化方向的发展，对动力与环境实现自动化监控成为必然的趋势。相对一般的楼宇建筑，电信部门的通信基站有设备种类多，设备更专业化、更复杂的特点，这给监控系统的实施带来了更大的难度。如何根据通信基站的特点，选择合理的系统方式和监控技术，是该行业用户和系统开发者都非常关注的问题。

众所周知，自动监控系统(或称为测控系统)正在向分布式和网络化方向发展，分布式监控系统的关键在于其联网技术，即通常所说的现场总线技术。目前有多种现场总线技术并存，并在不同的应用领域得到了不同程度的应用，如在楼宇自动化领域，美国Echelon公司推出的LonWorks总线技术就得到了大量应用，逐渐成为该行业的一种事实标准。鉴于通信基站的动力环境监控正是一种特殊的楼宇监控，加之LonWorks技术本身所具有的诸多特点和优势，在经过多方面的论证后，我们最终选定了LonWorks作为本公司动力环境监控系统的现场网络技术。下面让我们通过一个系统实例来看看如何利用这一新技术来构筑通信基站的动力环境监控系统。

二、 系统构成

以LonWorks技术为基础，我们成功地为上海市长途电信局完成了七宝卫星地面通信站动力、环境监控系统项目。该项目要求对通信站内的高压二次回路、电容补偿柜、低压配电柜、UPS、电池组、专用空调、柴油发电机等对象进行实时信号采集和部分操作控制，一旦发现数据或状态异常，迅即发出报警(屏幕提示与声音告警)，并对各种事件和操作信息进行存储，随时查询，按用户要求生成各种报表。

监控系统由三部分组成：信号转换子系统、LonWorks采集控制网络、上位监控PC子系统。各部分相互关系如下：

系统中LonWorks现场网络由三类节点组成：

1) 模拟量采集节点

主要由NEURON芯片、TP/FT-10自由拓扑收发器、程序存储器、串行A/D芯片等组成。可完成24路模拟量信号的数-模转换，采样分辨率为10位。

2) 开关量采集节点

主要由NEURON芯片、TP/FT-10自由拓扑收发器、程序存储器、移位寄存器等组成。可接24路开关量输入，信号全部采用光电隔离。

3) 通信协议转换节点

在ECHELON公司的可编程的串行网关PSG/2的基础上进行二次开发，分别将Sampsion柴油发电机、Liebert专用空调、蓄电池监测仪的串行通信协议转换到LonTalk网络协议，利用此种形式可将各种不同的智能设备都联结到LonWorks网络，达到系统集成的目的。

系统内所有节点之间均用一对双绞线进行连接，采用自由拓扑结构，节点间的最大距离可达500米，完全可以适应一般通信基站内的情况，如需要更远距离的连接，则可采用总线拓扑结构(可达2700米)，或采用加入重发器的方法。

在上位PC机部分，采用可编程的串行网关PSG/2作为LonWorks网络接口，将LonTalk协议转换为串行通信，与上位监控机相联。这样通过监控机将LonWorks网络集成到计算机局域网(LAN)，在LAN上则采用TCP/IP网络协议进行更高一级的系统集成。

三、 总结

通过本次七宝卫星通信站的动力、环境计算机监控项目的实施，证明LonWorks技术在此类应用中是完全适用的，并体现出了一系列优点：

1. 先进的网络通信，突破了传统现场总线的诸多限制

LonWorks将先进的计算机局域网技术引入监控领域，使现场的每个采集控制节点均具有了强大的网络通信功能，不仅实现了节点间的对等通信、上下位机间的双向通信，更使每个现场节点都能自发地传送报警信号和采集结果，实现真正意义上的实时采集，而传统的现场总线采用主/从方式，即每个节点只有在上位机查询到本节点时，才可能向上传送信息，当节点增多或某些节点出现故障或占用总线时间长时，就可能使其它节点的报警信号和采集数据延迟发送甚至丢失，实时性和可靠性均得不到保证。而LonWorks所采用的LonTalk网络协议则从根本上解决了上述问题，并且通过改进的CSMA(一种碰撞、冲突检测方法)，使网络负载很重时，也不会导致网络瘫痪。

同时，采用LonWorks技术，使现场通信速率很轻易就达到78 Kbps以上。

2. 连接方式灵活，系统扩充方便

LonWorks技术能支持各种网络拓扑结构，项目中我们采用了自由连接的方式，既每个节点与就近的节点相连，毋需考虑其相互间的关系，其结果是大大方便了系统的结构设计和布线施工，也避免了传统总线式接线中不可避免的布线浪费。

自由拓扑所带来的另一个好处是系统扩充变得非常方便，需要增加采集点时，只需在就近地方安装好采集节点，然后将该节点用两根双绞线连接至就近的另一节点即可，而不需要担心节点的加入给原有系统结构带来的改变。

3. 更利于模块化系统设计

由于每个LonWorks核心芯片内都集成了网络通信、I/O功能及可编程能力，这使得每个节点都具有完整的处理能力，可以不依赖于其它节点或设备而完全独立地工作。

4. 编程、调试方便，开发效率提高，

LonWorks节点的编程采用了最通用的高级语言--C语言，使硬件开发人员彻底摆脱了繁琐的汇编语言，以更结构化的方式更快地编程。另一方面，LonWorks的开发有完善的开发工具和模拟调试环境做后盾，是其它控制总线技术目前都不具备的。

LonWorks技术的核心--内嵌的LonTalk网络协议，使开发人员完全避免了复杂的通信控制编程，将精力集中于编写更好的I/O应用，对常用的各种I/O方式也提供了现成的库函数支持，使编程的工作大大简化，深受开发人员的欢迎。

可以看到，由于采用了先进的LonWorks技术，使我们研制的通信基站动力环境监控系统具有了更好的开放性、灵活性和可扩展性，也最大程度地保护了用户的投资。