劉吉霞，朱德寶，趙 先，公 源

（1.江蘇揚(yáng)力集團(tuán)有限公司 重型機(jī)床研究所，江蘇 揚(yáng)州 225127；2.山東大學(xué)附屬傳染病醫(yī)院 信息科，山東 濟(jì)南 250022）

0 前言

目前，工業(yè)控制領(lǐng)域中分布式控制系統(tǒng)的通訊有兩種較為流行的技術(shù)方案，一個(gè)是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，另一個(gè)就是工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)[1]?，F(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用比較多，在此不再贅述，本文著重探討工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。所謂工業(yè)以太網(wǎng)，其技術(shù)上與商用以太網(wǎng)（即IEEE802.3 標(biāo)準(zhǔn)）兼容，但在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，在材質(zhì)選用、產(chǎn)品強(qiáng)度、適用性以及實(shí)時(shí)性等方面能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要。簡(jiǎn)言之，工業(yè)以太網(wǎng)是將以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)控制和管理的局域網(wǎng)技術(shù)。

工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)有多種組網(wǎng)方式：星型、環(huán)型、雙星型、雙環(huán)型等，其中星型應(yīng)用比較普遍，而環(huán)網(wǎng)技術(shù)是最近幾年才發(fā)展起來(lái)的，該結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)最大特點(diǎn)是允許網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)一處斷點(diǎn)。如果整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中某一根通訊電纜發(fā)生故障，不會(huì)影響整個(gè)控制系統(tǒng)的正常工作，此時(shí)可提前發(fā)出預(yù)警信息，預(yù)防真正故障的發(fā)生。

本文以JD39-1250 機(jī)械壓力機(jī)控制系統(tǒng)為例，介紹工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)在斷網(wǎng)監(jiān)控方面的應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)選用RockWell 公司產(chǎn)品，其中，CPU 為1769-L33ER 一臺(tái)、配 PowerFlex753 變頻器一臺(tái)、1783 ETAP 三通一只、842E 絕對(duì)值編碼器3 只、遠(yuǎn)程I/O站1734-AENTR3 個(gè)，每個(gè)站點(diǎn)均帶有兩個(gè)以太網(wǎng)口，順序連接，即可組成一個(gè)環(huán)網(wǎng)，主從站點(diǎn)之間采用Ethernet 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。編程軟件采用通用的RSLogix5000 企業(yè)版，人機(jī)界面監(jiān)控軟件采用Factory Talk View，整個(gè)以太環(huán)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 壓力機(jī)以太環(huán)網(wǎng)示意圖

1 管理器的設(shè)定

該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的數(shù)字量、模擬量及回路處理功能，具備模塊化、體系結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展等特點(diǎn)，使得工業(yè)生產(chǎn)更加安全、穩(wěn)定、快捷。CPU、I/O 模塊等都是智能的，任何模塊的熱插拔都不會(huì)影響其他模塊的正常工作，更加安全穩(wěn)定地保證了正常生產(chǎn)。

在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，1769-L33ER 和1783 ETAP 均可作為管理器（Supervisor），即傳統(tǒng)意義上的網(wǎng)絡(luò)主站，來(lái)監(jiān)控管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，但一個(gè)系統(tǒng)中只能有一個(gè)管理器被激活（Active），其余的都自動(dòng)轉(zhuǎn)為備用（Backup）狀態(tài)。CPU 通過(guò) Ethernet 讀取被激活管理器的數(shù)據(jù)，可得知整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連接狀態(tài)。

激活管理器有兩種方法：一種是系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)定，如果在程序中沒(méi)有特別指定，系統(tǒng)會(huì)隨機(jī)指定一個(gè)IP 地址較高的管理器為激活狀態(tài)；另一種就是程序指定，在程序中可以通過(guò)MSG 指令激活某一個(gè)特定的管理器。一般情況下，為了管理、編程方便，會(huì)采用第二種方法，具體例程如圖2 所示。

圖2 管理器激活

MSG 指令可對(duì)同一網(wǎng)絡(luò)上的其他模塊進(jìn)行不定期的讀寫(xiě)，并把數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)類型為MESSAGE的數(shù)據(jù)標(biāo)簽反映出來(lái)，而對(duì)這個(gè)標(biāo)簽參數(shù)的設(shè)定，決定了讀或?qū)懙膬?nèi)容。在上述例程中，需要把目標(biāo)的IP 地址寫(xiě)入，則MSG13 的Service Type 必須為Set Attribute Single，具體參數(shù)設(shè)定界面如圖3 所示。

