1引言

geinus i/o總線是美國ge fanuc自動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，非常適合于大量i/o處理和數(shù)據(jù)傳輸。可作為一個網(wǎng)絡、或作為一個交換實時信息的高速局域通信網(wǎng)絡而進行工作，對安裝在不同位置上的i/o系統(tǒng)進行控制。 ge fanuc自動化公司的多種產(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、人機接口軟件cimplicity hmi 和frameworx。geinus i/o總線穩(wěn)定性極強，適于高速及長距離傳送，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計的，是一種重要的工業(yè)應用總線和最具特色的plc網(wǎng)絡通信。 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)標準，引導外設和接口的開發(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，還要求多種總線設備間進行數(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)，總線上不存在一個主通信控制器。genius總線是一種點對點的“令牌總線”系統(tǒng)，在網(wǎng)絡中有一種電子“令牌”（token）傳送給每臺設備，通過它傳輸輸入和診斷信息。

（2） genius總線提供全局數(shù)據(jù)（global data）和數(shù)據(jù)報文（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設備送到另一臺設備的直接信息傳送。

（3） genius總線采用調(diào)頻（fsk）的方式對數(shù)據(jù)信號進行調(diào)制，即:用高頻信號代表0，低頻信號代表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。

（4） genius總線采用如下方法保證通訊可靠進行:每個數(shù)據(jù)被編碼后，連續(xù)發(fā)送三次，接收方作三選二表決。接收完一個完整的數(shù)據(jù)包之后，接收方會對整個數(shù)據(jù)包作crc-6環(huán)冗余校驗，一旦校驗失敗，數(shù)據(jù)包會被要求重發(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)絡與genius總線相連。通過加拿大pro-log公司的genius遠程接口grl，可實現(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充到設備一級，具有現(xiàn)場設備級接口。如pmeumatic 公司、numatics公司的閥可直接由genius總線進行控制。

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

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

（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現(xiàn)通信、通過紅外收發(fā)器接口實現(xiàn)無線通信、通過匯流環(huán)接口實現(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

（1） 通信速率:153.6kbit。

（2） 在不使用中繼器的情況下genius總線最長通信距離可達2.3km。

（3） 一條總線上最多可連接32臺設備，包括計算機、plc和其它設備。

（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與地面1500v絕緣，可避免電子噪音的影響。

（5） 總線掃描時間獨立于plc掃描時間。

（6） 對每個網(wǎng)站的數(shù)據(jù)吞吐量為:發(fā)送128 bytes ，接收128 bytes。

3 genius網(wǎng)絡的實現(xiàn)

3.1 genius總線接口

在許多應用中，genius總線需要與運行在plc或主計算機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），是實現(xiàn)genius網(wǎng)絡的重要環(huán)節(jié)。gbc支持genius局域網(wǎng)絡、gcm支持對等設備的genius通信、gbi支持genius現(xiàn)場總線的實現(xiàn)。ge fanuc自動化產(chǎn)品的genius總線接口及應用及應用如附表所示。

3.2 genius網(wǎng)絡的配置

應用于工業(yè)企業(yè)dcs自動控制系統(tǒng)的一種簡單和典型的genius網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖2所示，具有獨立節(jié)點的一個以上的plc控制站和一臺以上的pc機和相應的網(wǎng)絡設備。pc機，即操作站或工程師站;plc控制站為ge fanuc自動化公司的90-30 plc或90-70 plc或versamax 系列等。

以90-30 plc系列為例，一種簡單的網(wǎng)絡設備基本配置如下:

（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 pⅲ或pⅳ機，大于20g硬盤，大于128m內(nèi)存，支windwods2000或windwosnt4.1操作系統(tǒng)軟件運行，具有isa總線擴展插槽。

3.3 genius網(wǎng)絡的主要特性

（1） 總線型網(wǎng)絡拓補結(jié)構(gòu) 通過多點連接（multi-drop）將每個網(wǎng)站接入，構(gòu)成總線型網(wǎng)絡拓補結(jié)構(gòu)，每個網(wǎng)站是通過磁耦合掛在總線上的，一個站設備出現(xiàn)故障，并不影響整個總線的通訊，安全性強。

