TOSLINE-S20網絡在PLC控制系統中的應用

1 TOSLINE-S20網絡的系統構成
萊鋼中型型鋼生產線PLC控制系統主要由加熱爐(RHF)、粗軋(BD)、精軋(FM)、精軋輔助1(FM AUX1)、精軋輔助2(FM AUX2)、公用(UT)、熱鋸/冷床/矯直(HS/CB/SS)、編組/冷鋸/檢查(CT/CS/IB)、碼垛(PB)、打捆/成品/剔除(BM/SB/RB)等10套東芝的T3H PLC控制系統組成，各PLC與操作站和過程機系統通過以太網進行數據通信，而整個PLC控制系統則由東芝的TOSLINE-S20網連接在一起，實現PLC與PLC之間的數據通信，另外，各PLC還通過TOSLINE-S20網與東芝的變頻器相連，實現PLC與變頻器之間的數據通信。整個PLC控制系統的TOSLINE-S20網絡圖如圖1所示。圖1中:OS1—觸摸屏;OS2~OS8—操作站;RHF P/C—加熱爐過程機;MILL P/C—軋機過程機;VF-A5、T-250、T-350、CYC850-變頻器。
2 TOSLINE-S20網絡的硬件組成
2.1 SN系列工作站
在TOSLINE-S20系統中，工作站采用東芝公司SN系列模塊，即S20-站，S20-站有多種系列，可用于東芝不同型號的PLC和不同的傳輸介質。模板上有狀態指示燈、站號設定開關、站復位開關、傳輸電纜連接接口、RS232C串行接口等。

2.2 傳輸介質
TOSLINE-S20網絡系統可采用兩種類型的傳輸介質，即同軸電纜和光纜。同軸電纜使用特征阻抗為75Ω的5C-2V(JIS C3501)型的細纜，網絡覆蓋范圍可達1km;光纜采用石英玻璃制成的GI型(JIS C6820) 50/125μm的光導纖維電纜，網絡覆蓋范圍可達10km。不同的傳輸介質對應不同的SN模板。萊鋼中型型鋼生產線采用光纜為傳輸介質。
2.3 網絡互連設備
(1) BNC連接器 同軸電纜的端頭均采用BNC-P-5型連接器。
(2) T型頭 當連接分支同軸電纜和SN模板時，采用BNC-TA型的T形頭。
(3) 星型耦合器 是一種光纖分配器，有多路光纖端口，當SN模板與傳動通信時，先通過光纜連接SN模板與星型耦合器，再通過星型耦合器使用光纜連接到各個變頻器上，以進行數據通信。
3 TOSLINE-S20網絡的軟件系統
3.1 S-LS軟件
S-LS軟件是TOSLINE-S20網的專用軟件,該軟件可運行于IBM及其兼容機上，用于設定傳輸參數、監視TOSLINE-S20網上各站的運行狀態，在該系統中，由S-LS設定的傳輸參數存儲在PLC的EEPROM內。
3.2 T-DPS軟件
T-PDS(V1.3)軟件是東芝公司提供的編程軟件，該編程軟件基于Windows NT/95系統，適用于東芝T-系列PLC，可進行離、在線編程、監視執行狀態、數據設定等，操作方面、直觀，具有在線跟蹤和程序診斷功能[1]。
T-PDS可連接S20-站的串行口(和T3H CPU模塊上的編程口一樣)，通過S20網對任一站進行遠程編程和監控。
4 TOSLINE-S20網絡的基本原理
TOSLINE-S20網是一個令牌總線網絡，S20網最大傳輸距離10km，通信速率可達2Mbps，最大可掛接64個站，傳輸編碼采用曼徹斯特或差分曼徹斯特編碼，調制方式采用基帶傳輸方式，提供掃描傳輸(周期廣播)和消息傳輸(請求傳輸)通信服務。
在TOSLINE-S20網上，工作站是以數據包的形式來發送信息，數據包包括掃描幀和數據幀。數據包的發送順序如圖2所示，首先，由主工作站發送同步幀，然后，每一個工作站按照其站號順序依次發送數據包，當最后一個工作站發送完畢，主站又重新發送同步幀，開始下一輪的數據傳輸。其中，S表示同步幀，用于標記一個傳輸周期(掃描周期)的起始，并使接收端在數據接收過程中始終與發送端保持同步。

