摘 要 以宝钢1580mm热连轧基础自动化为背景，详细介绍一种采用FDDI网络技术的计算机综合控制系统。该系统具有分布式控制、数据通信高速处理、安全可靠性极高等特点，适用于现代化工厂连续生产设备的过程控制、监视及管理。
关键词 基础自动化 FDDI网络 多PLC控制系统 多路控制器
宝钢1580mm热连轧是我国目前工艺最先进、自动化程度最高的现代化热带钢连轧机组。它广泛采用当今世界上既先进又成熟的装备技术，如SP定宽侧压机、PC轧机、边部加热器、全数字化变频控制装置、环形网拓扑计算机综合控制系统等。1580mm热轧配置的基础自动化是从日本三菱电机引进的。本文在简述基础自动化系统构成的基础上，从系统剖析的角度，详细介绍DUM2(Dataway of Unit-type Module class)网站、多PLC控制系统、MDWS-600S1综合控制网络、EIC系统总线、DRIO(数据大道远程I／O)等环节的构成、控制功能及特点。
1 系统构成
宝钢1580mm热连轧基础自动化是具有综合功能的控制系统，对现场设备实行分散控制、集中监视与管理。整个系统由多PLC控制系统、MDWS-600S1数据大道、DUM2网站、EIC系统总线及相连设备、DRIO、MDS(设备监视诊断系统)等部分组成，5个多PLC控制系统分别完成热轧板坯库、加热炉、粗轧、精轧、卷取等区域的板坯自动跟踪及所有设备的自动控制，系统构成如图1所示。
该系统广泛采用网络通信技术，将有关控制装置连接起来构成一个多网络控制及管理的完整系统。主要网络有：MDWS-600S1光纤环网将上位机SCC、多PLC控制系统、DRIO以及MDS连接起来；EIC系统总线实现了PLC与PLC、PLC与OPS等之间的通信。DRIO、RIO将一些重要的距离控制器较远的信息收集起来，送往MDWS-600S1网络或EIC系统总线。另外，MDS对全厂35kV、6kV真空断路器进行遥控操作，对各种主要的电气和机械设备进行状态监视和故障诊断，对主要电气设备的检测数据进行计算分析，以获得较佳的设备维护信息。
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2 DUM2网站
DUM2是MDWS-600S1网与多PLC控制系统之间的连接装置，简称为网站。DUM2网站硬件构成如图2所示。图中MS-13为光开关卡；NI-11单元由QRCA卡和QSDA卡组成，主要完成循环／会话通信的协处理、网络／单元RAS(可靠性、可用性、可维护性)监视和传送控制／管理等功能；MS-20为供电电源；MS-12为风机控制及驱动卡。其中，NI-11单元可连接两个维修工具，即600S1-PP和SYS-PP，600S1-PP主要用于站的设定、信息管理、600S1网状态及故障事件跟踪等功能；SYS-PP用于DUM2网站的初始数据设定和故障详细报表显示。
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从图2可知，DUM2必须经过站接口单元才能与多PLC控制系统相连，该接口单元由主卡(FTDF)、母线缓冲卡(FTFF、FB5F)构成。其中，主卡用于DUM2与多PLC控制系统之间的信息交换。
3 多PLC控制系统
多PLC控制系统是从原来的一台PLC(MELPLAC-650)单独系统发展而来，它通过多路控制器把多台PLC有机地结合起来组成一个大规模的控制系统。各PLC通过EIC总线接口卡与EIC系统总线相连，多路控制器经DUM2网站上挂MDWS-600S1环网。多路控制器下挂公共I／O单元，最多可扩展8个。系统构成见图3。
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3.1 主要规格
多PLC控制系统最多可连接8台PLC，资源共享最多可达64KW，所有PLC共享一个4KW公共存储器，过程I／O、RIO可实现专有化或多个PLC共有化。DRIO经过MDWS-600S1环网与多PLC控制系统相连。
3.2 系统公共总线裁定
多路控制器具有对公共总线竞争进行协调控制的功能，可针对各CPU请求对公共总线进行裁定、存取，总线裁定时间最长为1μs。CPU对公共总线的占用权采取先请求先取的原则，对公共总线的占用仅供一台CPU选用，并对占用时间进行监视。另外，对公共总线的裁定按如下优先级进行控制：(1)CPU对公共总线的占用遵循优先级高优先的原则，当总线占用时，CPU对总线请求开放进行等待。(2)几台CPU同时对总线请求时，按优先级顺序进行排定：CPU0＞CPU1＞…＞CPU7。
3.3 公共存储器
多PLC控制系统中的多路控制器具有校验备份功能，CPU与数据大道间的数据存取、CPU间的相互监视机能等均需借助多路控制器中的公共存储器来实现。
3.4 PLC
