Geinus I/O总线在自动控制系统中的应用

1引言

    geinus i/o总线是美国ge fanuc自动化公司推出的一种工业控制总线，它既是i/o总线又是通信网络，非常适合于大量i/o处理和数据传输。可作为一个网络、或作为一个交换实时信息的高速局域通信网络而进行工作，对安装在不同位置上的i/o系统进行控制。
   
    ge fanuc自动化公司的多种产品支持geinus i/o总线，如plc 90-30、plc 90-70、versamax、field control、powermate h和d、ge传动、人机接口软件cimplicity hmi 和frameworx。geinus i/o总线稳定性极强，适于高速及长距离传送，是一种确定性和开放性的总线，是为工业环境中的可靠通信而设计的，是一种重要的工业应用总线和最具特色的plc网络通信。

    genius是一种将i/o监控系统与信息处理集成于一体的分布式i/o系统。genius总线已成为分布式i/o的工业标准，引导外设和接口的开发。

2 genius i/o总线

2.1 genius总线结构
   
    genius i/o总线结构和传输如图1，适用于不同距离下的高速数据传输，除i/o传输器外，还要求多种总线设备间进行数据传输。

（1） genius总线采用逻辑令牌环作为介质访问控制协议构成，总线上的每个网站都有权获得令牌来发送数据，总线上不存在一个主通信控制器。genius总线是一种点对点的“令牌总线”系统，在网络中有一种电子“令牌”（token）传送给每台设备，通过它传输输入和诊断信息。

（2） genius总线提供全局数据（global data）和数据报文（data gram）两种类型的信息传送方式。前者可自由收发数据而无需编程，后者是从总线上一台设备送到另一台设备的直接信息传送。

（3） genius总线采用调频（fsk）的方式对数据信号进行调制，即:用高频信号代表0，低频信号代表1。这种调制方式使得genius总线的抗干扰性得到提高、传输距离增长。

（4） genius总线采用如下方法保证通讯可靠进行:每个数据被编码后，连续发送三次，接收方作三选二表决。接收完一个完整的数据包之后，接收方会对整个数据包作crc-6环冗余校验，一旦校验失败，数据包会被要求重发。

2.2 genius总线特性

（1） genius总线是开放的，通过与其它总线的接口，使用户现存的网络与genius总线相连。通过加拿大pro-log公司的genius远程接口grl，可实现genius与a-b公司的产品的通信;通过horner electric公司的genius gateway模块ggm，可应用在scada系统中，可以与modbus/rut的主站通信。[page]

（2） genius总线的互连性已向下扩充到设备一级，具有现场设备级接口。如pmeumatic 公司、numatics公司的阀可直接由genius总线进行控制。

（3） genius总线具有与多种计算机操作系统的接口，软件应用具有最大的灵活性，包括基于pc的人机接口软件包及控制和数据采集软件。

（4） 通信当中出现的总线错误不防碍i/o系统的正常的连续操作和运行。如果发生了总线错误，那么不正确的数据被拒绝，相应的总线故障被报告给主处理器。连接到通讯总线上的所有的设备之间是隔离的。

（5） 在genius总线上可以使用几种不同的通信连接方式，如通过光缆接口使用光纤实现通信、通过红外收发器接口实现无线通信、通过汇流环接口实现船用环境的通信。

（6） genius总线支持冗余配置，包括通信电缆和i/o模块。

2.3 genius总线技术指标

（1） 通信速率:153.6kbit。
（2） 在不使用中继器的情况下genius总线最长通信距离可达2.3km。
（3） 一条总线上最多可连接32台设备，包括计算机、plc和其它设备。
（4） 总线支持的物理介质包括双绞线和光纤，总线电缆为单屏蔽双绞线时与地面1500v绝缘，可避免电子噪音的影响。
（5） 总线扫描时间独立于plc扫描时间。
（6） 对每个网站的数据吞吐量为:发送128 bytes ，接收128 bytes。
 
3  genius网络的实现

3.1 genius总线接口
 
    在许多应用中，genius总线需要与运行在plc或主计算机上的控制程序交换信息。ge fanuc有多种类型的genius接口，总线控制器（gbc）、通信模块（gcm）和总线接口单元（gbi），是实现genius网络的重要环节。gbc支持genius局域网络、gcm支持对等设备的genius通信、gbi支持genius现场总线的实现。ge fanuc自动化产品的genius总线接口及应用及应用如附表所示。

3.2 genius网络的配置

    应用于工业企业dcs自动控制系统的一种简单和典型的genius网络结构如图2所示，具有独立节点的一个以上的plc控制站和一台以上的pc机和相应的网络设备。pc机，即操作站或工程师站;plc控制站为ge fanuc自动化公司的90-30 plc或90-70 plc或versamax 系列等。

    以90-30 plc系列为例，一种简单的网络设备基本配置如下:
（1） cpu模块
    ic693cpuxxx（cpu311、cpu313、cpu323、cpu350、cpu352、cpu360、cpu363、cpu364）plc站控制器;[page]

