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供稿︰摩莎科技(上海)有限公司 2002/7/18 18:55:00

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摘要︰本文主要介紹了虛擬令牌傳遞方式在控制系統中的應用,重點介紹了虛擬環形網令牌傳遞方式控制數據傳輸的機制。
關鍵詞︰串行通訊 令牌傳遞
The Application of Virtual Token Passing in Controlling System
SHI Jun-hua
Abstract: This paper mainly introduce the application of Virtual Token passing in controlling system,especially introduce the rule of transmiting data.
Keyword:Serial communication Token passing
串行通訊端口( Serial Communication Port)在系統控制的範疇中一直佔有極其重要的位置。在工業控制方面,具備通訊功能的智能設備最簡單最常用的接口便是RS232/RS485,簡單易用。令牌環(Token Ring)是采用最為普遍的無沖突訪問介質訪問控制,環中只有一個令牌在循環傳送。任何一個節點要發送數據,必須等到循環的令牌通過該站,然後將數據送入環中並將令牌傳送至下一個節點。結合具體的系統需求,將令牌環應用到串行通訊訪問控制中,將會收到很好的效果。
我公司新開發研制的DLCS2000集散控制系統上位機與現場控制器間采用的便是RS232/RS485串行通訊方式。最初設計的是主從式通訊方式,但在調試過程中發現該方式不能很好的滿足系統對實時性、可靠性的要求。結合系統的具體情況,改為虛擬令牌方式進行通訊,系統的實時性、可靠性有了很大的改觀。現對此做一介紹。
該系統結構如下︰



系統由工程師站、操作站、現場控制器組成。現場控制器為可編程控制器,支持RS232/RS485通訊,這里選用RS485通訊,多個控制器的RS485端並接通過RS232/RS485轉換模塊與工程師站的RS232通訊口相連接完成數據的交換。工程師站與操作站間通過以太網進行數據的交換。現場控制器主要完成現場數據的采集、報警、控制運算、控制輸出等,同時將現場采集的數據傳到工程師站並將工程師站的命令進行轉換輸出控制現場的設備。工程師站提供現場控制的人機接口,負責接收現場控制站傳來的現場數據並以棒圖、趨勢曲線、報表等方式進行管理,同時負責將現場操作、控制命令傳達給現場控制器,由控制器完成具體的計算控制功能。操作站分散在現場的不同地方,從工程師站共享數據,完成現場的檢測控制功能。影響該系統性能的關鍵是工程師站與各現場控制器間的數據通訊。
工程師站與各現場控制器間采用虛擬令牌傳遞方式進行通訊。
首先,將系統虛擬成一個環行網結構,每個通訊節點(包括上位機和控制器)作為環行網結構中的一個節點。例如︰有4台現場控制器,1台上位機,則該環中共有1+4=5個節點。令牌環行傳遞的順序為︰1→2→3→4→5→1
然後,在環行網中虛擬一個權限令牌,在各節點間傳遞。節點收到令牌時立即發送響應信號(在中斷中執行),然後發送數據(在主程序中判斷如果有數據需要發送則發送,否則不執行),接著向下一個節點傳遞令牌。令牌發出後,等待響應信號,如果等待超時,則跳過下一個節點繼續向其下一個節點傳遞令牌,如果收到響應信號,則解除等待狀態。該方式中的幾點說明︰(上位機對應上述工程師站)
1、節點號︰在虛擬環行網中,節點順序排列為︰現場控制器從1號(與其地址對應)開始逐個遞增,上位機節點號為環中最大節點號。
2、信號響應方式︰當節點接收到令牌應立即發應答信號,然後判斷是否發送數據,接著向下一節點傳遞令牌,等待應答信號。當節點收到應答信號,解除等待狀態。如果在等待應答過程中超時,則跳過下一個節點,向下一個節點繼續傳遞令牌。
3、主節點︰在虛擬環行網中,上位機節點作為主節點,啟動後等待一段時間如果沒有收到令牌,則主動生成一個令牌向1號節點傳遞。在運行過程中,上位機檢測兩次收到令牌的時間間隔,如果第一次收到令牌後,經過一定時間後未收到令牌,則認為令牌在傳遞過程中丟失,上位節點主動生成一令牌向一號節點傳遞。
4、有關令牌傳遞的幾個變量和常量說明︰
RingFlag:令牌持有與否的標志(1︰持有令牌 0︰不持有令牌)
WaitAck: 等待應答信號的標志(1︰等待應答 0︰解除等待應答)
CycleCount︰等待應答期間計時變量(接收到應答時便清零,等待應答時循環累加計數)
RingTime︰兩次收到令牌的最大時間間隔(預定義常量)
CycleNum︰等待應答超時上限(預定義常量)
NodeNum︰環行網中節點總數(預定義常量)
經測試和現場的實際應用,認為利用虛擬令牌傳遞方式進行多節點間的數據通訊,有利于提高系統的通訊速度即系統的實時性,同時因通過虛擬令牌來控制發送數據的權限,避免了多個節點同時發送引起沖突而導致數據出錯的情況,降低了數據傳輸的出錯率即提高了系統的可靠性。較主從式通訊方式相比,在實時性和可靠性上都有很大的提高。
串行通訊由于其簡單易用而被廣泛應用,選用哪種方式應根據對具體性能要求的不同而考慮采用不同方式,以達到適用的效果。本文介紹的是在實時控制系統中所采用的一種方式,采用虛擬令牌傳遞來控制各節點的數據傳送,以提高系統對實時性、可靠性的要求。其它方式可以查閱相關的文獻資料,本文只起到拋磚引玉的作用。
參考文獻
1、範逸之 VB與 RS232串行通訊控制 中國青年出版社,2000-08
2、雷震甲等著 計算機網絡 西安電子科技大學出版社 1997-04
3、Stallings W. Data and Computer Communications,4th Edition. Macmillan Publishing Company,1994

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