[摘  要] 洛阳豫港电力开发有限公司#3机组自99年试运发电以来，曾多次发生因DCS控制系统网络通讯故障而导致机组停运，较为严重的在一周之内发生停炉、跳泵等事故多达7次之多，严重影响了机组的安全、稳定、经济运行。本文较为详细地介绍了#3机组在移交试生产之后，经过热控人员的积极探索与努力，如何解决了NET WORK---6000分散控制系统的网络通讯故障，同时，也简述了无主令牌总线型网络的一些基础知识以及令牌总线型网络在该系统中的应用。

[关键词] FIX 网络 通讯 节点 令牌总线

洛阳豫港电力开发有限公司#3机组热控系统采用的是英国欧陆公司的NET WORK---6000分散控制系统，在125MW机组系列中是具有较高控制水平的系统。该系统硬件由基层控制器T100、T103和上位机(通用PC机)通过令牌总线型网络LIN、ALIN和高速以太网连接而成，该系统的软件FIX工控组态软件是由美国INTELLUTION公司开发的基于WINDOWS 95/NT 的大型应用软件，它集控制技术、人机界面技术、图形技术、数据库技术、网络技术于一身，通过FIX 的I/O驱动程序接口读取现场的过程硬件中的数据，存入驱动程序影象表DIT中，FIX内部的数据库通过SAC程序从DIT中获取所需数据，应用软件通过内部数据库获取来自过程硬件的信息，从而实现在工业流程画面上动态地显示现场各过程硬件的运动状态，数据也可以相反的顺序写入现场过程硬件，执行控制操作。其组成框图如下：

NET WORK---6000系统的网络结构

    NET WORK---6000系统控制网络由LIN网、ALIN网和以太网组成，在介绍网络的结构之前，首先介绍一下令牌总线型网络的通讯原理及有关术语。

    令牌总线型网络：为了从根本上消除网络上的冲突，预期在重负载下提高系统效率，将令牌方案应用于总线型网络上，称为令牌总线型网络。在采用总线型网络拓扑结构的网络中，采用令牌环的管理方式，将所有节点构成一个逻辑环，使令牌沿着逻辑环逐个节点传递。从物理上看，令牌帧是以广播的方式发送到网上的。但由于令牌帧是按地址的递减顺序传送到下一个节点的，只有获得令牌的节点才可以发送数据。数据发送完毕（或达到最大令牌持有时间）后，将令牌传递到环中的下一个节点，这样便可完全消除总线型网络中的存取冲突问题。

    令牌持有时间：是指一个节点持有令牌并发送帧的时间。网络分配的令牌持有时间（THT）片用完后，即使节点还没有发送完数据，也应该生成新的令牌发送到环上，供下一个节点使用。剩余的数据只能等到下一次令牌经过，并获得此令牌后才能继续发送。

    令牌帧：在令牌环路中流动传送的一个特殊信息帧，根据当时环中是否有信息传送，可分为自由令牌帧和忙令牌帧。

    令牌总线访问控制的特点：在令牌总线网络中，存取控制主要从以下几个方面考虑：

• 一个令牌控制了对传输介质的存取权利，持有令牌的节点拥有对传输线路的临时控制权，即是只有获得令牌的节点才能向网上发布数据。
• 任何一个节点保持令牌的时间都是有限的，在一定时间后必须把令牌传递到下一个节点。
• 令牌是根据地址传送的，参与传递令牌的节点必须知道三个地址：本节点地址TS，后继节点地址NS，和前趋地址PS。其中TS和NS是传递令牌所必须的 。一个地址从前趋地址接受令牌，向后继节点传递令牌。令牌在整个网中逐个节点传递，其逻辑序号首尾相接。
• 在稳定状态下的操作由数据传送和令牌传送两个阶段交替进行，令牌沿逻辑环传送，而数据在通信节点之间直接进行。
• 在非稳态下，网上所有使用令牌的节点都具有逻辑环的维护功能。
• 令牌传递中如果由于各节点的信息流不平衡时，会造成网络的传输效率很低。