（2） 总线接口模块（gbc）:
   ic693bem331;
   genius网络电缆:屏蔽双绞线或光纤;
   genius i/o总线终端插头:ic693acc307;
   genius i/o ibm pc接口卡:ic660elb921（单通道），pcim卡，遵守isa总线协议;

（3） pc机
    pⅲ或pⅳ机，大于20g硬盘，大于128m内存，支windwods2000或windwosnt4.1操作系统软件运行，具有isa总线扩展插槽。

3.3 genius网络的主要特性

（1） 总线型网络拓补结构
   
    通过多点连接（multi-drop）将每个网站接入，构成总线型网络拓补结构，每个网站是通过磁耦合挂在总线上的，一个站设备出现故障，并不影响整个总线的通讯，安全性强。

（2） 简单的i/o控制
   
    通过gbc模块可对genius i/o模块进行简单的i/o控制，也可构成genius区域网络通信系统。

（3） 安装简单方便

    为本地背板安装，是即插即用网络。
（4） 具有故障自诊断功能，易于网络的编程与组态。

（5） 对离散和连续过程控制应用场合，均具有确定性和可重复性功能。

（6） 扩展性强

    网络为模块式结构，可根据需要进行扩展，不影响已建成和正在运行的部分。

（7） 网络结构具有良好的开放性，利于网络的管理。

3.4 genius网络的主要技术指标

（1） 通信速率:153.6kbit;
（2） 最长通信距离可达2.3km;
（3） 最多可连接32个站;
（4） 总线支持的物理介质:双绞线和光纤;

3.5 genius网络的编程
   
    每个站通过硬件设定一个独立的站号，并在下列软件开发环境下，完全实现一个genius网络的编程。

（1） gbc模块的编程
    
    ge fanuc自动化公司提供的logicmaster 90软件，提供了用于plc站的通信功能的编程，包括gbc模块的编程，编程方式为组态式。软件具有提供系统的通信、诊断特性，通用的用户界面和特性设置、通用的梯形图指令集、i/o组态功能和可靠的通信功能。[page]

（2） pcim卡的软件
   
    含串行接口软件和pcim管理软件，前者为genius网络和双口ram（dpr）提供通信接口。串行接口软件和pcim管理软件之间有一个公共存储区，即共享ram区域。从双口ram区域中出来的数据由pcim管理软件格式化后送至共享ram接口（sri）和存储器中。

（3） genius网络监控
   
    工业dcs系统常通过上位机人机交换界面实现对网络的监控，上位机就是系统的操作站，其网络接口都配有合适的软件，提供开发平台和操作系统。ge fanuc自动化公司提供的配套自动化软件cimplicity提供了透明的编程方法，此外目前应用较广泛的其它自动化软件如intellution公司的ifix、wonderware公司的intouch等也都提供了相应的驱动软件。

4  genius网的工程应用

    四川华蓥山水泥厂是一干法转窑水泥厂，工艺流程从石灰石破碎、原料输送、生料磨、生料储备、煤粉制备、烧成、熟料输送、熟料储备，到水泥磨和水泥储备。厂dcs自动控制系统设置三台操作站和三个控制站，控制站采用ge fanuc的90-30系列plc，每个站配置一块gbc总线控制器;操作站选用工业控制计算机，每个站配置一块pcim卡，通过genius i/o总线实现系统的通信，通信介质为双绞线，网络通信的编程通过ge fanuc与硬件配套的软件环境实现。使用wonderware公司的intouch人机界面软件环境实现系统监控软件的开发，如图3。系统投入运行以来运行状态很好。

（1） 生料控制站
   
    采集和处理石灰石破碎、原料输送、生料磨、生料储备、烧成窑尾工艺的各种信号，实现生料磨的负荷自动控制、窑尾喂料的自动控制、增湿塔温度自动控制、原料仓和生料仓的料位联锁控制，同时实现各台电气设备的启/停控制和设备间的工艺联锁控制。

（2） 烧成控制站
   
    采集和处理烧成窑中、烧成窑头、煤粉制备工艺的各种信号，实现煤磨温度自动控制、煤粉仓料位联锁控制，同时实现各台电气设备的启/停控制和设备间的工艺联锁控制。

（3） 水泥控制站
   
    采集和处理熟料输送、熟料储备，水泥磨和水泥储备工艺的各种信号，实现熟料仓、水泥仓料位联锁控制，同时实现各台电气设备的启/停控制和设备间的工艺联锁控制。

    3台操作站分别监控石灰石破碎、原料输送、生料磨、生料储备、烧成窑尾工艺，烧成窑中、烧成窑头、煤粉制备工艺和熟料输送、熟料储备，水泥磨和水泥储备工艺，并互为冗余，实现操作、监视、报警、记录、存储和报表等功能。

5  结束语

    geinus i/o 总线技术在自动控制系统中的应用，优化了自动控制系统的结构，系统的合理配置极大地降低了成本。其在工程实践中的成功应用，证明了genius网络具有可靠性高、操作简单、维护方便等特点。

参考文献
[1] 冯 勇. 现代计算机控制系统[m]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1997.
[2] 何衍庆,俞金寿. 集散控制系统原理与应用[m]. 北京:化学工业出版社，2002.