时间：2023-06-12 14:45:24
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇常见通讯协议，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：SIS系统；通讯接口；OPC协议；实时数据库
0、引言
随着我国电厂信息化水平的不断提高，厂级监控信息系统（SIS）已经成为提高发电厂运行与管理水平、实现发电厂管控一体化的重要平台。作为厂级信息系统，实时数据是电厂SIS系统的重要信息基础，其数据不仅包括火电厂机、炉、电等核心设备过程数据，还涵盖了脱硫、水、煤、灰、等辅助检测控制系统。对于高参数、大容量的大型机组而言，电厂自动控制系统类型多样，且数据标签点数量、存储频率和通讯方式都有较大差别，电厂SIS建设常常需要针对每个控制系统进行接口开发，实现数据获取、转发、缓存等功能，还要考虑接口机与软件的冗余布置。随着SIS规模的不断扩大，对如何提高接口的性能和可靠性以更好满足对所有接口综合监视和管理提出了更高要求。
本文就电厂SIS系统实施过程中影响接口可靠性的因素进行简要分析并从工程实际出发提出有效提高数据采集接口可靠性的方法和途径。
1、影响接口可靠性因素分析
SIS系统是建立在全厂控制系统（DCS、PLC等）之上，跨越运行与管理的信息系统， SIS系统接口软件基本功能是从底层控制系统中以通讯方式采集现场实时数据以及将数据通过通讯网络写入数据库服务器。数据采集软件安装在接口机上，接口机经过隔离设备同控制系统相连，通过交换机同SIS数据库服务器构成通讯网络。从SIS定位及数据采集接口功能实现过程分析，影响接口可靠的因素包括以下几方面：
1）接口采集设备的性能和可靠性；
2）接口软件功能设计是否合理和完善；
3）接口设备与控制系统物理连接方式及软件协议的选择；
4）是否具备对多接口集中高效管理的能力；
5）接口的日常监测和管理；
2提高接口可靠性方法和途径
SIS系统接口涉及电厂多种监测系统，可靠性受到多种因素影响，从硬件设备、物理网络、软件功能设计、接口通讯协议等多方面综合考虑，通过选择合理的方法和途径才能有效提高接口长期运行可靠性。
2、选用高可靠性硬件产品
SIS系统接口众多，除条件较好的机房外，一定数量的数据采集设备安装在现场设备间，由于设备间灰尘、振动及电磁干扰等因素影响，要保证SIS系统数据接口的可靠性，首先应对接口采集设备规格进行统一规划和要求。为适应现场复杂的工作环境和保证长时间稳定运行，应采用可靠性高的专用工业控制计算机作为接口数据采集设备。采集设备采用双路电源供电，数据采集通道采用冗余双通道通讯。
完善接口软件功能
接口软件应功能完备，方便维护人员对接口的管理和问题处理。
1）具备数据缓冲和数据恢复的功能。其实现方法是，接口软件在往数据库服务器发送数据的时候，总是检测网络的连通性，一旦网络或服务器故障时，接口机软件在开辟的内存空间和硬盘空间中缓存实时数据，同时接口机定时检测网络是否连通，一旦连通后，接口机软件会将缓存的数据按照时间顺序把数据重新发送从而实现数据的还原。
2） 具备事件采集和维护管理功能，对数据采集和转发的运行过程进行监测，实时记录数据处理过程相关事件，并提供“数据采集过程报警”、“数据转发过程报警”、“事件记录”和“操作事件记录”的实时显示、记录、打印等数据的管理及输出，当维护工程师需要的时候，可通过在线的查询，分析采集系统的运行状况及故障情况。
3）参数可配置功能。不同控制系统标签点数、数据采集频率、数据精度等各方面要求存在较大差异，客户通过调整接口软件的配置参数即可适应不同控制系统接口多方面功能需求，而无需对软件进行重新编译和部署。
4）丰富的人机界面。为利于系统维护以及数据点的数值对比核实，软件应留有显示标签点值的界面窗口供维护人员检索查询，软件界面显示数据项应包括数据点编号、类型、点当前值、时间标签、状态值等。
2.3 选择高效通讯方式和协议
1）通讯方式选择
常见的不同系统间数据通讯在物理介质及链路层有串行口和以太网两种方式。以太网与串行口通讯方式相比有几方面优势：支持远距离数据传输和高速率数据通信、软件调试方便、支持多节点连网、可带电插拔接口设备（串行口设备一般不允许带口插拔，容易损坏接口），在条件具备时应优先选择以太网通讯方式进行数据采集。
串行口通讯方式一般用于智能仪表、工控测量设备等不具备以太网接口的设备上，串行口依其功能特点分为RS232、RS485、RS422三种形式，在必须选用串行口进行通讯时应优先选择RS485方式。相对其它两种方式，RS485支持高速率、远距离、多节点数据通讯，且布线方便，成本低。
2）通讯协议选择
合理高效的通讯协议能有效降低数据传输过程出现错误的概率，提高数据的完整性和可靠性，通过合理组织报文能充分利用有效带宽，在大量数据高速传输时更能体现其优势。
SIS系统接口常见通讯协议有OPC、Modbus、TCP、UDP、IEC102，IEC104，CDT，DNP，DLT645等。对于大型机组DCS系统，单台机组DCS系统标签点数在两万点以上，若采用定时请求应答轮询机制采集数据，假定单次通讯报文为1K字节，一个标签点信息占用10字节（标签编号2字节，标签点值4字节，时间4字节），则一次通讯报文可传送100个标签点信息，两万点标签数据完整采集一次需传送200次，一般在两次报文传送之间需增加发送延时，通常延时参数可设置20-50毫秒，因此在1秒内可传送数据50-20次，2万点数据完整传送一次的时间在4-10秒之间。SIS系统要求数据采集频率为秒级，通常为1-2秒，所以这种轮询采集方式不能满足上万标签点的DCS系统数据采集需求。
通过对控制系统运行数据的在线分析，可以发现不同过程数据变化特点存在较大差异，对于温度、流量等模拟量可依据其变化特点和重要程度采用不同的采集频率，这样既减少了数据流量也保证了数据质量。DCS系统中有大量开关量数据，在机组正常运行时，大部分状态保持长时间不变，只有在工况调整过程才发生状态值变化，比如送风机和引机运行状态、各段抽汽电动阀全开状态、运行报警信号状态等，对于这些长期不变化的开关量数据定时进行采集是没有意义的，这类数据的最佳处理方式应该是在数据服务提供方进行数据处理，当检测到数据变化时及时将数据回传到客户端，而不论此时客户端是否发送了数据采集请求报文。
在SIS系统所涉及到的接口协议中，OPC协议很好的满足了对于大量数据的高频率采集需求，OPC的数据访问方法有同步访问、异步访问和订阅式数据采集方式三种。
・同步数据访问方式
OPC服务器端按照OPC客户端的要求将数据返回给OPC客户端，OPC客户端在结果被返回之前必须处于等待状态。当客户同服务器交互的数据量比较少的时候可以采用这种方式，然而当网络堵塞或大量客户访问时，会造成系统的性能效率下降。
・异步数据访问方式
OPC服务器接到OPC客户端的要求后，几乎立即将方法返回。OPC客户端程序随后可以进行其他处理，当OPC服务器完成数据访问时，OPC服务器主动触发OPC客户端程序的异步访问完成事件，将数据访问结果传送给OPC客户应用程序，客户应用程序在其事件处理程序中接收从OPC服务器传来的数据。因此异步方式的效率较高，能够避免多客户大数据请求的阻塞，并可以最大限度地节省CPU和网络资源。
・订阅式数据访问方式
订阅方式不需要OPC客户应用程序向OPC服务器提出请求，而是服务器按一定的更新周期（UpdateRate）更新数据缓冲器的数值时，如果发现数据有变化超过死区（DeadBand），就会以数据变化事件（DataChange）通知OPC应用程序。由此可以根据模拟量点的重要程序通过设置合理的变化死区，忽略数值的的微小变化，从而减轻了OPC服务器和OPC客户端程序的负荷，对于开关量也可以达到及时跟踪状态变化的目的。这也使得网络上的请求包数大大减少，并有效降低了对服务器的重复访问次数。在数据点很多的情况下，这种通信方式的优势更能凸现出来。
OPC协议是由微软公司联合几个公司制定以DCOM为基础开发的，它只能用于Windows系统，在大量以UNIX为主的变电站自动化系统比如ECS电气控制系统、NCS网络控制系统中IEC60870-5-104规约适合于大量数据的高速传输。104规约属于问答式异步通信方式，大致流程为：主站测试链路报文-子站回确认帧，调度总召，子站上送全遥测遥信，调度下发二级数据召唤报文，子站化遥测，其中遥信变位和SOE都是主动上送。
2.3 对接口集中管理
SIS系统中涉及接口种类众多，这些接口可能分布在不同的设备间，为了提高接口安全可靠性，降低单一接口故障对其它接口系统影响，不同接口安装在不同接口机上，这种接口配置方式在一定程度上增加了对接口维护检测和问题处理的复杂程度，因此在接口中有必要增加接受集中管理的功能设计，开发对整个系统接口进行集中管理的软件模块。
国外一些数据库厂商已经提供了相应的软件来实现对多种数据接口的集中管理配置功能。如美国OSI Software公司PI（Plant Information System）实时数据库系统提供了接口设置工具ICU（Interface Configuration Utility）软件， ICU是一个非常优秀的系统管理工具，可以替代许多手工设置来完成对多种接口软件的配置工作，如：编辑接口配置文件，将接口软件安装成服务，设置接口标签点的输入/输出速率和查找运行日志文件，启动和调试接口。美国Instep公司eDNA实时数据库系统将数据采集接口开发成系统标准PUSH实时服务，例如OPC接口OPCRTS，通过系统BOSS服务可以实现对数据采集接口服务的远程网络管理和操作，创建和删除服务、开始和停止服务、浏览和控制服务、提供服务列表和事件等功能。
