UPORABA TEHNOLOGIJE LONWORKS PRI NADZORU …I UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO 2000 Maribor, Smetanova ul. 17 Diplomska naloga univerzitetnega

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,

RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO

Gregor Goršek

UPORABA TEHNOLOGIJE LONWORKS® PRI NADZORU KOMERCIALNE HLADILNE TEHNIKE

Diplomska naloga

Griže, marec 2008

I

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO 2000 Maribor, Smetanova ul. 17

Diplomska naloga univerzitetnega študijskega programa

UPORABA TEHNOLOGIJE LONWORKS® PRI NADZORU KOMERCIALNE HLADILNE TEHNIKE

Študent: Gregor GORŠEK Študijski program: univerzitetni, Elektrotehnika Smer: Avtomatika

Mentor: doc. dr. Nenad MUŠKINJA Somentor: izred.prof. dr. Boris TOVORNIK

Griže, marec 2008

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju dr. Nenadu Muškinji za

pomoč in vodenje pri opravljanju diplomske

naloge. Prav tako se zahvaljujem somentorju

dr. Borisu Tovorniku.

Posebna zahvala velja moji družini za podporo.

IV

UPORABA TEHNOLOGIJE LONWORKS® PRI NADZORU KOMERCIALNE HLADILNE TEHNIKE Ključne besede: elektrotehnika, avtomatika, snovanje sistemov vodenja,

LonWorks®, OPC, zajem podatkov, omrežja, hladilna tehnika

UDK: 681.51(043.2)

Povzetek

Z večanjem avtomatizacije procesov, narašča potreba po zanesljivem, natančnem,

hitrem in cenenem prenosu informacij med samimi vozlišči (senzorji, aktuatorji,

nadzornim sistemom...) ter višjimi nivoji računalniško integrirane proizvodnje ali vodenja

procesov. Pričujoče delo predstavlja tehnologijo LonWorks, ki jo je razvilo podjetje

Echelon za potrebe avtomatizacije industrije, pri uporabi za nadzor hladilne tehnike v

prodajnih in predelovalnih objektih. Obdelali smo teoretično podlago LonWorks

tehnologije, predvsem komunikacijskega protokola LonTalk, prikazali postopek postavitve

omrežja s komercialnim programom NL220 prozvajalca Newron system in v programskem

jeziku Visual Basic izdelali preprost grafični vmesnik, ki nam omogoča spremljanje in

spreminjanje parametrov krmilnika v postavljenem omrežju.

V

USE OF LONWORKS® TECHNOLOGY IN COMMERCIAL REFRIGERATION CONTROL

Key words: electrical engineering, automation, control systems design,

LonWorks®, OPC, data acquisition, network, commercial refrigeration

UDK: 681.51(043.2)

Abstract

The need of reliable, accurate, fast and cheap information flow among nodes (sensors,

actuators, control systems...) and higher level of computer integrated manufacturing (CIM)

or process control, is in rise, due to the expansion of process automation. This work

presents LonWorks technology, developed by Echelon corporation for industrial

automation, in use of commercial refrigeration control, like found in markets and food

processing industry. The work covers basics of LonWorks technology, especially LonTalk

communication protocol. We have also shown an example of building a simple network

using commercial software NL220 (Newron system company) and implementation of

software in Visual Basic, for reading and setting parameters on Danfoss EKC 201

controller, connected to computer by LonWorks.

VI

Vsebina

1. PODROČNA VODILA IN TEHNOLOGIJA LONWORKS.................................. 1

2. KOMUNIKACIJSKI PROTOKOL LONTALK ..................................................... 7

2.1 UPORABLJENA TERMINOLOGIJA................................................................................. 7 2.2 IMENOVANJE, NASLAVLJANJE IN USMERJANJE........................................................... 9

2.2.1 Domena kot komponenta naslova ................................................................. 10 2.2.2 Podomrežje kot komponenta naslova ........................................................... 10 2.2.3 Številka vozlišča v podomrežju kot komponenta naslova.......................... 11 2.2.4 Skupine kot komponenta naslova.................................................................. 11 2.2.5 Neuron ID kot komponenta naslova .............................................................. 11 2.2.6 NPDU načini naslavljanja................................................................................ 12

2.3 PREGLED LONTALK SLOJEV ................................................................................. 13 2.4 FIZIČNI SLOJ............................................................................................................. 14 2.5 MREŽNI SLOJ............................................................................................................ 16

2.5.1 Storitve mrežnega sloja ................................................................................... 16 2.5.2 Usmerjevalniki................................................................................................... 17

2.6 SLOJA PREDSTAVITVE IN UPORABE ......................................................................... 17 2.6.1 Storitve slojev predstavitve in uporabe ......................................................... 18 2.6.2 Vmesnik do uporabniškega programa .......................................................... 18 2.6.3 Formati APDU ................................................................................................... 19 2.6.4 Diagram protokola ............................................................................................ 20 2.6.5 Obvestilo o napaki pri prenosu uporabniškemu programu ........................ 21 2.6.6 LonMark standardizacija na sloju uporabe................................................... 21

3. LONWORKS® PROIZVODI ................................................................................... 25

3.1 KOMUNIKACIJSKI MODULI......................................................................................... 25 3.2 LONWORKS® USMERJEVALNIK ................................................................................ 26 3.3 LONWORKS® VMESNIKI IN PREHODI ....................................................................... 26 3.4 LONMANAGER® OMREŽNA ORODJA........................................................................ 29

3.4.1 LonWorks® moduli........................................................................................... 33 3.5 LONBUILDER ............................................................................................................ 34

4. PRIMER INSTALACIJE PREPROSTEGA LON OMREŽJA ............................ 36

4.1 OMREŽNI VMESNIK PCNSI IN NJEGOVA NAMESTITEV............................................. 36 4.1.1 Omrežni vmesnik PCNSI in njegova fizična namestitev v računalnik ...... 37

4.1.1.1 Namestitev gonilnikov za omrežni vmesnik PCNSI............................. 37 4.1.1.2 Nastavitev gonilnikov za omrežni vmesnik PCNSI .............................. 38

4.2 NEWRON SYSTEM NL220 INSTALACIJSKO ORODJE ................................................ 40 4.2.1 Namestitev programa Newron system NL220 ............................................. 41

VII

4.2.2 Zagon programa Newron system NL220...................................................... 42 4.3 KRMILNIK DANFOSS EKC 201 ................................................................................ 43

4.3.1 Krmilnik Danfoss EKC 201 230V ................................................................... 43 4.3.2 Krmilnik Danfoss EKC 201 12V ..................................................................... 44

4.4 POSTAVITEV FIZIČNEGA OMREŽJA ........................................................................... 44 4.5 KONFIGURACIJA OMREŽJA Z NL 220....................................................................... 45

4.5.1 Postavitev omrežja v NL 220.......................................................................... 46 4.5.1.1 Naslavljanje vozlišč..................................................................................... 48 4.5.1.2 Kreiranje domene Trgovina......................................................................... 48 4.5.1.3 Kreiranje podomrežij................................................................................... 49 4.5.1.4 Kreiranje kanala........................................................................................... 49 4.5.1.5 Pregled lastnosti vozlišč .............................................................................. 50

4.5.2 Nastavitev parametrov krmilnikov EKC 201 preko LonWorks .................. 52 4.5.2.1 Nastavitev željene temp. na krmilniku EKC 201 preko LonWorks ............ 53 4.5.2.2 Odčitavanje dejanske temp. na krmilniku EKC 201 preko LonWorks ....... 54 4.5.2.3 Ostale nastavitve.......................................................................................... 55

5. PROGRAMSKI VMESNIK ZA DELO.................................................................... 56

5.1 IMPLEMENTACIJA GRAFIČNEGA VMESNIKA............................................................... 56 5.1.1 Opis osnovne zgradbe programa .................................................................. 57

5.1.1.1 Modul za izris diagramov poteka temperatur.............................................. 57 5.1.1.2 Modul za nadzor krmilnika ......................................................................... 58

5.1.2 Opis uporabe grafičnega vmesnika ............................................................... 61 5.1.2.1 Opis uporabe modula za izris diagramov poteka temperatur ...................... 63 5.1.2.2 Opis uporabe modula za nadzor krmilnika.................................................. 66

6. ZAKLJUČEK ............................................................................................................. 73

DODATEK A: SHEMATIČNI PRIKAZ PROTOKOLOVNE PODATKOVNE ENOTE (PDU) IN PRINCIPA OVOJNIC...................................................................... 78

DODATEK B: ČASOVNE KARAKTERISTIKE OMREŽJA LONWORKS............ 79

DODATEK C: TABELE NASTAVITEV KRMILNIKOV DANFOSS EKC 201....... 82

DODATEK D: PROGRAMSKA KODA APLIKACIJE FREEZER 1.0 ..................... 83

1

1. PODROČNA VODILA IN TEHNOLOGIJA LONWORKS

S povečanjem obsega avtomatizacije procesov, je naraščala potreba po zanesljivem,

natančnem, hitrem in cenenem prenosu informacij med vozlišči (senzorji, aktuatorji,

nadzornim sistemom...) ter višjimi nivoji računalniško integrirane proizvodnje (CIM -

Computer Integrated Manufacturing). V 80. letih se je pojavila potreba po zamenjavi

standardne tokovne zanke 4 – 20 mA s sodobnejšimi komunikacijskimi sistemi [28].

Obdelali smo teoretično podlago LonWorks tehnologije, predvsem komunikacijskega

protokola LonTalk, prikazali postopek postavitve omrežja s komercialnim programom

NL220 prozvajalca Newron system in v programskem jeziku Visual Basic izdelali preprost

grafični vmesnik, ki nam omogoča spremljanje in spreminjanje parametrov krmilnika v

postavljenem omrežju.

Najprej so predstavljena področna vodila na splošno ter primerjava med njimi. Na

kratko je predstavljena tehnologija LonWorks, kot eno izmed množice področnih vodil.

V drugem poglavju je predstavljen sedem nivojski komunikacijski protokol LonTalk po

posameznih slojih. Poudarek je na slojih, ki so pomembnejši za postavitev omrežja.

V tretjem poglavju so predstavljeni LonWorks izdelki in njihova uporaba.

V četrtem poglavju je predstavljen primer instalacije enostavnega LonWorks omrežja

na področju uporabe v hladilni tehniki.

V petem poglavju je predstavljena implementacija in uporaba programa - grafičnega

vmesnika izvedenega z VB 6.0 programa

V dodatku A je celovit shematski prikaz protokolove podatkovne enote (PDU) ter

principa ovojnic za protokol LonTalk.

V dodatku B so prikazane časovne razmere v omrežju, zakasnitve in potrebni časi za

prenos sporočil.

2

V dodatku C so priložene tabele nastavitev krmilnikov Danfoss EKC 201.

V dodatku D je priložena izvorna koda programa za nadzor in izris temperaturnih

potekov Freezer 1.0.

Področna vodila (ang. Fieldbus) so nastala iz potrebe industrije po povezovanju

naprav v industrijskih procesih, do danes pa so se uveljavila tudi na mnogih drugih

področjih, kjer je potrebno podatke obdelovati v realnem času. Največkrat imajo obliko

vodila, ali pa jim vodilo, kot način povezovanja, predstavlja osnovo. Porazdeljeno vodenje

procesov je tesno povezano s področnimi vodili, vozlišča (senzorji, aktuatorji, krmilniki...)

prevzamejo nase številne funkcije povezane z obdelavo signalov (digitalizacija,

linearizacija...), s tem se zmanjša obremenitev centralnega računalnika in razbremenijo

komunikacijske poti. Podatki se prenašajo v digitalni obliki, saj se ustrezno digitalizirajo

že v vozlišču, s tem pa je prenos bolj zanesljiv.

Nadzorni sistemi, ki ne uporabljajo področnih vodil so sestavljeni iz nadzornega

krmilnika ali računalnika s priključenimi vsemi senzorji in aktuatorji. Topologija je

največkrat v obliki zvezde.

