基于嵌入式Internet的通用型遠(yuǎn)程終端設(shè)備-Webit-GRTU

3.2 Webit-GRTU體系結(jié)構(gòu)

Webit-GRTU采用通訊和控制分開(kāi)的體系結(jié)構(gòu)。Webit-GRTU的數(shù)據(jù)采集與控制輸出部分采用了INTELMCS80C196芯片，完成遙信、遙測(cè)、電能脈沖記數(shù)及遙控輸出等功能，采用16 bit數(shù)據(jù)總線。

Webit-GRTU通訊模塊則是以Atmel公司的AT90S8515微控制器為核心，配以Realtek RTL8019AS 10M以太網(wǎng)接口芯片，具有RJ-45接口、14位TTL電平雙向I/O、UART口和ECP系統(tǒng)編程口，如圖3所示。圖中軟件結(jié)構(gòu)主要包括：實(shí)時(shí)內(nèi)核WebitX 2.0、thin TCP/IP協(xié)議棧和RSC(Remote System Control)。其中RSC主要用于系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、電源監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)的遠(yuǎn)程復(fù)位和啟動(dòng)；thin TCP/IP協(xié)議棧包括ARP、IP、ICMP、UDP、TCP、HTTP、TFTP、SNMP等協(xié)議。另外，外部設(shè)置了SEEPROM存儲(chǔ)器，用于存放用戶數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)參數(shù)、HTML網(wǎng)頁(yè)、GIF和JPEG圖像等，由WebitX 2.0的文件系統(tǒng)來(lái)管理。系統(tǒng)有RS-232、RS-485串行通訊接口，數(shù)據(jù)傳輸率在300～57 600之間選擇，以IEC 60870-5-101通訊規(guī)約通訊；以太網(wǎng)通訊速率為10 Mbps，支持標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議，以IEC 60870-5-104通訊規(guī)約通訊。

通訊模塊和數(shù)據(jù)采集控制模塊的數(shù)據(jù)交換通過(guò)IDT7130開(kāi)辟公用內(nèi)存區(qū)進(jìn)行。這是一種高速雙口靜態(tài)RAM，片內(nèi)含總線仲裁電路，有兩套獨(dú)立的控制和地址總線，適用于CPU間大量數(shù)據(jù)快速雙向傳遞。

公用內(nèi)存區(qū)則主要用于存放RTU遙信、遙測(cè)等四遙信息。

4 典型應(yīng)用

圖4是某鋼廠LF(Laddle Furnace)精煉爐控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D，它是Webit-GRTU的一個(gè)典型應(yīng)用(由于該控制系統(tǒng)比較龐大與復(fù)雜，本文主要針對(duì)Webit-GRTU的控制部分)。


4.1 工藝

Webit-GRTU控制該系統(tǒng)的喂絲機(jī)部分，它與LF爐本體控制PLC、上料控制PLC以及操作員站處于同一TCP/IP局域網(wǎng)絡(luò)中。在鋼水精煉過(guò)程中，LF爐要不斷地通過(guò)喂絲機(jī)來(lái)添加金屬?gòu)?fù)合材料。而金屬添加量因鋼水的品種和成份含量的不同而不同，并要求隨精煉時(shí)間的推移不斷進(jìn)行調(diào)整。其作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)溫度高、電弧干擾強(qiáng)、環(huán)境惡劣，不適合手工現(xiàn)場(chǎng)操作。

一方面，Webit-GRTU自身可以通過(guò)內(nèi)置軟件實(shí)現(xiàn)喂絲機(jī)的智能控制和人工控制，調(diào)整喂絲機(jī)的喂絲速度和時(shí)間間隔，另一方面，Webit-GRTU需要和LF爐本體控制系統(tǒng)保持通訊，不斷地接受鋼水品種、成份、精煉時(shí)間及其他相關(guān)參數(shù)和指令，優(yōu)化喂絲機(jī)的控制過(guò)程。

4.2 性能分析

本系統(tǒng)中的主站通訊全部采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分布式I/O采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)。Webit-GRTU、Intouch監(jiān)控系統(tǒng)、Siemens PLC S7-400等之間無(wú)需中間轉(zhuǎn)換裝置便能較好地協(xié)同工作、交互數(shù)據(jù)。其中Webit-GRTU發(fā)揮了獨(dú)立智能控制及協(xié)調(diào)能力，并經(jīng)受住鋼廠惡劣環(huán)境的考驗(yàn)。

比較原來(lái)使用Modbus通訊的RTU，每個(gè)操作站和服務(wù)器接收RTU數(shù)據(jù)都要配置專門(mén)的Modbus通訊模塊和通訊軟件，而使用Webit-GRTU，通過(guò)ActiveX、DDE、OPC很方便的將RTU控制和PLC控制系統(tǒng)融為一體，無(wú)須額外的軟硬件投資。Webit-GRTU采用了RTL8019AS 10M以太網(wǎng)卡，經(jīng)測(cè)試，單字節(jié)傳輸速率一般在720μs左右，與傳統(tǒng)的RTU串行傳輸方式相比，速度提高了30～100倍左右。實(shí)際應(yīng)用中，操作站畫(huà)面的數(shù)據(jù)掃描周期由原來(lái)的5~10 s縮小到2 s以內(nèi)，完全符合工藝控制要求。同時(shí)Webit-GRTU突破了傳輸距離的限制，通過(guò)網(wǎng)關(guān)和路由，可以將信息傳遞到Internet網(wǎng)的任一角落。

5 結(jié) 論

Webit-GRTU不僅遵循IEC 60870-5-101/104通訊規(guī)約，較好地解決了設(shè)備之間的互聯(lián)及升級(jí)問(wèn)題，而且將RTU的通訊速率提高到了微秒級(jí)，保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。實(shí)踐證明，Webit-GRTU具有網(wǎng)絡(luò)布線簡(jiǎn)捷，可擴(kuò)展性好，抗干擾能力強(qiáng)。它為傳統(tǒng)RTU低成本更新?lián)Q代提供改造參考，通過(guò)統(tǒng)一的Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)覆蓋全部智能設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)管控一體化的透明工廠思想開(kāi)辟了一條有效途徑.