1引言

geinus i/o總線是美國(guó)ge fanuc自動(dòng)化公司推出的一種工業(yè)控制總線，它既是i/o總線又是通信網(wǎng)絡(luò)，非常適合于大量i/o處理和數(shù)據(jù)傳輸。可作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、或作為一個(gè)交換實(shí)時(shí)信息的高速局域通信網(wǎng)絡(luò)而進(jìn)行工作，對(duì)安裝在不同位置上的i/o系統(tǒng)進(jìn)行控制。 ge fanuc自動(dòng)化公司的多種產(chǎn)品支持geinus i/o總線，如plc 90-30、plc 90-70、versamax、field control、powermate h和d、ge傳動(dòng)、人機(jī)接口軟件cimplicity hmi 和frameworx。geinus i/o總線穩(wěn)定性極強(qiáng)，適于高速及長(zhǎng)距離傳送，是一種確定性和開放性的總線，是為工業(yè)環(huán)境中的可靠通信而設(shè)計(jì)的，是一種重要的工業(yè)應(yīng)用總線和最具特色的plc網(wǎng)絡(luò)通信。 genius是一種將i/o監(jiān)控系統(tǒng)與信息處理集成于一體的分布式i/o系統(tǒng)。genius總線已成為分布式i/o的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)外設(shè)和接口的開發(fā)。

2 genius i/o總線

2.1 genius總線結(jié)構(gòu)

genius i/o總線結(jié)構(gòu)和傳輸如圖1，適用于不同距離下的高速數(shù)據(jù)傳輸，除i/o傳輸器外，還要求多種總線設(shè)備間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

（1） genius總線采用邏輯令牌環(huán)作為介質(zhì)訪問控制協(xié)議構(gòu)成，總線上的每個(gè)網(wǎng)站都有權(quán)獲得令牌來發(fā)送數(shù)據(jù)，總線上不存在一個(gè)主通信控制器。genius總線是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的“令牌總線”系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)中有一種電子“令牌”（token）傳送給每臺(tái)設(shè)備，通過它傳輸輸入和診斷信息。

（2） genius總線提供全局?jǐn)?shù)據(jù)（global data）和數(shù)據(jù)報(bào)文（data gram）兩種類型的信息傳送方式。前者可自由收發(fā)數(shù)據(jù)而無需編程，后者是從總線上一臺(tái)設(shè)備送到另一臺(tái)設(shè)備的直接信息傳送。

（3） genius總線采用調(diào)頻（fsk）的方式對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，即:用高頻信號(hào)代表0，低頻信號(hào)代表1。這種調(diào)制方式使得genius總線的抗干擾性得到提高、傳輸距離增長(zhǎng)。

（4） genius總線采用如下方法保證通訊可靠進(jìn)行:每個(gè)數(shù)據(jù)被編碼后，連續(xù)發(fā)送三次，接收方作三選二表決。接收完一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包之后，接收方會(huì)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)包作crc-6環(huán)冗余校驗(yàn)，一旦校驗(yàn)失敗，數(shù)據(jù)包會(huì)被要求重發(fā)。

2.2 genius總線特性

（1） genius總線是開放的，通過與其它總線的接口，使用戶現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)與genius總線相連。通過加拿大pro-log公司的genius遠(yuǎn)程接口grl，可實(shí)現(xiàn)genius與a-b公司的產(chǎn)品的通信;通過horner electric公司的genius gateway模塊ggm，可應(yīng)用在scada系統(tǒng)中，可以與modbus/rut的主站通信。

（2） genius總線的互連性已向下擴(kuò)充到設(shè)備一級(jí)，具有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)接口。如pmeumatic 公司、numatics公司的閥可直接由genius總線進(jìn)行控制。

（3） genius總線具有與多種計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的接口，軟件應(yīng)用具有最大的靈活性，包括基于pc的人機(jī)接口軟件包及控制和數(shù)據(jù)采集軟件。

（4） 通信當(dāng)中出現(xiàn)的總線錯(cuò)誤不防礙i/o系統(tǒng)的正常的連續(xù)操作和運(yùn)行。如果發(fā)生了總線錯(cuò)誤，那么不正確的數(shù)據(jù)被拒絕，相應(yīng)的總線故障被報(bào)告給主處理器。連接到通訊總線上的所有的設(shè)備之間是隔離的。

（5） 在genius總線上可以使用幾種不同的通信連接方式，如通過光纜接口使用光纖實(shí)現(xiàn)通信、通過紅外收發(fā)器接口實(shí)現(xiàn)無線通信、通過匯流環(huán)接口實(shí)現(xiàn)船用環(huán)境的通信。

（6） genius總線支持冗余配置，包括通信電纜和i/o模塊。

2.3 genius總線技術(shù)指標(biāo)