Nadaljne lastnosti oziroma zahteve področnega vodila so [31]:

• vnaprej določljiv odzivni čas • cenena izvedba vozlišča • kompatibilnost z obstoječim omrežjem • podpora večim različnim prenosnim

medijem • zmanjšanje števila potrebnih ožičenj • poceni ter preprosto vzdrževanje

• “Peer-to-peer” ahitektura • nizki stroški razvoja • odprta arhitektura • učinkovitost • sledi ISO/OSI referenčnemu modelu • podpora opremi različnih proizvajalcev • zanesljiv prenos in odpornost na napake

Področno vodilo in LAN se razlikujeta predvsem v pomenu in dolžini sporočil ter

okolju, kjer se ta uporabljajo. Pri področnih vodilih se prenašajo predvsem podatki

senzorjev in ukazi izvršilnim členom, dolžina teh sporočil pa je majhna. Bistveni podatek

pri LAN je količina prenešenih podatkov v sekundi, pri področnih vodilih pa število

transakcij v sekundi. Danes je na trgu veliko tehnologij (CAN, Profibus, FIP, LON,

BitBus, Interbus-S, Sercos), nobena pa ni priznana kot splošni mednarodni standard, za

razliko od LAN, kjer je tudi veliko različnih tehnologij, vendar so se te v zadnjem času

naslonile predvsem na TCP/IP, kot enoten protokol [31].

3

Komisija ISA SP50 v sodelovanju z IEC SC65C/WG6 dela na standardizaciji

področnih vodil, ki se uradno imenuje “Fieldbus Standard” IEC 1158/ISA SP50.02. Ta

standard definira tri sloje: fizični, podatkovni in sloj uporabe, ki so vertikalno povezani z

omrežnim in sistemskim upravljanjem. Ostali sloji so izpuščeni zaradi zahtev po obdelavi

v realnem času. Dodan je uporabniški sloj (ang. User Layer) na vrhu sloja uporabe [28].

V tabeli 1.1 je predstavljena osnovna delitev industrijskih omrežij [28].

Vodilo senzorjev in aktuatorjev (nivo bita)

vodilo naprav (nivo byta)

področna vodila (nivo bloka)

CAN CAN IEC 1158/ISA SP50.02 AS-Interface DeviceNet FOUNDATION Fieldbus

InterBus Sensor Loop SDS Profibus-PA Seriplex CAL/CANopen Profibus-FM SERCOS CAN Kingdom WorldFIP

Sensorplex Interbus-S P-Net Device WorldFIP (DWF) Measurement Bus FIP IO BitBus Profibus-DP I/O Lightbus SERCOS MIL-STD-1553

LonWorks

Tabela 1.1: Delitev področnih vodil

Naslednje tabele prikazujejo primerjavo med različnimi tipi področnih vodil [29]. Podjetje Leto

predstavitve Podprti standard

PROFIBUS DP/PA PTO DP - 1994 PA - 1995

DIN 19245 del 3/4

INTERBUS-S Phoenix Contact 1984 DIN 19258 DeviceNet Allen-Bradley 1994 ISO 11898 & 11519 ARCNET Datapoint/SMC 1975 ANSI 878 AS-I AS-I Consortium 1993 Poslan IEC Fieldbus Foundation Fieldbus Foundation 1995 ISA SP50 / IEC TC65 IEC/ISA SP50 Fieldbus ISA / Fieldbus F. 1992-1996 IEC 1158 / ANSI 850 Seriplex APC, Inc. 1990 Seriplex spec WorldFIP WorldFIP 1988 IEC 1158-2 LonWorks Echelon Corp. 1991 ASHARE of BACnet SDS Honeywell 1994 Honeywell spec.

poslan IEC, ISO 11989

Tabela 1.2: Osnovne informacije področnih vodil

4

Topologija Medij Naj.št.vozlišč Naj.razdalja PROFIBUS DP/PA

vodilo, zvezda, obroč

parica, opt.vlakno 127 24 km (opt.vlakno)

INTERBUS-S Segmentirano s "T" členi (vodilo)

parica, opt.vlakno, slip-ring

256 400 m/segment, 12,8 km največ

DeviceNet vodilo z vejami parica z napajanjem 64 500 m ARCNET vodilo, zvezda parica, optika 255 5 milj AS-I vodilo, obroč,

drevo dvožilni vod 31 odjemalcev 100 m, 300 m s

ponavljalnikom Fieldbus Foundation

vodilo z vejami parica 240 / segment, 65000 segmentov

1900 m @ 31,25Kbps 500 m @ 5Mbps

IEC/ISA SP50 Fieldbus

zvezda, vodilo parica, opt.vlakno, radio fr.

IS 3-7 ne IS 128

1700 m @31,25 Kbps 500 m @ 2,5 Mbps

Seriplex drevo, obroč, vodilo, zvezda

4 žilni kabel 500 500 ft

WorldFIP vodilo parica, opt.vlakno 256 do 40 km LonWorks vodilo, obroč,

zvezda, prosta topologija

parica, opt.vlakno, n.n.el.vod

32000 / domeno

2000 m @78 kbps

SDS vodilo z vejami parica z napajanjem 64 126 naslovov

500 m

Tabela 1.3: Fizične lastnosti področnih vodil

metoda

komunikacije komunikacijske

lastnosti velikost

okna arbitraža nadzor napak

PROFIBUS DP/PA

master/slave peer to peer

DP do 12 Mbps PA 31,25 kbps

244 bytov žeton HD4 CRC

INTERBUS-S master/slave s prenosom polnega okvirja

500 kbitov/s, full duplex

512 bytov, neomejen blok

ni 16 bitni CRC

DeviceNet master/slave, multi-master, drugo

500 kbps 250 kbps 125 kbps

8 bytov spremenlj. dolžina sporočila

Carrier-Sonac Multiple Access

CRC

ARCNET peer to peer 31,25 - 10 Mbps 508 bytov žeton 16 bitni CRC AS-I master/slave s

cikličnim pozivanjem

podatki in napajanje na istem vodu

31 slave z 4 in in 4 out

master/slave s cikličnim pozivanjem

Manchester kodiranje, hamming-2

Fieldbus Foundation

odjemalec/strežnik publisher/subscriber dogodki

31,25 kbps 1 Mbps 2,5 Mbps

16,6 M objektov / napravo

determinističen centraliziran scheduler

16-bitni CRC


odjemalec / strežnik publisher/subscriber

31,25 kbps IS+1; 2,6; 5 Mbps

64 octets visoke in 256 nizke prioritete

scheduler, žetoni, master

16-bitni CRC

Seriplex master/slave peer to peer

200 Mbps 7680 / transfer

sonal multipleksiranje

konec okvirja in kontrola odmeva

WorldFIP peer to peer 31,25 kbps, 1 & 2,5 Mbps, 6 Mbps optika

ni omejitve centralna arbitraža

16-bitni CRC

LonWorks master/slave 1,25 Mbps full 228 bytov CSMA 16-bitni CRC

5

peer to peer duplex SDS master/slave,

peer to peer, multi-cast, multi-master

1 Mbps 500 kbps 250 kbps 125 kbps

8 bytov Carrier-Sonac Multiple Access

CRC

Tabela 1.4: Prenosne lastnostni področnih vodil

čas cikla: 256 nepovezanih vozlišč

16 vozlišč z 16 I/O čas cikla:

128 analognih 16 vozlišč z 8 I/O prenos bloka 128 bytov

1 vozlišče PROFIBUS DP/PA

odvisno od konfiguracije < 2 ms

odvisno od konfiguracije -

INTERBUS-S 1,8 ms 7,4 ms 140 ms DeviceNet 2,0 ms master-slave pozivanje 10 ms master-slave pozivanje 4,0 ms ARCNET < 2 ms @ 2,5 Mbps < 2 ms @ 2,5 Mbps < 2 ms @ 2,5 Mbps AS-I 4,7 ms - - Fieldbus Foundation

100 ms @ 31,25 kbps < 1 ms @2,5 Mbps

600 ms @ 31,25 kbps < 8 ms @ 2,5 Mbps

36 ms @ 31,25 kbps


odvisno od konfiguracije odvisno od konfiguracije 0,2 ms @ 31,25 kbps 1,0 ms @1 Mbps

Seriplex 1,32 ms @ 200 kbps 10,4 ms 10,4 ms WorldFIP 2 ms @ 1Mbps 5 ms @ 1 Mbps 5 ms @ 1 Mbps LonWorks 20 ms 5 ms @ 1 Mbps 5 ms @ 1 Mbps SDS < 1 ms, event driven < 1 ms na dogodek 2 ms @ 1Mbps

Tabela 1.5: Zmogljivost področnih vodil

Lonworks je ena izmed tehnologij področnih vodil ameriškega proizvajalca Echelon.

LON je kratica za Local Operating Network. Tehnologija ponuja celovito rešitev za

načrtovanje, izvedbo, instalacijo in vzdrževanje nadzornih omrežij. Osrednji del je sedem

nivojski komunikacijski protokol LonTalk, kompatibilen z OSI/ISO referenčnim

modelom, poleg tega pa ponuja še: komunikacijske module za izbrani medij,

mikroprocesorje za izvajanje aplikacij in komunikacijskega protokola, programske

vmesnike (programski in strojni del) za senzorje in izvršilne člene, časovnike, programski

jezik z razhroščevalnikom, distribuiran operacijski sistem (LNS), ki deluje v realnem času,

orodje za upravljanje omrežja, orodja za sprotno (ang. on-line) diagnosticiranje in analizo

protokola, orodja za instalacijo ter konfiguracijo.

V protokolu LonTalk so, poleg osnovnih storitev, zajete tudi zahtevnejše storitve kot so

overovitev, prioritetni prenos, zaznavanje podvojenih sporočil, izogibanje trčenj,

avtomatično ponavljanja prenosa, komunikacija odjemalec-strežnik, standardiziranje

podatkovnih tipov in identifikacija, posamezno/skupinsko/splošno naslavljanje, podpora

različnih tipov fizičnih medijev in mešane hitrosi prenosa.

6

Osnovna enota je vozlišče (ang. node), in je običajno sestavljeno iz naslednjih

komponent:

• en ali več senzorjev in izvršilnih členov (aktuatorjev) z ustrežnimi vmesniki ter

prilagodilnimi členi;

• procesorska enota, katere funkcije so:

• zajemanje vhodov (senzorjev), obdelava podatkov senzorjev in ustrezno

nastavljanje izhodov (aktuatorjev);

• programska oprema komunicira z drugimi vozlišči (porazdeljeni nadzorni sistem);

• komunikacijski protokol omogoča dostop do komunikacijskih storitev

uporabniškemu programu;

• protokol dostopa do medija omogoča komunikacijo preko različnih

komunikacijskih medijev.

• komunikacijska enota - transmiter (oddajnik in sprejemnik), ki podpira naslednje

medije: parica, n.n.električno omrežje, radijske frekvence na kratkih in srednjih

valovih, optična vlakna in koaksialni kabel.

LonMark Interoperability Association je združenje, ki nadzira standardizacijo

proizvodov LonWorks. Izdelek, ki ima potrdilo LonMark, ustreza LonMark standardom in

je LonWorks kompatibilen, s tem pa je zagotovljeno nemoteno vključevanje tega izdelka v

sistem.

Slika 1.1: Zaščitni znak LonMark

Združenje LonMark izvaja testiranje proizvodov in izdaja potrdila o združljivosti [4].

7

2. KOMUNIKACIJSKI PROTOKOL LONTALK

Kot smo že omenili, LonTalk protokol sledi priporočilom OSI/ISO referenčnega

modela in je sestavljen iz sedmih slojev. Programerju in načrtovalcu omrežja je protokol

predstavljen kot množica storitev, ki so po potrebi uporabljene v času instalacije oziroma

konfiguriranja vozlišča.

2.1 Uporabljena terminologija

V tem poglavju bodo predstavljeni osnovni termini in definicije, ki so potrebne za

razumevanje protokola. V glavnem se uporablja terminologija enaka kot pri ISO/OSI

referenčnem modelu, so pa tudi nekatere pomenske razlike ([1] str. 8).