2.4 加强安全管理
接口是实现过程数据从控制系统转移到SIS的桥梁，为保证接口本身及底层控制系统安全，必须在接口机与控制系统网络间增加物理隔离装置，从物理上隔离两侧数据直接通讯。加强对接口机设备的日常管理工作，接口机的开启和操作、电缆连接等工作必须专人负责；安装防病毒软件并及时升级病毒库以防止由于病毒感染造成的接口机故障；日常定期对接口机工作状态进行巡视和记录。
3、结论
数据采集接口可靠性直接关系到整个SIS系统能否高效、稳定、安全地进行全厂实时数据的采集和处理。通过在多个电厂SIS项目的实际应用表明，通过选用合适的接口采集设备、选择合理的通讯方式和通讯协议、对接口软件功能进行优化设计，能有效提高SIS系统接口的可靠性，降低接口故障发生的概率，保证了IS系统高可用率，使SIS系统在促进电厂运行安全稳定、经济环保、提升科学管理水平上发挥着越来越大的作用。
参考文献：
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[4] PI Server System Management Guide. OSIsoft
[5] Historian Data Collectors. Proficy Historian
1相关理论与技术
通过采用AJAX及SIP通讯协议，设计一个WebService并以Web为接口的端对端异步通信实例，阐释WebService双向通讯的建构方式，同时对AJAX技术、SIP通讯协议的原理与应用作简要介绍。
1.1WebService双向通信机制
如图1所示[1]，建立Client/Server双向通信的松散连接及紧密连接架构，WebService双向通信包含了一个Client的主动请求和一个Server端的前项式Push或事件通知。这是从服务互动的观点来设计的，最少会包含这3种型态，而每一个端点都像这样具备Client与Server的功能设计。
（1）TYPEI是一个常见的单向WebService交互式样板；Rc：表示Client端初始化一个请求，这个请求可以接收响应或是不需要响应。
（2）TYPEII是一个ServertoClient的异步Reply与EventNotification的交互式样板，实际上异步Reply常被塑造成EventNotification的模式，有ACK就响应，否则就是Notification；Es：表示Server的事件通知，可以要求具有ACK的响应，也可以是一个事件通知。
（3）TYPEIII与TYPEI相反；Rs：表示Server端初始化一个请求，这个请求可以接收响应或是不需要响应。
图1中实心的箭头是初始化请求，虚线则是选择性的信息响应，TYPEIServer必须提供适当的WSDL，通过SOAP传递给Client来使用，TYPEII和TYPEIII在Client必须提供适当的WSDL，通过SOAP传递给Server来使用，而WebService人需同时具备TYPEI～TYPEIII的行为能力，在一个WebService的端点中同时存在Client/Server的角色时就会出现状态协调性的问题，如果协调性出现问题就会出现错误，传统WSDL是One-way方式，要实现WebService双向通信就要做动态的设计。
1.2AJAX技术
AJAX的全名为AsynchronousJavaScriptandXML，是JavaScript及XML等技术的结合体，另外AJAX也包含浏览器端如何呼叫服务器端WebService的HTTPRequest技术[3]。从AJAX全名的字义中可以了解，AJAX就是异步的JavaScript与XML，它突破了传统网页开发技术的限制，使得网页更具互动性。
1.3SIP通讯协议的原理与应用
SIP是一个应用层的控制通讯协议，可以建立、修改或结束多媒体联机[4]。以OSI定义的网络七层来分类，SIP应该属于会话层，但是也有人将其归类在广义的应用层。
SIP目前共定义九大逻辑组件[5]，因该文仅使用到ProxyServer这个组件，利用该组件的原理，将该组件的部分功能设计成WebService。ProxyServer是一个中介组件，同时具有Server与Client的双重角色，相当于H.323中的Gatekeeper，通常SIPUserAgent发出请求时并不知道对方的地址，需要ProxyServer从中协助，当ProxyServer无法取得SIPUserAgent所要求的联机对象的地址时，ProxyServer会通过预设的路由选择方式转送给其他ProxyServer代为解析，此时转送请求的ProxyServer便会成为Client端。如图2所示，以INVITE为例，假设Smith要用SIPPhone与John通话，首先Smith与John的SIPPhone要先分别向各自的SIPProxy注册，接着Smtih的SIPPhone发出INVITERequest，其中INVITERequest中会有几个标头字段：Via、To、From、Call-ID、CSeq、Contact、Max-Forward、Content-Type、Content-Length。因为Smith的SIPPhone并不知道John的地址或是John所注册的SIPProxy地址，Smith会将INVITERequest送到自己所注册的SIPProxy（Smith’sProxy），Smith’sProxy会回传100（Trying）给Smith的SIPPhone，100（Trying）表示Proxy已经收到并处理INVITERequest，而Smith’sProxy会根据IP或是域名找到John的SIPPhone所注册的Proxy，在把INVITERequest传送出去之前，Smith’sProxy会先将自己的地址填在Via字段，加到INVITERequest的标头，然后送到John的SIPPhone所注册的Proxy（John’sProxy），而John’sProxy则会在收到INVITE讯息后回传100（Trying）给Smith’sProxy，表示已经收到并处理INVITERequest，此时John’sProxy会查询数据库，找到John目前所在的IP地址，之后John’sProxy会将自己的地址填在Via字段，加到INVITERequest的标头并将INVITERequest传送给John的SIPphone。在收到INVITE信息后，John的SIPPhone会进入Ringing的状态，并依照先前所纪录的Via字段，依照路径回传180（Ringing）讯息给Smith的SIPPhone并告知John有来电。当Smith的SIPPhone收到180（Ringing）信息后，可以显示某些信息并等待John接起电话，若John接起电话，表示John允许建立联机，John的SIPPhone响应200（OK）信息给Smith的SIPPhone，而200（OK）的讯息中，可以携带John希望建立RTP封包联机的相关信息和参数（IP地址与Port）的SDP给Smith，其中SDP是附加在SIPMessage后面。此时Smith的SIPPhone因应200（OK）的信息响应ACK给John的SIPPhone，两端SIP联机就算是建立完成，此时便可以利用之前Message所攜带的SDP里的相关参数，开始传输RTP封包。若John拒绝受话，则John的SIPPhone就会传送一个CANCEL讯息给Smith的SIPPhone。
2结语
过去在浏览器上运行需要单向、双向，全双工、半双工的服务（如聊天室、语音通话、视讯等）都存在一些问题，网页聊天室采用共通的Session或全局变量来达成信号沟通的目的，而浏览器也会定时PostBack，造成Client端浏览器换页的动作产生，也会存在一些Session中断或是无法清除的问题，对于实时的讯号交换是一个瓶颈，许多运行顺畅的语音或视讯软件，都是以ActiveX或是Applet的组件嵌入方式安装在Client端浏览器中，运用了AJAX的方式呼叫CallBack机制后，寻找可用的WebService，结合SIP通信协议，让信息或软件可以快速地组合出新的服务，也可以达到信号实时交换的需求，另外提供了一种快速开发以浏览器为用户端软件系统的新方式，而Client浏览器不再需要一直进行更新网页的动作，也不需要嵌入任何组件，这对目前很多使用者因嵌入不明组件造成中毒或是黑客入侵，有实质上的帮助，提高信息安全的防护。
参考文献
[1] ZhenshengWu.AWayofUsingWebServicebyAJAX[C]//Proceedingsof2008InternationalSymposiumonDistributedComputingandApplicationsforBusinessEngineeringandScience.2005.
[2] WuChou，FengLiu.WebServiceforTele-Communication[C]//ProceedingsoftheAdvancedInternationalConferenceonTelecommunicationsandInternationalConferenceonInternetandWebApplicationsandServices.2006.
[3] 谢延红，钱爱增.利用Ajax技术开发无刷新聊天室系统[J].长春师范学院学报，2007，26（6）：86-89.
[4] 施昌伟.基于SIP协议的即时通讯系统的研究与实现[D].南京邮电大学，2012.
[5] 张晨光.基于H.323协议的IP呼叫中心坐席終端设计与实现[D].北京邮电大学，2008.