该系统中PLC选用三菱电机制造的MELPLAC-650，它是一种能实现高速顺序控制、高级演算控制、闭环控制、触摸控制等集电气、仪表、计算机于一体的高性能多功能控制器。CPU单元由CPU卡、协处理器／EIC总线接口卡、LV卡、I／O缓冲存储器卡及电源卡等组成。其中，CPU卡配有执行POL、DDC、SCOL语言的32位微处理器，还配有程序存储器和数据存储器；协处理器部分包括EIC系统总线的分散处理支持系统(DPSS)，具有与OPS／PP通信的功能；EIC系统总线接口部分实际上有两个回路，便于实现双重化，正常情况下，一个回路用于循环通信，另一个回路用于会话通信；LV卡执行电源监视、故障监视功能，并将所监视的状态显示在显示板上。另外，一个CPU最多可接8个I／O单元(局部)，而每个I／O单元最多可插8块I／O卡，每个CPU的AI／AO／DI／DO各256W，共用内存56KW，本站内存64KW，每通道的循环内存16KW。MELPLAC-650控制器软件编程采用结构化、分层化、模块化，block是软件的最小功能模块，每个功能模块最小执行时间为10ms，以10ms为单位可设定运行周期。这样，可使软件的编制、维护更具有灵活性，对今后的改造也显得更容易。
4 MDWS-600S1综合控制网络
MDWS-600S1综合控制网络是实现上位机SCC、DRIO、多PLC控制系统、MDS之间通信的数据大道，它采用FDDI标准，以光纤作为传递媒体，传递速率为100Mb/s，采用令牌传递方式。
在FDDI拓扑中的所有连接都是双向链路，在一个完全连接的主干环中，双向链路支持反向循环的双环。MDWS-600S1环网的拓扑逻辑是将所有节点逐个串行连接成一个封闭的环路。信息传递是单向的，正常时一条环工作，一条环备用，两条环的信息传递相反。每个节点从前一个节点接收信息，向其后的一个节点传递信息。信息正常传递时沿环路而行，直至目的节点。每个节点的工作站(DUM2)对信息有地址识别能力，如果DUM2判断信息中的地址符合本站地址，则接入本站，然后传给本站下面的多路控制器，再根据信息中的目的地址对各CPU进行分配。如果信息中的地址与本站地址不符，则继续传送，直至返回发送站。
4.1 通信方式
MDWS-600S1环形网络的通信方式为循环、会话2种，其控制方法采用令牌进行控制，令牌可理解为“通行证”，网络上任意一个工作站要发送信息就必须获得一个空令牌，然后把这个空令牌变成忙令牌，才可向目的工作站发送数据，被目的工作站接收后，忙令牌再变成空令牌传递给下站。由于令牌是沿环网逐次传送，所以每个工作站均可获得发送信息的机会。另外，由于MDWS-600S1网使用光缆作为物理介质，采用FDDI标准，故可能有帧信息在环网上传递。
4.2 RAS机能
从图1可知，MDWS-600S1环网在整个控制系统中起着极其重要的作用，正如人体的“中枢神经”。在系统设计中，必须考虑环网的安全可靠性，增强RAS机能，为此采取以下措施。
(1)对优先权进行控制。当某些信息的传输对实时性有要求，它们就可获得优先传输权力，这种优先权在网络初始化时设定。
(2)对令牌的保存。当某些故障或错误出现时，可能会导致令牌的丢失。另外，有时还会发生帧信息在环网上循环打转而没有工作站对它进行清除。MDWS-600S1网对上述两种情况采取的方法是：对前一种情况，在每个站设一个令牌计时器，监控令牌绕环时间，当经过若干时间后，仍未收到令牌，就认为令牌已丢失，重新发一个令牌；对后一种情况，采取的监控方法是把每一个经过它传输的帧信息中的监控位置“1”，经过一段时间后，如果它又看到一个监控位为“1”的帧通过，则可得知发送该帧信息的工作站没有清除，监控器就会主动将该帧信息改为令牌发送。
(3)当环网中某些工作站死机或某段光缆故障时，可通过旁路开关双环自动短接，形成单环；当故障点消除时，又自动恢复。
(4)对信息在传输过程中产生的错误，在循环通信时采取清除错误信息，循环纠正；在会话通信方式时，要求再发送。
5 EIC系统总线(MDWS-700)
EIC总线实现了PLC与PLC、PLC与OPS操作站的连接，PLC又把电气传动控制、仪表控制、RIO站连接起来，这样就组成一个开放式的综合控制系统——EIC系统。该系统可通过网络适配器与上位机、工程师维护站进行数据存取。
EIC总线是一个具有较高信赖度的控制总线，可进行总线异常监视和总线在线自动切换及恢复功能。其最大传送速率为40Mb/s，传送媒体可以是同轴电缆，也可以是光缆，同轴电缆的传送路径总长最长为500m，光缆最长为2km。数据传送方式有循环、会话、广播式3种。
6 DRIO装置
DRIO是综合控制网络(MDWS-600S1)上的循环数据和自身所接的PIO卡之间进行数据交换的重要装置，其构成如图4。DRIO把其它站设备得到的循环输入数据从自身的PIO卡输出；相反，把PIO卡输入的信号数据，通过MDWS-600S1网以循环方式传送给其它设备。这样，可以实现上位机、MDWS-600S1上控制系统、DRIO及其它设备对有关数据、信号的共享，大大提高整个系统的控制水平和监视能力。
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7 结束语
宝钢1580mm热连轧基础自动化系统自1996年12月正式投入使用，一直连续可靠运行。由于该系统采用MDWS-600S1环网，用光纤作为传输媒体，抗干扰性能大大提高，同时采用多PLC控制系统，使整个系统的安全可靠性大大增强。随着计算机网络的广泛应用、计算机控制技术的迅速发展及工业自动化要求的不断提高，这种采用网络技术、由PLC组成的计算机控制系统在我国冶金行业及其它工业控制系统中具有深远的推广价值。
作者简介：赵月根，男，1966年生，工程师，主要从事计算机控制系统、交流调速控制