Kanal (ang. simple channel)

Ponavljalnik (ang. store&forward repeater) na istem kanalu ali pa povezuje dva kanala

Most (ang. bridge) povezuje dva kanala; prepušča vse pakete z x na y in obratno, če je domena paketa ista kot domena mostu

Podomrežje (ang. subnet) je množica vozlišč dostopnih na 2. sloju protokola

Usmerjevalnik (ang. router) povezuje dve podomrežji in ustrezno prepušča pakete glede na ciljni naslov; usmerjevalnik lahko spremeni naslov 3. sloja

Prehod (ang. gateway) povezuje dve omrežji z različnima protokoloma; dve LonTalk domeni sta lahko povezani z aplikacijskim prehodom

Slika 2.1: Terminologija

8

Naslednji tabeli prikazujeta razliko med ISO/OSI in LonTalk mostom ter med ISO/OSI

in LonTalk usmerjevalnikom.

most (ang. bridge) ISO/OSI LonTalk

Selektivna prepustnost glede na naslovnika v 2. sloju

V 2. sloju ni ciljnega naslovnika, most prepušča vse okvirje, če sta domeni mostu in ciljna domena enaki

Tabela 2.1: Primerjava med mostoma OSI/ISO in LonTalk

usmerjevalnik (ang. router) ISO/OSI LonTalk

Povezuje dva različna protokola na 3. sloju (mrežni sloj), tako da ustrezno preoblikuje naslov 3. sloja v paketu

Selektivno prepušča pakete glede na naslov 3. sloja (mrežni sloj), prav tako pa preprečuje, da bi paketi prišli v zanko (ang. loop), s tem da preoblikuje naslov 3. sloja (mrežni sloj) v paketu

Tabela 2.2: Primerjava med usmerjevalnikama ISO/OSI in LonTalk

Vsak sloj protokola lahko predstavimo kot kaže slika 2.2 ([1] str. 9).

Slika 2.2: Shema posameznega sloja protokola

PDU (ang. protokol data unit) je splošen naziv za protokolovno podatkovno enoto, ki se

navidezno prenaša vodoravno med istovetnima slojema v različnih vozliščih. Dejanski

pretok informacije poteka v navpični smeri do fizičnega nivoja, kjer se informacija

dejansko prenese v vodoravni smeri do drugega vozlišča. Vsak sloj (podsloj) ima svoj tip

podatkovne enote protokola:

MPDU podatkovna enota protokola podsloja MAC oz. okvir (ang. frame) MAC PDU

LPDU podatkovna enota protokola podatkovnega sloja oz. okvir (ang. frame)

9

Link PDU NPDU podatkovna enota protokola mrežnega sloja oz. paket (ang. packet)

Network PDU TPDU podatkovna enota protokola prenosnega sloja oz. sporočilo (ang. message)

Transport PDU SPDU podatkovna enota protokola pogovornega sloja oz. zahteva/odziv (ang.

request/response) Session PDU

NMPDU podatkovna enota protokola upravljanja mreže (spada v sloj uporabe) Network Management PDU

DPDU podatkovna enota protokola diagnosticiranja (spada v sloj uporabe) Diagnostic PDU

APDU podatkovna enota protokola sloja uporabe Application PDU

Tabela 2.3: Podatkovne enote protokola LonTalk (PDU)

Komunikacija med sloji poteka podobno kot klici procedur v višjem programskem

jeziku, imenuje pa se osnovna storitev vmesnika (ang. service interface primitives - SIP).

2.2 Imenovanje, naslavljanje in usmerjanje

Naslov (ang. adress) je identifikator, ki nedvoumno določa objekt ali skupino objektov.

Za razliko od imena, je lahko naslov dodeljen in spremenjen kadarkoli po izdelavi

integriranega vezja. LonTalk naslovi nedvoumno določajo izvorno in ciljno vozlišče

(vozlišča) paketa. Naslovi so uporabljeni tudi pri selektivnem usmerjanju med dvema

kanaloma.

Ime (ang. name) je identifikator, ki nedvoumno določa vozlišče. Ime je določeno pri

izdelavi in se s časom ne spreminja. Neuron integrirano vezje ima 48 bitno identifikacijsko

številko Neuron ID, ki nedvoumno določa Neuron integrirano vezje in ga s tem loči od

ostalih. Neuron ID se lahko uporabi tudi kot naslov, vendar je takšen način navadno

uporabljen le pri konfiguriranju vozlišč, ko se vozliščem šele določajo logični naslovi.

Zaradi lažjega usmerjanja in razpošiljanja paketov, LonTalk protokol definira

hierarhično strukturo naslavljanja. Takšen način naslavljanja omogoča naslovitev celotne

domene, dela omrežja - podomrežje, skupine ali posameznega vozlišča. Osnovni so trije

načini naslavljanja s tremi komponentami v naslovu:

10

• domena - podomrežje - vozlišče

• domena - podomrežje - Neuron ID

• domena - skupina - član skupine

Izvorni in ciljni naslov sta vključena v vsak PDU. Vsak naslov je kombinacija naslova

3. in 4. sloja (mrežni in prenosni sloj), na 2. sloju (sloj povezave) pa se naslovi ne

definirajo.

Tako je naslavljanje v LonTalk protokolu kombinirano z naslovnimi komponentami

uporabljenimi pri usmerjanju (sloj 3 - mrežni sloj) in imenovanju (sloj 4 - prenosni sloj)

([1] str. 12).

2.2.1 Domena kot komponenta naslova Domena (ang. domain) je logična množica vozlišč na enem ali več kanalih. Vsa

komunikacija med vozlišči poteka znotraj ene domene, zato tvori domena navidezno

omrežje (ang. Virtual Network). Več domen lahko uporablja iste kanale, tako da lahko

domene uporabimo za preprečitev motenj med vozlišči različnih omrežij.

Vozlišče lahko pripada eni ali dvema domenama. Vozlišče, ki pripada dvema

domenama, je lahko uporabljen kot prehod med tema dvema domenama. Ker protokol

neposredno ne podpira komunikacije med domenami, je potrebno realizirati prehod na

sloju uporabe z ustrezno programsko opremo (ang. Application Layer Gateway).

Vsaka domena ima svojo identifikacijsko številko (ID), ki je lahko dolžine 0, 1, 3 ali 6

bytov. Vsakemu paketu se doda naslov domene in se s tem poveča dolžina paketa, zato je

smiselno uporabljati krajše identifikacijske številke domene za omrežja, kjer ni možnosti,

da bi prišlo do motenj med različnimi domenami.

2.2.2 Podomrežje kot komponenta naslova Podomrežje (ang. subnet) je logična množica največ 127 vozlišč znotraj domene. V

posamezni domeni je lahko definiranih največ 255 podomrežij, vrednost 0 v naslovu pa

pomeni, da podomrežje ni znano oziroma ni definirano. Vsa vozlišča v podomrežju morajo

biti na istem kanalu in ne smejo prečkati usmerjevalnikov, lahko pa prečkajo most ali

11

ponavljalnik. Če vozlišče pripada dvema domenama, mora v vsaki domeni pripadati enemu

podomrežju.

Ponavadi vozlišča znotraj posamezne domene pripadajo enemu podomrežju, razen v

primerih:

• če pripadajo različnim segmentom, ki jih povezuje usmerjevalnik, ker

podomrežje ne sme prečkati usmerjevalnika,

• največje število vozlišč v podomrežju je omejeno na 127, zato je potrebno

definirati dve ali več podomrežij za povečanje števila vozlišč na kanalu.

2.2.3 Številka vozlišča v podomrežju kot komponenta naslova

Vsakemu vozlišču znotraj podomrežja je dodeljena nedvoumna identifikacijska

številka, ki je dolga 7 bitov, tako da je možnih 127 vozlišč v podomrežju. Tako je možnih

v eni domeni 32385 vozlišč (255 podomrežij x 127 vozlišč v podomrežju).

2.2.4 Skupine kot komponenta naslova

Skupina (ang. group) je logična množica vozlišč znotraj domene, pri tem pa ni

pomembna njihova fizična lokacija, za razliko od podomrežja. Vozlišče lahko pripada 15

različnim skupinam in se imenuje član skupine. Skupine so dober način za skupinsko

naslavljanje (ang. one-to-many). Največje število skupin v domeni je 256.

2.2.5 Neuron ID kot komponenta naslova

Vozlišče je vedno lahko naslavljano po Neuron ID identifikacijski številki. Številka je

48 bitna in se določi že pri izdelavi Neuron integriranega vezja, zagotavlja pa nedvoumno

identifikacijo, saj izdelovalec ne ponavlja ID številk.

Namen tega naslavljanja je prevsem pri instalaciji in konfiguriranju vozlišč, ko je

potrebno vozlišču določiti pripadnost domeni, podomrežju in skupini. V času izvajanja

uporabniškega programa tega načina naslavljanja ni priporočljivo uporabljati, razen v

izjemnih primerih.

12

2.2.6 NPDU načini naslavljanja

Pred konfiguriranjem vozlišča ima ta le naslov Neuron ID, ki je v bistvu ime. Šele ko je

vozlišče konfigurirano, ima dodeljenega enega ali več logičnih naslovov. Navadno je

dodeljen en naslov formata domena-podomrežje-vozlišče in od 0 do 15 naslovov formata

domena-skupina-član.

Vozlišča so lahko naslovljena s petimi naslovnimi formati. Tabela prikazuje naslednje

načine ([1] str. 15):

Tip Logični format

#0 Domena, IzvorPodomrežje-vozlišče, CiljPodomrežje

splošna (ang. broadcast)

celotna domena ali izbrano podomrežje

#1 Domena, IzvorPodomrežje-vozlišče, CiljSkupina skupinska (ang. multicast)

sporočilo ali opomin

#2a Domena, IzvorPodomrežje-vozlišče, CiljPodomrežje-vozlišče

posamezno (ang. unicast)

sporočilo, opomin, potrdilo

#2b Domena, IzvorPodomrežje-vozlišče, CiljPodomrežje-vozlišče, skupina, član

skupinska (ang. multicast)

potrdilo

#3 Domena, IzvorPodomrežje-vozlišče, CiljPodomrežje, Neuron ID

posamezno (ang. unicast)

sporočilo, opomin

Tabela 2.4: Načini naslavljanja NPDU/TPDU/SPDU

Slika 2.3: NPDU/TPDU/SPDU formati

V vsakem načinu pomeni vrednost 0 kompomente IzvorPodomrežje, da vozlišče ne

pozna svojega naslova lastnega podomrežja.

Način naslavljanja #0 omogoča splošno (ang. domain-wide broadcast) naslavljanje

znotraj domene. NPDU vsebuje naslov izvornega vozlišča (podomrežje, vozlišče) in ciljno

13

podomrežje. Če je za ciljno podomrežje navedena vrednost “0”, potem je sporočilo

namenjeno vsem vozliščem v domeni, ne glede na podomrežje, sicer pa se sporočilo

nanaša le na izbrano podomrežje (1 - 255).

Način naslavljanja #1 podpira skupinsko (ang. multicast) naslavljanje. NPDU vsebuje

izvorni naslov (podomrežje, vozlišče), ciljni naslov je skupina, tako da se sporočilo

prenese vsem vozliščem v izbrani skupini.

Način naslavljanja #2 ima dva formata. Osmi bit v polju številke izvornega vozlišča je

uporabljen kot izbirni bit. Če je vrednost bita 1, pomeni format naslavljanja #2a, če je

vrednost bita 0 pomeni način naslavljanja #2b. Format #2a se uporablja za prenos sporočil

in potrdil posameznemu vozlišču. Format #2b podpira prenos potrdil, če je bilo predhodno

sporočilo poslano po načinu #1 (skupinsko naslavljanje). Polji izvornega in ciljnega

naslova sta identični kot pri #2a, da je omogočeno usmerjanje. Pripeta sta polje skupine in

številka člana vozlišča, ki pošilja potrdilo.

Način naslavljanja #3 podpira naslavljanje po identifikacijski številki Neuron ID. Kot

je že povedano, je namenjen instalaciji in konfiguraciji vozlišča. Nadzornik omrežja lahko

ugotovi vrednost Neuron ID s posebnim ukazom.

2.3 Pregled LonTalk slojev

Naslednja tabela prikazuje sloje protokola LonTalk. Pri vsakem sloju so zapisane tudi

storitve, ki jih ta sloj omogoča oziroma nudi ([1] str. 10).