[关键词]RFID；IC卡；RS-485
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0284-03
1 系统架构
图1为智能充气装置的总体系统架构，智能充气装置选用工业级P89V51RD2单片机作为主控芯片，装置和上位机之间采用常见的工业现场总线RS-485实现数据通讯。RS-485总线具有低成本、易布线、传输距离远等优点，其理论传输距离可达1200米，工业现场可靠传输距离为800米。经试用，整个系统性能稳定，可靠性高。
2 业务流程分析
2.1 单片机状态转换图
智能钢瓶充气装置各种状态间的相互转换由下位硬件系统和上位软件系统协同完成，整个充装过程包括启动、等待、验证、判断、待机、充气和故障等状态。下位硬件系统通过严格的时序控制自动完成各个状态间的转换并和上位软件系统保持实时通讯。状态转换图如图2所示。
2.2 详细分析
1.读卡及卡信息验证
对气瓶IC卡的内的信息进验证：判断“当前气瓶状态”是否为007，表示气瓶通过预检；判断气瓶报废时间是否已到（报废时间
2.运行监控功能
系统运行过程中，每0.5秒读取一次气瓶温度，与上位机参考温度进行比较，发现温度连续上升到设限值，自动报警（报警方式采用蜂鸣器，长时间急促声提示，同时LCD屏上显示气瓶的当前温度值及与参考环境温度的差值）、输出报警开关量。
3.写卡功能
摘接机前，系统根据上位机给出的气瓶状态值写入IC卡的stat数据栏及充装的气体种类和充装压力，写入数据成功后，系统提示写卡成功，用户可以摘除传感器。
4.设置运行参数（由上位机分发给下位机）
当前时间time（年、月、日、时、分），以上位机时间数据为标准；温度上升报警上限值；充装的气体（如：高纯氧、工业氧、医用氧、普通氧、低纯氧等）；充装站编号；重装机编号；充装压力。
5.保存300条充装数据记录（含未通过验证的），记录按FIFO的规则，可通过上、下键查阅，同时可通过网络上传至上位机，上传过的可删除。
6.机器工作状态
等待：等待上位机发送机器设置指令或等待用户读卡操作；验证：气瓶读卡后取得气瓶关键数据后验证是否通过验证；待机：验证通过后，等待充气指令；充气：接受充气指令后启动温度传感器，开始监控温度，每500ms采集一次；故障：如果上述过程中有故障，则进入故障状态。
3 硬件设计
3.1 系统硬件框图
本装置的硬件部分由单片机、A/D、键盘、显示器、RFID读写模块、红外测温、环境测温、接收和发送天线、电源、时钟及RS-485通信接口等构成。上述几个部件与器件以周密的逻辑设计配合，通过程序控制完成对钢瓶的充气过程。系统硬件框图如图3所示。其中，IC卡读写电路为本设计的重点，其余电路在常见控制系统中通用，设计较为简单，笔者不再赘述。
3.2 IC卡读写电路
非接触式IC卡作为电子标签安装在钢瓶的规定位置，用来区别钢瓶的类别、记录钢瓶用户的个人信息及缴费金额、余额等。本设计采用FM1702作为读卡芯片，工作在13.56MHZ频段。其D0～D7数据位通过总线和单片机的I/O口连接，在单片机的严格时序控制下，配合天线完成对IC卡的读写。设计电路如图4和图5所示。
4 软件设计
智能充装系统在待机状态下通过查询方式扫描4个功能键，从而完成每个功能键所对应的处理工作，系统流程图如图6所示。
读卡键用于IC卡读写操作，当读卡键按下时，系统开始扫描卡片。如果扫描到卡片，系统进入IC卡处理子程序；如果在限定的时间范围内没有扫描到卡片，则退出卡片扫描程序，重新进入键盘扫描程序。
测温键用于测量环境温度，当测温键按下时，系统读取环境温度，并将结果显示在LCD界面上。正常情况下，系统完成读取和显示操作后重新进入键盘扫描程序；异常情况下，系统显示异常并报警。
验证键的处理程序是整个系统的核心部分。当验证键按下时，系统开始验证钢瓶的合法性，通过合法验证的钢瓶即刻进入红外测温子程序。系统通过读取钢瓶表面的温度与环境进行对比，如果对比结果在设定安全范围之内，则控制系统打开电磁球阀，对钢瓶充气。在充气过程中，系统定时读取钢瓶表面的温度，并检查其与环境温度的差值是否合法。一旦检验结果超出设定的安全范围，系统则认为钢瓶已经充满，即刻关闭电磁球阀，停止充气。充气结束后，系统将充气结果及参数上传给上位机，同时将信息记录在IC卡上，完成交易。
查询键用于完成信息查询。在上、下位机间不能正常通讯的情况下，系统任然可以控制钢瓶充气的过程。此时，所有的交易记录全部保存在下位机的FLASH中，按下查询键后，根据系统提示信息，通过上下键完成查询工作。
5 通讯协议
通讯协议用来规定上、下位机之间数据传输的格式和含义，是本设计的又一重点。它的合理性和优劣性直接决定着整个系统的性能指标，由命令字、数据格式和电子标签数据格式组成。
5.1 命令字（见表1）
5.2 数据格式
说明：字头：1字节1个ASCII码，40H
设备地址：1字节2个ASCII码，0―255（即0---0x0ffH）
标志：1字节2个ASCII码，bit0～bit7（bit0=0为读，bit0=1为写；bit=0为不打包；bit3bit2=00数据类型为字节，bit3bit2=01数据类型为字，bit3bit2=1x数据类型为浮点数）
数据地址：2字节4个ASCII码，0x0000～0xffff。
数据字节数：1字节2个ASCII码，1―100，实际读写的数据的字节数。
数据…：实际的数据转换为ASCII码，个数为字节数乘2。
异或：异或从设备地址到异或字节前，异或值转换成2个ASCII码。
CR：0x0d。
5.2.1 上位机发送读命令
下位机应答：
（1）正常：
（2）不正常：
5.2.2 上位机发送写命令
下位机应答：
（1）正常：
（2）不正常：
5.3 电子标签数据格式（见表2）
6 结束语
设计了一种智能钢瓶充气装置，该装置以P89V51RD2单片机为核心控制芯片，以FM1702作为读卡接口芯片，以RS-485总线完成上、下位机间的通讯。在充气过程中，通过计算钢瓶表面温度与环境温度的差值来判断是否停止充气。设计理念新颖，总体设计方案科学合理，具有一定的实际应用价值。
参考文献
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摘 要： 文章主要介绍蓝牙协议结构、功能及其蓝牙在智能家庭网络中如何实现。
关键词： 智能家庭网络；通讯协议；蓝牙技术；HIC
1蓝牙技术简介
①蓝牙技术的定义。“蓝牙”是一种开放型的技术规范，它可以在世界上任何地方实现短距离的无线语音和数据通信。
②“蓝牙”采用的跳频技术。蓝牙不是工作在2.4GHz这一个频点，而是工作在2.40 GHz和2.48 GHz这个频段上（有的国家使用的频段较窄），即采用相隔1MHz的79个频点实现跳频。
③蓝牙网络的结构，蓝牙系统的网络拓扑有微微网和分散网两种形式。微微网（Piconet）由主设备单元和从设备单元构成。首先提出通信要求的设备称为主设备（Master），被动进行通信的设备称为从设备（Slave）。一个主设备最多可以和7个从设备进行通讯。一个主设备和一个以上从设备构成的主从网络称为微微网，在必要的情况下设备的主从角色也可以转换。
④蓝牙协议的结构。蓝牙协议可以分为四层：核心协议、替代电缆协议、电话控制协议和选用协议。核心协议包括了基带、链路管理协议（LMP）、逻辑链路控制和适配协议（L2CAP）和服务发现协议（SDP）。所有蓝牙设备必须支持核心协议以及蓝牙无线接口，而其他协议可以根据需要来选用。除了四个基本层次外，蓝牙协议还包括了主机控制接口HCI（host controller interface）。它为基带控制器、链路控制器、访问硬件提供了命令接口。HCI上层协议通过传输层向下传送HCI 命令；而HCI 下层协议执行HCI 指令后， 执行结果将以事件的形式返回上层。
⑤蓝牙技术与其他无线通讯技术的比较。在智能家庭网络中，主要的通讯方式为有线通讯（包括双绞线、电力线等）和无线通讯（包括射频、红外线等）。无线技术不但可以让我们减少线缆的使用量，使我们的居住环境更加简洁，而且，可以让我们在自己家中的活动更加自由。所以，无线技术及相关协议是智能家庭网络中重要的组成部分。
蓝牙技术具有价格适中、功能实用、受限因素少等特点。这些基本满足了智能家庭网络的经济要求，适合在家庭中使用。
2蓝牙在智能家庭网络的实现
蓝牙功能的实现分硬件实现和软件实现。
①硬件实现。在智能家庭网络中，要实现蓝牙功能就需要添加相关的蓝牙主机和蓝牙模块。蓝牙主机可以由PC、ARM或单片机担当，显然PC机过于昂贵了，因此，一般由arm或单片机担当蓝牙主机。蓝牙模块至少包括：RF模块、基带模块、控制模块和存储模块。现在很多蓝牙芯片都集成了多个、甚至全部模块的功能。
②软件实现。一个蓝牙系统被HCI(蓝牙主机控制接口)分为下层（蓝牙模块）和上层（蓝牙主机）两部分。HCI 提供访问蓝牙模块的统一指令方式，它主要定义了主机控制蓝牙模块的各个指令的意义，它为基带控制器、链接控制器、硬件状态和控制寄存器等提供命令接口，为主机提供向蓝牙模块发送HCI指令、HCI数据以及从蓝牙模块接受HCI事件和HCI数据的能力。主机与蓝牙模块之间通过HCI收、发分组方式进行信息交换，用指令—应答（Command_Response）方式实现控制。
HCI传输层主要有3 种:HCI USB;HCI PCM; HCI UART。其中HCI PCM主要负责语音通讯。 HCI有4 种不同类型的包——HCI 命令、HCI 事件、ACL 数据和SCL 数据。ACL 数据和SCL 数据在蓝牙主机和蓝牙模块之间双向传输。蓝牙主机通过传输层向蓝牙主模块传送HCI 命令，蓝牙模块执行HCI 指令后， 将以事件的形式返回给蓝牙主机。
我们举例来说明蓝牙主机和模块之间如何传递HCI命令和HCI事件。如果蓝牙主机要向蓝牙模块发送一条Reset 指令，则可以通过蓝牙主机的U A R T 串口发送一个十六进制数系列（01、03、0C、00）至蓝牙模块，蓝牙模块就能执行Reset指令功能。若复位成功，蓝牙模块将返回给蓝牙主机一个十六进制数串（04、0E、04、01、03、0C、00）的事件，表示完成复位。
