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LONWORKS创新开发实验箱
实验指导书
威世达通信控制技术(北京)有限公司
2015年8月
前言
VSTARLONWORKS创新开发实验箱集LonWorks核心技术开发和应用开发于一体,针对现场总线和建筑智能化的具体应用,为基于LonWorks的现场总线及建筑智能化系统建立开发环境,提供创新开发空间。
开发箱将LonWorks的开发工具、部件和VSTARDDC控制节点、网关、路由器等应用单元整合在一起,构成涵盖双绞线/电力线通信开发、控制器开发、网关开发、单片机接口开发、监控软件开发,既能学习核心技术,又能发挥创新能力,面向实际应用的全套开发实验平台。
开发实验箱包括下列基本组件:
核心模块组件、I/O组件、LON-232/485网关组件、电力线-双绞线路由器组件等。
(1)核心模块组件
1)双绞线控制模块:
FT3150自由拓扑双绞线智能收发器和通信变压器。
2)电力线控制模块:
PL3150智能收发器及相应的耦合电路。
(2)DI/DO组件
提供工业标准开关量输入/输出信号,应用Neuron芯片相关I/O对象功能进行对应的DI/DO实验。
(3)AI/AO组件
提供工业标准模拟量输入/输出信号,应用Neuron芯片相关I/O对象功能进行AI/AO实验。
(4)LON-232/485网关组件
由LON核心模块电路和一个基于单片机的232或485接口组成。
实现RS-232或485到LonWorks的数据转换。
(5)电力线-双绞线路由器组件
连接电力线子网和双绞线子网,实现不同通信媒体子网之间的互联,并采用标准路由算法,实现子网信息流交通的路由选择。
(6)实验平台软件
实验平台软件包括:
安装LonMaker3.2标准版组态工具软件
安装NodeBuilder3.1开发工具软件
提供监控界面实例软件及部分样例程序。
使用前务必仔细阅读本说明
开发实验箱接线说明:
1、开发实验箱供电使用交流220VAC。
2、提供了一路DC24V直流电源,用户需要时可使用;
3、提供了一组LonWorks总线接入端子,为无极性双绞线信道,通过U10双绞线USB接口卡连接到PC。
4、各个模块上的V、G均为24VDC的电源接口;A、B均为双绞线信道接口,L、N均为电力线信道接口。
第一节:
FT3150/PL3150模块及其底板
一、FT3150模块及底板
VCN-CM控制模块提供了一种简单、有效的方法将LONWORKS技术运用到任何控制系统中。
一个控制模块包括一个自由拓扑双绞线智能收发器和通信变压器、Flash存储插槽(TP/FT-10F),以及电源、I/O口和网络接插件。
核心控制模块很容易加入到产品的设计中,用户只需增加外围电路和供电电源,并在自己选择的Flash部件中下载Neuron应用程序,即可完成产品开发。
对于开发原型产品或者大量生产制品的用户而言,VCN-CM控制模块是最理想的选择。
特性
●内置神经元FT3150芯片;
●差分曼彻斯特编码方式和变压隔离的无极性网络接线方式;
●在自由拓扑网络可传输500米;
●在双终端总线结构网络可传输2700米;
●采用Flash存储器,应用程序可在线下载;
●符合LonMark可互操作性规范。
表1控制模块的18针插头(P1)
名称
管脚号
功能
IO0
2
IO1
4
IO2
6
IO3
8
IO4
10
IO5
11
IO6
13
IO7
15
IO8
17
IO9
14
IO10
16
~RESET
9
~SERVICE
18
+5
12
供电电源输入
GND
3,5,7
电源地
1
悬空脚
表2控制模块的6针插头(P2)
名称
管脚号
功能
19
悬空脚
20
悬空脚
DataA
21
网络数据A信号
DataB
22
网络数据B信号
23
悬空脚
24
悬空脚
FT3150底板提供了FT3150模块运行最基本的硬件条件,即:
电源电路、Service电路;同时将IO引出,方便IO外围电路使用。
电源电路原理为:
将IO管脚引出,方便IO外围电路使用时,原理图为:
二、PL3150模块及底板
VCN-PLCM电力线控制模块提供了一种简单、有效的方法将LONWORKS技术运用到任何控制系统中。
控制模块包括一个电力线智能收发器、耦合电路,Flash存储插槽,以及电源、I/O口和网络接插件。
