论文部分内容阅读
摘要:本文结合实例，详细的介绍了现今在工业控制领域广泛使用的ABB公司的MP200、AC400和AC450等DCS系统的通讯,以及它分类、原理和它们的实现。
关键词: MB300；通讯；DSP；HPC；PCC
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 11-0000-02
一、引言
截止目前，瑞典ABB公司在工业自动控制领域已相继推出MP90、AC100、MP200、AC400和AC450等多种控制系统，其中以MP200、AC400和AC450等DCS系统的功能最强大，他们之间的通讯形式也是多种多样，但在工业现场的应用以MB300和MB300E两种网络的应用最为广泛。本文将结合MB300网络在莱钢中小型车间的应用对几种通讯形式进行简要的介绍。
二、系统简介
山东莱钢中小型生产线自动化控制系统为1995年从瑞典ABB公司引进，由加热炉、轧线、精整、码跺等的10套MP200控制器组成，3套打捆机的MP90控制器。随着ABB自动化控制器系列日益更新，推出的产品伴随着一代代的升级。随着设备的老化,和新加设备的增多，各站的负载增高，影响着生产的顺利进行，于是轧线的液压和润滑的控制器RMC3升级为AC450系统。轧线的初轧、中轧和精轧的级联控制的RMC2、RMC52和RMC62三个站是在同一个机笼内。精整区的两套控制系统RMC6和RMC56在同一个机笼内。另外还有四台操作站（CP1、CP2、CP3和CP4）和一台工程师站，它们都是通过MB300网络实现通讯。系统结构图如图1。
这样在中小型车间里，就存在了AC450和MP200的通讯，站与站之间的通讯和同一机笼内的各节点的通讯等形式。
三、 MB300网络介绍
MaterBus 300（简称MB300）网络是一种高性能的通讯总线，使用它可以连接同一个控制网络中的控制站、操作员站和MasterGate 230/1 站。各控制站需要通讯板 DSCS140 和连接单元DSTC 190，然后通过transceiver连接到网络。MB300网络的通讯电缆最长可以达到500 m，在需要的时候可以使用中继器，从而可以实现2500m的通讯距离。控制站、操作员站和MasterGate 230/1 站通讯的实现方式如图2所示。
四、系统通讯形式简介
根据通讯时所使用的介质和软件的实现形式，在MB300网络连接的DCS控制系统中它的通讯形式可分为：DSP通讯、DAT通讯、HPC通讯和PCC通讯。
（一）DSP通讯。DSP通讯是靠元素DS来进行的。在系统组态CPU P2模式下产生一个DS数据库元素并指定布尔量记录数、整数量记录数、长整数量记录数、实数量记录数等，系统将自动产生相应的DAT数据库元素，DS元素的名字将被用于DAT元素名字的第一部分，如果以后改变DS元素的名称，DAT的名字将不会改变。DS元素一旦产生，就不会被删除，可以通过设置ACT=0来停止使用DS，但可以删除DAT元素的给定。一个停止使用的DS元素，如果设置ACT=1或 通过恢复已经删除的DAT元素的给定，则此DS素将被重新激活。
ACT端子控制DS元素是否被传输，对于DS的通讯还可以使用BLOCK端子来暂时封锁数据传输或者避免DAT元素的改变。
SCAN-FTR端子控制传输时间间隔，发送和接收元素的该端子有相同的值。在接收元素中使用了3*SCAN-FTR超时时间，如果超时时间已到，还没有数据更新发生，VALID端子将被清为0。
IDENT是系统使用的唯一识别符，IDENT在相应发送接收节点中必须相等，而且在双方节点中必须唯一，DS通讯数据必须为正数。
在一个控制器中的DS的NET和NODE必须设置为对方控制器的网络和节点号，IDENT、SOURCE、NET和NODE一起形成一个唯一的识别符。
具有相同IDENT和传输节点的NET和NODE号的相应DS必须存在于接收节点，并且它必须设置为接收，DAT元素的给定必须在数量和类型上与发送节点相对应。
上述定义在组态模式下完成后，系统初始化（热启动）之后新的DS元素就被增加到系统中。
例如NET11的NODE1和NET11的NODE2间的DSP通讯的一对DS如图3所示。
（二）DAT通讯。PC程序之间是靠数据库来进行数据传递通讯的，数据库不仅用于PC程序和它的环境交换数据，还可以由不同类型的程序访问，例如操作站程序，I/O通讯和计算机通讯程序，数据库使用标准化的存储方法，不同的程序很容易访问，数据库的存储决定于硬件的信息，如板地址、通讯网络等。ABB MP200/1控制系统同一控制器内PC程序采用DAT通讯，DAT是一种用于存储PC程序之间数据的存储文件，一个PC程序发送一个信号值到DAT元素，另一个PC程序能收集这个数据并使用它，例如同一控制器RMC1的PC1和PC2之间的数据传递如图4所示。