弄清HCI 指令和HCI 事件实现机制后，我们就可以开始编写各种HCI指令操作函数。HCI 以下由底层协议软件负责的物理链路的建立通常可以由蓝牙模块/适配器完成， 而实现L2CAP 以上的协议软件和高层应用则需要由开发者自行完成。
3结语
随着网络技术和自动化技术的普及，零散的、功能单一的家电设备会被逐步淘汰，智能家庭网络、智能家居必将成为我国今后发展的主流。由于目前蓝牙技术在我们的日常生活中最为常见，在今后的智能家庭中采用蓝牙无疑给客户带来巨大方便。比如现在常见的蓝牙手机就可以直接应用到有蓝牙功能的智能家体昂网络中。可以说蓝牙是智能家庭网络的理想选择。因此， 对基于蓝牙技术的无线家庭网络进行研究具有极大的理论和实际应用价值。
参考文献：
关键词：通信协议；芯片；总线
0 引言
随着现代社会的快速发展，电子信息技术也飞速进步，以往的功能单一，运行卡顿的电子设备早已无法满足人们对电子产品日益整涨的需求。而使用单一IC注定无法研发出功能复杂的电子产品，这使得大规模集成IC应运而生，而多片芯片之间必然会有数据的传输进行协同处理用户的数据，而这就使得各种通讯协议产生了。
1 SPI
SPI（Serial Peripheral Interface）是串行外设接口的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线。SPI在芯片的管脚上只占用四根线，节约日益宝贵的芯片的管脚，同时也为PCB的布局上节省空间，提供了方便，正是出于这种简单易用的特性，如今很多的芯片集成了这种通信协议。有的芯片提供了SPI片上外设，但有时这种外设不是很稳定，有时也采用软件模拟SPI的方式，即编程不断改变引脚状态来模拟SPI的时序达到通信的目的。
SPI的通信原理很简单，它采用主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，通常需要至少4根线，而有时3根也可以进行数据传输（当单向传输时）。四根线是所有基于SPI的设备共有的，它们分别是SDI（数据输入）、SDO（数据输出）、SCLK（时钟）、CS（片选）。其中，CS是控制芯片是否被选中的，也就是芯片的使能线。它允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。剩下的就负责通讯的3根线了。数据的输入输出线负责传输数据，时钟线则控制主从设备读取或者发送数据的时机。
2 UART
通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），通常称作UART，是一种异步收发传输器，是电脑硬件的一部分。通常是将数据由串行通信与并行通信间作传输转换，作为并行输入成为串行输出的芯片，通常集成于其他通讯接口的连结上。
具体实物表现为独立的模块化芯片，或作为集成于微处理器中的外设。一般采用RS232协议，采用类似Maxim公司的MAX232之类的标准信号幅度变换芯片进行搭配，作为连接外部设备的接口。
UART作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输，各位的意义如下：
起始位：顾名思义，一帧数据的开始。数据位：紧接着起始位之后，通常采用ASCII码。从最低位开始传送。奇偶校验位：数据位加上这一位来校验资料传送的正确性。停止位：它是一个字符数据的结束标志，一般是一段时间的高电平。 由于数据是在数据线上定时传输的，并且每一个设都有其自己的时钟，很可能在通信中两设备间出现了不同步。因此停止位更多的作用是提供计算机校正时钟使两台设备同步的。
3 I2C
I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及各种常用设备，是微电子通信控制领域目前正在广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊的形式，具有接口连接线少，控制简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。I2C 协议通过串行数据线（SDA）和串行时钟线 （SCL）在连接到总线的器件间传递信息。每个器件都有一个唯一的地址识别（微控制器――MCU、LCD 驱动器、存储器或键盘接口等等常见电路），而且每个外设都可以作为数据的发送者或者是数据的接收者（这由器件的功能决定）。例如常见的LCD 驱动器只能作为接收器，而存储器则既可以接收又可以发送数据。除了数据发送器和数据接收器以外，器件在执行数据传输时分为主机和从机。主机是指实现初始化总线的数据传输产生允许传输的时钟信号的器件。此时，任何被主机寻址的器件都被认为是从机。任何一个芯片都可以被认为是主机或者从机。
4 CAN
CAN（Controller Area Network， CAN）是控制器局域网络的简称，是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的，并成为了国际标准（ISO 11898），是目前国际上应用最广泛的现场总线之一。 在北美和西欧的大多数国家，CAN总线协议已经成为车载电子系统和工业嵌入式电子控制局域网的标准总线，并且衍生了以CAN总线协议为底层协议圣物专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。
目前CAN 的高性能和可靠性已被大多数电子工作者认同，并被广泛地应用于工业自动化、医疗设备、工农业设备等多个方面。CAN总线是当今电子领域技术发展最快的热点之一，被誉为电子领域的局域网。
5 区别与联系
当然，除了上面说到的各种协议，还有类似于DS18B20采用的单总线通信的多种多样的通信方式，各大通讯协议各有各的优点，各有各的缺点。I2C线更少，比UART、SPI、CAN更为强大，但是技术上也更加麻烦些，因为I2C需要有双向IO的支持，而且需要使用上拉电阻，抗干扰能力较弱，一般用于同一板卡上芯片之间的通信，不方便用于远距离通信。SPI实现要简单一些，而UART需要固定的波特率，就是说两位数据的间隔要相等，而SPI则无所谓，因为它是有时钟的协议。I2C的速度比SPI和低频稳定情况下的UART慢一点，协议要比SPI复杂一点，但是连线也比标准的SPI要少。
但无论哪种协议，既然在高速发展的今天得到了广泛的使用，就说明必然有它得到大家认可的原因，学习电子知识可以说电子元件之间的通信是基础中的基础。在未来，一定还会有更多更加优秀的协议诞生，让芯片之间的通信越来越快，越来越稳定，让大家的电子产品更加完美。
参考文献：
[1] 黄继昌.电子元器件应用手册[M].北京：人民邮电出版社，2004.
[2] 徐英慧.ARM9嵌入式系统设计[M].北京航空航天大学出版社，2015.
作者简介：刘兴华（1994―），男，辽宁调兵山人，沈阳理工大学学生。
关键词：智能家居；方案；实现；设计
中图分类号：TU855 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 08-0000-01
一、智能家居的基本现状
随着信息社会的飞速发展，智能化、信息化家庭已经不再是一个陌生的名词。通过建立智能家居网络，能够实现通讯设备、家用电器和家庭安防装置连接到一个家庭智能化系统上而进行异地的监控和管理，为人类提供一个更加舒适、便捷、高效的生活环境。
智能家居网络不同于传统意义上的家庭局域网，它是一种混合网络，它建立的目的是提供一套完整的家庭娱乐、信息共享、家庭管理和Internet接入及远程监控等服务功能。
二、基本组成
（一）组网方式：集中型和总线型
集中型网络：呈星形或树形拓扑的网络，所有的信息都要经过主控制器，各类终端设备与主控制器形成主从关系，通过链路由主控制器向各个终端发送指令并对终端设备进行识别和控制。
总线型网络：采用一条传输线作为总线，所有的终端设备都公用这一条总线作为信息传输通道，并通过既定的通讯协议传送和接受相互间的信息，缺点主要是一处发生故障将导致整个网络的瘫痪。
网络类型：可分为“有线网络”和“无线网络”两大类。
有线网络：双绞线或同轴电缆连接、电话线连接、电力线连接等；无线网络：红外线、蓝牙和基于个人电脑的无线连接等。
（二）功能实现
根据目前国内的实际情况，智能家居应具备以下功能：
安防、防盗及报警功能：系统应该兼容大部分的报警器，做到防盗、防火、防煤气泄漏，一旦检测到报警信号，能够迅速报警。
家电控制功能：不但能够使家电的控制处于同一信息通道内，而且当人在户外时，也可以控制家中的各种电器设备。
信息交换功能：通过与外界的连接，把所有的通信手段整合到一个网络内，包括电话、Internet网络、有线电视等等，让人在使用的时候更加便捷。
（三）设计原则
可靠性：由于智能家居系统需要二十四小时不停运转，系统的安全性、可靠性和容错能力在设计时必须予以高度重视。
标准性：智能家居系统方案的设计应依照国际统一的标准和通讯协议进行，在保证系统扩展性的同时，还要保证不同品牌设备的兼容性。
方便性：系统在设计之初，安装与维护的方便性也应该作为重要的考虑内容，比如系统在发生故障时，允许维护人员通过网络在远程对系统的工作状态作出准确的检查，并能够根据诊断结果对相对简单的系统故障进行修复，不但便于进行系统的日常维护，同时还提高了响应速度，降低维护成本；另外也需要考虑用户对系统进行控制时的便利性。
（四）系统组成
通过了上述的分析，本文试根据不同功能对智能家居进行分析。为了保证数据的安全稳定和可靠性以及各部件通信的流畅，必须选择国际统一的通信标准协议，并针对家庭内外的不同要求，将标准内外分开，为系统的建立打下良好的基础。
本套系统以家庭内部网络为依托，由主控制器（选装）、手持终端、各种功能扩展模块（安防、家电控制、访客对讲、远程抄表、通讯、红外遥控）以及各种探测器（红外检测器、门磁、窗磁、烟雾报警器、可燃气体报警器）组成，组合度和灵活度非常高，通过通讯模块与外界进行联系。
三、系统功能的实现
（一）手持终端
