基于Lonworks技術的水電站閘門智能控制系統

陳 昕，賀詩涵

(沈陽市文林水土工程設計有限公司，遼寧 沈陽 110000)

Lonworks技術在本質上是一種通訊技術，能夠通過網絡拓撲結構，重構通訊介質之間的連接方式。基于Lonworks技術的通訊協議能夠使通訊介質自由連接，通過對數據的高效集成，極大程度上提高數據通訊效率[2]。因此，有理由將Lonworks技術應用在水電站閘門智能控制系統中，本文從硬件以及軟件兩部分入手，設計基于Lonworks技術的水電站閘門智能控制系統，具體內容如下。

1 基于Lonworks技術的水電站閘門智能控制系統硬件設計

1.1 以太網

本文通過設計以太網在系統硬件部分的應用，且使得硬件載體環境通過水電站閘門智能控制數據傳輸的實現，進一步實現了水電站閘門智能控制數據的超遠程傳輸。雙絞線用于連接水電站的閘門和交換機，并通過級聯的方式擴大網絡規模。星行結構的形成是通過光纖用點對點連接所有硬件電纜，并設計了kop20559以太網串口的轉換模塊，將數據信號轉換為水電站閘門智能控制信號，從而形成一個完整的系統硬件載波環境。

1.2 微型控制器

設計微型控制器所使用的是二級板兩層模式，系統的核心硬件為微型控制器，基于Lonworks技術內置神經元(NEURON)芯片。主要組成微型控制器的原件為：傳感器、神經元(NEURON)芯片、網線、CPU和顯卡等。為了讓微型控制器更加適應惡劣環境，所采用的是Lonworks技術最大集成度的框架結構優勢，為了加快傳輸數據參數的速度，使連接系統的功耗降低，還同時利用了更高性能的接口技術，來支持功能更加強大的處理器連接。Lonworks技術以其神經元(NEURON)芯片設計理念，在滿足功能需求的同時保證了最小的硬件能夠自然變化。所以有充分的理由讓我們信任基于Lonworks技術設計微型控制器可以讓系統的硬件功能進一步提高。系統硬件運行效率的提高是通過微型控制器中神經元(NEURON)芯片讓各項性能達到最佳的狀態，并且也在一定程度上節省了體系在匯總硬件的運行時間。控制水電站閘門中多個電路的通斷，且提高控制效率的性能就是神經元(NEURON)芯片的主要作用。微型控制器的主要作用是水電站閘門智能控制提供驅動，將神經元(NEURON)芯片中把水電站閘門智能控制的信號轉換為控制當量，并且發出控制信號與電路相連，從而實現智能控制水電站閘門[1]。

1.3 顯示器

該顯示器設計為系統運行結果的顯示界面，由單片機控制的水電站閘門輸出的智能控制數據顯示在顯示器上。本文設計的顯示器為mn26840-001，尺寸為32英寸，共有24個通道。通過串行通信可以直接獲得水電站閘門的智能控制數據。將下層控制主機連接上SucountK網絡，使用的硬件顯示配置有移動終端的不同類型瀏覽器、2Mbpspc端不同類型瀏覽器，為了提高顯示速率可使用雙核多路顯示器，以此完成基于Lonworks技術的水電站閘門智能控制系統硬件部分設計。

2 基于Lonworks技術的水電站閘門智能控

制系統硬件設計

2.1 采集水電站閘門智能控制數據

在水電站閘門智能控制中，首先把水電站閘門智能控制信號采集好，控制主站需要把采集到的信號通過通訊網絡傳遞到此，將分析上報的水電站閘門智能控制信號傳遞到控制主站，確定水電站閘門智能控制頻率以及智能控制區段[3]。考慮到水電站閘門智能控制信號類型繁多，需要處理采集到的信號。本文通過將水電站閘門智能最小化控制輻射功率，到除雜、把降噪的目的達到，進而信號的精度保障了。通過計算方程式把此過程可加以表示，設其目標函數為，得出結果如下(1)。

(1)

式中：n指的是水電站閘門智能控制信號集；i指的是控制點位個數；P指的是信號的初級聲源聲壓；PH指的是信號的次級聲源聲壓。通過公式(1)，可以將其作為同步信號，但是必須在保證水電站閘門智能控制能量平衡的前提下。

2.2 建立水電站閘門智能控制數據LONTALK通信協議

在采集水電站閘門智能控制數據的基礎上，本文基于Lonworks技術，建立水電站閘門智能控制數據LONTALK通信協議。通過LONTALK通信 協議，統一控制數據的傳輸機制。考慮到水電站閘門智能控制數據傳輸問題，在傳輸過程中信息的交換量并不是很大，所以在通過LONTALK通訊協議時，主要信號只要采用主站采集的控制數據就可以。并且，通過LONTALK通信協議發送和收集的控制數據字節要在2以下的控制率。同時，測試水電站閘門電源的電流和電壓，可根據電壓和電流的具體變化，來對水電站閘門電源的實時數據采集信號是否有波動情況進行判斷。結合采集的數據信號波動幅度隨時在線調整變頻參數，實現水電站閘門的智能控制。在此基礎上，獲取標簽信息，以確保水電站閘門智能控制中數據的高效傳輸。為保證系統控制數據傳輸功能的穩定運行，要根據已經建立的長話通信協議，對控制的數據的傳輸速度進行連續調整。

2.3 計算水電站閘門智能控制頻率

從傳輸的水電站閘門智能控制數據可以計算出水電站閘門智能控制頻率值。在計算之前水電站閘門預先設定一個已知數值，算出水電站閘門運行速度，當水電站閘門投入使用后，改變初始恒定運行速度，計算相關當量控制水電站閘門的頻率。設水電站閘門智能控制頻率為，可得公式(2)：

W=Kf(x)+Kj

(2)

式中：K指的是水電站閘門智能控制過程中的比例系數；x指的是系統自動采樣次數，為實數；f(x)指的是當系統第次自動采樣時與實際定量之間的偏差；j指的是控制誤差比例系數。根據以上的公式得出閘門控制頻率結果，為設計出智能化的水電站閘門控制系統提供了數據依據。

3 實例分析

3.1 實驗準備

根據水電站閘門的特性結合對象選擇合適的水電閘門，構建實例分析，見表1。

結合表1所示，首先，基于lonworks技術對水電站閘門進行智能控制。實驗組采用mataflb測試方法控制波特率，記錄波特率。水電站閘門的智能控制采用傳統的控制系統。波特率也控制和記錄的matlb測試和設置為對照組。研究表明，實驗的主要內容是測試兩個系統的控制波特率，主要通過對比10個實驗，并且根據控制波特率記錄實驗數據，我們可以看到，控制波特率和控制效率是成正比的。

表1 水電站閘門特性

3.2 實驗結果與分析

整理的實驗數據見表2。

表2 控制波特率對比表

結合以上數據我們可以看到，在相同測試時間中本文設計的控制系統系統高于對照組。水電閘門的控制效率更高。

4 結語

通過基于Lonworks技術的水電站閘門智能控制系統研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統水電站閘門智能控制中存在的問題。在后期的發展中，應加大Lonworks技術在水電站閘門智能控制系統中的應用力度。截止目前，國內外針對基于Lonworks技術的水電站閘門智能控制系統研究存在相關問題，所以今后工作的研究重點工作是加強對水電站閘門智能控制系統的優化設計，為提高水電站閘門智能控制系統的綜合性能提供參考。