杜晋京

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厦门科技 / 9 9 6论文选载智 能 建 筑 中 的 现 场 总 线厦门大学电子工程系 杜晋京随着控制技术的发展,对智能大厦进行综合管理的智能建筑物管理系统,正逐步从以往的根据分布式信息与控制理论而设计的集散型系统 D C S 进步为基于现场总线的控制系统 F C S。现场总线一0卒!|甲对理▲l十寸日.口门.|J、绪限口麟目息晓ù现场总线是用于现场仪表 (传感器、变送器及执行器等 ) 与控制室系统之间的一种开放、全数字化、双向及多站的通信系统。它是计算机技术、通信技术和控制技术发展的产物。现场总线的种类有 40 多种,但适合智能建筑且能在我国推广的仅有两种: C A N (控制器局域网域 ) 和 L O N W o r ks (局部操作网络 )。C A N 由德国 R o be rt B os hc 及几个半导体集成电路制造商开发出来,起初专门用于汽车工业以节省接线的工作量,芯片由M o t o r o la、I n t e l等公司生产。虽然芯片价格便宜且易于推广,但因其传送数据宽度较窄而不适宜于复杂的过程控制领域,目前在智能建筑中也有应用。L O N W o r k s 是美国 E e h e lo n 公司于 19 9 1年 3月推出的技术和产品。该公司开发的数字通信协议完全支持国际标准化组织 15 0 定义的 0 51 七层模型,支持多种低成本通信媒体,如双绞线,电力线、红外线,无线电射频、光纤和同轴电缆等,主要用于工业 自动化和智能建筑。2 神经元芯片N e ur o n 是一种基于嵌入式神经元芯片的总线技术,可以很容易地组成对等 / 主从式,决策设备 / 传感器总线以及高水准的现场总线系统,低成本和高性能是该总线系统的最大优势。其技术核心为神经元芯片 (见图 1 )。它使用 C M O S C L sl 技术制造包含 3 个 8位 C P U:介质访问控制 M( A C ) 处理器、网络处理器和应用处理器。第一个处理器主要用于处理协议的第 1尸 2 层,包括驱动通信子系统硬件和执行冲突避免算法;第二个处理器处理协议的第 3一 6 层,进行网络变量的处理、寻址、事务处理、证实、背景诊断、软件计时器、网络管理和函数路径等,还控制网络通信器,物理地发送和接受数据包 ; 第三个C P U 为应用处理器,执行用户编写的代码及用户代码所调用的操作系统服务。L O N W b r k s 还提供一套开发平台,也即一套完整的建网工具 L no B ui dl。这套工具含有一套C 语言的编译器,它的编程语言是从 A N sI C 中派生出来的 N e u r o n C,并对 A N S I C 进行了删减和增补。这套编译器提供了 n 个 1/ 0 库函数,它通过自定义的网络变量,将相关节点上的通信连接起来,该变量可以是各种类型,而且还可以规定优先级,响应方式等。此外,L o n B ui dl集开发环境和编译于一体,具备 C 调试器,可在多个仿真器上调试应用程序,并具备网络协议分析和通信分析的功能。神经元芯片的通信 口由 5 个引脚组成,可配置成各种通信介质接 口,例如网络收发器。具有 n 个引脚的 1/ 0 口可以发送和接受信息,还可以在不同配置下,为外部硬件提供接口,如 R S 2 3 2,并口,定时 / 计数,间隔处理,位 1/ 0 等。1/ 0 口有 4 类 3 4 个预编程的 1/ 0 对象,用来实现有效测量、计时和控制应用操作。通信接口MA C 网络处理器 处理器网络缓冲器 应用缓冲器~.~ 一 一 一 ~ ~ ~ ~~一 _ 一 ~ ~ ~~J共享存贮器图 1 神经元芯片处理器和存贮器此外,该 芯 片 还有一个 时间计 数器,能完成w at hc d o g 多任务调度和定时功能。神经元芯片支持节电方式,在节电方式下系统时钟和计数器关闭,但状态信息 (包括内部 R AM 中的信息 ) 不会改变,一旦 1/ 0 状态变化或网络上网络变量有变,系统便会激活。其内部还有一个最高 1.25 M b Ps,独立于介质的收发器。