核心控制模块很容易加入到产品的设计中,用户只需增加外围电路和供电电源,并在自己选择的Flash部件中下载Neuron应用程序,即可完成产品开发。
VCN-PLCM电力线控制模块集成了符合ANSI709.2的PL3150电力线智能收发器,通过电力载波技术传送数据,节约现场布线和开发周期。
特性:
●双频调制和数字信号处理
●PL3150智能收发器的EEPROM为0.5K字节,可以外扩FLASH
●内嵌2K的RAM空间
●支持38种可编程I/O模式和11个I/O引脚
●-40°C到+85°C工作温度范围
表1控制模块的18针插头(P1)
名称
管脚号
功能
IO0
2
IO1
4
IO2
6
IO3
8
IO4
10
IO5
11
IO6
13
IO7
15
IO8
17
IO9
14
IO10
16
~RESET
9
~SERVICE
18
+5
12
供电电源输入
GND
3,5,7
电源地
+VA
1
典型值为+13V,且必须确保足够的供电电流。
表2控制模块的6针插头(P2)
名称
管脚号
功能
19
悬空脚
DataA
20
网络数据A信号
DataA
21
网络数据A信号
DataB
22
网络数据B信号
DataB
23
网络数据B信号
24
悬空脚
PL3150底板提供了PL3150模块运行最基本的硬件条件,即:
电源电路、Service电路;同时将IO引出,方便IO外围电路使用。
电源电路原理为:
PL3150底板耦合电路原理部分及IO管脚引出如下图:
第二节:
DI模块
一、硬件原理及连接
1、DI模块有四路DI端口,对应的软件有四个DI功能块。
2、实现电平检测时,使用CD40106芯片,如图:
CD40106的作用是用来将不规则波形整为方波形式,同时用作反向器,当开关闭合时,电压拉低,通过反相器输出为高,FT3150检测到管脚为逻辑1时,认为输入1。
.
3、将U10接到电脑USB接口,双绞线另一端连接到开发箱电源模块下方的TP/FT-10的接线端子上。
二、组网
第一步:
创建lonMaker网络
开始->程序->lonmaker,打开后如下图:
上图LonMaker界面中,左下黄色部分表示该LonMaker没有被激活,为试用状态,还剩27天过期,到时间后,LonMaker不能再被打开。
在Networkname下面输入要创建的LonMaker网络的名称,必须为字母而不能是汉字,此处命名为DI。
在如下图NewNetworkOptions页面中:
NetworkInterface选项用来设置双绞线信道到计算机的接口;ManagementMode选项中选择网络处于OnNet状态还是OffNet状态,NetworkComponents用来设置创建的网络为DEMO状态还是正式使用状态,如果采用LONDEMO状态,那么在网络中添加的设备不会被记信用点(Credits),但是网络中最多可以添加6个LON设备。
做如下设置:
之后返回General页面,执行:
CreateNetwork命令,出现如下画面:
点完成按钮,等待Plugin组件注册完成,出现创建完成的LonMaker网络。
如下:
此时,VISIO画面右边画面中,有一个绿色的矩形,表示网络接口卡(U10)正常工作,处于online状态。
至此,LonMaker网络创建完成。
第二步:
添加DI设备
从VISIO画面左边的Stencil中,使用NodeBuilderBasicShapes中的Device,用左键拖动到右边的画面中,出现如下对话框:
在DeviceName中写入添加设备的名称DI,选择Comissiondevice,然后在DeviceTemplate中,勾选Createnewdevicetemplate。
完成后执行下一步。
上图新设备接口定义中,点击Browse按钮,看到默认路径下的KaiImport文件夹,打开该文件夹,选择DI.xif文件,点确定,出现如下图所示:
上图中点击下一步,出现的下图中不做任何修改:
执行下一步:
上图中表示执行按下Servicepin按钮来获得NeuronID。
执行下一步。
此处勾选Loadapplicationimage,表示要把设备的接口文件和应用程序文件下载到设备中。
执行下一步。
上图中勾选Online,表示设备要处于在线状态,其它选项都使用默认配置。
执行完成命令。
出现该画面后,按下主控模块上的Servicepin按钮。
如果出现如上画面,执行YES命令。
成功连接后,如下图所示。
第三步:
通过配置属性对节点的功能进行配置
