基于LonWorks现场总线校园控制网络的研究与实现

摘要

随着校园规模的不断扩大和网络的普及，人们对信息共享和及时决策也提出了更高的要求。针对我校往年经常发生校园财产被盗的事件，校领导要求在校园网的改造中要把校园控制网络，特别是校园安全防范系统加入到“数字校园”中，能够实现火灾报警和预防、电力监控、保安监控、给排水设备以及楼宇自控等。 校园控制系统作为数字化校园的组成部分，在整体上也采用B/S结构，分为校园监控级、现场级和Web服务级。校园监控级以基于B/S结构的关系型数据库系统为信息集成平台实现信息的分布式处理。现场级通过现场总线系统独立的完成控制处理，并将实时数据传输到校园信息系统供分析、统计和管理，同时校园信息系统可及时下达控制命令，现场分散的智能节点与服务器平台又形成了B/S结构。 在基于LonWorks总线的分布式测控系统中，各现场智能仪表改由集中控制、通信和I/O为一体的现场智能节点承担。现场智能节点既能独立完成数据采集处理和控制任务，又可通过通信节点将数据传送给控制中心的主机，让主机对现场数据进行处理、显示、打印或存档等操作；同时主机也可将各种控制命令发送给现场智能节点，实现真正意义上“数字化”的集中管理、优化控制或调度。 在计算机直接数字控制系统中，PID控制器是通过计算机PID控制算法程序实现的。在智能节点中直接载入甩Neuron c语言所编写的PID控制算法及各种常规先进控制算法，而在监视节点的PC机上则建立智能控制算法或优化控制算法的算法库。这样既能满足大多数的应用场合，又能解决存储容量的问题，不仅使网络节点智能最大化，更满足了低成本及开放性的要求。 系统采用了模块化设计，结构设计灵活，既有利于嵌入其它的控制系统，也便于将系统进一步扩展或升级为更复杂的、开放的网络，实现过程控制的完全网络化。 利用LonWorks技术进行数字化校园控制的尝试应用，进而推广到所有连续、离散工业领域，可涉及到电力、冶金、石油、化工、建材、轻工、造纸、商业自动化、楼宇自动化、交通自动化和家庭自动化等，从而说现场总线技术和现有网络技术的集成研究，具有十分重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

东南大学学位论文独创性声明及东南大学学位论文使用授权声明

第一章绪论

1.1论文的选题背景、意义

1.2国内外计算机控制技术的发展现状

1.3论文的主要研究内容

第二章校园控制网络的体系结构

2.1我校改造后的数字化校园网拓扑结构

2.2将校园控制网络加入校园网的设想

2.3采用LonWorks技术的可行性分析

2.3.1校园控制网络的特点

2.3.2采用LonWorks技术的可行性

2.4系统需求分析

2.5校园控制网络的拓扑结构

2.6校园控制网络的通信要求

2.7校园控制系统的网络连接设计

第三章校园控制网络主要技术

3.1 LonWorks控制网络技术

3.1.1 LON网络与智能控制

3.1.2 LonTalk协议

3.1.3 Neuron芯片

3.1.4 Neuron C

3.2 LNS

3.3网络设计

3.4智能节点

3.5网络管理

3.6网络管理软件

3.6.1节点登录

3.6.2节点诊断

3.6.3实时数据管理

3.7 LonWorks数据采集

3.7.1 LonManger DDE

3.7.2采集程序开发

3.8实时数据通信

3.8.1网络变量通讯

3.8.2显式报文通讯

3.8.3通信方式的选择

3.9实时数据库

3.10控制网络与以太网的集成

3.10.1网关（gateway）

3.10.2地址解析(ARA)

3.10.3控制网络与以太网集成的实现

3.11基于B/S模式及ASP技术的Intranet数据库远程访问控制

第四章LON控制算法的实现与控制网络的组态

4.1 PID控制概述

4.1.1 P控制（比例控制）

4.1.2 PI控制（比例加积分控制）

4.1.3 PD控制（比例加微分控制）

4.1.4 PID控制（比例加积分加微分控制）

4.1.5 PID控制器的参数整定

4.2 LON控制算法的实现方案

4.2.1现场智能节点中的控制算法

4.2.2监视节点中控制算法库

4.3控制算法的实现

4.3.1简单功能模块

4.3.2具体控制算法的实现

4.3.3 PC机的控制算法库的实现方法

4.4控制算法理论与应用之间的差距

4.4.1稳定性分析

4.4.2实用范围

4.4.3控制器参数整定

4.4.4输入、输出约束问题

4.5命令处理

4.5.1控制算法参数的设置命令

4.5.2各节点的模块参数的设置命令

4.5.3参数浏览

4.6系统的组态

4.6.1各节点的逻辑关系的组态

4.6.2节点中的控制算法的组态

4.7组态的实现

第五章校园控制网络的实现

5.1自动检测教学实验装置

5.1.1用途

5.1.2体系结构

5.1.3模拟检测对象

5.1.4数据采集系统

5.2培训大楼数控车间温湿度监控系统的设计

5.2.1温湿度监控系统的网络体系结构设计

5.2.2设备层PID节点设计

5.2.3上层管理信息系统的设计

5.2.4设备层与上层网络网关应用协议的开发

5.2.5地址解析的开发

5.3网络的安装

5.4应用组态软件对培训大楼进行监控的组图

第六章 论文结论

致谢

参考文献：

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文