（2） 簡單的i/o控制 通過gbc模塊可對genius i/o模塊進行簡單的i/o控制，也可構(gòu)成genius區(qū)域網(wǎng)絡通信系統(tǒng)。

（3） 安裝簡單方便 為本地背板安裝，是即插即用網(wǎng)絡。

（4） 具有故障自診斷功能，易于網(wǎng)絡的編程與組態(tài)。

（5） 對離散和連續(xù)過程控制應用場合，均具有確定性和可重復性功能。

（6） 擴展性強 網(wǎng)絡為模塊式結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需要進行擴展，不影響已建成和正在運行的部分。

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

3.4 genius網(wǎng)絡的主要技術(shù)指標

（1） 通信速率:153.6kbit;

（2） 最長通信距離可達2.3km;

（3） 最多可連接32個站;

（4） 總線支持的物理介質(zhì):雙絞線和光纖;

3.5 genius網(wǎng)絡的編程

每個站通過硬件設定一個獨立的站號，并在下列軟件開發(fā)環(huán)境下，完全實現(xiàn)一個genius網(wǎng)絡的編程。

（1） gbc模塊的編程 ge fanuc自動化公司提供的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公共存儲區(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）和存儲器中。

（3） genius網(wǎng)絡監(jiān)控 工業(yè)dcs系統(tǒng)常通過上位機人機交換界面實現(xiàn)對網(wǎng)絡的監(jiān)控，上位機就是系統(tǒng)的操作站，其網(wǎng)絡接口都配有合適的軟件，提供開發(fā)平臺和操作系統(tǒng)。ge fanuc自動化公司提供的配套自動化軟件cimplicity提供了透明的編程方法，此外目前應用較廣泛的其它自動化軟件如intellution公司的ifix、wonderware公司的intouch等也都提供了相應的驅(qū)動軟件。

4 genius網(wǎng)的工程應用

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、生料儲備、煤粉制備、燒成、熟料輸送、熟料儲備，到水泥磨和水泥儲備。廠dcs自動控制系統(tǒng)設置三臺操作站和三個控制站，控制站采用ge fanuc的90-30系列plc，每個站配置一塊gbc總線控制器;操作站選用工業(yè)控制計算機，每個站配置一塊pcim卡，通過genius i/o總線實現(xiàn)系統(tǒng)的通信，通信介質(zhì)為雙絞線，網(wǎng)絡通信的編程通過ge fanuc與硬件配套的軟件環(huán)境實現(xiàn)。使用wonderware公司的intouch人機界面軟件環(huán)境實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控軟件的開發(fā)，如圖3。系統(tǒng)投入運行以來運行狀態(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、生料儲備、燒成窯尾工藝的各種信號，實現(xiàn)生料磨的負荷自動控制、窯尾喂料的自動控制、增濕塔溫度自動控制、原料倉和生料倉的料位聯(lián)鎖控制，同時實現(xiàn)各臺電氣設備的啟/?？刂坪驮O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，實現(xiàn)煤磨溫度自動控制、煤粉倉料位聯(lián)鎖控制，同時實現(xiàn)各臺電氣設備的啟/?？刂坪驮O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、熟料儲備，水泥磨和水泥儲備工藝的各種信號，實現(xiàn)熟料倉、水泥倉料位聯(lián)鎖控制，同時實現(xiàn)各臺電氣設備的啟/?？刂坪驮O備間的工藝聯(lián)鎖控制。

3臺操作站分別監(jiān)控石灰石破碎、原料輸送、生料磨、生料儲備、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、熟料儲備，水泥磨和水泥儲備工藝，并互為冗余，實現(xiàn)操作、監(jiān)視、報警、記錄、存儲和報表等功能。

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

參考文獻

[1] 馮 勇. 現(xiàn)代計算機控制系統(tǒng)[m]. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社，1997.

[2] 何衍慶,俞金壽. 集散控制系統(tǒng)原理與應用[m]. 北京:化學工業(yè)出版社，2002.

作者簡介

高素萍（1963-） 女 教授級高工 畢業(yè)于東北大學，主要從事自動化技術(shù)、工業(yè)dcs自動控制、計算機應用方面的設計、研究、開發(fā)工作。