利用LonWorks技術實現通信基站的動力環境監控

一、 概述

電信部門的通信基站往往擔負著很重要的通信任務，為保障各種通信設備的正常不間斷運行，對供電系統和環境的要求就非常高，隨著郵電通信部門朝機房無人值守化方向的發展，對動力與環境實現自動化監控成為必然的趨勢。相對一般的樓宇建筑，電信部門的通信基站有設備種類多，設備更專業化、更復雜的特點，這給監控系統的實施帶來了更大的難度。如何根據通信基站的特點，選擇合理的系統方式和監控技術，是該行業用戶和系統開發者都非常關注的問題。

眾所周知，自動監控系統(或稱為測控系統)正在向分布式和網絡化方向發展，分布式監控系統的關鍵在于其聯網技術，即通常所說的現場總線技術。目前有多種現場總線技術并存，并在不同的應用領域得到了不同程度的應用，如在樓宇自動化領域，美國Echelon公司推出的LonWorks總線技術就得到了大量應用，逐漸成為該行業的一種事實標準。鑒于通信基站的動力環境監控正是一種特殊的樓宇監控，加之LonWorks技術本身所具有的諸多特點和優勢，在經過多方面的論證后，我們最終選定了LonWorks作為本公司動力環境監控系統的現場網絡技術。下面讓我們通過一個系統實例來看看如何利用這一新技術來構筑通信基站的動力環境監控系統。

二、 系統構成

以LonWorks技術為基礎，我們成功地為上海市長途電信局完成了七寶衛星地面通信站動力、環境監控系統項目。該項目要求對通信站內的高壓二次回路、電容補償柜、低壓配電柜、UPS、電池組、專用空調、柴油發電機等對象進行實時信號采集和部分操作控制，一旦發現數據或狀態異常，迅即發出報警(屏幕提示與聲音告警)，并對各種事件和操作信息進行存儲，隨時查詢，按用戶要求生成各種報表。

監控系統由三部分組成：信號轉換子系統、LonWorks采集控制網絡、上位監控PC子系統。各部分相互關系如下：

系統中LonWorks現場網絡由三類節點組成：

1) 模擬量采集節點

主要由NEURON芯片、TP/FT-10自由拓撲收發器、程序存儲器、串行A/D芯片等組成。可完成24路模擬量信號的數-模轉換，采樣分辨率為10位。

2) 開關量采集節點

主要由NEURON芯片、TP/FT-10自由拓撲收發器、程序存儲器、移位寄存器等組成。可接24路開關量輸入，信號全部采用光電隔離。

3) 通信協議轉換節點

在ECHELON公司的可編程的串行網關PSG/2的基礎上進行二次開發，分別將Sampsion柴油發電機、Liebert專用空調、蓄電池監測儀的串行通信協議轉換到LonTalk網絡協議，利用此種形式可將各種不同的智能設備都聯結到LonWorks網絡，達到系統集成的目的。

系統內所有節點之間均用一對雙絞線進行連接，采用自由拓撲結構，節點間的最大距離可達500米，完全可以適應一般通信基站內的情況，如需要更遠距離的連接，則可采用總線拓撲結構(可達2700米)，或采用加入重發器的方法。

在上位PC機部分，采用可編程的串行網關PSG/2作為LonWorks網絡接口，將LonTalk協議轉換為串行通信，與上位監控機相聯。這樣通過監控機將LonWorks網絡集成到計算機局域網(LAN)，在LAN上則采用TCP/IP網絡協議進行更高一級的系統集成。

三、 總結

通過本次七寶衛星通信站的動力、環境計算機監控項目的實施，證明LonWorks技術在此類應用中是完全適用的，并體現出了一系列優點：

1. 先進的網絡通信，突破了傳統現場總線的諸多限制

LonWorks將先進的計算機局域網技術引入監控領域，使現場的每個采集控制節點均具有了強大的網絡通信功能，不僅實現了節點間的對等通信、上下位機間的雙向通信，更使每個現場節點都能自發地傳送報警信號和采集結果，實現真正意義上的實時采集，而傳統的現場總線采用主/從方式，即每個節點只有在上位機查詢到本節點時，才可能向上傳送信息，當節點增多或某些節點出現故障或占用總線時間長時，就可能使其它節點的報警信號和采集數據延遲發送甚至丟失，實時性和可靠性均得不到保證。而LonWorks所采用的LonTalk網絡協議則從根本上解決了上述問題，并且通過改進的CSMA(一種碰撞、沖突檢測方法)，使網絡負載很重時，也不會導致網絡癱瘓。

同時，采用LonWorks技術，使現場通信速率很輕易就達到78 Kbps以上。

2. 連接方式靈活，系統擴充方便

LonWorks技術能支持各種網絡拓撲結構，項目中我們采用了自由連接的方式，既每個節點與就近的節點相連，毋需考慮其相互間的關系，其結果是大大方便了系統的結構設計和布線施工，也避免了傳統總線式接線中不可避免的布線浪費。

自由拓撲所帶來的另一個好處是系統擴充變得非常方便，需要增加采集點時，只需在就近地方安裝好采集節點，然后將該節點用兩根雙絞線連接至就近的另一節點即可，而不需要擔心節點的加入給原有系統結構帶來的改變。

3. 更利于模塊化系統設計

由于每個LonWorks核心芯片內都集成了網絡通信、I/O功能及可編程能力，這使得每個節點都具有完整的處理能力，可以不依賴于其它節點或設備而完全獨立地工作。

4. 編程、調試方便，開發效率提高，

LonWorks節點的編程采用了最通用的高級語言--C語言，使硬件開發人員徹底擺脫了繁瑣的匯編語言，以更結構化的方式更快地編程。另一方面，LonWorks的開發有完善的開發工具和模擬調試環境做后盾，是其它控制總線技術目前都不具備的。

LonWorks技術的核心--內嵌的LonTalk網絡協議，使開發人員完全避免了復雜的通信控制編程，將精力集中于編寫更好的I/O應用，對常用的各種I/O方式也提供了現成的庫函數支持，使編程的工作大大簡化，深受開發人員的歡迎。

可以看到，由于采用了先進的LonWorks技術，使我們研制的通信基站動力環境監控系統具有了更好的開放性、靈活性和可擴展性，也最大程度地保護了用戶的投資。