    在了解了有关令牌总线型网络的基本概念之后，就可以对NET WORK---6000系统的网络做进一步的分析。NET WORK---6000系统控制网分为三级：一、以75欧姆同轴电缆为媒体的无主令牌总线型网LIN（就地仪表网）是控制单元和监控站单元之间进行高速对等通讯的主干网，通讯速率为1Mbps，其通讯距离可达1000米，可下挂32个节点；二、作为T103之间的内部通讯网络，采用了低成本的双绞线实现ALIN的对等通讯，其通讯速率有了进一步提高，达到2.5Mbps；三、上位机操作站则采用符合IEEE802.3标准的Ethernet（以太网），支持NETBEUI和TCP/IP协议，通讯介质采用了双绞线，通讯速率高达100Mbps。

2.故障原因分析及解决方案

    根据这三级网络在NET WORK---6000系统中的位置，造成通讯堵塞的原因可能就出在LIN网，因为它是整个网络系统通讯的核心，是基层控制器同向上位机进行通讯的必经通道。但是，由于它的通讯速率最低，所以它又是整个网络通讯系统的瓶颈。因此，解决了LIN网的通讯问题，也就解决了整个网络的通讯问题，所以本文的重点在于论述如何解决LIN网通讯故障方面的问题。

    通俗的说网络通讯就好象是汽车和高速公路，假如汽车要通过高速公路，那么影响汽车通过高速公路的主要原因不外呼两大因素：其一，高速公路本身的状况（诸如宽度，路况等），其二，通过高速公路中的汽车数量。如果说路好车少，那么，就根本不可能出现交通阻塞。所以，解决网络通讯问题，也要从两个方面着手，其一，组成网络通讯介质的性能，其二，网络上通讯数据量的大小。

    LIN网是一种无主广播令牌总线型网络，其特点在前文已经作了简要介绍，要想提高网络的响应速度，从软件方面，主要从以下方面考虑：

    首先，要减少令牌循环的时间，因为每个节点所持有令牌的时间是一定的，节点越多，每个节点控制介质的周期就越长（即节点的等待时间）。因此，在满足节点处理相关任务的同时，应尽量减少节点。所以，我们把#18控制器的有关内容移至#16控制器中，从而减少了一个节点，缩短了令牌的循环周期。另外，在运行方式上，我们采用了一般情况关闭工程师站的方法，以减少网络在初始化的同时，减少节点的数量，从而缩短令牌的循环周期。

    其次，应减少网上数据的数量，这主要可从以下几个方面着手。

• 根据T103控制器所能容纳模块的最大数量（256个）进一步优化控制策略，合并模块减少模块的数量，提高控制器的运算速度。
• 改变取开关量的方法，由原来的模拟量先在不同控制器之间通讯而后取开关量的方法，改为在现场采用各种开关量（压力、差压等）并将其放入和用此开关量的策略在相同控制器之中的办法。这样，其一，减少了A/D转换所花费的时间，其二、减少了不同控制器之间的远程通讯，其三、当令牌循环周期较长时，可以减少数据采集的错误率。从而假如数据有突变现象，因通讯数据量的大大减少，控制过程错过突变现象的几率会相对提高。对于采用开关量的SCS部分来说，可以说在一定程度上说避免了因数据突变而造成设备的频繁动作。
• 把模拟量先从一个控制器中传到另一个控制器（远程通讯）后，再和定值比较产生开关量的通讯方法，改为先在一个控制器和定值比较产生开关，而后再把此开关量传送到另一个控制器的通讯方法。从而大大减少了数据在网上的广播，保证了在令牌持有时间内数据能够完全发送到网上。
• 均衡各控制器的策略分配，使各基层控制器的广播的信息流基本趋于平衡，提高网络的传输效率。（本方案针对令牌总线型网络的特点6）

    在硬件方面，LIN网对传输介质的要求更高。为了使数据公路畅通无阻，我们主要采取了如下措施：

    更换了LIN网电缆，采用LIN网专用电缆，在传输介质方面给予了保证。

    将T型头更换为更适合数据传输的F型接头。

    加装了网络接地。

    将LIN网电缆放入专用屏蔽接地电缆槽内，减少电磁场对网络的干扰。

    对网络电缆的弯曲半径进行了调整（最小半径大于8cm），以减少容抗对数据传输的影响。

    通过改造，#3机组NET WORK---6000分散控制系统的网络通讯性能大大提高。改造前操作站经常由于网络通讯故障出现“？”的现象不再发生；数据采集基本不再出现数据突变，没有再发生因数据突变而辅机顺控不能正确控制的现象；同时，原来由于通讯原因而备用服务器不能很好运行和个别控制器不能在线调试的故障也得到了彻底根治。