基于Lonworks技术的水电站闸门智能控制系统

陈 昕，贺诗涵

(沈阳市文林水土工程设计有限公司，辽宁 沈阳 110000)

Lonworks技术在本质上是一种通讯技术，能够通过网络拓扑结构，重构通讯介质之间的连接方式。基于Lonworks技术的通讯协议能够使通讯介质自由连接，通过对数据的高效集成，极大程度上提高数据通讯效率[2]。因此，有理由将Lonworks技术应用在水电站闸门智能控制系统中，本文从硬件以及软件两部分入手，设计基于Lonworks技术的水电站闸门智能控制系统，具体内容如下。

1 基于Lonworks技术的水电站闸门智能控制系统硬件设计

1.1 以太网

本文通过设计以太网在系统硬件部分的应用，且使得硬件载体环境通过水电站闸门智能控制数据传输的实现，进一步实现了水电站闸门智能控制数据的超远程传输。双绞线用于连接水电站的闸门和交换机，并通过级联的方式扩大网络规模。星行结构的形成是通过光纤用点对点连接所有硬件电缆，并设计了kop20559以太网串口的转换模块，将数据信号转换为水电站闸门智能控制信号，从而形成一个完整的系统硬件载波环境。

1.2 微型控制器

设计微型控制器所使用的是二级板两层模式，系统的核心硬件为微型控制器，基于Lonworks技术内置神经元(NEURON)芯片。主要组成微型控制器的原件为：传感器、神经元(NEURON)芯片、网线、CPU和显卡等。为了让微型控制器更加适应恶劣环境，所采用的是Lonworks技术最大集成度的框架结构优势，为了加快传输数据参数的速度，使连接系统的功耗降低，还同时利用了更高性能的接口技术，来支持功能更加强大的处理器连接。Lonworks技术以其神经元(NEURON)芯片设计理念，在满足功能需求的同时保证了最小的硬件能够自然变化。所以有充分的理由让我们信任基于Lonworks技术设计微型控制器可以让系统的硬件功能进一步提高。系统硬件运行效率的提高是通过微型控制器中神经元(NEURON)芯片让各项性能达到最佳的状态，并且也在一定程度上节省了体系在汇总硬件的运行时间。控制水电站闸门中多个电路的通断，且提高控制效率的性能就是神经元(NEURON)芯片的主要作用。微型控制器的主要作用是水电站闸门智能控制提供驱动，将神经元(NEURON)芯片中把水电站闸门智能控制的信号转换为控制当量，并且发出控制信号与电路相连，从而实现智能控制水电站闸门[1]。

1.3 显示器

该显示器设计为系统运行结果的显示界面，由单片机控制的水电站闸门输出的智能控制数据显示在显示器上。本文设计的显示器为mn26840-001，尺寸为32英寸，共有24个通道。通过串行通信可以直接获得水电站闸门的智能控制数据。将下层控制主机连接上SucountK网络，使用的硬件显示配置有移动终端的不同类型浏览器、2Mbpspc端不同类型浏览器，为了提高显示速率可使用双核多路显示器，以此完成基于Lonworks技术的水电站闸门智能控制系统硬件部分设计。

2 基于Lonworks技术的水电站闸门智能控

制系统硬件设计

2.1 采集水电站闸门智能控制数据

在水电站闸门智能控制中，首先把水电站闸门智能控制信号采集好，控制主站需要把采集到的信号通过通讯网络传递到此，将分析上报的水电站闸门智能控制信号传递到控制主站，确定水电站闸门智能控制频率以及智能控制区段[3]。考虑到水电站闸门智能控制信号类型繁多，需要处理采集到的信号。本文通过将水电站闸门智能最小化控制辐射功率，到除杂、把降噪的目的达到，进而信号的精度保障了。通过计算方程式把此过程可加以表示，设其目标函数为，得出结果如下(1)。

(1)

式中：n指的是水电站闸门智能控制信号集；i指的是控制点位个数；P指的是信号的初级声源声压；PH指的是信号的次级声源声压。通过公式(1)，可以将其作为同步信号，但是必须在保证水电站闸门智能控制能量平衡的前提下。

2.2 建立水电站闸门智能控制数据LONTALK通信协议

在采集水电站闸门智能控制数据的基础上，本文基于Lonworks技术，建立水电站闸门智能控制数据LONTALK通信协议。通过LONTALK通信 协议，统一控制数据的传输机制。考虑到水电站闸门智能控制数据传输问题，在传输过程中信息的交换量并不是很大，所以在通过LONTALK通讯协议时，主要信号只要采用主站采集的控制数据就可以。并且，通过LONTALK通信协议发送和收集的控制数据字节要在2以下的控制率。同时，测试水电站闸门电源的电流和电压，可根据电压和电流的具体变化，来对水电站闸门电源的实时数据采集信号是否有波动情况进行判断。结合采集的数据信号波动幅度随时在线调整变频参数，实现水电站闸门的智能控制。在此基础上，获取标签信息，以确保水电站闸门智能控制中数据的高效传输。为保证系统控制数据传输功能的稳定运行，要根据已经建立的长话通信协议，对控制的数据的传输速度进行连续调整。

2.3 计算水电站闸门智能控制频率

从传输的水电站闸门智能控制数据可以计算出水电站闸门智能控制频率值。在计算之前水电站闸门预先设定一个已知数值，算出水电站闸门运行速度，当水电站闸门投入使用后，改变初始恒定运行速度，计算相关当量控制水电站闸门的频率。设水电站闸门智能控制频率为，可得公式(2)：

W=Kf(x)+Kj

(2)

式中：K指的是水电站闸门智能控制过程中的比例系数；x指的是系统自动采样次数，为实数；f(x)指的是当系统第次自动采样时与实际定量之间的偏差；j指的是控制误差比例系数。根据以上的公式得出闸门控制频率结果，为设计出智能化的水电站闸门控制系统提供了数据依据。

3 实例分析

3.1 实验准备

根据水电站闸门的特性结合对象选择合适的水电闸门，构建实例分析，见表1。

结合表1所示，首先，基于lonworks技术对水电站闸门进行智能控制。实验组采用mataflb测试方法控制波特率，记录波特率。水电站闸门的智能控制采用传统的控制系统。波特率也控制和记录的matlb测试和设置为对照组。研究表明，实验的主要内容是测试两个系统的控制波特率，主要通过对比10个实验，并且根据控制波特率记录实验数据，我们可以看到，控制波特率和控制效率是成正比的。

表1 水电站闸门特性

3.2 实验结果与分析

整理的实验数据见表2。

表2 控制波特率对比表

结合以上数据我们可以看到，在相同测试时间中本文设计的控制系统系统高于对照组。水电闸门的控制效率更高。

4 结语

通过基于Lonworks技术的水电站闸门智能控制系统研究，能够取得一定的研究成果，解决传统水电站闸门智能控制中存在的问题。在后期的发展中，应加大Lonworks技术在水电站闸门智能控制系统中的应用力度。截止目前，国内外针对基于Lonworks技术的水电站闸门智能控制系统研究存在相关问题，所以今后工作的研究重点工作是加强对水电站闸门智能控制系统的优化设计，为提高水电站闸门智能控制系统的综合性能提供参考。