（1） 通信速率:153.6kbit。

（2） 在不使用中繼器的情況下genius總線最長(zhǎng)通信距離可達(dá)2.3km。

（3） 一條總線上最多可連接32臺(tái)設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)、plc和其它設(shè)備。

（4） 總線支持的物理介質(zhì)包括雙絞線和光纖，總線電纜為單屏蔽雙絞線時(shí)與地面1500v絕緣，可避免電子噪音的影響。

（5） 總線掃描時(shí)間獨(dú)立于plc掃描時(shí)間。

（6） 對(duì)每個(gè)網(wǎng)站的數(shù)據(jù)吞吐量為:發(fā)送128 bytes ，接收128 bytes。

3 genius網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)

3.1 genius總線接口

在許多應(yīng)用中，genius總線需要與運(yùn)行在plc或主計(jì)算機(jī)上的控制程序交換信息。ge fanuc有多種類型的genius接口，總線控制器（gbc）、通信模塊（gcm）和總線接口單元（gbi），是實(shí)現(xiàn)genius網(wǎng)絡(luò)的重要環(huán)節(jié)。gbc支持genius局域網(wǎng)絡(luò)、gcm支持對(duì)等設(shè)備的genius通信、gbi支持genius現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)現(xiàn)。ge fanuc自動(dòng)化產(chǎn)品的genius總線接口及應(yīng)用及應(yīng)用如附表所示。

3.2 genius網(wǎng)絡(luò)的配置

應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)dcs自動(dòng)控制系統(tǒng)的一種簡(jiǎn)單和典型的genius網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示，具有獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的一個(gè)以上的plc控制站和一臺(tái)以上的pc機(jī)和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。pc機(jī)，即操作站或工程師站;plc控制站為ge fanuc自動(dòng)化公司的90-30 plc或90-70 plc或versamax 系列等。

以90-30 plc系列為例，一種簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基本配置如下:

（1） cpu模塊 ic693cpuxxx（cpu311、cpu313、cpu323、cpu350、cpu352、cpu360、cpu363、cpu364）plc站控制器;

（2） 總線接口模塊（gbc）: ic693bem331; genius網(wǎng)絡(luò)電纜:屏蔽雙絞線或光纖; genius i/o總線終端插頭:ic693acc307; genius i/o ibm pc接口卡:ic660elb921（單通道），pcim卡，遵守isa總線協(xié)議;

（3） pc機(jī) p?；騪ⅳ機(jī)，大于20g硬盤，大于128m內(nèi)存，支windwods2000或windwosnt4.1操作系統(tǒng)軟件運(yùn)行，具有isa總線擴(kuò)展插槽。

3.3 genius網(wǎng)絡(luò)的主要特性

（1） 總線型網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu) 通過多點(diǎn)連接（multi-drop）將每個(gè)網(wǎng)站接入，構(gòu)成總線型網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)，每個(gè)網(wǎng)站是通過磁耦合掛在總線上的，一個(gè)站設(shè)備出現(xiàn)故障，并不影響整個(gè)總線的通訊，安全性強(qiáng)。

（2） 簡(jiǎn)單的i/o控制 通過gbc模塊可對(duì)genius i/o模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的i/o控制，也可構(gòu)成genius區(qū)域網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。

（3） 安裝簡(jiǎn)單方便 為本地背板安裝，是即插即用網(wǎng)絡(luò)。

（4） 具有故障自診斷功能，易于網(wǎng)絡(luò)的編程與組態(tài)。

（5） 對(duì)離散和連續(xù)過程控制應(yīng)用場(chǎng)合，均具有確定性和可重復(fù)性功能。

（6） 擴(kuò)展性強(qiáng) 網(wǎng)絡(luò)為模塊式結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展，不影響已建成和正在運(yùn)行的部分。

（7） 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有良好的開放性，利于網(wǎng)絡(luò)的管理。

3.4 genius網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)指標(biāo)

（1） 通信速率:153.6kbit;

（2） 最長(zhǎng)通信距離可達(dá)2.3km;

（3） 最多可連接32個(gè)站;

（4） 總線支持的物理介質(zhì):雙絞線和光纖;

3.5 genius網(wǎng)絡(luò)的編程

每個(gè)站通過硬件設(shè)定一個(gè)獨(dú)立的站號(hào)，并在下列軟件開發(fā)環(huán)境下，完全實(shí)現(xiàn)一個(gè)genius網(wǎng)絡(luò)的編程。