首先从VISIO画面左边的Stencil中,拖动Functionalblock到右边的画面中,如下图:
●在Device中,Name的下拉列表中选择DI。
●在FunctionalBlock的name下拉列表中选择MFDI[0]。
●把Createallnetworkvariablesshapes勾选。
●最后执行完成命令。
同样的操作,将MFDI[1]、MFDI[2]、MFDI[3]都添加到画面中。
结果如下图:
接着,使用Plug_in对每个DI端口进行配置。
如下操作:
在任意一个功能块上,点右键,在菜单中执行Browse命令,如下图:
执行命令后,出现browse画面,如下图:
在上图中,可以看到若干个绿色的项,这些项叫做配置属性。
通过对它们的不同设置,可以让对应的DI口实现不同的功能。
为了方便理解,可以通过下图来表示:
ManualTest项:
如果把nviTest所属的配置属性UCPTinvertInput的值设置为TRUE,就表示:
勾选UseManualTest,将使用手动测试功能;此时外接的DI信号不起作用,开关信号通过对nviTest的设置来模拟。
如果使用默认的FALSE值,表示:
取消勾选UseManualTest,不使用手动测试功能;此时使用外接的DI信号,同时对nviTest设置的值不起作用。
把nviTest所属的UCPTinvertInput的值设置为TRUE:
双击该配置属性项后,点击图中上面的值列表,出现该配置属性可取的值,选择TRUE后回车,完成值的设置。
给nviTest设置值:
双击nviTest网络变量,然后在value栏中输入:
100+空格+1后回车;或0+空格+0后回车。
如图中点击monitorallon按钮,可使网络变量的值处于实时刷新的状态。
Processing项:
通过对配置属性UCPTdioType的不同配置,可实现下述功能:
Direct:
对应DIRECT值,该选项表示此处不作任何处理,直接将输入状态输出。
Toggle:
对应TOGGLE值,该选项表示:
每接收到一次闭合信号,它就改变一次输出的状态(1或0)。
例如:
Delay:
对应STRETCHED值,该选项表示:
输入、输出有延时。
如下图:
OnDelay:
对应UCPTonDelay的值,表示:
当接收到ON信号时,延迟该设置的时间后,输出才从OFF转为ON。
OffDelay:
对应UCPToffDelay的值,表示:
当接收到OFF信号时,延迟该设置的时间后,输出才从ON转为OFF。
如上设置OnDelay为1天2小时3分钟4秒,OffDelay为5天6小时7分钟8秒。
Pulse:
对应DELAYED_PULSE值,该选项表示:
脉冲输出。
类似于Delay方式的设置方法。
这种方式和Delay方式的不同在于:
Pluse方式在接收到一个ON信号后,按照设定的PluseOn时间延时后变为ON输出,之后不管接收到的信号是否变化,在输出变为ON达到PluseOff设定的时间后变为OFF。
而Delay方式则在输入信号变为OFF时才开始计时OffDelay。
Count:
对应COUNT值,该选项用来计数ON信号。
在设置为Count方式时,计算器清零。
计数没有保存到非易失性存储器里。
Invert项:
通过把nvoDI所属的配置属性UCPTinvertInput设置为TRUE或FALSE来表示:
从Process项中接收到状态信息后,翻转或不翻转输入状态。
TURE表示翻转,FALSE就不翻转。
三、思考及实验
1、在LonMaker的VISIO画面中,是如何逻辑表示相关硬件的?
答:
如下图中,
最左边绿色的矩形LNSNetworkInterface代表的是接口卡。
所谓接口卡就是从电脑到LON总线的一个转换设备,接口卡一端连接电脑,另一端连接LON总线,根据不同类型的LON总线使用不同的接口卡,如采用电力线时,需用U20;如采用78K的双绞线信道时,需用U10。
此处代表的是U10。
和矩形LNSNetworkInterface连接的线:
Channel1,可以在选中它的情况下点右键执行Properties命令,看到上图中的对话框,反映出它是什么类型的通信信道。
此处代表了实际的双绞线连线。
和Channel1连接的另一个绿色的矩形代表了DI的主控模块,上面的四个功能块代表了DI主控模块下面挂接的四个DI端口。
2、下图中,各个选项的作用是什么?