Sloj Opis sloja

6,7 Sloj uporabe in predstavitve (ang. Application & Presentation Layers)Aplikacija: Upravljanje omrežja: mrežne spremenljivke; storitve upravljanja mreže specifične storitve za aplikacijo diagnosticiranje

5 Sloj pogovora (ang. Session Layer) storitev zahteva/odziv

4

Sloj prenosa (ang. Transport layer) s potrditvijo

brez potrditve posamezno in skupinsko naslavljanje

14

Overovitev (ang. Authentication) strežnik

Podsloj nadzora prenosa (ang. Transaction Control Sublayer) številčenje in zaznavanje podvojenih sporočil

3

Sloj mreže (ang. Network layer) prenos brez vzpostavitve zveze (datagram)

splošno naslavljanje v domeni brez segmentiranja sporočil

prosta topologija adaptivni algoritem usmerjanja

Podatkovni sloj (ang. Link layer) okvirjanje

kodiranje podatkov CRC kontrola napak pri prenosu

2

MAC podsloj (ang. MAC Sublayer) predvidljiv p-perzistenten CSMA (ang. predictive p-persistent CSMA)

zaznavanje in izogibanje trčenj prioritetni prenos

1 Fizični sloj (ang. Physical Layer) podpora več medijem - protokoli za različne medije Tabela 2.5: Sloji LonTalk protokola

Za fizično postavitev omrežja ter njegovo konfiguracijo in kasnejši nadzor ter

upravljanje, so najpomembnejši sledeči sloji: Fizični sloj (ang. Physical Layer)-1; Sloja

uporabe in predstavitve (ang. Application & Presentation Layers) –6,7. Ti sloji bodo

podrobneje predstavljeni v nadaljevanju.

2.4 Fizični sloj

Fizični sloj skrbi za prenos informacijskih signalov po komunikacijskem kanalu.

LonLalk protokol podpira več protokolov za dostop do različnih medijev in različno

kodiranje podatkov glede na izbrani medij. Vsakemu mediju pripada ustrezno kodiranje .

Podprti prenosni mediji so:

• parica, • električno omrežje, • radijski valovi, • koaksialen kabel, • infrardeči valovi, • optični kabel

15

LonMark definira naslednje standardne fizične izvedbe kanalov [3]:

Fizični kanal Medij Hitrost Lastnosti TP/XF-1250 parica 1,25 Mbps vodilo, ločilni transformator (ang. transformer

coupled) TP/XF-78 parica 78 kbps vodilo, ločilni transformator (ang. transformer

coupled) TP-RS485-39 parica 39 kbps EIA RS-485 PL-10 (L-N) n.n.el.vod 10 kbps 100 kHz - 450 kHz, spread spectrum, faza-ničla

povezava PL-10 (L-E) n.n.el.vod 10 kbps 100 kHz - 450 kHz, spread spectrum, faza-zemlja

povezava PL-20 (L-N) n.n.el.vod 5 kbps 125 kHz - 140 kHz, BPSF, faza-ničla povezava,

50/60 Hz frekvenca napetosti PL-20 (L-E) n.n.el.vod 5 kbps 125 kHz - 140 kHz, BPSF, faza-zemlja povezava,

50/60 Hz frekvenca napetosti PL-30 (L-N) n.n.el.vod 2 kbps 9 kHz - 95 kHz, spread spectrum, faza-ničla

povezava TP/FT-10 parica 78 kbps parica, prosta topologija, napajanje po parici (ang.

power link) RF-100 radijski

valovi 4,883 kbps UK MPT1329, FCC del 90, ETS 300220

Tabela 2.6: Standardizirani LonMark fizični kanali

Za vsak fizični kanal so definirane specifikacije in ustrezni parametri oddajnika-

sprejemnika, ki se jih mora proizvajalec držati. Predvsem so na tem sloju definirani

napetostni nivoji, terminatorji, vhodne impedance in največje dolžine odsekov.

16

2.5 Mrežni sloj

2.5.1 Storitve mrežnega sloja

Mrežni sloj skrbi za usmerjanje paketov od vozlišča do vozlišča in naslavljanje vozlišč

([1] str. 32). Osnovna podatkovna enota je paket.

LonTalk protokol podpira različne topologije zaradi različnih zahtev aplikacij.

Slika 2.4: Topologije

V omrežjih, kjer je možnost več poti od vozlišča do vozlišča, je nevarnost, da pride

paket v zanko. Usmerjevalniki morajo biti konfigurirani in instalirani tako, da to

preprečijo. Če se uporabljajo ponavljalniki, mostovi ali usmerjevalniki, mora imeti

topologija domene drevesno strukturo, kot je prikazano na naslednji sliki. Ponavljalniki se

lahko uporabljajo le za povezavo dveh različnih kanalov, ne smejo pa biti instalirani na

istem kanalu.

Slika 2.5: Drevesna struktura

17

2.5.2 Usmerjevalniki

Usmerjevalnik je element mrežnega sloja in izvaja funkcijo usmerjanja v izbrani

domeni. Povezuje dve podomrežji v smeri zgoraj in v smeri spodaj.

Vsaka funkcija ima svojo usmerjevalno tabelo. Tabelo lahko nastavi operater

(konfiguriran usmerjevalnik) ali pa usmerjevalnik gradi tabelo sam (adaptivni

usmerjevalnik).

Vhodni podatek je ciljni naslov. Te funkcije se izvedejo na tisti strani usmerjevalnika,

od koder je prišel (zgornja, spodnja stran), medtem, ko se algoritem usmerjanja izvaja ne

glede na prihajajočo stran. Vsaka stran usmerjevalnika mora imeti različne usmerjevalne

tabele za prepuščanje paketov.

V posebnem primeru, ko je paket oddalo nekonfigurirano vozlišče s splošnim

naslavljanjem, je v polju Subnet vrednost 0 in dolžina domene 0. V tem primeru

usmerjevalnik spremeni ti dve polji in vpiše svoje podatke (polji Subnet in Domain) pred

klicom funkcije ROUTEbc().

Adaptivni usmerjevalniki preglejujejo naslovno polje paketa tretjega sloja in s tem

raziskujejo topologijo. Ob predpostavki, da je topologija brez povratnih zank, preglejujejo

izvorne naslove podatkovne enote NPDU in se tako učijo, kje je locirano podomrežje.

Skupinsko naslavljanje se izvede s preplavljanjem (ang. flooding).

2.6 Sloja predstavitve in uporabe

Za postavitev oziroma konfiguracijo omrežja in njegov kasnejši nadzor, sta od vseh

naštetih slojev najpomembnejša sloja predstavitve in uporabe, zato ju predstavljamo

podrobneje.

18

2.6.1 Storitve slojev predstavitve in uporabe

Storitve, ki jih nudita ta dva sloja so ([1] str. 70):

prenos mrežnih spremenljivk (ang. Network Variable Propagination): ta storitev odda

sporočilo, ki ga prejemnik interpretira kot osvežitev mrežnih spremenljivk. Interpretacija

mrežnih spremenljik je naloga sloja predstavitve.

prenos splošnih sporočil (ang. Generic Message Passing): aplikacija lahko odda

splošno sporočilo, naslovljeno s katerikolim naslovnim načinom opisanim v prejšnjih

poglavjih.

sporočila upravljanja omrežja (ang. Network Management Messages): ta so

uporabljena za instaliranje in konfiguriranje vozlišč in celotnega omrežja.

sporočila za diagnozo mreže (ang. Network Diagnostic Messages).

prenos tujih okvirjev (ang. Foreign Frame Transmission): možno je prenašati

sporočila, ki ne spadajo v LonTalk protokol in so namenjena vozliščem, ki niso LonTalk

kompatibilni. To omogoča povezovanje naprav različnih proizvajalcev preko omrežja

LonWorks.

2.6.2 Vmesnik do uporabniškega programa

Slika 2.6 prikazuje vmesnik med uporabniškim programom in slojem uporabe.

Slika 2.6: Vmesnik

19

Vmesnik uporablja naslednje osnovne storitve vmesnika:

msg_alloc() → (pravilno/napačno) msg_alloc_prority() → (pravilno/napačno) msg_send(msg_out) msg_cancel() msg_free() rest_alloc() → (pravilno/napačno) resp_send(resp_out) resp_cancel() resp_free() resp_receive(resp_in) msg_receive(msg_in) msg_completes() → (neuspešno / uspešno / zaključeno)

2.6.3 Formati APDU

Slika 2.7 prikazuje format APDU. Podatkovna enota protokola sloja uporabe je

sestavljena iz zaglavja in podatkov. Zaglavje ima dolžino enega byta razen v primeru, da

se prenaša mrežna spremenljika, ko je dolžina dva byta.

Slika 2.7: APDU

20

2.6.4 Diagram protokola

Diagram 2.1 prikazuje ne-idempotentno skupinsko transakcijo z izgubo prvega APDU

in prvega ACD TPDU.

Diagram 2.1: Ne-idempotentna skupinska transakcija

Diagram 2.2 prikazuje idempotentno skupinsko zahteva/odziv transakcijo z izgubo

zahtevka in izgubo odziva.

Diagram 2.2: Idempotentna skupinska transakcija

21

2.6.5 Obvestilo o napaki pri prenosu uporabniškemu programu

Uporabniškemu programu je vedno dostopen status zadnje transakcije, ne glede na to

ali je bila transakcija mrežne spremenljivke ali splošnega sporočila.

Status prenosa sporočila ima tri možna stanja: zaključeno, uspešno in neuspešno.

Stanje zaključeno pomeni, da se je transakcija zaključila (uspešno ali neuspešno). Za

sporočila s potrditvijo pomeni stanje uspešno le v primeru, ko je oddajnik prejel vsa

potrdila. Za transakcijo zahteva/odziv je stanje uspešno definirano, ko so prejeti vsi odzivi

naslovnikov. Za sporočila brez potrditve pomeni stanje uspešno, ko je sporočilo oddano;

isto je za ponavljajoče-brez potrditve, ko se je sporočilo oddalo v željenem številu.

Sporočila brez potrditve ne morejo imeti stanja neuspešno. Sporočila s potrditvijo

imajo status neuspešno v primeru, ko niso bila prejeta vsa potrdila naslovnikov.

Transakcija zahteva/odziv dobi status neuspešno v primeru, ko eden ali več odzivov ni

prispelo.

Za mrežne spremenljivke velja isto (možno jih je konfigurirati za poljubno transakcijo),

transakcija zahteva/odziv pa je uporabljena v primeru, ko je mrežna spremenljivka

konfigurirana na zahtevo (ang. pool).

2.6.6 LonMark standardizacija na sloju uporabe

Na sloju uporabe je pretok podatkov med vozlišči LonWorks omrežja omogočen preko

posebnih LonMark objektov, splošnih LonMark objektov in standardnih mrežnih

spremenljivk. Podprt je tudi prenos datotek (file transfer), ki je realiziran preko mrežnih

spremenljivk in eksplicitnih sporočil ([4]).

22

Slika 2.8: Splošen LonMark object

Vmesnik do uporabniškega sloja je prikazan na sliki 2.9.

Slika 2.9: Vmesnik med LonMark objektom in uporabniškim slojem

Elementi vmesnika točno definirajo vmesnik med vozliščem in omrežjem.

Objekt “vozlišče”

23

Ta objekt omogoča mehanizem za povpraševanje po statusu vozlišča in načinu

delovanja ter za poročanje o statusu ostalih objektov v vozlišču. Nadalje objekt “vozlišče”

vsebuje mrežne spremenljivke in konfiguracijske lastnosti, ki se tičejo vozlišča kot celote.

LonMark Objekti

LonMark objekti definirajo standardne formate vhodnih in izhodnih podatkov v in iz

objekta ter deljenje podatkov z drugimi vozlišči v omrežju. LonMark objekti so definirani

kot množica vhodnih in izhodnih mrežnih spremenljivk (standardnih tipov) s semantično

definicijo obnašanja vozlišča glede na vrednosti mrežnih spremenljivk in množico

konfiguracijskih lastnosti.

Poleg osnovnega objekta “vozlišče”, LonMark definira še naslednje splošne objekte:

objekt senzor - odprto in zaprtozančni, objekt aktuator - odprto in zaprtozančni ter objekt

kontroler.

Primer uporabe LonMark objektov je na sliki 2.10.

Slika 2.10: Primer uporabe LonMark objektov

Standardni tipi mrežnih spremenljivk

24

Standardni tipi mrežnih spremenljivk predstavljajo standardiziran način izmenjave

podatkov in omogočajo vozliščem različnih proizvajalcev, da pravilno interpretirajo

njihove vrednosti.

Prenos podatkov

LonMark definira standardiziran način prenosa datotek.