手持终端可以采用掌上电脑，也可以是比较常见的智能手机，通过网络对主控制器进行管理，进而实现系统的各个功能，并且体积小，操作方便。通过触摸屏幕就能进行信息的检索和数据分析。
（二）通讯
通讯模块是系统与外界联系的唯一通道。它的作用举足轻重，即要保证系统数据的安全性又要做到将报警信息外传、远程控制命令解码以及向主控制器放送控制指令。
在传输介质上，采取以太网和公用电话网两种方案，由于以太网具有传输速度高、低功耗、易于安装等优势，并且支持几乎所有的流行网络协议，所以能够在系统中得到很好的运用。
当用户出门在外时，可以利用移动电话或者是个人电脑等终端设备对家中的各个模块进行控制。
（三）红外遥控
通过对红外模块的控制，可以实现对家电的开关、音量增减、频道选择等功能；当检测到非法入侵时，可以通过红外遥控，打开家庭范围内的摄象设备，利用手持终端控制摄像机对报警的环境进行监控观察。
（四）安防
既然跟安全相关，在稳定和可靠性上比其他模块的要求会更高，所以在推荐使用有线结构，在方案设计上，不建议选择带安防功能的智能主机，安防与中控设备是两个概念，安防只是智能控制里的一个子系统而以，只要是标准专业的智能中控主机都是可以对接控制的，而市面上多数的带安防功能的主机出现，是因为多数厂家之前都是从事安防设备的，突出了安防，弱化了智能中控。所以优先选择智能中控系统，再配套专业的安防设备。
（五）主控制器
主控制器作为各个模块之间相互交流的平台，通过网络实现硬件互联和功能的实现，可以根据实际需要选择安装。
关键词：轨道交通；电气自动化；PLC；
中图分类号：C913.32 文献标识码：A 文章编号：
1 地铁系统中 PLC 编程现状
地铁系统中 PLC 程序设计中，可采用 LAD(梯形图)、STL(指令表)、SFC（程序流程图）进行编程。LAD 表达直观、清晰，来完成控制逻辑实现；STL指令执行速度快，用来完成接收、发送及初始化任务；SCL指令丰富，适合表达复杂计算过程，用 SCL完成自动算法的实现。
2地铁系统 PLC 编程设计
2.1 地铁系统中 PLC编程方法
针对地铁系统的特点，采用结构化的 PLC 编程方法，该方法把过程控制中的类似或相关的功能进行分类，并试图提供可以用于几个任务的通用解决方案，结构化程序能够重复利用通用逻辑关系或代码。
2.2 地铁系统中 PLC可靠性的编程方案
地铁系统中 PLC程序应当具备功能的完备性和运行的可靠性，我们从以下编程方案来提高 PLC控制系统的可靠性：
2.2.1 正确选用按钮触点，提高可靠性。
在地铁系统中 PLC控制一般是开关量控制比较多，根据输出量是断开还是闭合为安全状态来设计逻辑控制程序。
2.2.2 设计故障检测程序。
a.时间故障检测程序，在地铁系统中，为了提高 PLC控制系统工作的可靠性，可以专门设置一个定时器，作为监控程序部分，对系统的运行状态进行检测。
b.逻辑错误检测程序，在 PLC 控制系统正常的情况下，各输入、输出信号和中间记忆装置之间存在着确定的逻辑关系，一旦出现异常逻辑关系，必定是控制系统出了故障。因此，可以预先编制好一些常见故障的异常逻辑程序，加进用户程序中。c.为了提高 PLC 控制系统的可靠性，对关键的故障或关键的部位要在硬件和软件上设置双重保护。
2.2.3 合理设计控制回路。
针对 PLC是成批输入、输出的工作方式，我们采取的方法是将点动按钮或急停按钮直接控制执行元件，将保护性的触点接在 PLC 输出回路与相应的执行元件串联，表明执行元件工作状态的指示灯不应该接在输出回路，因为它只能指示系统当前应有的状态而不是实际状态。
2.3 地铁系统中 PLC网络通讯编程
在地铁系统中，一般都选用支持多种通讯协议 plc，主要有工业以太网、Profibus- DP、MPI 方式、自由通讯口方式等。
2.4 地铁系统中 PLC程序设计的过程
2.4.1 分析控制过程。地铁机电控制系统中，一般由给排水、通风、供电、FAS、BAS 等系统组成，每个系统都有特定的工艺控制要求，详细分析被控对象的工艺和控制过程及工况特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对 PLC 控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。
2.4.2 确定输入／输出设备。根据地铁系统的控制要求，制定解决任务方案，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电动阀、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与 PLC有关的输入 / 输出设备，以确定 PLC的 I/O点数。
2.4.3选择 PLC。一般地铁系统中都采用中型以上的 PLC，在编程之前根据现场的实际情况，选择 PLC 的 CPU 模块和 I/O 模块，从以下几个方面考虑：a.可以根据现场情况，采用单主站、扩展方式或 ProfilBus现场总线进行输入、输出点的控制，CPU控制点一般要有 20%的冗余。b.地铁系统中控制任务一般不复杂，难度也不是很高，但是对安全和稳定性要求比较高，所以一般采用硬件冗余的方式。c.可以根据地铁系统各子系统的对时间、突发事件处理、现场信号诊断等要求，选用 CPU 是否支持中断功能。d.当地铁系统 PLC 控制系统需要参与信息化管理时，选择 CPU 模块时应考虑通讯功能或通讯模块，有时系统需要预留扩展接口以便与其他 PLC 系统兼容。
2.4.4 分配I/O 点并设计 PLC 硬件线路。a.分配 I/O 点。画出 PLC 的 I/O 点与输入／输出设备的连接图或对应关系表。b.设计 PLC硬件线路。画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入 PLC的控制电路等。由 PLC的 I/O连接图和 PLC电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。
3地铁变电站自动化系统设计
3.1系统结构
变电站管理单元内的主监控部分采用可编程控制器PLC。CPU模块采用80586处理器，主频66MHz，内存2M，并配有存放数据、可调参数和软件的RAM和FLASH MEMORY。能对CPU及I/O进行自诊断。电源模块，采用冗余配置。电源采用冗余配置，系统输人两路直流电源，保证系统在1路电源失电时，系统仍可无扰动安全运行，提高系统的可靠性。通讯模块采用Modbus+通讯模块。间隔层的微机保护装置经过RS一485总线分成几个组，连接到网桥的Modbus通讯口上，通过网桥收集数据并将这些数据通过MB+网络送到主监控单元PLC。
系统的主监控单元可通过可编程网桥编制不同的规约，满足与不同智能设备之间的接口需要。MODBUS网桥NW-BM85C002MB+网桥/多路转换器，每台网桥具有4个通讯口与间隔层的智能设备通讯，网桥将MODBUS协议的数据进行协议转化，通过MB十网络与PLC建立网络通讯，同时在中央信号屏中还配有可编程网桥NW一BM85C485，通过MB+网络与PLC连接，每个可编程网桥具有四个通讯协议可编程的RS一485口，在本方案中对其中的两个口进行编程，使之通过IEC一60870-7-101与中央控制中心通讯。
系统网络通讯层向上通过可编程网桥的RS一422接口采用IEC60870-5-101国际标准规约实现与控制中心通讯;向下网络通讯层通过网桥RS-422接口MODBUS标准规约实现与主变电站内的各开关柜或保护屏内的微机综合保护测控单元等智能装置通讯，满足变电所综合自动化系统控制、测量、保护的技术要求。通过网桥与智能设备及控制中心通讯，由网桥实现协议转换，降低PLC的CPU模块负荷率，提高系统的可靠性。配置液晶显示器，用于变电所内监控、软件维护，设备调试，站控层操作等人机接口。带有液晶显示器实现站内数据的显示和控制。液晶显示以汉字实时显示所内所有事故、预告信号、所内各微机综合保护测控单元的运行状态。事件变位的内容、时间等。当多个事故信号同时发生时，液晶显示报警装置按新旧次序，在所内时间分辨率的范围内依次显示各种信息，并能存储。操作员通过按钮对显示进行选择，必要时操作员可通过该组操作按钮对开关进行所内集中控制。就地一远方控制切换装置。为便于系统运行的需要，在中央信号屏内装有就地一远方切换开关，实现就地控制和远方控制之间的方式切换和闭锁。在变电站控制上，方便分层控制和管理。系统的电源采用冗余配置，系统输人两路直流电源，保证系统在一路电源失电时，系统仍可无扰动安全运行，提高系统的可靠性。
3.2开放式、宜扩展性设计
可以与满足相应标准规约(profibus, spabus, modbus等)的其它公司相关的(IED)互联进行信息交换。充分考虑到变电站扩建、改造等因素，间隔层设备基于模块式标准化设计，可根据要求随意配置，变电站层设备设置灵活。网络通讯层设计考虑到工业以太网、CAN、422、modbus+等现场总线的接口设计，能充分满足大流量实时数据传送的实时性和可靠性。
3.3软件设计
PLC软件方面，由于PLC以循环扫描和中断两种方式来执行程序。为了完成所有RTU功能，PLC采用循环扫描方式，与各个间隔层保护单元进行通讯。通过Modbus总线，读取各个保护单元的遥测、遥信信息，同时通过总线通讯对各个智能保护装置进行设点操作，实现对开关的遥控功能。本系统采用了Quantum系列PLC配套的con-cept编程软件中的FBD方式，进行了PLC的组态，实现了变电站自动化的三遥功能。
3.4系统功能及特点
变电站自动化实施对变电站各种设备进行实时控制和数据采集，实现对各种设备的微机控制、监视、逻辑闭锁、微机测量以及实现所间开关联跳功能。变电站自动化系统的特点:
(1)完善的自检功能，除通过通信对各单元进行监控外，各单元中保护和监控模块都具有极强的自检功能，同时二者相互监视，一旦发生异常，及时报警，提高系统运行可靠性。
(2)开关、刀闸状态信息采用常开及常闭双位置接点，通过软件判断其合法性。
(3)监控系统采用PLC代替传统的RTU，各智能模块采集的数据通过现场总线上传到通讯控制器。