比较修改了下图中各个选项的设置后,创建LonMaker网络时的不同步骤。
OnNet和OffNet的比较:
如图中所说,OnNet状态下,是当前对设备配置的任何改变都会及时下载到LON节点中,而OffNet状态下,则是把对设备配置的改变记录到计算机的DB中,直到commission时才下载到节点中。
在VISIO画面中改变设备网络状态的方法是:
在LonMaker菜单中执行NetworkProperties命令:
在如下的对话框中,切换到NetworkInterface页面进行修改:
第三节:
DO模块
一、硬件原理及连接
1、DO模块有四路DO端口,通过固态继电器,对应地有5VDC的DO信号输出。
2、当对应的FT3150模块IO管脚输出为逻辑1时,经过两输入与非门电路,输出为逻辑0,经过反向门电路后,为逻辑1,接入锁存电路后,驱动继电器动作,如图:
3、对于外接端子,引出了DO3、DO4两个,使用时需检查跳接情况,如下图:
二、组网
第一步:
打开之前创建的LonMaker网络
开始->程序->lonmaker,打开后如下图:
在ExistingNetwork中选择要打开的LonMaker网络的名称,DI。
然后执行OpenNetwork命令。
出现之前DI实验时创建完成的LonMaker网络。
如下:
第二步:
添加DO设备
从VISIO画面左边的Stencil中,使用NodeBuilderBasicShapes中的Device,用左键拖动到右边的画面中,出现如下对话框:
在DeviceName中写入添加设备的名称,选择Comissiondevice,然后在DeviceTemplate中勾选Createnewdevicetemplate。
完成后执行下一步。
给创建的DO节点选择正确的接口文件:
DO.XIF。
完成后点击下一步:
上图中不做任何修改,执行下一步。
上图中表示执行按下Servicepin按钮来获得NeuronID。
执行下一步。
此处如果勾选Loadapplicationimage,表示要把设备的接口文件(.xif文件)和应用程序文件(.apb文件)重新下载一次到设备中。
如果设备中已经有了正确的程序,可以不勾选,这样就不会进行程序的重新下载。
执行下一步。
上图中勾选Online,表示设备要处于在线状态,其它的使用默认项。
执行完成命令。
出现该画面后,按下主控模块上的Servicepin按钮。
成功连接后,如下图所示。
第三步:
通过配置属性对节点的功能进行配置
首先从VISIO画面左边的Stencil中,拖动Functionalblock到右边的画面中,如下图:
●在Device中,Name的下拉列表中选择DO。
●在FunctionalBlock的name下拉列表中选择MFDO[0]。
●在NumberofFBstocreate中设置为4。
(这样可以不用拖四次来创建功能块)
●把Createallnetworkvariablesshapes勾选。
●最后执行完成命令。
每次出现的该对话框需要勾选Createallnetworkvariablesshapes。
结果如下图:
接着,使用配置属性对每个DO端口进行配置。
如下操作:
在任意一个功能块上,点右键,在菜单中执行Browse命令。
由图中可看到,每个DO口有两个对应的配置属性。
为了方便理解,可以通过下图来表示:
Direct/Toggle项:
对应UCPTToggle,类同DI的该项功能:
Direct:
对应FALSE值,该选项表示:
此处不作任何处理,直接将输入状态输出。
Toggle:
对应TRUE值,该选项表示:
每接收到一次闭合信号,它就改变一次输出的状态(1或0)。
例如:
Invert项:
通过把配置属性UCPTinvertInput设置为TRUE或FALSE来表示:
从Direct/Toggle项中接收到状态信息后,翻转或不翻转输入状态。
TURE表示翻转,FALSE就不翻转。
三、思考及实验
1、在LonMaker的VISIO画面中,把四个DI分别和四个DO绑定。
如下图中,从左边的Stencil中,拖动Connector到右边的画面中,一端和DI功能块的nvoDI相连,另一端和DO功能块的nviDO相连。
把其它三组功能块同样的相连后,分别按下DI板上的DI按钮,相应的DO输出的继电器就会动作,下接的LED灯会开或关。
2、在上面的基础上,分别对DI、DO模块进行不同的配置,验证各项功能。
3、为何每个DI开关在VISIO画面中,对应的是一个nvoDI的输出网络变量,而DO中的LED对应的是nviDO的输入网络变量?