圖3 激活管理器MSG 參數(shù)設(shè)定

通過(guò)上述程序，首先把SET_DLR[20]這個(gè)數(shù)組中的[1]設(shè)置為數(shù)值1，然后把這個(gè)數(shù)據(jù)寫(xiě)入與之相同IP 地址的模塊，就激活了IP 地址最末一位是1的管理器（默認(rèn)網(wǎng)段為192.168.1.*，本例中為CPU 1769-L33ER）。

2 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控

確定了激活狀態(tài)的管理器，CPU 再通過(guò)MSG 指令，就可以讀取管理器中的環(huán)網(wǎng)狀態(tài)，也可隨時(shí)更新斷網(wǎng)狀態(tài)，程序如圖4 所示。

圖4 環(huán)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)讀取

讀取來(lái)的數(shù)據(jù)標(biāo)簽命名為GET_DLR，它必須是一個(gè)含54 組短整數(shù)（SINT）的數(shù)列，其中[1]代表當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，[17～20]與[27～30]代表被激活管理器兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口連接設(shè)備終端的IP 地址。

通過(guò)GET_DLR[1]的數(shù)值，即可得知網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前狀態(tài)是否正常；不正常時(shí)，通過(guò)[17]與[27]的內(nèi)容，很容易判斷出以太網(wǎng)電纜斷開(kāi)的兩個(gè)站點(diǎn)的具體位置，在不斷電也不影響正常生產(chǎn)的情況下，可以及時(shí)更換電纜。

畫(huà)面監(jiān)控軟件Factory Talk View 功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)便，利用它可以開(kāi)發(fā)出人性化的人機(jī)操作界面，如圖5 所示。通過(guò)遠(yuǎn)程操作就可以實(shí)現(xiàn)全部操作，人員不需要特意巡檢設(shè)備，在操作的同時(shí)就可以得知網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

圖5 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控畫(huà)面

3 斷網(wǎng)自動(dòng)復(fù)位

網(wǎng)絡(luò)發(fā)生斷網(wǎng)現(xiàn)象，在不斷電情況下被恢復(fù)正常后，需要人工清除故障地址（Verify the address），否則該信號(hào)一直保持直到斷電，同樣可以通過(guò)MSG指令來(lái)清除該信息，而MSG 標(biāo)簽的設(shè)定則必須如圖6 所示。可在MSG 指令前加一個(gè)1s 的脈沖，這樣會(huì)每隔1s 就讀取當(dāng)前管理器兩個(gè)端口的連接終端的IP 地址，如果連接狀態(tài)轉(zhuǎn)為正常，則立刻清除故障，狀態(tài)恢復(fù)正常。

圖6 斷網(wǎng)IP 地址復(fù)位參數(shù)設(shè)定

謹(jǐn)記，以上所有的MSG 指令都是針對(duì)激活狀態(tài)的管理器而言，激活的管理器并不代表一定就是CPU，可能是其他具有管理器資格的設(shè)備，所以通訊路徑必須根據(jù)實(shí)際情況確定，否則網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控不會(huì)成功，而且不會(huì)有任何提示。MSG 通訊路徑設(shè)置如圖7所示。

圖7 MSG 通訊路徑設(shè)置

4 結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了完整的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)斷網(wǎng)監(jiān)控有關(guān)內(nèi)容，基本所有功能的實(shí)現(xiàn)均通過(guò)MSG 指令來(lái)完成，有興趣的朋友可以參閱相關(guān)資料。

工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的應(yīng)用及其斷網(wǎng)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)，大大提高了數(shù)據(jù)的交換速度，使得制動(dòng)角等數(shù)據(jù)的計(jì)算更為精確，實(shí)際使用中，因插接不牢等人為因素造成的電纜斷開(kāi)現(xiàn)象，也很快得到解決。

隨著現(xiàn)場(chǎng)控制復(fù)雜程度的加大，分布式網(wǎng)絡(luò)的需求越來(lái)越多，要求越來(lái)越高，工業(yè)以太網(wǎng)因其傳輸速率高、軟硬件資源豐富、成本低廉、易于與Internet連接從而實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而環(huán)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用更是大大提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。

[1]陽(yáng)憲惠.工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

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