(4)取消了常规光字牌，采用计算机模拟光字牌，并按不同电压等级的分层模式来显示。
(5)简化防误闭锁设计，重要设备之间用硬接线实现闭锁功能，综合自动化软件具备软件逻辑判别功能，但考虑到已有运行和检修经验，一般不在后台软件中进行闭锁。
(6)对暂态变位信号，经软件处理，采用自保持方式，未经人工确认信号不会消失。
参考文献：
[1]黄益庄《变电站综合自动化技术 》北京中国电力出版社，2000,1(2):41-43
【关键词】网络化；集成
1.DNC系统概述
DNC意思是直接数字控制或分布数字控制，是Distributed Numerical Control或Direct Numerical Control的简称。DNC最早是指分布式数控系统，它的含义是用一台大型计算机同时控制多台数控机床，由该计算机负责NC程序管理和传送。随着科学技术的进步和CNC技术的发展，数控系统存储容量得到很大的提高，其计算速度也大为提高。DNC由简单的直接数字控制转向分布式数字控制，它不仅有直接数字控制的功能，还有系统信息管理、系统状态监视和系统控制的功能。
DNC目前着眼于车间的信息集成，针对车间的生产计划，技术准备，加工操作等基本作业进行集中监控和分散控制，把生产任务通过局域网分配给各个加工单元，并使之信息相互交换。DNC集成模式可根据车间规模大小不同，构成不同的结构层次，有单层、双层和多层DNC系统。一个DNC集成系统的最高层次可以是单元级甚至是车间级、工厂级，至于DNC主机则处在工作站层。设备层中，可以包括DNC接口计算机，也可以不需要DNC接口机，DNC集成系统中是否需要DNC接口计算机要根据实际需求情况而定。如图1(a、b、c)：
根据DNC结构层次的不同，其构成往往也不同，但其基本组成是一样的，图2是典型的DNC系统，
其重要组成部有：DNC主计算机；数据通信线；DNC接口；NC或CNC装置；软件系统。
由于DNC系统的多种构成形式，系统的大小和复杂程度也各不相同。具体的DNC系统选择要根据其要求达到的目标和具体的实际条件来决定。影响DNC系统配置的因素很多，如图3所示，但首先应考虑实际的具体需求。
DNC控制系统方案的选择原则是：可靠性；经济性；灵活性。
DNC系统具有两个方面的功能：一是基本功能；二是扩展功能，如图4所示。基本功能主要包括NC程序的管理和实现DNC主机和数控系统之间程序传输。扩展功能则是在基本功能的基础上添加通信控制功能、生产计划及管理、工装刀具管理、数控工艺管理、毛坯物料流程控制和库存等功能。
2.DNC系统中的通讯网络
DNC系统是实施FMS和CIMS的必要基础，它利用一台计算机处理多台数控机床，通过通信网络完成加工信息、加工参数和NC代码的传送与处理，因此通讯网络在DNC系统中是至关重要的。通讯网络主要包括控制计算机、数控设备，I/O接口通信单元等。现有很多种具有良好性能的通信网络可供选择，在实际选择时，需要考虑计算机与数控系统的兼容程度，实际的生产流程情况等因素的影响。
网络技术是DNC技术中很重要的一部分，在DNC系统中，网络是根据用户需求而实现的，而支持制造自动化系统功能目标的专用工业计算机局域网系统，具有以下特点：
制造自动化系统中网络覆盖面广，包括车间、单元、工作站和设备层，这些层次上信息的特征、交换形式和要求各不相同，因而选用的通信联网形式和网络技术也不相同。此外，为满足整体系统信息集成的要求，还要考虑制造自动化系统同计算机集成制造系统上层系统的通信要求，因此制造自动化系统的网络是嵌入到一个由若干应用服务类型不同的局域子网互连集成环境中的计算机网络。
同时由于近年来局域网产品发展迅速，制造自动化系统子网内部，在通信协议、网络拓扑结构、访问存储控制方法及通信介质等方面都有差异，特别是在底层设备的通信方面，标准化程度并不一样，这阻碍了不同类型网络的互连性。解决不同供应厂商的通信及联网产品的互连问题，是DNC网络需要解决的关键技术之一。
DNC系统从信息需求看可分为四个方面，即：网络访问与系统支撑、信息格式与共享、底层通信支撑、加工设备(如机床)的监控。
3.网络化数控加工系统的结构
网络化制造是一种新型的制造模式，它以数字化、柔性化和敏捷化为基本特征。柔性化与敏捷化是快速响应客户需求的前提，表现为结构上的快速重组、性能上的快速响应、过程中的并行性与分布式决策。因此，网络化制造模式下的数控加工系统应具有集成、分布和广义的特征，同时必须获得信息高速公路的充分支持，这是网络化制造的根本要求，也是网络化数控加工系统的内在特性。网络化数控加工系统应具有下列功能：
(1)网络化数控加工系统是一个数控加工信息集成系统
网络化数控加工系统不仅仅是一个数控程序传输系统，而是包括制造数据传输、机床状态采集、作业任务分配、机床信息管理、机床状态数据分析等的集成化信息系统。
(2)支持基于网络的制造数据共享功能
网络化数控加工系统能够实现网络联盟企业计算中心与现场数控设备之间的信息共享。该功能主要表现为两个方面：一方面实现数控设备可以共享联盟企业计算中心的加工程序代码，实现联盟企业计算中心的计算能力通过网络的延伸;另一方面联盟企业计算中心可以通过网络接收来自数控设备的制造数据，服务于其它数控设备。
(3)支持基于网络的实时监控功能
网络化数控加工系统能够通过网络实时机床的状态信息，反映机床的运行历史，统计机床的运行报告，同时通过Web摄像机实时现场的生产情况。这要求一方面采集机床状态，另一方面把这些采集的信息实时网络，同时记录到机床的运行历史数据库，实现对机床全部生产时间的状态记载。
(4)支持跨平台的操作功能
由于盟友的计算机软、硬件、数控加工设备、数据库系统及应用等具有多样性，因此，网络化数控加工系统必须是开放式的，能够为盟友提供开放、公共的界面，支持跨平台操作，支持不同地域的多用户同时操作和信息共享。这就要求网络化数控加工中的信息共享平台必须支持跨平台操作。
DNC集成的模式可根据车间规模大小和生产设备的不同，采用一般控制结构和多级控制结构。一般控制结构具有两级计算机分级结构，其DNC运行模式的控制结构只有工作站和设备层如图1(a)，结构简单、功能集中、投资少、实现简单，适合于小规模的DNC控制。DNC主机对多台数控机床进行分时控制，从大容量内存中调用零件程序指令，分配和发送给机床，实现操作指令下达和状态信息反馈等功能，并随时做出相应。
多级DNC树型结构的顶部一般具有通用的能力，控制与协调整个系统，底部主要是面向应用，具有专用性，完成特定任务。其常用结构是二、三级结构，以三级居多，其结构如图5：
上层计算机主要由数据库服务器和DNC主控制机构成，用来完成CAD/CAM/CAPP等数据的管理和传送功能，往往承担着系统的管理、生产计划和物料需求计划等功能。中间DNC控制系统直接接收上一级系统的信息，也可根据下一级的设备状态，进行任务调度，实时的分配加工任务及反馈一些统计信息和系统状态信息。最底层的设备层主要由各种数控机床组成，通过RS-232接口与DNC主机实现通讯。它接收上一级的加工指令和控制信息，实现产品的加工操作，也可向上反馈工况信息。
4.网络化的DNC集成数控加工系统的特点
“集成”是网络化的DNC集成数控加工系统区别于传统DNC系统最主要的特征。DNC系统的“集成”主要体现在:DNC系统的集成不仅是设备的集成，也是功能的集成，信息的集成，控制与管理的集成，是一种“广义的集成”。其次，DNC系统的集成可以是车间内不同品牌、不同协议的智能设备之间的集成，也可以是不同车间、不同系统之间的集成，甚至是厂内与厂外或远程设备之间的集成，是一种“开放式的集成”。最后，DNC系统的集成是一种“分级集成”，即这种集成，可以是设备级的、工作站级的、单元级的，也可以是车间级的，甚至是跨车间级的。因此，集成环境下的DNC必须满足集成通讯、兼容性、开放性、实时性和可靠性的要求。
DNC集成模式可根据车间规模大小的不同，构成不同的结构层次，主要有以下几种：
(1)工作站层运行模式
工作站层模式包括工作站层和设备层，如图6(a)。该模式是用一台中央计算机集中控制管理一组机床。该集成DNC除了具有基本的DNC功能外，还具有CAD/CAPP/CAM以及MRPⅡ等系统的接口，甚至可以将这些系统集成在DNC主机内。该模式结构简单、功能集中、投入少，适合车间局部进行DNC控制。
(2)单元层运行模式
单元层模式采用包括单元层、工作站层和设备层。DNC主机负责制造数据的管理、传送和设备状态信息的采集；单元控制器负责产品及工艺的设计、NC程序的生成、成产计划和生产调度等工作。此运行模式还可以对辅助设备单元进行控制管理，如图6(b)。
(3)车间层运行模式
车间层模式包括设备层、单兀层和车间层，这一模式覆盖了整个车间。其结构如图6 (c)，可以看出，集成DNC主机通过单元控制器从车间层获取产品制造信息，单元控制器的主要功能是进行生产计划和生产调度，与车间主控计算机通过局域网实现企业内部网络管理;集成DNC主机负责NC程序的传送、设备状态的采集等，在制造单元和工作站数目不多的情况下，可以将单元控制器和工作站直接挂在车间局域网上，在网上进行单元的逻辑构造，这种网络结构反而更有利于单元重构，当以前的单元结构不适应新的生产要求时，不变动工作站和设备的空间位置就可以在网络上进行单元的逻辑重构。该运行模式适合于有单元层设置的车间。
(4)跨车间运行模式
前面三种运行模式构成的DNC集成系统没有与工厂层信息交换的通道，已越来越不能满足社会发展的需要。为适应未来制造业发展的需要，车间还应建立与Internet的接口，以便车间作为制造单元加入虚拟企业。信息技术的发展，使跨车间、跨工厂、跨地域甚至跨国域的制造信息的交换已经可以实现，跨车间运行模式结构如图6(d)，实际上是一种面向敏捷制造的车间运行模式，可实现敏捷制造企业的车间重组和动态联盟，这种新的车间运行模式对于改造国有大中型企业、充分发挥和利用国企的优势、增强企业的竞争能力，具有十分重要的意义。
5.数控机床网络化的现存问题
由于历史原因，制造车间往往同时拥有多种类型的数控机床，这些数控机床的数控系统由于生产年代和生产国家、厂家的不同，存在着多种档次和型号，从而造成了联网的复杂性，主要表现在以下几个方面：