（三）HPC通讯。HPC通讯为非直接连接通讯方式，需要专门的硬件配置，即每个控制站需要配备一套HPC通讯单元，它包括1个SC560母板和1个CS513以太网通讯卡。这样才能建立相应的HPC通讯链路。HPC通讯和DSP通讯一样，可以实现不同机架的两个节点的通讯。不同的是要使用专门的PC元素进行点对点的或广播通信。虽然HPC通讯的造价稍高，但能实现更快的通讯，与DSP通讯相比，它所占的CPU负荷仅为前者的二十分之一。容许节点间通讯的数据收发周期快至5ms而不会产生额外的CPU负荷。
（四）PCC通讯。对于一个控制机架带多CPU的通讯，它们之间既可以使用元素DSP进行数据传递，又可以采用可采用一种类似“点对点”的通讯方式。该方式通过机架的PBC BUS通讯，没有附带的硬件配置，完全使用软件实现，它使用PC元素PCC-RD和PCC-WR实现。实现过程是：在发送端使用PCC-WR将需要发送的信号连接到该元素的输入端，并给该元素一个唯一编号。在接收端，从PCC-RD的输出端读出接收的信号（PCC-RD的唯一编号必须与PCC-WR的相同）。PC元素所包含的布尔值（B）、整数（I）、长整数（IL）、实数（R）等各种数据类型的最大数量在建立PC元素时确定，并且相对应的一对PCC-RD和PCC-WR的各种数据类型的最大数量必须相同，发送端的PCC-WR的数量必须与接收端的PCC-RD的數量一致。
（五）系统通讯形式综述。在莱钢中小型车间的整个自动控制网络中，除最近升级的RMC3外，各站之间均是采用的DSP通讯。它们相互之间把需要通讯的数据进行打包，通过DS元素，实现通讯。在逻辑连接中，传送元素形成一个闭环的连接控制方式，而此控制方式则是通过“1”进行作用，如果“1”一旦变为“0”，就会出现通讯故障，如果在操作站或传动柜对某个轧机或辊道以及对某个区域的轧机或辊道进行分电，表现在现场就是某些设备跳电。
在RMC3升级为AC450之前，它也是DSP通讯的。由于RMC3和RMC2之间的通讯量非常大，所以在RMC3升级的时候，对他们的机架上分别增加了CS513母板，改造为HPC通讯，从而降低由于通讯导致的CPU负载。
如图1所示，RMC2、RMC52和RMC62，RMC6和RMC56是分别处在同一个机架内，他们之间也是通过纯软件的通讯PCC通讯来实现信息传输。
五、结束语
在MB300网络上的这几种通讯方式，都能实现各站之间的信息通讯，但各有利弊。在本文中，结合实际应用，对它们的原理和实现做了简要的分析。希望读者在需要的时候也能进行最佳的选择和合理的配置。
关键词: MB300；通讯；DSP；HPC；PCC
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 11-0000-02
一、引言
截止目前，瑞典ABB公司在工业自动控制领域已相继推出MP90、AC100、MP200、AC400和AC450等多种控制系统，其中以MP200、AC400和AC450等DCS系统的功能最强大，他们之间的通讯形式也是多种多样，但在工业现场的应用以MB300和MB300E两种网络的应用最为广泛。本文将结合MB300网络在莱钢中小型车间的应用对几种通讯形式进行简要的介绍。
二、系统简介
山东莱钢中小型生产线自动化控制系统为1995年从瑞典ABB公司引进，由加热炉、轧线、精整、码跺等的10套MP200控制器组成，3套打捆机的MP90控制器。随着ABB自动化控制器系列日益更新，推出的产品伴随着一代代的升级。随着设备的老化,和新加设备的增多，各站的负载增高，影响着生产的顺利进行，于是轧线的液压和润滑的控制器RMC3升级为AC450系统。轧线的初轧、中轧和精轧的级联控制的RMC2、RMC52和RMC62三个站是在同一个机笼内。精整区的两套控制系统RMC6和RMC56在同一个机笼内。另外还有四台操作站（CP1、CP2、CP3和CP4）和一台工程师站，它们都是通过MB300网络实现通讯。系统结构图如图1。
这样在中小型车间里，就存在了AC450和MP200的通讯，站与站之间的通讯和同一机笼内的各节点的通讯等形式。
三、 MB300网络介绍
MaterBus 300（简称MB300）网络是一种高性能的通讯总线，使用它可以连接同一个控制网络中的控制站、操作员站和MasterGate 230/1 站。各控制站需要通讯板 DSCS140 和连接单元DSTC 190，然后通过transceiver连接到网络。MB300网络的通讯电缆最长可以达到500 m，在需要的时候可以使用中继器，从而可以实现2500m的通讯距离。控制站、操作员站和MasterGate 230/1 站通讯的实现方式如图2所示。
四、系统通讯形式简介
根据通讯时所使用的介质和软件的实现形式，在MB300网络连接的DCS控制系统中它的通讯形式可分为：DSP通讯、DAT通讯、HPC通讯和PCC通讯。