Konfiguracijske lastnosti

Uporabik ima na izbiro več načinov, kako nastavljati konfiguracijske parametre

aplikacije med instalacijo vozlišča. En način je z uporabo mrežnih spremenljivk, ki

definirajo konfiguracijo.

Za aplikacije, ki imajo kompleksnejše nastavitve, je priporočljivo uporabljati

konfiguracijske parametre, ki se naložijo v vozlišče s prenosom datotek ali z direktnim

vpisom v bralno-pisalni pomnilnik.

Konfiguracijske lastnosti so lahko standardnih tipov (Standard Configuration Property

Type - SCPT) ali nestandardnih tipov. SCPT predpisujejo standardne definicije za splošne

konfiguracijske parametre.

Dokumentacija naprave

V LonTalk protokolu je na voljo hierarhična struktura dokumentacije. Za instalacijo

mora vsako LonMark vozlišče vsebovati informacije samo-dokumentacije in samo-

identifikacije: proizvajalec naprave, tip naprave, Neuron ID, splošne LonMark objekte

uporabljene v napravi. Te informacije so na voljo upravitelju preko orodja za upravljanje

mreže.

25

3. LONWORKS® PROIZVODI

V tem poglavju bodo predstavljeni nekateri proizvodi, ki jih nudi podjetje Echelon in

nekatera druga podjetja. Predstavitev je osnovna, zato vsi tehnični podatki niso zajeti.

3.1 Komunikacijski moduli

Echelon nudi dva tipa komunikacijskih modulov: navadni in SMX. SMX je odprt

standard, ki omogoča tudi drugim proizvajalcem, da izdelujejo standarizirane

komunikacijske module po specifikaciji, ki definira razporeditev nogic, fizične velikosti in

električnih lastnosti ([3], [23], [24], [25], [26]).

Model Medij Hitrost prenosa

Razdalja Kodiranje Topologija

FTT-10A parica; ločilni transf.

78 kbps 500 m, 2700 m (z dvojnim zaključkom vodila)

diferincialno Manchester

brez topologije, zvezda, krog, razne kombinacije

LPT-10 parica; napajanje preko parice

78 kbps 500 m, 2200 m (z dvojnim zaključkom vodila)

diferincialno Manchester

brez topologije, zvezda, krog, razne kombinacije

TPT/XF-78 parica, ločilni transf.

78 kbps 1400 m diferincialno Manchester

vodilo

TPT/XF-1250 parica 1,25 Mbps 130 m diferincialno Manchester

vodilo

PLT-10A el.vod 10 kbps odvisno od dušenja in šuma v omrežju

spread spectrum

prosta topologija (obstoječi n.n.el.vodi)

PLT-21 el.vod 5 kbps odvisno od dušenja in šuma v omrežju

spread spectrum


PLT-30 el.vod 2 kbps odvisno od dušenja in šuma v omrežju

spread spectrum


Tabela 3.1: LonWorks komunikacijski moduli

26

Model Kompatibilen LonMark kanal

TPM/XF-78 TP/XF-78

TPM/XF-1250 TP/XF-1250

FTM-10 TP/FT-10

TPM-RS485 TP-RS485

PLM-10 PL-10 z PLT-10 in/ali PLT-10A

PLM-21 PL-20 z PLT-20 in/ali PLT-21

PLM-30 PL-30 z PLT-30

Tabela 3.2: SMX komunikacijski moduli

3.2 LonWorks® usmerjevalnik

Jedro usmerjevalnika predstavlja modul RTR-10, ki potrebuje še dva komunikacijska

modula na vsaki strani (za vsak kanal). Komunikacijska modula sta lahko različna. S tem

je omogočeno enostavno povezovanje različnih komunikacijskih medijev. Komunikacijski

moduli so lahko: TP/FT-10, TP/XF-78, TP/XF-1250 in TP-RS485. LonWorks instalacijska

orodja avtomatsko konfigurirajo usmerjevalnik iz podatkov v lastni bazi omrežja ([27]).

3.3 LonWorks® vmesniki in prehodi

Katerikoli mikroprocesor je lahko del LonWorks vozlišča. Naslednje komponente so

namenjene za povezavo Neuron integriranega vezja in drugega procesorja ([13], [14], [15],

[16], [17], [18], [19], [20], [21], [22]).

PCC-10 PC kartica

Kartica PCC-10 PC je namenjena povezavi osebnega računalnika z LonWorks

omrežjem preko Type II PC card (PCMCIA). Vgrajen je komunikacijski modul TP/FT-

10A za komunikacijo po TP/FT-10 kanalu, lahko pa se doda zunanji komunikacijski modul

za druge medije. Priložena programska oprema vsebuje instalacijo, nadzorno ploščo in

gonilnike za Windows 95, Windows 3.x in DOS operacijske sisteme.

27

PCC-10 podpira vmesnik mrežnih storitev (NSI) za delo z LNS.

Obstajata dve verziji PCC-10 kartice: standardni vmesnik za LonWorks omrežje in

PCC-10 analizator protokola. Za analizo protokola sta potrebni dve kartici PCC-10 in

ustrezna programska oprema.

PCLTA PC vmesnik

PCLTA PC je vmesnik za LonWorks omrežje, ki ustreza ISA vodilu v osebnih

računalnikih. Ima dva priključka za SMX komunikacijska modula, kar omogoča izdelavo

prehodov. Sloje od 1 do 5 obdeluje Neuron vezje na PCLTA, sloja 6 in 7 (mrežne

spremenljivke, eksplicitna sporočila) pa obdeluje gostitelj - osebni računalnik. Prednost

takšne delitve opravil je neodvisnost aplikacije od komunikacijskega protokola, eno

vozlišče pa ima lahko največ 4096 povezanih mrežnih spremenljivk (vozlišče z Neuron

integriranim vezjem jih ima lahko samo 64).

PCLTA PC ne podira vmesnika mrežnih storitev (NSI) za delo z LNS, namenjen je

delu z LonManager LonMaker instalacijskim orodjem, DDE strežnikom in aplikacijam, ki

temeljijo na LonManager API za DOS ali MS Windows. Za delo z LNS je potrebno imeti

v osebnem računalniku še eno kartico, ki podpira LNS (PCNSI, PCLTA-10).

Na voljo so gonilniki za DOS, MS Windows 3.1, 95 in NT ter novejše različice.

PCLTA-10 PC vmesnik

PCLTA-10 PC vmesnik je standardna ISA kartica za povezavo osebnega računalnika z

omrežjem LonWorks. Na voljo so trije modeli z vgrajenimi različnimi komunikacijskimi

moduli: za TP/FT-10, TP/XF-78 in TP/XF-1250 kanale. Na voljo so gonilniki za MS

Windows 95 in NT. Programska oprema za nadzor se nahaja v paketu Connectivity Starter

Kit, ki vsebuje nadzorno ploščo za konfiguriranje vmesnika.

PCLTA-10 PC podpira LNS, tako da je lahko PC uporabljen kot odjemalec ali strežnik

mrežnih storitev.

Nižji sloji protokola se obdelujejo na sami kartici, sloj uporabe pa v osebnem

računalniku, tako je na voljo vsa procesorska moč gostitelja.

28

SLTA-10 serijski vmesnik

SLTA-10 vmesnik se uporablja za povezavo gostitelja ali modema z omrežjem

LonWorks po EIA-232C (RS-232C) standardu. Hitrost komunikacije je od 1200 do

115200 bps, podpira pa klice po modemu “ven” in “noter”. Modem mora podpirati Hayes

AT nabor ukazov.

SLTA-10 podira LNS, tako da je gostitelj lahko odjemalec ali strežnik.

Nižje sloje LonTalk protokola obdeluje SLTA-10, sloja 6 in 7 pa se obdelujeta v

gostitelju, ki je lahko kakeršenkoli procesorski sistem.

SLTA/2 RS-232 - LonTalk serijski vmesnik

Vmesnik SLTA/2 je namenjen za povezavo gostitelja z LonWorks omrežjem preko RS-

232C (EIA-232C) vmesnika . Povezava je lahko neposredna ali pa preko modema.

SLTA/2 ne podpira LNS, namenjen je za vozlišča z več kot 64 mrežnimi

spremenljivkami in za povečanje procesorske moči posameznega vozlišča.

Nižje sloje LonTalk protokola obdeluje SLTA/2, sloja 6 in 7 pa se obdelujeta v

gostitelju, ki je lahko kakeršenkoli procesorski sistem.

PSG/2 programabilni serijski prehod in PSG-10 serijski prehod - osnovni modul

PSG/2 je naprava za povezovanje LonWorks omrežij z napravami ali sistemi preko RS-

232C vmesnika. Tipična uporaba te naprave so LonWorks prehodi za PLC, servo

krmilnike, instrumente, tipkovnice, prikazovalnike in prehod do drugih omrežij.

V razvojnih orodjih (LonBuilder, NodeBuilder, Connectivity Starter Kit) obstaja

knjižnica s funkcijami za delo z PSG/2, tako da je možno aplikacijo za prehod realizirati v

Neuron C.

LTS-10 serijski vmesnik - osnovni modul

LTS-10 je osnovni modul (vezje) za izgradnjo serijskih LonTalk vmesnikov, ki

povezujejo gostitelja z RS-232C serijskim vmesnikom. Gostitelj je lahko priključen

neposredno ali pa preko telefonske linije z ustreznim modemom.

LTS-10 ne podpira LNS.

29

Modul LTS-10 obdeluje nižje sloje protokola (1-5), višje sloje pa obdeluje gostitelj.

LonWorks® MIP razvojna kompleta

MIP (Microprocessor Interface Program) je knjižnica, ki omogoča gostiteljevemu

procesorju izvajanje LonWorks aplikacije, Neuron integrirano vezje pa spremeni v

komunikacijski koprocesor. Komunikacijski vmesnik za povezavo gostitelja z LonWorks

omrežjem je lahko PCLTA PC ali SLTA ali lastno vezje.

MIP je namenjen za izdelavo lastnih vmesnikov med gostiteljem in omrežjem

LonWorks. Vmesnik obdeluje spodnje nivoje LonTalk protokola (1-5), gostitelj pa zgornja

dva.

MIP/20 je namenjen integriranemu vezju Neuron 3120 in za gostiteljeve procesorje

68HC11, 68HC16 in 8051.

MIP/50 je namenjen integriranemu vezju Neuron 3150 in za gostiteljeve procesorje

68332, 680x0 in 80x86.

MIP/DPS je najzmogljivejša verzija, namenjena gostiteljevim procesorjem PowerPC,

68040, 88000, 80486, 80960.

3.4 LonManager® omrežna orodja

LonManager mrežna orodja so programske komponente za razvoj sistemskih

LonWorks orodij, ki so namenjena za instalacijo, vzdrževanje in nadzor LonWorks omrežij

([5], [6], [7], [8], [9]).

LonManager LonMaker™ instalacijsko orodje

LonMaker orodje podpira vse stopnje instalacije in vzdrževanja LonWorks omrežij:

• namestitev vozlišč; • vzpostavljanje povezav mrežnih spremenljivk in eksplicitnih sporočil; • preverjanje mreže in testiranje vseh komponent; • vzdrževanje mreže

30

LonMaker deluje pod MS-DOS okoljem, za delovanje pa potrebuje ustrezno kartico

PCNSS-10 in PCLTA-10.

LonManager DDE server

LonManager Dynamic Data Exchange (DDE) strežnik omogoča MS Windows

programom nadzirati in spreminjati vrednosti mrežnih spremenljivk in eksplicitnih

sporočil. Edini pogoj je, da aplikacija podpira DDE izmenjavo podatkov.

LonManager DDE strežnik je namenjen razvijalcem in sistemskim operaterjem, ki

kreirajo nadzorne aplikacije za LonWorks omrežja. Te aplikacije lahko služijo za preprost

nadzor, zajem podatkov in shranjevanje le teh v podatkovne baze.