(1)因为数控系统不同造成的通讯接口繁杂，通讯功能不一。目前，数控机
床常见的通讯接口有:标准串行数据通讯接口、DNC接口等。同时，还可能具有不同的通讯协议，数控系统通讯协议主要有XON/XOFF办议和自动重复请求的ARQ协议两大类。因此，要解决DNC主机与这些通讯接口的转换问题。
(2)加工车间内环境差、动力设备多，产生的干扰强，而且频带也比较宽，因而通讯系统应具有很强的抗干扰能力。
(3)DNC集成的功能可分为下传NC程序、双向传输NC程序，以及系统状态采集和远程控制等功能。不同单位对DNC功能需求差异较大，用户要根据实际情况选择，以充分发挥机床的潜力。
参考文献：
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关键词：出入口管理系统；电梯控制
1 概述
随着社会的发展，建筑物中的电梯使用越来越普遍。由于可以乘电梯到所有的楼层，因此电梯给人们带来便捷的同时，也带来了安全的隐患。为避免隐患及管理方便，一些建筑中使用了出入口管理系统对电梯的运行进行管理。
出入口管理系统也称为门禁管理系统，其主要功能是对受保护区域的人员进出进行管理，其对电梯的控制主要表现为对搭乘电梯的人员可以去到的楼层进行管理，此时的每个楼层在出入口管理系统看来就是一个受保护区域。
比如说在住宅楼中，住户刷卡仅能去到自己所居住的楼层；在办公楼中，工作人员刷卡仅能去到与自己工作相关的楼层；在酒店中，酒店客人刷卡仅能去到自己所住的楼层与公共楼层。前面描述的这些电梯运行中的管理都是使用出入口管理系统来对电梯的运行进行管理的体现。
2 出入口管理系统的组成部分
出入口管理系统通常由两部分组成：系统管理软件；负责实现各类功能的系统硬件。
2.1 系统管理软件
每个品牌的出入口管理系统都有自己的管理软件，各个品牌的管理软件基本上是不能够通用的。
一个完整的出入口管理系统的管理软件还需要配合数据库管理软件（通常是微软的SQL Server）来使用。数据库软件用于保存管理出入口管理系统的系统数据（持卡人信息、系统硬件信息、系统各种规则设置信息、卡片信息、时间表等）、而管理软件则负责持卡人信息、卡片信息的录入，门禁规则的制定、时间表设定、报警响应、系统间的联动等等。
2.2 控制器
控制器是出入口管理系统中最重要的硬件设备。整个系统中所有的卡号、门禁规则、电梯控制、触发响应/宏命令/事件标记、时间表、假日等信息全部保存在控制器中。
正常工作时，控制器接收系统前端设备传送来的信息，然后根据预先设定好的规则对系统事件信息作出判断响应，根据判断结果发出对应的执行指令控制系统前端设备动作，或是向系统管理软件发出报警。系统的所有事件系统管理软件都应该接收并保存在数据库中。
2.3 接口模块
当一个控制器可以控制的门禁点数量非常多的时候，需要连接系统前端设备所用的线缆将会非常多，因此将所有线缆都连接到控制器上是非常不现实的。为了解决该问题，需要将连接系统前端设备所用的接口从控制器上移出来。这样就产生了接口模块。接口模块仅仅负责接收系统前端设备的信息、执行控制器发来的指令，本身没有运算判断的功能。
2.4 读卡器及卡片技术
读卡器是出入口管理系统最常用的身份认证设备，它结合卡片使用来认证持卡人的身份。
根据工作频率的不同，读卡器和卡片使用的技术可以分为IC卡和ID卡两种，对于通常的电梯控制来说，选用哪种卡作为身份认证手段没有什么区别，更多的取决于出入口管理以及一卡通等系统的使用需求。而对于酒店来说，电梯控制使用何种技术的卡片取决于酒店门锁系统使用何种技术的卡片。在一些安防等级特别高的场所，可以使用生物识别技术作为身份认证的手段。
3 出入口管理系统常见系统架构
出入口管理系统的架构是由系统管理软件、控制器特性来共同决定的。同一套软件如果使用不同的控制器也可能会组成不同的系统架构。
3.1 两层架构
两层架构的系统组成由软件管理层和控制执行层组成。
两层架构使用的控制器是带有前端设备接口的控制器。
3.2 三层架构
三层架构的系统组成由软件管理层、控制层以及执行层组成。
由于电梯控制的特殊需求，除了身份认证之外还需要大量的输入、输出端口，因此在门禁系统选择上需要尽可能的选用三层架构的出入口管理系统以便于输入、输出端口的扩展。
4 出入口管理系统常见传输技术
4.1 RS485
RS485的理论传输距离为1200米，可以将多个设备连接在一条总线上。早期的门禁系统中，控制器与门禁服务器之间、控制器与接口模块之间均采用RS485进行传输。
4.2 网络传输
近年来，随着网络技术的发展及大规模门禁联网的需要，网络技术被引入到出入口管理系统中作为门禁控制器与服务器之间的主要连接方式，而RS485总线连接则作为备选或是冗余的通讯方式。
4.3 韦根（Wiegand）
Wiegand协议是国际上统一的标准，是由摩托罗拉公司制定的一种通讯协议。它适用于涉及出入口管理系统的读卡器与接口模块之间的通讯，目前市场上绝大多数门禁读卡器均使用Wiegand方式与接口模块通讯。
Wiegand协议的理论传输距离为150米。
5 电梯控制功能的实现
根据对电梯运行管理方式的不同，电梯梯控可以分为软件控制和硬件控制两种方式。电梯控制是对需要控制的楼层实现管理，而对公共楼层不予限制。乘客在电梯轿厢外的呼梯动作通常也不限制。受到管理的仅仅是乘客在电梯轿厢内的楼层选择操作。
不论是哪种控制方式，都需要在电梯轿厢内安装出入口管理系统的读卡器，由乘客刷卡来通知出入口管理系统是何人搭乘电梯。出入口管理系统在接收到乘客信息后，则根据不用的控制方式实现对电梯运行的控制。具体介绍如下：
5.1 软件控制
软件控制通常是指出入口管理系统厂商通过与电梯制造商达成协议，取得电梯运行部分的控制协议，并将其内置在出入口管理系统控制软件中。
由于电梯品牌的选定早于出入口管理系统的确定时间，而且电梯系统本身发展迅速，品牌选择和控制协议的更新上很难保证，因此现在很少见到采用软件控制方式的电梯系统。
关键词 BAS；数据流；权限；通讯协议
中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）82-0219-02
1 权限设计思路
车站的通风空调系统由中央控制、车站控制和非BAS控制三级组成。对于综合监控系统来说，针对以上设计思想，要按以下思路来实现：
中央控制：即OCC综合监控工作站，在OCC的工作站可以切换到每个车站的画面，在相应车站的画面上可以显示本车站控制权限位置。
非BAS控制：车站中每个受控设备都具备此权限，属设备级权限。当此权限在非BAS控制时：此设备只响应就地控制箱（或低压环控柜）上的控制按钮；综合监控系统不会对在非BAS控制权限状态下设备发出点动控制指令。
说明：竖线左侧为设备级权限，每个受控设备一个；竖线右侧为车站级权限，一个车站只有一个。
自左向右，优先级别越来越小。当权限开关向上开的时候，系统将屏蔽掉其右侧发过来的控制指令；当权限开关向下开的时候表示系统接受其右侧发来的控制指令。当前车站在正常工况下运行时，系统在符合以上规则的前提下，执行收到FAS发来的第一个火灾报警。在FAS发来第一个有效报警后，系统在复位前将不再受FAS系统的报警控制，任何模式指令都不再被执行，设备控制按上图所示的权限级别序列。一个火灾执行周期是指系统从正常工况转火灾工况时开始，到火灾救灾结束系统复位后结束。在一个火灾周期内，系统在符合以上规则的前提下，只执行FAS或ISCS发来的第一个火灾模式指令，收到的其他模式指令只记录不执行。在任何工况下，IBP盘按钮可发出火灾模式指令，BAS立即执行IBP盘按钮发出的火灾模式指令。
在IBP盘上的模式操作按钮为带灯按钮，在有权限的时候按下模式启动，通过灯的不同状态表示模式的执行状态。
模式停止：熄灯
模式执行中：灯以1HZ频率闪烁
模式执行失败：灯以2HZ频率闪烁
模式执行成功：灯常亮
3 权限状态数据流
设备级权限通过R I/O或通讯接口获得，R I/O的通讯模块取得设备权限状态后通过进行数据打包后通讯传递给车站主PLC；IBP盘信息通过硬线接口与BAS系统的RIO相连，将IBP盘上的权限信息打包后通过通讯传递给车站主PLC；车站和OCC的综合监控工作站的控制指令先传递到车站实时服务器，车站实时服务器直接和车站主PLC通过以太网相连，即：车站或OCC的综合监控工作站的指令直接与主PLC连接，实现权限设定。
各种权限到达主PLC后，主PLC进行综合判断，决定系统当前权限状态，并反馈到工作站上用于监视。这时主PLC收到设备或模式的控制指令后，通过权限判断，符合权限的指令将被执行，不符合权限的指令将被丢弃（即指令将不被执行，系统会将指令复位，对设备和模式没有任何影响）。
4 设备动作操作的执行过程
设备的动作操作的指令来源可以分为两种形式，一是由模式操作指令解析得出的设备动作指令；另一个是由HMI进行设备点动而发出的设备动作指令，主PLC得出设备动作指令后会直接将其通讯到相关执行方，进行设备控制。遵从以下步骤进行处理：从设备操作指令来源发来的设备控制指令先会被送到主PLC中，PLC经过逻辑计算，判断此指令是否为权限允许的指令。如果指令来源和系统当前的权限状态相符合则把相应的动作指令通过通讯下发到低压设备控制系统、远程I/O等，由低压设备控制系统和远程I/O对设备的控制回路进行控制。主PLC发出的控制指令为脉冲形式。
无论以上哪种设备操作形式，在主PLC将设备的动作指令发出的同时，启动定时器对设备动作的执行时间进行计时并轮询低压设备控制系统等相关接口方的设备状态。在规定的时间内对此操作所希望的设备的状态与设备的当前状态进行对比，如果在规定时间内此设备的状态不能达到操作所希望的设备状态，则返回设备“超时”报警。设备的“超时”报警在HMI显示并添加到设备报警栏中。
5 结论
BAS系统的设计是一项系统工程，涉及到政策的制定、政策的实施以及实施效果的评估等，任何一个环节的漏洞都会使这个系统工程产生偏差，要求从事这个行业的同仁具有社会责任感，为共同致力于智能化建筑的系统集成这项国计民生的事业尽一份力量。
参考文献
[1]王佳.地铁综合监控系统中FAS与BAS设计方案探讨.电气应用，2009.