（一）DSP通讯。DSP通讯是靠元素DS来进行的。在系统组态CPU P2模式下产生一个DS数据库元素并指定布尔量记录数、整数量记录数、长整数量记录数、实数量记录数等，系统将自动产生相应的DAT数据库元素，DS元素的名字将被用于DAT元素名字的第一部分，如果以后改变DS元素的名称，DAT的名字将不会改变。DS元素一旦产生，就不会被删除，可以通过设置ACT=0来停止使用DS，但可以删除DAT元素的给定。一个停止使用的DS元素，如果设置ACT=1或 通过恢复已经删除的DAT元素的给定，则此DS素将被重新激活。
ACT端子控制DS元素是否被传输，对于DS的通讯还可以使用BLOCK端子来暂时封锁数据传输或者避免DAT元素的改变。
SCAN-FTR端子控制传输时间间隔，发送和接收元素的该端子有相同的值。在接收元素中使用了3*SCAN-FTR超时时间，如果超时时间已到，还没有数据更新发生，VALID端子将被清为0。
IDENT是系统使用的唯一识别符，IDENT在相应发送接收节点中必须相等，而且在双方节点中必须唯一，DS通讯数据必须为正数。
在一个控制器中的DS的NET和NODE必须设置为对方控制器的网络和节点号，IDENT、SOURCE、NET和NODE一起形成一个唯一的识别符。
具有相同IDENT和传输节点的NET和NODE号的相应DS必须存在于接收节点，并且它必须设置为接收，DAT元素的给定必须在数量和类型上与发送节点相对应。
上述定义在组态模式下完成后，系统初始化（热启动）之后新的DS元素就被增加到系统中。
例如NET11的NODE1和NET11的NODE2间的DSP通讯的一对DS如图3所示。
（二）DAT通讯。PC程序之间是靠数据库来进行数据传递通讯的，数据库不仅用于PC程序和它的环境交换数据，还可以由不同类型的程序访问，例如操作站程序，I/O通讯和计算机通讯程序，数据库使用标准化的存储方法，不同的程序很容易访问，数据库的存储决定于硬件的信息，如板地址、通讯网络等。ABB MP200/1控制系统同一控制器内PC程序采用DAT通讯，DAT是一种用于存储PC程序之间数据的存储文件，一个PC程序发送一个信号值到DAT元素，另一个PC程序能收集这个数据并使用它，例如同一控制器RMC1的PC1和PC2之间的数据传递如图4所示。
（三）HPC通讯。HPC通讯为非直接连接通讯方式，需要专门的硬件配置，即每个控制站需要配备一套HPC通讯单元，它包括1个SC560母板和1个CS513以太网通讯卡。这样才能建立相应的HPC通讯链路。HPC通讯和DSP通讯一样，可以实现不同机架的两个节点的通讯。不同的是要使用专门的PC元素进行点对点的或广播通信。虽然HPC通讯的造价稍高，但能实现更快的通讯，与DSP通讯相比，它所占的CPU负荷仅为前者的二十分之一。容许节点间通讯的数据收发周期快至5ms而不会产生额外的CPU负荷。
（四）PCC通讯。对于一个控制机架带多CPU的通讯，它们之间既可以使用元素DSP进行数据传递，又可以采用可采用一种类似“点对点”的通讯方式。该方式通过机架的PBC BUS通讯，没有附带的硬件配置，完全使用软件实现，它使用PC元素PCC-RD和PCC-WR实现。实现过程是：在发送端使用PCC-WR将需要发送的信号连接到该元素的输入端，并给该元素一个唯一编号。在接收端，从PCC-RD的输出端读出接收的信号（PCC-RD的唯一编号必须与PCC-WR的相同）。PC元素所包含的布尔值（B）、整数（I）、长整数（IL）、实数（R）等各种数据类型的最大数量在建立PC元素时确定，并且相对应的一对PCC-RD和PCC-WR的各种数据类型的最大数量必须相同，发送端的PCC-WR的数量必须与接收端的PCC-RD的數量一致。
（五）系统通讯形式综述。在莱钢中小型车间的整个自动控制网络中，除最近升级的RMC3外，各站之间均是采用的DSP通讯。它们相互之间把需要通讯的数据进行打包，通过DS元素，实现通讯。在逻辑连接中，传送元素形成一个闭环的连接控制方式，而此控制方式则是通过“1”进行作用，如果“1”一旦变为“0”，就会出现通讯故障，如果在操作站或传动柜对某个轧机或辊道以及对某个区域的轧机或辊道进行分电，表现在现场就是某些设备跳电。
在RMC3升级为AC450之前，它也是DSP通讯的。由于RMC3和RMC2之间的通讯量非常大，所以在RMC3升级的时候，对他们的机架上分别增加了CS513母板，改造为HPC通讯，从而降低由于通讯导致的CPU负载。
如图1所示，RMC2、RMC52和RMC62，RMC6和RMC56是分别处在同一个机架内，他们之间也是通过纯软件的通讯PCC通讯来实现信息传输。
五、结束语
在MB300网络上的这几种通讯方式，都能实现各站之间的信息通讯，但各有利弊。在本文中，结合实际应用，对它们的原理和实现做了简要的分析。希望读者在需要的时候也能进行最佳的选择和合理的配置。