Slika 3.1: DDE strežnik

Za delovanje potrebuje LonManager DDE strežnik naslednje elemente, da lahko

ustrezno interpretira sporočila:

• omrežni vmesnik (kartice PCNSS, PCNSI, PCLTA, SLTA);

• baza omrežja, ki vsebuje informacije o naslavljanju vozlišč (generira se lahko iz naslednjih orodij: LonManager LonMaker Installation Tool, LonManaer NSS-10 modul, LonBuilder Developers WorkBench, NodeBuilder Developement Tool);

31

LonManager® analizator protokola

LonManager analizator protokola je priključen na omrežje in prestreza LonTalk pakete

na kanalu za podrobno analizo. Vsebuje tri orodja za analzo in nadzor:

• orodje za analizo protokola;

• orodje za mrežno statistiko (štetje paketov, spremljanje obremenitve omrežja);

• orodje za diagnozo omrežja.

Namenjen je razvijalcem, instalaterjem in vzdrževalcem za reševanje problemov in za

spremljanje prometa v omrežju. V povezavi z bazo omrežja lahko interpretira vrednosti

mrežnih spremenljivk in naslove vozlišč.

LonManager® NSS-10

LonManager NSS-10 je strežnik mrežnih storitev (Network Services Server-NSS).

Gostitelj te kartice smatra NSS-10 kot pametno periferno napravo, ki omogoča strojne in

programske vire za mrežne storitve za en kanal z največ 62 vozlišči. Z gostiteljem

komunicira preko 8 bitnega podatkovnega registra in 8 bitnega statusnega/nadzornega

registra. Gostitelj je lahko osebni računalnik ali katerikoli mikroprocesorski sistem,

potrebna je le ustrezna povezava in programska oprema.

Slika 3.2: Blok shema NSS-10

32

Za okolja večja od 62 vozlišč se uporablja NSS za okolje Windows. V tem primeru je

potrebno modul NSS-10 zamenjati z NSI-10. Nato se baza mreže restavrira iz samega

omrežja. Tako postane modul NSS-10 oddaljeni odjemalec, NSS za Windows pa strežnik

mrežnih storitev. LNS strežnik NSS-10 podpira le osnovne mrežne storitve, za uporabo

vseh storitev, je treba uporabiti LNS strežnik mrežnih storitev za okolje Windows.

Slika 3.3: Vozlišče z NSS-10

LonManager® PCNSS PC ISA kartica

PCNSS kartica je standardna ISA kartica za osebne računalnike. Deluje lahko v dveh

načinih:

• kot NSS-10 strežnik mrežnih storitev,

• kot standardni vmesnik za priključitev na omrežje LonWorks.

LNS razvojni kit komplet za mikrokontrolerje

LNS kit komplet za mikrokontrolerje vsebuje naslednje komonente ([10]):

• ANSI C izvorna koda za gostiteljev LNS API (za dostop do storitev LNS strežnika - lokalnega na NSS-10 ali oddaljenega MS Windows strežnika mrežnih storitev);

• ANSI C izvorna koda s primerom LNS odjemalca;

33

• NSI-10 modul (vmesnik za dostop do MS Windows strežnika mrežnih storitev);

• NSI gonilnik;

• NSS-10 modul (lokalni LNS strežnik mrežnih storitev);

• vezje s priključki za NSI-10 ali NSS-10 s podnožjem za SMX komunikacijski modul;

LNS razvojni kit koplet za MS Windows

LNS kit komplet za MS Windows okolje vsebuje naslednje komponente ([11]):

• LNS strežnik za MS Windows (podpira do 16384 vozlišč in do 1000 usmerjevalnikov);

• LNS activeX ;

• 32-bitni gonilnik za PCLTA-10, PCC-10 in PCNSI mrežne vmesnike;

• Visual C++, Visual Basic in Delphi izvorno kodo s primeri LNS odjemalca.

LNS FASTART paket

LNS FASTART paket vsebuje naslednje komponente ([12]):

• programska orodja za razvoj LNS aplikacij v okoljih Windows NT in Windows 95 (isto kot LNS razvojni paket za MS Windows);

• programska orodja za razvoj LNS aplikacij na kateremkoli mikroprocesorju, mikrokontrolerju ali drugem računalniku;

• tečaj LNS Developer’s Workshop.

3.4.1 LonWorks® moduli

LonWorks moduli imajo vgrajeno Neuron integrirano vezje, komunikacijski modul in

oscilator. Dodati je potrebno še napajanje, senzorje, aktuatorje in uporabniški program v

Neuron C. Na voljo so naslednji modeli:

34

TP/XF-78 Twisted Pair Control Module kompatibilen z TP/XF-78 kanalom TP/XF-78F Flash Twisted Pair Control Module

kompatibilen z TP/XF-78 kanalom; podnožje za flash spomin

TP/FT-10 Free Topology Twisted Pair Control Module

kompatibilen z TP/FT-10 kanalom; FTT-10A oddajnik

TP/FT-10F Flash Free Topology Twisted Pair Control Module

kompatibilen z TP/FT-10 kanalom; FTT-10A oddajnik; podnožje za flash spomin

TP/XF-1250 Twisted Pair Control Module kompatibilen z TP/XF-1250 kanalom LTM-10 LonTalk Modul 32 KB flash spomina;

32 KB RAM; MIP firmware; nima oddajnika

LPI-10 Link Power Interface Module parico napaja z 42,4 V napetosti za oddajnike z napajanjem preko omrežja (power link)

Tabela 3.3: LonWorks®moduli

3.5 LonBuilder

V paketu LonBuilder so naslednje komponente ([2]):

• LonBuilder Developers Workbench je osrednji del, ki združuje tri komponente: orodje

za razvoj vozlišč, upravljanje omrežja in analizator protokola;

• štiri komunikacijske module brez topologije (FTM-10);

• DDE server za Microsoft Windows;

• PCNSI kartico za PC računalnik;

• razvojno postajo;

• dva Neuron emulatorja;

• LonBuilder Gizmo 3;

• Application Interface Kit;

• LonBuilder usmerjevalnik

35

Programska oprema LonBuilder

Programska oprema LonBuilder vsebuje vse potrebno za razvoj LonWorks omrežij:

• urejevalnik, prevajalnik in razhroščevalnik programskega jezika Neuron C;

• upravljanje omrežja za instalacijo in konfiguracijo vozlišč v omrežje;

• analizator protokola za opazovanje omrežja in interpretacijo aktivnosti v

omrežju

Razvojna postaja

Razvojna postaja je razširljiva platforma, ki vsebuje dve LonWorks vozlišči; enega za

upravljanje omrežja in enega za analizo protokola.

Neuron emulator

K LonBuilder paketu sta priložena dva Neuron emulatorja, ki se uporabljata za

razhroščevanje aplikacij, napisanih v Neuron C, za testiranje prototipne V/I elektronike in

komunikacijskih modulov. Možno je razhroščevanje na dveh vozliščih hkrati, ki

medsebojno komunicirata v omrežju.

36

4. PRIMER INSTALACIJE PREPROSTEGA LON OMREŽJA

V tem poglavju je opisan potek inštalacije enostavnega LON omrežja, ki ga sestavljata

dve vozlišči v obliki regulatorjev temperature, proizvajalca DANFOSS. Takšni krmilniki

oziroma regulatorji se uporabljajo za krmiljenje hladilnih vitrin in hladilnih ter

zamrzovalnih komor v trgovinah s prehrambenimi izdelki.

Uporabili smo naslednje komponente:

• Omrežni vmesnik PCNSI za PC z vgrajenim komunikacijskim modulom FTT-10 • Newron system NL220 instalacijsko orodje • Krmilnik Danfoss EKC 201 230V • Krmilnik Danfoss EKC 201 12V

Newron system NL220 instalacijsko orodje je izdelek francoskega podjetja NEWRON

SYSTEM, in je ekvivalent LonManager LonMaker™ instalacijskemu orodju podjetja

ECHELON. Za njegovo uporabo smo se odločili, ko nam je po naklučju prišel v roke in se

je izkazal z razmeroma enostavno uporabo.

4.1 Omrežni vmesnik PCNSI in njegova namestitev

Vmesnik PCNSI je omrežni vmesnik, ki nam omogoča priključitev osebnega

računalnika na omrežje Lon in njegovo postavljanje, nastavljanje in upravljanje. Vmesnik

PCNSI lahko deluje v dveh režimih, in sicer v:

• NSI mode (režim NSI)

V NSI režimu nam PCNSI zagotavlja vmesnik za omrežne storitve (NSI-Network

Service Interface), za server omrežnih storitev (NSS-Network Service Server) pod okoljem

Windows, ki teče na istem računalniku, ali omogoča dostop na daljavo za NSS, ki teče na

oddaljenem odjemalcu (host) v istem omrežju.

37

• Network interface mode (režim omrežnega vmesnika)

V režimu omrežnega vmesnika deluje kot standardni vmesnik za LonWorks kakršen je

naprimer PCLTA-10. V tem režimu delovanja lahko vmesnik uporabljamo z vsemi

aplikacijami kot so LonMaker™ instalacijsko orodje, Newron NL220 instalacijsko orodje,

LonManager DDE server oziroma NL-OPC server, ki skrbita, da lahko omrežne

spremenljivke uporabljamo v ostalih windows aplikacijah kot so MS Access, MS Excel,

MS Visual Basic in podobno.

4.1.1 Omrežni vmesnik PCNSI in njegova fizična namestitev v računalnik

PCNSI je standardna PC ISA bus kartica, ki jo vstavimo v prosto režo našega

računalnika. Pred tem pa s stikali na njej nastavimo naslov na katerem se nahaja. Uporabili

smo kar tovarniško nastavitev z vrednostjo 0350. Ker kartica ne podpira Plug&Play (vstavi

in poženi) standarda, je lahko njena namestitev v osebni računalnik, precej zapleteno

opravilo. Po vstavitvi kartice v računalnik, tega lahko zaženemo. Če naslov, ki je določen

na vmesniku s stikali, že uporablja katera od ostalih kartic v računalniku, se bodo pri

zagonu pojavile težave, zato bo potrebno izbrati drugačen naslov. V našem primeru je

zagon uspel brez težav.

4.1.1.1 Namestitev gonilnikov za omrežni vmesnik PCNSI

Kot smo že omenili, PCNSI ne podpira standarda P’n’P zato ga okolje Windows ne

zazna, ali pa ga zazna kot neznano strojno opremo. Da zagotovimo delovanje našega

vmesnika, je potrebno instalirati še ustrezne gonilnike. Gonilniki za PCNSI vmesnik so

enaki kot za PCLTA-10 vmesnik (samo v primeru kadar ga ne uporabljamo v režimu NSI).

Ustrezne gonilnike smo dobili na spletni strani podjetja Echelon ( www.echelon.com ).

Najprej je potrebno instalirati gonilnike za okolje DOS, kar najlaže storimo tako, da

stisnjen program, ki smo ga prenesli iz spleta “razpakiramo” na disketo ali drugi trdi disk,

če ga imamo. Namestitve gonilnika ni mogoče zagnati z diska, ki je tudi ciljni disk (npr. iz

C: na C:). Med samo instalacijo se vpišejo datoteke v ciljno mapo, ki jo lahko sami

določimo, mi pa smo uporabili privzeto nastavitev, C:\Lonworks. Gonilnik spremeni tudi

nastavitve v datotekah AUTOEXEC.BAT in CONFIG.SYS, za kar zahteva potrditev. Po

38

končani namestitvi je potrebno računalnik ponovno zagnati, da spremembe, ki so bile

narejene postanejo veljavne. Čeprav je gonilnik za DOS že instaliran, vmesnika PCNSI v

okolju Windows ne moremo uporabljati in je potrebno namestiti še gonilnike za okolje

Windows 95/NT. To opravilo je lažje, saj samo zaženemo program Setup.exe , ki je del

prenesene stisnjene datoteke pclta95nt.zip. Sledimo navodilom, ki se prikazujejo na

ekranu, po končani namestitvi, pa sledi ponovni zagon računalnika.

4.1.1.2 Nastavitev gonilnikov za omrežni vmesnik PCNSI

Sedaj je potrebno nastaviti ustrezne parametre, ki jih potrebuje gonilnik, zato da

vmesnik PCNSI začne pravilno delovati. Za nastavitev teh parametrov (naslov, IRQ),

lahko uporabimo program NODEUTIL.EXE, ki se je namestil med instalacijo gonilnikov v

mapo C:\Lonworks\bin in deluje v okolju DOS. Druga možnost je, da v okolju Windows v

Nadzorni plošči/Control panel zaženemo Lonworks NI.

