图1  系统的硬件配置

(1)  监控计算机

    监控计算机主要实现网络管理方面的各种功能，运行计量管理监控程序来监视和管理所有现场智能节点，查看在线运行状态，实现对节点的手动操作和控制等功能。

(2)  LonWorks网络适配卡

    LonWorks网络适配卡采用的是PCLTA-10型网络适配卡，它是一种特殊性质的节点，其主要作用是连接监控计算机和LonWorks控制网络。使得监控计算机与控制网络中的智能节点间通过网络变量来交换数据，起到上传下达的通信作用。

(3)  智能节点

    智能节点主要完成数据采集、数据处理和转换等功能。其内部主要由总线收发器、Neuron芯片、信号转换模块，其他硬件电路组成。总线收发器用于对通信介质的连接，可采用双绞线收发器、电力线收发器、无线收发器等；Neuron芯片由3个8位的微处理器组成，其中的MAC处理器用于介质访问控制，网络处理器用于完成LonTalk协议的3~6层，应用处理器用于执行用户程序及其对系统程序的调用。信号转换模块是用一个A/D转换器，实现对物料流量信号的采集和转换。

(4)  传感器

    传感器是测控系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的电信号，然后传送给智能节点。

(5)  终端电阻

    终端电阻是一个特殊的电阻包或电阻块，其作用像滤波器，可消除由众多电缆线和设备所产生的噪声，因此在LonWorks总线的末端挂接一个终端电阻可以确保整体电路信号的稳定性。

2.2  软件支持

(1)  数据采集和处理

    挂接在LonWorks总线上的各个智能节点对现场的设备进行模拟量的数据采集，经过数据处理将结果以网络变量的形式送到LonWorks网络。具体包括以下几个方面：

    •  数据采集：数据采集的主要功能是将模拟信号（压力、流量、温度）通过光电隔离和A/D转换后变成数字信号，然后送入Neuron芯片。
    •  信号滤波：由于测量设备现场的信号通常带有干扰，特别是那些恶劣环境下的信号，节点中采用硬件滤波和软件滤波相结合的方法，来滤除输入信号中的噪声。
    •  网络变量通信：Neuron芯片中内嵌的LonTalk协议表示层中的数据被称为网络变量，其中的标准网络变量类型（SNVTs）已经将某些数据类型（如压力\流量和温度等）规范化。
    •  工程单位换算：将检测到的无量纲数据转换为带量纲的工程单位数据。

(2)  通信网络平台架构

    •  LNS体系结构组成

    LNS（LonWorks Network Service）体系结构提供了一个强大的客户/服务器网络架构，并以对象集合的方式为那些与LonWorks网络交互的应用程序提供网络服务，如图2所示。LNS架构主要包括网络服务器（NSS）、LCA对象服务器（LCA Object Server）和LCA数据服务器（Data Server）等。

图2  LNS体系结构

    NSS提供网络服务，接收从计量管理监控程序发出的网络操作请求，执行相应的网络操作服务。在LNS体系架构下，网络服务器提供了一个网络数据库，客户可以通过该数据库，对网络上的节点进行网络管理操作。LCA对象服务器是在NSS上加上一层外壳，以便于更好地使用NSS服务，同时负责管理和维护应用数据库。Data Server提供了一些监控网络数据的API函数，能直接提供数据服务、访问网络变量和显示报文。Object Server ActiveX Control采用Windows的ActiveX技术，给开发人员提供了一种以对象为方式访问网络各设备的方法。

    •  节点间通信方式

    节点可以通过网络变量或显式报文与其它节点通信。对于显式报文来说，数据域的大小是可变的；对于网络变量来说，数据域的大小是一个常数。除了用于LonTalk文件传输协议的报文以外，显式报文不象网络变量那样提倡互操作性，因为显式报文的数据格式部分直接依赖于具体的应用程序。另外，网络变量使用的EEPROM表空间（table space）比显式报文要多。

    网络变量大大简化了复杂的分布式应用的编程，不但提供了非常方便灵活的分布式数据共享的方式，而且使程序员不需要处理报文缓冲区、节点地址和请求／响应等一些底层细节。基于对显式报文和网络变量的分析比较，结合本系统应用的实际情况，以采用网络变量的方式进行节点间的通信较为适宜。