答:
这需要从网络的角度来理解,一个DI开关对于网络来说,它提供的是开或关的信号,这个信号需要传递到网络中去,因此需要一个输出的网络变量;一个LED灯的开关控制是由网络中传递过来的命令来确定,所以需要一个输入网络变量。
4、功能块、设备、网络的删除。
(1)删除功能块:
在功能块上点右键,在菜单中执行delete命令。
执行delete命令后,出现如下对话框:
执行YesToAll命令。
(2)删除设备:
在设备上点右键,执行delete命令。
执行delete命令后,出现如下对话框:
执行YesToAll命令。
之后再删除DI设备。
(3)网络的删除:
只有将DI、DO等设备删除后,才可再删除整个网络,否则将会把Credits丢失。
在把VISIO画面中的所有设备删除后,关闭VISIO。
打开LonMaker,在ExistingNetwork中选中要删除的网络,执行delete命令。
执行是,完成网络的删除。
第四节:
AI模块
一、硬件原理及连接
1、AI模块有两路AI端口,用于采集0-10VDC电压信号,对应地有两个AI功能块。
2、采集电压信号时,有两种信号来源,一种为来自外部的信号,一种为内部通过滑动变阻器调制的信号,如图:
通过上图中S1、S2两个跳线,两路电压信号来源分别可以是:
或者从J2上引入的外来信号(AIEX),或者是内部的滑动变阻器调制的信号(AIRE)。
3、AD转换电路原理,如图:
由于在FT3150中,可以实现I2C型的IO对象,所以在AI模块中,我们使用了带有I2C接口的12位AD转换芯片MCP3221,使用MCP1541提供4.096V的基准电压,使用3157来实现两路AI输入的切换。
二、组网
第一步:
创建LonMaker网络
由于FT3150主控模块只有两个,所以在使用AI、AO时最好把之前DI、DO实验时组建的网络删除掉。
所以需要新建一个LonMaker网络。
开始->程序->lonmaker,打开后如下图:
在Networkname下面输入要创建的LonMaker网络的名称AI。
点完成按钮,等待Plugin组件注册完成,LonMaker网络创建完成。
第二步:
添加AI设备
从VISIO画面左边的Stencil中,使用NodeBuilderBasicShapes中的Device,用左键拖动到右边的画面中,出现如下对话框:
在DeviceName中写入添加设备的名称,选择Comissiondevice,然后在DeviceTemplate中,勾选Createnewdevicetemplate项。
完成后执行下一步。
之后同DI、DO实验操作,最后成功连接后,如下图所示。
第三步:
通过配置属性对节点的功能进行配置
首先从VISIO画面左边的Stencil中,拖动Functionalblock到右边的画面中,如下图:
●在Device中,Name的下拉列表中选择AI。
●在FunctionalBlock的name下拉列表中选择MFAI[0]。
●在NumberofFBstocreate中设置为2。
●把Createallnetworkvariablesshapes勾选。
●最后执行完成命令。
结果如下图:
接着,通过配置属性对每个AI端口进行配置。
如下操作:
在需要配置的端口对应的功能块上,点右键,在菜单中执行Browse命令。
出现画面如下图:
可以看到,每个AI口由两个相应的配置属性。
为方便理解,可以通过下图来表示:
UseTranslateOrNot项:
对应UCPTToggle配置属性:
每个AI端口都是用来检测0-10VDC的,对应取值范围为0-100(%)。
AI有两种输出方式:
一种是直接输出(Direct),对应FALSE取值:
即nvoAI的值除以10就是实际检测到的电压的值;
另一种是转换输出(Translate),对应TRUE取值:
即根据设置的转换表进行转换,适用于检测值和期望输出值的比例不是1:
10的情况。
此处可以设置按照两个不同斜率进行转换的表。
如:
如上配置,第一个斜率为(15-0)/(25-0)=0.6,第二个斜率为(45-15)/(50-25)=1.2。
所以一样的电压输入,直接输出为:
27.55,使用上述转换表输出为:
18.06。
如果不使用第二个斜率,那么第三行写入0即可。
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