Slika 4.1: Nadzorna plošča

39

Na zaslonu se pojavi naslednje okno:

Slika 4.2: Okno za nastavitve vmesnika

S klikom na polje Add Device, se odpre okno v katerem izberemo vrsto vmesnika, ki ga

želimo nastaviti. V našem primeru je to PCNSI in kliknemo polje Add. V prikazovalniku

Base Address se pojavi hex naslov, ki je tovarniško nastavljen na vmesniku PCNSI, lahko

pa ga, po potrebi, tudi spremenimo. V našem primeru smo pustili privzeto nastavitev 0350.

Izberemo še frekvenco ure (privzeta nastavitev za PCSNI je 10 MHz) ter številko

prekinitve (IRQ). To smo storili s poskušanjem, nato pa kliknemo na polje Diagnostics. Če

je izbrana prekinitev takšna, da je še ne uporablja nobena naprava v sistemu, potem se v

odprtem oknu izpiše številka verzije gonilnika, ki ga uporabljamo in izvedemo lahko test

vmesnika. V nasprotnem primeru se izpiše sporočilo ERROR. Če se izpiše to sporočilo

moramo izbrati drug IRQ in postopek ponoviti. Ko se test izvrši, je vmesnik nastavljen in

pripravljen za uporabo. Na enak način lahko nastavimo več vmesnikov, če jih

potrebujemo.

40

V našem primeru je bil izbran IRQ 9 in na zaslonu smo videli naslednjo sliko:

Slika 4.3: Okno za diagnozo vmesnika

4.2 Newron system NL220 instalacijsko orodje

Program NL220 podjetja Newron system iz francije, smo po naklučju našli na sejmu

hladilne tehnike IKK. Ta program je ekvivalent programu LonMaker™ proizvajalca

Echelon. Za razliko od LonMaker je NL220 zasnovan kot Windows program in naj bi

deloval na vseh Windows platformah novejših od Windows 3.1. Mi smo ga uporabili pod

okoljem Windows 98, preskusili pa še na Windows NT 4.0 in Windows 2000. Uporabljali

smo demo verzijo programa, ki ima precejšnje omejitve, za instalacijo in preskušanje

enostavne mreže kot je naša pa povsem zadostuje. Glavne prednosti pred LonMaker-jem

so, intuitivni uporabniški vmesnik, ta je zelo podoben raziskovalcu/explorerju v okoljih

Windows, hitro delovanje in pa ugodnejšo ceno namestitve oziroma upravljanja vozlišča,

ki jo moramo plačati proizvajalcu, kar pri stalni uporabi in instalaciji velikega števila

vozlišč ni zanemarljivo.

41

4.2.1 Namestitev programa Newron system NL220

Za instalacijo NL220 moramo imeti v računalniku nameščen vmesnik za LonWorks

omrežja, ki podpira LNS (LonWorks Network Service), ki je nekakšen distribuiran

operacijski sistem. Takšen vmesnik je tudi PCNSI katerega postopek namestitve smo

opisali v prejšnjem poglavju. Sama namestitev je povsem preprosta in jo izvedemo

direktno s CD-roma. Vse kar smo pri tem morali storiti, je določitev ciljne mape na disku.

Ob namestitvi NL220 se na posebno mapo na disku, prenese še kopica programov ki so del

NLS in jih je možno uporabljati tudi posamično.

Slika 4.4: Namestitveno okno

Pozorni moramo biti, da namestitve NL220 ne poskušamo izvesti preden imamo

nameščen pravilno delujoč vmesnik, saj namestitveni program tega ne preverja in

namestitev poteka navidez normalno, tik pred koncem pa se zatakne in program ne deluje.

Pri tem se na disk prenese veliko datotek, ki jih ne moremo pobrisati drugače kot ročno, pri

tem pa obstaja nevarnost, da pobrišemo kakšno datoteko preveč. To se nam je zgodilo ob

prvi namestitvi, posledica pa je bila popolno formatiranje trdega diska in ponovno

vzpostavljanje celotnega sistema.

42

4.2.2 Zagon programa Newron system NL220

Ob zagonu programa NL220 moramo vnesti uporabniško ime, začetnice in način

uporabe, ki je lahko enouporabniški, uporaba preko TCP/IP ali navaden. Mi smo za naš

projekt izbrali slednjega, več o teh načinih, pa je napisanega v pomoči programa.

Uporabniško ime in začetnici sta pomembna, ker program vse projekte razvršča po

ustvarjalcu projekta. Ob prijavi se pokaže zaslon, ki ga vidimo na sliki 4.5, in program je

pripravljen za uporabo.

Slika 4.5: Uporabniško okolje programa NL220

Ker želimo ustvariti nov projekt, v meniju Project izberemo ukaz New in, ker

uporabljamo demo verzijo programa, imamo na razpolago samo en projekt z imenom

DEMO. Vnesemo uporabniško ime, inicialke in način uporabe, ki je v našem primeru

Administration, saj nam samo ta način omogoča postavitev omrežja. Če izberemo način

Maintenance, lahko samo nadziramo že postavljeno omrežje.

43

4.3 Krmilnik Danfoss EKC 201

Krmilniki Danfoss EKC serije 201 so enostavni krmilniki namenjeni za krmiljenje

hladilnih in zamrzovalnih vitrin ter komor v komercialnem hladilstvu (trgovine, mesnice,

klavnice…). Njihova namembnost je zelo ozko usmerjena, saj ne dopuščajo posegov v

svoje delovanje, ki je določeno s programom naloženim v tovarni (firmware), nastavljamo

lahko samo določene parametre kot so želena temperatura v vitrini/komori, čas

odtaljevanja, število odtaljevanj v dnevu, ura, zakasnitve vklopa in izklopa kompresorja,

alarmi in še nekaj dodatnih funkcij. Vse možnosti so razvidne v prilogah ( priloga D ).

Vsi krmilniki te serije imajo enako zgradbo in uporabljajo isti program za svoje delovanje,

razlikujejo se samo v priključkih in s tem v možnostih uporabe. Mi smo uporabili za

postavitev našega omrežja krmilnika EKC 201 230V in EKC 201 12V. Za regulacijo

temperature EKC 201 uporabljajo dvopoložajno regulacijo, tako kot večina regulatorjev

temperature na področju komercialnega hladilstva. Za nas je bila najpomembnejša lastnost

krmilnikov EKC 201, možnost priključitve na Lonworks omrežje, preko posebne

razširitvene kartice, ki omogoča priključitev preko FTT-10 vmesnika na bakreno parico in

dopušča prosto topologijo (free topology) omrežja. EKC 201 krmilniki nimajo certifikata

LonMark, kar lahko pomeni, da ne ustrezjo popolnoma zahtevam tega združenja ali pa

Danfoss sploh ni poskusil dobiti tega certifikata. Pri naši uporabi sta oba krmilnika

delovala odlično in nismo opazili nikakršnih problem z integracijo v omrežje s pomočjo

NL 220, ter kasnejših težav.

4.3.1 Krmilnik Danfoss EKC 201 230V

Je čisto osnovna verzija, ki se uporablja za regulacijo temperature v majhnih komorah

ali prostorih, ki delujejo na “+” temperaturnem režimu in sicer od temperature +2°C

navzgor. Lahko bi rekli, da deluje samo kot elektronski termostat, ki po potrebi odpira in

zapira magnetni ventil, ki zagotavlja dotok freona v uparjalnik. Napajanje je direktno, iz

230V omrežja.

44

4.3.2 Krmilnik Danfoss EKC 201 12V

Poleg lastnosti opisanih za 230V različico, 12V različica deluje na napajanju 12V a.c.

ali d.c. napetosti, dodana pa sta še izhoda za krmiljenje ventilatorjev na uparjalniku in

grelcev za odtaljevanje. S tem se uporabnost krmilnika razširi tudi na “-“ temperaturni

režim, ki v komercialnem hladilstvu predstavlja temperature uparjanja do –37°C. Z

nastavitvami delovanja ventilatorjev na uparjalniku pa lahko precej izboljšamo kvaliteto

delovanja hlajenja v vitrini ali komori.

Slika 4.6: Izgled krmilnika EKC 201 in EKC 301

4.4 Postavitev fizičnega omrežja

Ker naši vozlišči uporabljata vmesnika FTT-10 katerih prenosni medij je bakrena

parica in omogočajo prosto topologijo, smo oba kontrolerja, ki predstavljata vsak svoje

vozlišče, na omrežni vmesnik PCNSI vgrajen v PC-ju, povezali kar vzporedno s pomočjo

dveh bakrenih vodnikov. Ker so razdalje zelo kratke nam ni bilo potrebno uporabiti

ustreznih kablov, s prepletenimi vodniki in oklopom proti motnjam, kakršne priporoča

proizvajalec krmilnikov Danfoss. Princip vezave je viden na sliki 4.7.

Slika 4.7: Vezava

45

Uporabili smo še feritno jedro, ki ga Danfoss prilaga kartici EKA 171 z vmesnikom

FTT-10 in je namenjeno zmanjšanju možnosti pojava napake na vodih. Namestili smo ga

na bakreno parico, tik pred krmilnikom.

Slika 4.8: Feritno jedro

Za priklop parice na PCNSI vmesnik se uporablja poseben Weidmuller-jev 2-pinski

vmesnik, ki ga nismo dobili v nobeni trgovini, zato smo uporabili kabelske čeveljce, ki

smo jih izolirali s termo bužirko, da ne bi prišlo do neželenega stika.

4.5 Konfiguracija omrežja z NL 220

Za konfiguracijo omrežja smo uporabili program NL 220 proizvajalca Newron system,

ki smo ga delno opisali že v poglavju 4.2. Omrežja Lon so lahko zelo enostavna ali pa zelo

razvejana in kompleksna. Vsebujejo lahko veliko elementov – vozlišč, ki so lahko

povezana z enim ali večimi prenosnimi mediji, ki jim pravimo kar kanali. Lepa lastnost

LonWorks sistemov je možnost, da vozlišča vezana na isti prenosni medij oz. kanal, lahko

združujemo v ločene domene oziroma podomrežja, naprimer hladilstvo in klimatizacija,

pri tem pa, z nastavitvami posameznih vozlišč, onemogočimo medsebojno motenje

oziroma neželeno komuniciranje. Na tak način se elegantno izognemo potrebi po

usmerjevalnikih (router), ki postavitev omrežij precej podražijo in otežijo njihovo

vzdrževanje in upravljanje.

46

Želeni cilj

Omrežje ki smo ga želeli postaviti je zelo preprosto, saj sta obe vozlišči vezani na isti

kanal, ki ju povezuje s PC-jem. Da je stvar bolj razvejana, smo se odločili, da bo en

krmilnik namenjen za krmiljenje hladilne komore na “+” režimu hladilne tehnike ( Tu=-

12°C ), drugi pa krmiljenju zamrzovalne vitrine za delikatesne izdelke na “-“ režimu

hladilne tehnike ( Tu=-37°C ). Oba vozla se nahajata v trgovini z delikateso v

nakupovalnem centru XX, ki ima lahko še veliko drugih prostorov in seveda tudi veliko

sistemov, ki so prav tako vezani v LonWorks omrežje, kot so klimatizacija, ogrevanje,

prezračevanje, razsvetljava, dvigala itd., vsa pa so vezana na isti računalnik, ki omogoča

upravljanje in servisiranje omrežja. Če želimo zagotoviti preglednost, moramo zato

vozlišča pametno razdeliti v skupine (groups), domene (domain), podomrežja, in po

kanalih. Ker smo uporabljali samo en kanal, je ta del seveda odpadel.

4.5.1 Postavitev omrežja v NL 220

Zagon programa smo že opisali v enem od prejšnjih poglavij, zato ga tukaj ne bomo

ponavljali.