（1） gbc模塊的編程 ge fanuc自動(dòng)化公司提供的logicmaster 90軟件，提供了用于plc站的通信功能的編程，包括gbc模塊的編程，編程方式為組態(tài)式。軟件具有提供系統(tǒng)的通信、診斷特性，通用的用戶界面和特性設(shè)置、通用的梯形圖指令集、i/o組態(tài)功能和可靠的通信功能。

（2） pcim卡的軟件 含串行接口軟件和pcim管理軟件，前者為genius網(wǎng)絡(luò)和雙口ram（dpr）提供通信接口。串行接口軟件和pcim管理軟件之間有一個(gè)公共存儲(chǔ)區(qū)，即共享ram區(qū)域。從雙口ram區(qū)域中出來的數(shù)據(jù)由pcim管理軟件格式化后送至共享ram接口（sri）和存儲(chǔ)器中。

（3） genius網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控 工業(yè)dcs系統(tǒng)常通過上位機(jī)人機(jī)交換界面實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控，上位機(jī)就是系統(tǒng)的操作站，其網(wǎng)絡(luò)接口都配有合適的軟件，提供開發(fā)平臺(tái)和操作系統(tǒng)。ge fanuc自動(dòng)化公司提供的配套自動(dòng)化軟件cimplicity提供了透明的編程方法，此外目前應(yīng)用較廣泛的其它自動(dòng)化軟件如intellution公司的ifix、wonderware公司的intouch等也都提供了相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)軟件。

4 genius網(wǎng)的工程應(yīng)用

四川華鎣山水泥廠是一干法轉(zhuǎn)窯水泥廠，工藝流程從石灰石破碎、原料輸送、生料磨、生料儲(chǔ)備、煤粉制備、燒成、熟料輸送、熟料儲(chǔ)備，到水泥磨和水泥儲(chǔ)備。廠dcs自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)置三臺(tái)操作站和三個(gè)控制站，控制站采用ge fanuc的90-30系列plc，每個(gè)站配置一塊gbc總線控制器;操作站選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，每個(gè)站配置一塊pcim卡，通過genius i/o總線實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通信，通信介質(zhì)為雙絞線，網(wǎng)絡(luò)通信的編程通過ge fanuc與硬件配套的軟件環(huán)境實(shí)現(xiàn)。使用wonderware公司的intouch人機(jī)界面軟件環(huán)境實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控軟件的開發(fā)，如圖3。系統(tǒng)投入運(yùn)行以來運(yùn)行狀態(tài)很好。

（1） 生料控制站 采集和處理石灰石破碎、原料輸送、生料磨、生料儲(chǔ)備、燒成窯尾工藝的各種信號(hào)，實(shí)現(xiàn)生料磨的負(fù)荷自動(dòng)控制、窯尾喂料的自動(dòng)控制、增濕塔溫度自動(dòng)控制、原料倉(cāng)和生料倉(cāng)的料位聯(lián)鎖控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各臺(tái)電氣設(shè)備的啟/?？刂坪驮O(shè)備間的工藝聯(lián)鎖控制。

（2） 燒成控制站 采集和處理燒成窯中、燒成窯頭、煤粉制備工藝的各種信號(hào)，實(shí)現(xiàn)煤磨溫度自動(dòng)控制、煤粉倉(cāng)料位聯(lián)鎖控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各臺(tái)電氣設(shè)備的啟/?？刂坪驮O(shè)備間的工藝聯(lián)鎖控制。

（3） 水泥控制站 采集和處理熟料輸送、熟料儲(chǔ)備，水泥磨和水泥儲(chǔ)備工藝的各種信號(hào)，實(shí)現(xiàn)熟料倉(cāng)、水泥倉(cāng)料位聯(lián)鎖控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各臺(tái)電氣設(shè)備的啟/?？刂坪驮O(shè)備間的工藝聯(lián)鎖控制。

3臺(tái)操作站分別監(jiān)控石灰石破碎、原料輸送、生料磨、生料儲(chǔ)備、燒成窯尾工藝，燒成窯中、燒成窯頭、煤粉制備工藝和熟料輸送、熟料儲(chǔ)備，水泥磨和水泥儲(chǔ)備工藝，并互為冗余，實(shí)現(xiàn)操作、監(jiān)視、報(bào)警、記錄、存儲(chǔ)和報(bào)表等功能。

5 結(jié)束語 geinus i/o 總線技術(shù)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，優(yōu)化了自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的合理配置極大地降低了成本。其在工程實(shí)踐中的成功應(yīng)用，證明了genius網(wǎng)絡(luò)具有可靠性高、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等特點(diǎn)。

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作者簡(jiǎn)介

高素萍（1963-） 女 教授級(jí)高工 畢業(yè)于東北大學(xué)，主要從事自動(dòng)化技術(shù)、工業(yè)dcs自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的設(shè)計(jì)、研究、開發(fā)工作。