基于LonWorks技术的变电站综合自动系统的通信技术
周羽生 竺 伟 （长沙电力学院电力工程系 长沙 410077）周有庆 （湖南大学电气与信息工程学院 长沙 410082）
摘 要 本文介绍了LonW orks技术的系统结构和技术特点，论述了变电站综合自动化系统现场总线应用Lon－Works技术的设计方法。通过对网络可靠通信问题进行研究，得出了在网络节点负载较重的情况下，采用优先级对等和轮询相结合的通信方式，可较好地降低网络通信出错率，提高对紧急事件的响应速度。
关键词 变电站自动化 现场总线 神经元芯片 可靠通信
1 引言
LON（LocalOperating Networks）总线是美国Echelon公司1991年推出的局域操作网络，为集散式监控系统提供了很强的实现手段。LonWorks使用的开放式通信协议LonTalk为设备之间交换控制状态信息建立一个通用的标准，使以往彼此孤立的系统的产品融为一体，形成一个网络控制系统，具体实现采用网络变量形式，网络变量使节点之间的数据传递只是通过各个网络变量的互相连接便可完成。又由于硬件芯片神经元芯片（neuron chip）的支持，实现了实时性和接口的直观、简洁的现场总线的应用要求。
2 LonWorks技术的系统结构和技术特点
LON现场控制网络包括现场控制节点——这些节点可以是直接采用神经元芯片作为通信处理器和测控处理器，也可以是基于神经元芯片的Host Base节点、通信介质和通信协议。LonWorks技术是集成这样一个LON网络的完整的开发平台。
LonWorks技术包括以下几个组成部分：
（1）LonWorks节点和路由器
（2）LonTalk协议
（3）LonWorks收发器
（4）LonWorks网络和节点开发工具
2．1 LonWorks节点
一个典型的现场控制节点主要包含以下几部分功能块：应用CPU、I／O处理单元、通信处理器、收发器和电源。
以神经元芯片为核心的控制节点
神经元芯片是一组复杂的VLSI器件，通过独具特色的硬件、固件相结合的技术，使一个神经元芯片几乎包含一个现场节点的大部分功能块——应用CPU、I／O处理单元、通信处理器。因此一个神经元芯片加上收发器便可构成一个典型的现场控制节点。图1为一个神经元节点的结构框图。
采用MIP结构的控制节点
然而，神经元芯片毕竟是8位总线，目前只支持最高主频是10 MHz，因此它所能完成的功能也十分有限。对于一些复杂的控制，显得力不从心，采用HostBase结构（如Intel486或以上）构成宿主节点的控制终端，是解决这一矛盾的很好方法，将神经元芯片作为通信协议处理器，用高级主机的资源来完成复杂的测控功能。图2为一个典型的Host Base的结构框图。 2．2 路由器
路由器在LonWorks技术是一个主要的部分，这也是其他现场总线所不具备的，也正是由于路由器的使用，使LON总线突破传统的现场总线的限制——不受通信介质、通信距离、通信速率的限制。在LonWorks技术中，路由器包括以下几种：中继器、桥接器、路由器。图3采用RTR－10路由器模块构成的路由器框图。
2．3 网络管理
在LON总线中，需要一个网络管理工具，这也是LON总线和其他总线所不同的地方。当单个节点建成以后，节点之间需要互相通信，这就需要一个网络工具为网络上的节点分配逻辑地址，同时也需要将每个节点的网络变量和显示报文连接起来；一旦网络系统建成正常运行后，还需对其进行维护；对一个网络系统还需要有上位机能够随时了解该网络的所有节点网络变量和显示报文的变化情况。网络管理的主要功能有三方面：网络安装、网络维护和网络监控。
通过节点、路由器和网络管理这三部分有机的结合可以构成一个带有多介质、完整的网络系统。在一些资料中称LON不再是现场总线而是现场网络。图4是采用LON总线构成的一个现场网络。 2．4 LON总线技术特点
（1）拥有三个处理单元的神经元芯片（Neuron芯片）——一个用于链路层的控制，一个用于网络层的控制，另一个用于用户的应用程序，还包含11个I／O口，这样在一个神经元芯片上就能完成网络控制功能。
（2）LonTalk是Lon总线通信协议，支持ISO的OSI系统的七层网络协议，提供了一个固化在神经元芯片的网络操作系统。
（3）支持多种通信介质（双绞线、电力线、电源线、光纤、无线、红外等）和它们的互连；
（4）改善了CSMA，LONWORKS称之为Predictive P－PersistantCSMA。这样，在网络负载很重时，不会导致网络瘫痪。