目標掃描時間是TOSLINE-S20網的一個重要時間參數，它用來限制一個掃描周期內數據傳輸的時間。如果傳輸周期(即工作站從上次獲得數據傳輸令牌到該次獲得令牌的時間)比目標掃描時間長，則該工作站只允許發送掃描幀而不能發送數據幀。這樣就能保證所有的工作站可以獲得相對均等的數據傳輸機會，并可以防止因接受端的緩存溢出而造成網絡堵塞的現象。因此目標掃描時間必須大于所有工作站發送掃描幀所用的總時間。
在TOSLINE-S20網上始終有一個令牌在網中循環，只有擁有令牌的工作站才有權發送數據。每個工作站都有一個通用存儲單元，該存儲單元的大小為1024字節。當一個工作站要發送數據時，它將數據寫到通用存儲單元中，在網上以廣播的形式傳播。其他工作站將收到的信息暫時存儲到通用存儲單元中，所以每個站通用存儲單元中的數據在每次掃描周期內都是不一樣的。該存儲單元在使用之前必須由S-LS軟件劃分成發送塊和接收塊，并由T-PDS軟件將為每個塊分配寄存器地址。
每一個工作站都必須有一個唯一的站號，TOSLINE-S20網允許的站號范圍是1-64，站號是通過SN322模塊上的旋鈕開關設定的，STNH和STNL旋鈕分別對應高位和低位，例如，如果STNH=2，STNL=3，則站號對應23。當所有的工作站接入TOSLINE-S20網并上電后，具有最小站號的工作站將成為主站，其余的站為從站，主站負責確定整個網絡的時鐘。站號確定后還必須對每個工作站的數據發送塊進行劃分，接收塊由系統自動設定，這項工作通過S-LS軟件來設定。
5 TOSLINE-S20網絡的RAS功能
5.1 維護功能
在同軸電纜連接方式下，如果任何一個站下線或掉電，則該異常的站就會從S20系統斷開，剩余站的通信將重新啟動。如果同軸電纜被損壞，由于出現異常的終端阻抗，則S20系統將不能再繼續進行正常的通信。
在光纜連接方式下，如果是發生一個站下線，則該異常的站就會從S20系統斷開，剩余站的通信將重新啟動;如果是一個站掉電，則S20系統將在掉電的站處把S20系統分成兩個獨立的S20系統。如果光纜的傳送和接收線路均被損壞，則S20系統就被分成兩個獨立的S20系統;如果只損壞了一根，則S20系統仍將系統分成兩個系統，但是由于其中一個系統的干擾，另一個系統將不能進行正常的通信。
5.2 自診斷功能
S-20系統有下述自診斷功能:
(1) 初始化自診斷
a) 對ROM BCC、RAM讀/寫、CPU及外圍LSI、站號進行檢查。若異常，該站將下線，不能再與其它站進行通信，該站需要重新斷電后再上電或按SN模板上的復位開關。
b) 對傳輸參數(EEPROM)進行檢查，若異常，該站將變為備用狀態，不能再進行掃描傳輸(周期廣播)，但還能進行消息傳送，該站需要對傳輸參數進行重新設定。
(2) 運行自診斷
a) 對看門狗定時器、異常傳輸進行檢查，若異常，該站將下線，不能再與其它站進行通信，該站需要重新斷電后再上電或按SN模板上的復位開關。
b) 對接收幀進行檢查，若異常，該站忽略該異常的幀。
c) 對響應進行檢查，在消息傳輸情況下，如果從目的站來的響應沒有接收到，該源站將重新發送一次消息幀。
d) 對無信號情況進行檢查，如果無信號情況不超過規定的時間(主站下線)，該站將重新組態運行。
5.3 LED指示功能
S20站有STN、ONL和SCAN等LEDs，通過這些LEDs，可以指示各站的運行狀態。
5.4 T3H及S-LS監控的RAS信息
S20系統RAS信息(例如站狀態、在線映像、備用映像、掃描狀態映像等)映射在T3H的專用寄存器(SW)中，該信息可通過T3H的用戶程序進行解讀。
通過S-LS，也可以監控S20系統的RAS信息(例如站狀態、在線映像、掃描狀態映像、站下線信息等)。
6 結束語
TOSLINE-S20網絡運行情況一直非常穩定可靠，功能比較強大，能完全滿足控制要求和生產要求。