(3)  数据库管理

    为了在计量监控程序中，对大量采集到的数据实现存储、处理和查询等管理功能，就需要建立数据库系统，这也是连接生产控制层和信息管理层的桥梁和纽带。可以采用Microsoft公司的SQL SERVER 7.0来建立数据库系统。数据库管理功能主要包括数据通信、数据存储和数据分析。

    •  数据通信

    用户需要通过人机监控画面与数据库系统进行维护和控制，数据库系统可以提供ODBC接口给监控程序来方便数据交换。

    •  数据存储

    数据库存储由信息源收集到的各种数据，根据定义在数据库中的各个实体（表格）间的关系，最终方便监控应用程序和用户的调用。

    •  数据分析

    根据应用数据库存储的数据，如以年月日为查询条件的历史数据，可以进行横向和纵向的数据分析比较，以便企业制定具体的计划方案。

3  监控软件开发

    计量管理监控软件以微软的Visual Basic 6.0作为工具，结合Echelon公司的LNS开发包来实施开发。其主要功能包括计量数据的补偿计算、网络安装和配置、网络维护和网络监控。

3.1  计量补偿算法

    在上位监控计算机上要显示瞬时流量值和累积值，就必须对流量进行参数补偿修正计算，目前最常用的几类流量计（差压、涡街、电磁等）受影响的主要参数为密度等。如速度式流量计测量的是体积流量，但是物料平衡或能源计量皆需要用质量流量计算，因此这些流量计除检测体积流量外，最主要检测的是流体的密度。在实际计算时，针对不同的流量类型，通过对密度与温度、压力之间关系，采用相应的计算方法进行补偿，以提高流量计量精度。

3.2  基于LNS的网络安装

    将LonWorks网络上的节点进行物理连接后，相互间仍是独立的，需要通过组网来建立逻辑上的连接。根据LNS的体系结构和所选择的开发工具，采用面向对象的程序设计方法，通过封装、调用对象的方法、属性和事件，来完成对LonWorks网络的安装。下面给出的程序代码示意了有关全局数据库的初始化、新建网络数据库和节点安装等过程。
frmMain.lcaObjectServerMain.Open  ' 打开对象服务器数据库

Set m_networkCollection = frmMain.lcaObjectServerMain.networks   ' 设置网络集合
Set NSIs = frmMain.lcaObjectServerMain.NetworkInterfaces  ' 在接口下拉列表中显示网络接口名
For i = 1 To NSIs.count
NSIName = NSIs.Item(i).Name
If NSIName=”LON1” Then
   Combo.AddItem NSIName
End If
Next i
Combo.Text = Combo.List (0)
Set m_currentNetwork = m_networkCollection.Add(Network1, C:\DB\, True)  ' 新建一个网络数据库
Set m_currentSystem = m_currentNetwork.Systems.Item(1)  ' 打开子系统，启动NSS
m_currentSystem.Open
m_currentSystem.Subsystems.Add "Subsystem1"  ' 初始化子系统，默认添加Subsystem1
m_currentSystem.MgmtMode = lcaOnNet  ' 连接网络，设置网络管理模式为在线模式lcaOnNet
optSubsystem= m_currentSystem.Subsystems.item (3)  ' 选择子系统，默认添加为Subsystem1
DeviceCollection = optSubsystem.AppDevices  ' 设置节点集合
Set optDevice = DeviceCollection.Add(deviceName.Nothing, Nothing, Nothing)  ' 添加节点
optDevice. NeuronId=ServicePinNeuronId  ' 写入物理节点的Neuron ID号
optDevice. Commission  ' 网络映像装入节点，使物理节点和逻辑节点相连
optDevice.State=LcaStateCnfgOnline  ' 节点处于在线方式

3.3  基于LNS的网络节点监控

    网络安装好以后可以实现对网络上的节点进行监控，LNS提供有两种系统级别的监控方式：单点监控与集合监控。根据实际需要，本系统中采用了单点监控方式，单点监控需建立临时性的监控点，应用程序通过临时监控点来控制网络
变量，当程序退出后，监控点由LNS撤销。由于所监控的网络变量对象经常改变，所以监控方式采用的是垂询方式（poll）。垂询方式属于非绑定方式，监控程序可以直接在网络中对一个输入型网络变量写值，或者读取一个输出型网络变量的值。在垂询方式下，可以设置监控对象的属性，以决定该方式的特性。监控程序可以通过利用节点网络变量对象的Value属性来对网络变量的值进行操作。图3示意了监控软件对网络节点的在线实时数据的监控。

图3 节点实时数据监控