【关键词】人防工程；现场总线；系统设计
1、引言
人防工程是为保障战争时期或其他非常规时期物资掩蔽以及人员安全而单独修建或者依托于地面建筑的地下防护建筑。我国人防工程的发展始于上世纪六十年代末七十年代初，当时兴起的“深挖洞”的群众运动，各家各户甚至各单位都在自家房屋地下挖地洞，相互连通，形成四通八达的地道网。但是这种工程辐射面积较小、质量差。现在，各地政府在建设人防工程时都会进行可行性论证，既要保证战时防空需要又要考虑到经济建设、城市发展以及人民生活的需要。[1]
在我国整个国防工程体系中人防工程占据重要地位，同时也是现代城市建设的重要内容。人防工程根据其战时用途可以分为指挥通讯、人员掩蔽、医院、救护站、仓库、车库等，按平时用途则可以分为商场、游乐场等。伴随信息技术、电力电子技术以及计算机技术的快速发展，各国人防工程纷纷采用先进控制技术手段，人防工程自动化控制程度不断提高。[2]目前我国人防工程自动化程度相比其他先进国家还有差距，在提高人防工程保障能力和保障水平，节约能源，降低工程运行管理费用方面尚有所欠缺。
本文分析了现场总线技术在人防工程底层设备铺设以及集成方面的应用，同时对于其他自动控制技术以及设备应用进行初步的讨论。
2、现场总线技术概述
现场总线（Fieldbus）问世至今不过二三十年，但是从其出现到现在却经历了迅速的发展。现场总线技术致力于解决现场智能化仪表仪器、控制器以及执行机构等现场设备之间数字通信以及这些设备和更高级的控制系统之间的信息传递的问题。现场总线设备的工作环境处于过程设备的底层，承担总控系统基础通讯网络，要求其具有协议简单、容错能力强、安全性好和成本低等特点。现图1为人防工程现场总线技术实现图示。
上图所示即为人防工程自动化控制系统现场总线技术实现模式，此系统最底层设备之间连接技术即为现场总线技术，此分布式控制系统由现场从站多个节点子系统构成，各子系统组成的网络结构类型可以分为树型、线型、环型等，采用光纤绞线作为传输介质。顶层主站可以与Internet实现互联，形成或开放或封闭的多选择网络结构。[3]
3、现场总线技术在人防工程中的应用
人防工程中现场总线技术的应用具有其巨大优势，具体表现在以下几点：
（1）现场总线技术由于其布线方式简单，网络拓扑结构简洁，从而使得系统成本较低，系统调试以及维护投资大大降低。
（2）现场总线技术数据响应速度快、传输可靠、抗干扰能力强，系统运行稳定、可靠。
（3）现场总线技术应用在底层设备上，从站节点的设计专门为了应对复杂的环境，适用场合较广。
（4）现场总线技术不同于其他高层控制技术，其接口具有高度适用性，可与多种高层控制系统对接，实现数据的上传下达，系统具有明显的开放性。
人防工程系统是一个综合型系统，其主要组成为供配电系统、照明系统、消防系统、进排风系统、给排水系统以及空调系统等子系统。供配电子系统的作用包括供电以及配电两个方面，主要负责供应电力电源以及备用电源，同时负责向其他各个子系统配送电力。供配电系统的底层电子设备主要包括各变压器、柴油发电机组、各高低压配电柜、计量柜、电容补偿柜等，其可靠性要求极高，对于保障人防工程战时安全运转至关重要。照明系统、给排水、给排风系统以及空调系统的主要作用是维持人防工程内部适宜的环境，确保内部人员的生存需要。其底层电子设备主要包括值班、应急、火灾疏散、安全用等照明设备，循环水泵、电动闸阀、给水泵、排水泵等设备，温控、湿控以及送风量控制设备，循环风机、送风机以及排风机，各伺服电动机等设备，这些系统是确保基本生存需要的根本，各系统之间需要密切配合，因而对于通讯速度以及响应速度的要求很高。消防系统主要是指火灾自动报警系统，主要包括消防联动装置、警报装置、喇叭、电动防火门以及防火卷帘门等设备，消防子系统要求反应快速准确，动作精确，为防止误报、迟报等情况的发生，控制系统必须具备响应快速的要求。上述各子系统配套设备输入/输出信号多样，既有数字量的输入/输出，也有模拟量的输入/输出，同时包括继电器信号的输出等，因而要求控制系统接口必须符合使用要求，具有多样性或者较强的通用性。
现场总线技术包括CAN总线Lon Works总线以及RS-485、Modbus协议等几种。[4]CAN总线技术相比于其他几种现场总线技术在可靠性方面最高，其通讯方式灵活、具有较高的抗干扰能力，成本较低、传输速度快，符合人防系统中三防系统（三种不同的通风防护方式转换控制系统）应用要求。Lon Works总线技术采用多种通信介质，网络拓扑结构多样，有多种组网方式，编程难度低，由于其成本较高，目前尚无成熟开发工具，但是由于其高度智能化，因此在人防工程系统的多个子系统诸如进排风系统、照明系统以及消防监控系统中均可以采用此种技术。
另外，在人防系统底层电气设备中有相当数量设备采用RS-485接口，利用RS-485接口强大的抗干扰能力实现较长距离设备之间快速连接，其结构也相对简单，成本低廉。RS-485物理接口需要建立适用的高层通讯协议，Modbus协议可应用于RS-485规范，作为其接口的高层通讯协议，完成人防系统子系统中空调系统和给排水系统中，实现集中监控。
人防工程的电气系统中，PC机与现场设备组成分布式监控系统，系统中的自动化设备如智能仪表以及PLC等通常情况下只有RS-232接口，区别于现场设备的RS-485接口，因此在网络构建时应当充分考虑到两种接口（RS-232和RS-485）的转换以及对接问题。有学者提出基于NPort串口服务器进行设备的智能集成，避免了高层协议复杂的影响同时也解决了复杂接口的连接与转换问题，简单灵活而且实用经济。
另外，也有学者在基于PROFIBUS核心技术基础上重新设计了PROFIBUS-DP从站节点，现场总线技术的采用与本文上述选择基本吻合，同时采用C8051F023微控制器以及通信控制器SPC3作为核心对从站节点进行了一系列设计，实现了对人防工程现场常见离散量和模拟信号的处理，建立了人防系统底层设备从站系统模型，并进行了验证。系统设备安装完成后，系统的实时性以及整个从站系统一次完整响应时间等多项指标都进行了测试与验证，结果表明现场总线技术在各性能指标方面均满足人防工程底层设备管理的要求，加之其较低的成本投入，使得现场总线技术成为人防工程底层设备管理的甚佳选择。
关键词：起重机 变频器 变频调速 制动整流
交流变频调速技术已在工业界中得到广泛应用，它为交流异步电动机驱动的起重机大范围、高质量地调速提供了全新的方案。它具有高性能的调速指标，可以使用结构简单、工作可靠、维护方便的鼠笼异步电动机，并且高效、节能，其控制线路简单，维护工作量小，保护监测功能完善，运行可靠性较传统的交流调速系统有较大的提高。所以，采用交流变频调速是起重机交流调速技术发展的主流。
1.一般交流变频器的优点
变频调速技术应用于起重机后，与市场上大量使用的传统的绕线异步电动机转子串电阻调速系统相比，可带来以下显著经济效益和安全可靠性：
（1）采用交流变频调速技术的起重机由于变频器驱动的电动机机械特性硬，具有精确定位的优点不会出现传统起重机负载变化时电动机转速也随之变化的现象，可以提高装卸作业的生产率。
（2）变频起重机运行平稳，起、制动平缓，运行中加、减速时整机振动和冲击明显减小，安全性提高，并且延长了起重机机械部分的寿命。
（3）机械制动器在电动机低速时动作，主钩以及大、小车的制动由电气制动完成，所以机械制动器的制动片寿命大为延长，维护保养费用下降。
（4）采用结构简单、可靠性高的鼠笼异步电动机取代绕线转子异步电动机，避免了因集电环、电刷磨损或腐蚀引起接触不良而造成电动机损坏或不能起动的故障。
（5）交流接触器大量减少，电动机主回路实现了无触点化控制，避免了因接触器触头频繁动作而烧损以及由于接触器触头烧损而引起的电动机损坏故障。
（6）交流变频调速系统可以根据现场情况，灵活调整各档速度和加、减速时间，使得变频起重机操作灵活、现场适应性好。
（7）交流变频调速系统属高效率调速系统，运行效率高，发热损耗小，因此比老式调速系统大量节电。
（8）变频器具有完善的保护、监测及自诊断功能，如再结合PLC控制，可大幅度提高变频起重机电控系统的可靠性.
2. 下面阐述变频器在起重机机构（运行，起升）的优点
a. 交流变频器在起重机运行的优点
（1）起重机应具有大的启动转矩，通常超过150%的额定转矩，若考虑超载实验等因素，至少应在起动加速过程中提供200%的额定转矩。
（2）当平移机构急减速时，电动机将处于再生发电状态，其能量要向电源侧回馈，必须根据不同的现场情况研讨如何处理这部分再生能量。
b. 交流变频器在起重机起升的优点
（1）抱闸逻辑控制与监控
准确的抱闸开启和闭合控制时序，通过抱闸实时状态反馈和起动预转矩补偿，确保控制的安全性和可靠性。由于机械制动器的存在，为使变频器输出转矩与机械制动器的制动转矩平滑切换，不产生溜钩现象，必须充分研讨变频器启动信号与机械制动器动作信号的控制时序。
（2）轻负载升速（电子副钩）
起重机空钩或轻载时实现2倍速运行，提高装卸效率。轻负载升速功能主要应用于起升高度较大的起重机：在起升机构空载运行时自动使速度上升，以缩短时间来提高装卸效率；重载时自动降低速度以确保设备和人身的安全。变频器根据启动后一段时间内的平均电流值来判断负荷的大小：当负载重时，变频器自动降低输出频率；当负载轻时，变频器自动提高输出频率。
起升机构在抓吊重物离开或接触地面瞬间负载变化剧烈，变频器应能对这种冲击性负载进行平滑控制。
（3）控制回路电源和主回路电源可以分别控制提高了用户调试时的安全性，便于故障诊断与维护。
（4）主从控制功率平衡与速度同步技术
在两个大功率电机通过减速箱刚性连接驱动一个起升机构时，主从控制功率平衡功能保证两个电机出力均匀；在双起升机构提升一个重物时，主从控制速度同步功能保证两个起升机构同步提升，确保安全。
（5）第二电机控制及切换功能
一台变频器通过参数自学习可以自动存储两套电机参数，通过切换指令实现对两组电机的高性能矢量控制；便于电气传动系统的控制，降低用户成本。
（6）同时支持PROFIBUS-DP和MODBUS两种通讯协议支持PROFIBUS-DP和MODBUS两种通讯协议，能实现多个变频器和PLC之间的通讯连接。
（7）危险速度监视、快速停车及超速保护变频器实时监测电机的运行速度，当电机速度大于设定的最高允许速度或速度偏差值时，变频器发出故障报警并立即停止输出，机械制动器动作，使起重机处于安全状态。
（8）预励磁及起动预转矩补偿
预励磁功能是在启动之前自动地对电机实行直流励磁，以保证电动机快速地提供起动转矩，并通过调节励磁的时间使电动机的起动与机械制动器的释放时间相配合，避免出现“溜钩”现象。
3. 交流变频器在起重机再生能量的处理
当采用变频器传动的起升机构拖动位能性负载下放或平移机构急减速时，异步电动机将处于再生发电状态。逆变器中的六个回馈二极管将传动机构的机械能转换成电能回馈到中间直流回路，并引起储能电容两端电压升高若不采取必要的措施，当直流回路电容电压升到保护极限值后变频器将过电压跳闸。
在高性能的工程型变频器中，对连续再生能量的处理有以下两种方案：
①中间直流回路设置电阻器，让连续再生能量通过电阻器以发热的形式消耗掉，这种方式称为动力制动；
②采用再生整流器方式，将连续再生能量送回电网，这种方式称为回馈制动。
4.结束语
交流变频器已广泛适用于岸边集装箱起重机、轨道式集装箱龙门起重机、轮胎式集装箱龙门起重机、门座式起重机、造船用龙门起重机、装船机、卸船机、翻车机、堆取料机等各类港口机械，以及各类普通桥式、门式、塔式起重机和提梁机、架桥机等起重机械的起升、变幅、大车、小车、回转、抓斗等机构的交流无级调速。
因此随着电力电子技术的不断发展完善，交流变频调速技术日益显现出优异的控制及调速性能，高效率、易维护等特点，加之它的价格不断下降，使其成为起重机械一种优选的调速方案。
参考文献：：