Da lahko omrežje postavimo, mora NL 220 najprej vedeti katera vozlišča so fizično

povezana na kanal. To lahko storimo na več načinov. Najtežje je ročno nastaviti vozlišča iz

opisnih datotek, ki jih proizvajalci priložijo svojemu izdelku na disketi ali pa na svoji

spletni strani. Ker na Danfoss-ovih spletnih straneh nismo našli teh datotek, ki morajo

ustrezati LonMark normativom, smo izbrali drugo pot. NL220 ima ukaz Scan network, ki

v omrežje pošlje določeno zaporedje ukazov, na katero se odzovejo vozlišča tako, da

vrnejo NLS strežniku svoj Neuron_Id naslov, ki je v obliki številke, katero ima vsak

Neuron chip zapisano že v tovarni in je edinstvena, tako da se ne more zgoditi da bi dve

vezji imeli isto številko. Poleg tega naslova vozlišče pošlje še opisno datoteko, v kateri so

opisane vse omrežne spremenljivke, ki jih vezje uporablja ne glede na to ali so te

spremenljivke tipa SNVT (Standard Network Variable Type) - standardne omrežne

spremenljivke, ali UNVT (User defined Netvork Variable Type), ter kratek opis naprave,

ki je v našem primeru zelo skop, saj sta oba opisa vsebovala samo tip krmilnika. Na ta

način se je odzval samo en krmilnik in sicer 230V izvedba krmilnika EKC 201. Kljub

47

večkratnim poskusom se drugi krmilnik ni odzval, zato smo uporabili drug pristop. Z

ukazom Add Node in izbiro opcije wait for PIN, smo NL220 postavili v stanje poslušanja

omrežja, na 12V izvedbi EKC 201 pa smo ročno, v menujskih nastavitvah sprožili oddajo

PIN sporočila, ki vsebuje želene podatke (Neuron_Id in opisno datoteko). Na zaslonu smo

takoj dobili sporočilo, da je NL220 zaznal novo napravo in jo v obliki simbola za vozlišče-

node videli v levem delu zaslona. Ker sta obe vozlišči priključeni na omrežje je njun

simbol zelene barve. NL220 nam omogoča tudi dodajanje vozlišč, ki niso fizično

priključena na omrežje, vendar to lahko storimo samo ročno, za kar pa potrebujemo opisno

datoteko naprave, ki jo želimo konfigurirati. V primeru, da vozlišče ni priključeno na

omrežje je njegov simbol rdeče barve. S klikom desnega gumba miške na simbolu za

posamezno vozlišče, se nam odprejo možnosti manipulacije z njim. Izbrali smo ukaz Test

node, NL220 izvede teste in v desnem spodnjem delu zaslona poda rezultate. Ker je med

testiranjem enega vozlišča prišlo do napake, se je njegov simbol obarval sivo. Ob

preverjanju smo ugotovili, da je bil za napako kriv slab spoj vodnika na priključku

krmilnika.

Slika 4.9: Pregled vseh vozlišč v NL220

Na ta način smo omrežje konfigurirali in že je pripravljeno za uporabo. Pri postavljanju

omrežij z velikim številom enakih vozlišč, je zelo uporabna funkcija Wink, Z desnim

klikom na simbol vozlišča in njenim izborom, prične prikazovalnik na izbranem vozlišču

48

utripati, kar nam olajša določiti njegovo fizično lokacijo v sistemu. Prikazovalnik utripa

dokler ne pritisnemo katerekoli tipke na krmilniku.

4.5.1.1 Naslavljanje vozlišč

Ko so vozlišča instalirana, lahko uporabimo zanje enega od načinov naslavljanja, ki

smo jih opisali v poglavju 2.2. Zaradi enostavnosti in ker v našem omrežju ni potrebe po

povezavi posameznih omrežnih spremenljivk enega vozlišča z omrežnimi spremenljivkami

drugega, smo kot naslove posameznih vozlišč pustili kar Neuron_Id številko.

4.5.1.2 Kreiranje domene Trgovina

V NL220 se domene (domain) imenujejo podsistem (subsystem), kar je lahko zelo

moteče za uporabnike, ki so navajeni dela z LonMaker orodjem, prav tako se imenujejo

tudi skupine, oziroma skupine, kot jih poznamo v LonMaker-ju, v NL220 ne obstajajo.

Z desnim klikom na simbol Lonworks server dobimo meni v katerem izberemo ukaz

New subsystem in ga poimenujemo Trgovina ter dodamo opis. S tem smo ustvarili domeno

z imenom Trgovina, ki opisuje lokacijo naših krmilnikov. Sedaj na enak način dodamo še

skupino Hladilna tehnika ter njej še podskupini Komore in Vitine. Cela stvar se izvaja zelo

podobno kot v Raziskovalcu, iz operacijskih sistemov Windows, dodajamo mape. Nato s

tehniko povleci in spusti, v vsako od skupin odložimo želeno vozlišče. Rezultat vidimo na

sliki 4.10.

Slika 4.10: Pregled vozlišč v podsistemih

49

4.5.1.3 Kreiranje podomrežij

V pogledu Subnets vidimo podomrežja. Po privzetih nastavitvah imamo v projektu

samo eno podomrežje, zato smo z desnim klikom na simbol Project in izborom ukaza New

Subnet dodali še eno podomrežje in ga poimenovali “-“ režim, obstoječe podomrežje pa

preimenovali v “+” režim, ter obe vozlišči s tehniko povleci in spusti dodelili ustreznemu

podomrežju, kot je razvidno na sliki 4.11.

Slika 4.11: Pregled vozlišč v podomrežjih

4.5.1.4 Kreiranje kanala

Po privzetih nastavitvah je v NL220 že postavljen en kanal z imenom Channel_1, ki

smo ga samo preimenovali v FTT-10. To niti ni bilo potrebno, saj so vsa vozlišča vezana

na ta kanal. V primeru da uporabljamo več vrst prenosnih medijev, lahko definiramo

kanale za vsako vrsto medija tako, da z desnim klikom na simbol Project v pogledu

Channels, izberemo ukaz New Channel, ga poimenujemo in kliknemo na polje Create.

Njegove lastnosti lahko opišemo v oknu lastnosti, ki se pojavi v desnem delu zaslona. Na

sliki 4.12 vidimo pregled kanalov v projektu.

50

Slika 4.12: Pregled kanalov v projektu

4.5.1.5 Pregled lastnosti vozlišč

Ko smo omrežje uredili tako kot smo želeli, smo v pogledu Nodes, še enkrat pregledali

nastavitve vsakega vozlišča. V pogledu Nodes se na zaslonu izrišejo vsa konfigurirana

vozlišča, neglede na to na katerem kanalu, podsistemu ali skupini so nameščena. Če simbol

za posamezno vozlišče povlečemo na desno stran ekrana se nam odprejo pogledi na

njegove lastnosti, ki so zbrane v zavihkih po tematikah. Na naslednjih slikah vidimo

možnosti nastavitev splošnih lastnosti, omrežnih lastnosti ter pregled omrežnih

spremenljivk, ki jih vozlišče uporablja oziroma daje na razpolago. Ostali zavihki za naše

potrebe niso bili pomembni, zato jih tukaj ne bomo opisovali. Uporabna je tudi možnost ki

nam jo NL220 ponuja v zadnjem zavihku NLC/NLOPC, saj v njem lahko določimo katere

omrežne spremenljivke želimo “opazovati” in jih zapisovati v posebno NLC datoteko, kar

nam omogoča, njihovo uporabo preko OPC serverja (OPC je OLE tehnologija na področju

krmilne tehnike), v lastnih aplikacijah, ki jih lahko napišemo praktično v katerem koli

programskem jeziku, ali bazi podatkov. Podobno funkcijo kot OPC server (NLOpc) ima

DDE server podjetja Echelon, le da ta omogoča izvoz /uvoz podatkov samo iz tistih

aplikacij, ki podpirajo DDE (predvsem Microsoftova orodja kot so Excel, Word,

Access…).

51

Slika 4.13: Pregled splošnih lastnosti vozlišča

Slika 4.14: Pregled omrežnih lastnosti vozlišča

52

Slika 4.15: Pregled omrežnih spremenljivk vozlišča

Ker smo s samo konfiguracijo omrežja končali, smo se lahko lotili še nastavitev

parametrov posameznega krmilnika.

4.5.2 Nastavitev parametrov krmilnikov EKC 201 preko LonWorks

V hladilstvu je glavna prednost povezave krmilnikov v omrežje, poleg omogočanja

nadzora nad sistemom in posredovanja alarmnih sporočil serviserjem, možnost

nastavljanja parametrov vseh krmilnikov z enega mesta. To mesto je lahko postavljeno v

samem objektu, Lonworks pa omogoča tudi nastavljanje in nadzor na daljavo, seveda ob

ustrezni nadgraditvi sistema. Z nadzorom na daljavo se nismo ukvarjali, predstavili pa

bomo nastavitev parametrov krmilnika s pomočjo programa NL220, ki teče na PC-ju

povezanim z omrežjem Lon preko PCNSI vmesnika. Ker je 230V različica krmilnika EKC

201 samo elektronski termostat, saj nima nobenega drugega vhoda kot vhod za merjenje

temperature preko NTC sonde, izhod pa je namenjen za krmiljenje magnetnega ventila,

njenega nastavljanja ne bomo posebej opisali. Nekaj ve�

UPORABA TEHNOLOGIJE LONWORKS PRI NADZORU …I UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO 2000 Maribor, Smetanova ul. 17 Diplomska naloga univerzitetnega

Text of UPORABA TEHNOLOGIJE LONWORKS PRI NADZORU …I UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,...

David Lukman Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko

Smetanova Vltava

Smetanova Litomyšl 2015 - Programová brožura

Smetanova Litomyšl EN

MAGISTRSKO DELO ORGANIZACIJA UNIVERZITETNEGA ŠPORTA …

ŠOLSKI CENTER CELJE Srednja šola za elektrotehniko in …

Smetanova Litomyšl 2014 - programová brožura

55. Smetanova Litomyšl 2013 - Programová brožura

KRMILNI SISTEM ZA ADITIVNO SVETLOBNO VZBUJANJE - … · Fakulteta za elektrotehniko, ra unalništvo in informatiko Smetanova ulica 17 2000 Maribor, Slovenija Tomaž Mori KRMILNI SISTEM

Gymnázium a obchodní akademie Chodov Smetanova 738, 357 35 Chodov

Elk Ref Uvod v Elektrotehniko 01 Predstavitev

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO (UL FE) - uni-lj.si

Smetanova výtvarná Litomyšl 2016

Vgradnja funkcionalnosti prisotnosti v okolje XBMCFakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko Smetanova ulica 17 2000 Maribor, Slovenija David Vrečer VGRADNJA FUNKCIONALNOSTI

Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko

Anton Umek Fakulteta za elektrotehniko Univerza v

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO - uni-lj.si

glasilo Univerzitetnega klini;nega centra Ljubljana · 2014-10-22 · glasilo Univerzitetnega klini;nega centra Ljubljana DECEMBER10 06 ŠTEVILKA 4 8 15 20 35 let glavne stavbe UKCL

Obrazec za akreditacijo univerzitetnega dvopredmetnega

Smetanova Litomyšl 2012

University Maribor Smetanova Torsional Vibrations at Guide

Smetanova výtvarná Litomyšl 2013

ZAŠ ČITA RTV OBJEKTOV PRED DELOVANJEM STRELE · II UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RA ČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO 2000 Maribor, Smetanova ul. 17 Diplomsko delo

Smetanova Litomyšl 2012 - Festovalové noviny č. 5

Smetanova Litomyšl 2012 - Festivalové noviny č. 4

POSODOBITEV IN ANALIZA REGULACIJSKEGA SISTEMA … · rf*, Faku lteta za elektrotehniko, ra[unalni(tvo in informati ko Smetanova ulica 17 2000 Ma ribor, Slovenija Stevilka: E1.069503

VISOKOŠOLSKEGA UNIVERZITETNEGA Š · PDF filefakulteta za uporabne druŽbene Študije v novi gorici diplomska naloga visokoŠolskega univerzitetnega Študijskega programa prve stopnje

smetanova litomyšl 1–11/7 2021

DINAMIČNO ELEKTRONSKO BREME - core.ac.uk fileFakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko Smetanova ulica 17 2000 Maribor, Slovenija MATEJ OTIČ DINAMIČNO ELEKTRONSKO

6D INFORMACIJSKI MODEL GRADBENEGA OBJEKTA PODJETJA HALDER D… · 2017. 11. 28. · I Smetanova ulica 17 2000 Maribor, Slovenija Magistrsko delo univerzitetnega študijskega programa

Documents

UPORABA TEHNOLOGIJE LONWORKS PRI NADZORU …I UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO 2000 Maribor, Smetanova ul. 17 Diplomska naloga univerzitetnega

Text of UPORABA TEHNOLOGIJE LONWORKS PRI NADZORU …I UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,...