目前芯片所使用的频率为 IOM H z,将来会增加到 20 M H z,具有更强的功能。小小芯片不仅具有强大的通信功能,更集采集、控制于一体。在理想情况下,一个神经元芯片加上几个分离元件便可成为 F C S 系统中的一个独立控制单元。2 7论文选载 厦门科技 / 9 9 6探地雷达在厦门建筑工程中的应 用厦门市建筑科学研究所 吕英明引言探地雷达是利用超高频脉冲电磁波 ( 1护一 10伙 z )来探测地下介质分布的一种地球物理方法。它主要通过特殊的天线 ( T )以尽可能无损失地将高频电磁脉冲能量祸合到地下,当地下介质存在因岩石的物理或化学性质变化引起的电性差异时,一部分脉冲电磁波的能量会被反射并被接受天线 ( R ) 记录下来。若己知电磁波在地下介质中的介电常数或传播速度,根据反射波的双程旅行时间就可 以得到地下岩性界面的深度 (参见图 l )。近几年来,为了满足厦门地区基础工程建设及其质量无损检测需要,我们引进技术先进的雷达系统,对本岛某些基础工程中的孤石、地下暗穴、开挖界线和洞壁衬砌硷厚度进行探测,取得 了明显的效果,积累了一些有益的经验。下面以几个特殊工程地质问题的探测实例,说明雷达技术在解决工程地质问题和检测工程质量方面的作用及笔者在实际工作中的一些体会。7 点 位 ( m 》·小|个|十5十古丁|es.·二干上|十3下少了|.卞图 1 探地雷达探测原理图2 探测实例2.1 探测地下暗穴拟建的集美航海学院培训楼为 3 ~ 8 层框架结构。据勘察部门资料,场地内岩土组合 比较简单,地表为不厚的 (l 一 Zm ) 素填土和坡积砂质粘土,其下为残积砂质粘土,是区内较好的持力层,采用独立柱基。在地基施工过程中,有人反映,场地内可能有废弃的防空洞 (勘察时未发现 )。若如此,今后地基可能出现不均匀沉降,导致建筑物开裂并影响正常使用。院方对此十分重视,旋即委托我们使用探地雷达进行探测,查明了防空洞大小、走向及深度。防空洞主要开挖在粘土层中,深度不超过10m,故雷达探测的参数采用 S OOns 的观测时窗,天线距lm,测距 o.Z m,数字采集多次叠加 (达 12 8 次 ),测线沿地梁布置,个别与之垂直,以控制防空洞大小。防空洞废弃己久,且大部分塌陷或被其他物质充填,由于充填双间程时3 L O N W o kr s 的互操作性智能建筑的一个特点是测控点分散,从一盏灯、一个探头到一部电梯、一台空调机,几乎遍及建筑物各个角落。另一个特点是被控设备种类多,包括空调机、冷却机、风机盘管、锅炉、换热设备、发电机组、电梯、给排水设备、火灾报警、保安监控、照明配电等,且这些设备往往本身配有控制系统。要实现对建筑物内所有机电设备进行全面控制,需要一种成本低、对分散设备可以实现互操作的测控系统,而这正是基于神经元芯片的L O N Wb kr s 的优势。L O N W心r ks 的不足之处在于它属于O EM,故用户需要进行二次开发而不能直接应用。L o n w o r k s 本身提供了建网工具 L o n B u i l d及面向对象的网络通信协议 L o n Ta kl,其性能覆盖了 BI C ( 国际电工委员会 ) 关于现场总线的推荐规范,而且应用更加灵活。然而,也正是由于它为系统集成留下太多余地,造成不同配件的供货商对 L o n w or ks 的解释和描述可能不同,因而开发出的产品未必可 以实现互操作。因此,国际上成立了 L O N W o r ks 国际互操作性协会,负责定义发表、确认产品的互操作性。产 品经协会确 认,并允许使用 L O N W心r ks TM 标志,这才表示它们可以实现互操作。据说,目前世界上准备建设的高层、超高层建筑有9 0% 位于亚洲地区。近年来,由于东南亚金融危机的影响,只有中国仍然持续发展智能建筑。目前国内也有许多单位研发现场总线,但缺乏统一标准且规模较小。我国应紧紧追踪国际最新动态,制订标准,规范市场,以保证我国民族工业稳健而迅速地发展。△2 8

智能建筑中的现场总线

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