Genius双总线在提升系统中的应用

◎ 高翔｜文

Genius I/O 总线技术结合PLC控制技术应用于深井提升系统自动化中，而深井提升系统由其自身所处恶劣的环境、工艺特点和安全性能要求等特点，让Genius I/O 总线技术在深井提升系统自动化中发挥得淋漓尽致。

目前,现场总线的应用在工业控制领域日益广泛,使用一条通信电缆构成通信网络就可将分散的现场设备连接起来，并实现实时监控,因此具有可靠性高、节省线缆费用、安装费用低、维护和维修方便等优点。在一些可靠性要求更高、设备分散、通信电缆较长和网络走线现场环境恶劣等复杂情况，致使通信电缆发生受潮严重发现短接、容易断裂、接头易松动的等诸多不可预测难于维护的问题,由一条通信电缆构成的总线网络已满足不了日常使用可靠性需求,此时选用双总线冗余系统，即可满足日常应用需求，又可满足可靠性、安全性的双重要求。

在深井电控系统中,采用了一套基于Genius双总线冗余的PLC控制系统。以满足提升系统对可靠性、安全性的要求。本文将简要介绍Genius双总线在该系统中的应用。

概况

深井提升系统是矿井连接地面和井下的咽喉设备；深井提升装备是开采深部地下矿物资源所必需的重大关键设备，提升系统的安全、可靠、高效运行对矿物资源的开发利用具有巨大作用，在工业生产和经济建设中占有极其重要地位。深井井筒装备长期处于潮湿、淋水、酸碱浸蚀和距离远等恶劣环境中，在该环境中对装备要求也极其严格，其自动化的使用要求：性能可靠稳定、抗干扰性强、实用和易操作。Genius 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。Genius I/O总线稳定性极强，对于长距离高速传送效果极佳，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，并且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，是一种广泛的工业应用总线和PLC网络通信技术，可作为一个网络或作为一个交换实时信息的高速局域通讯网络而进行工作，对安装在不同位置上的I/O系统进行控制。能满足深井提升系统在恶劣环境中的使用要求。

工作原理

Genius Bus是GE Fanuc公司推出的一种可用于多个自动控制系统之间或自动控制系统与分散的现场I/O设备之间进行实时数据高速传输的现场总线。它采用IEEE802.4通信协议,属于令牌总线网络,各网上设备通过优化的“令牌传递”式进行对等通信。

1.Genius I/O总线特性

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，开放的传送方式通过与其他总线的接口，使用户现存的网络与Genius总线相连。总线具有向下扩充到设备一级的互连性，具有现场设备级接口，具有与多种计算机操作系统的接口，使软件应用具有更大的灵活性。在总线上可以使用几种不同的通信连接方式，通信当中出现的总线错误不妨碍I/O系统的正常连续操作和运行，总线对数据信号采用调频(FSK)的方式进行调制，使得总线的抗干扰性得到提高、传输距离明显增长。总线保证通讯可靠进行采用如下方法：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，不正确的数据将会被拒绝，同时该系统会要求重发数据包和向主处理器报告相应的总线故障。总线支持冗余配置，包括通讯电缆和I/O模块，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，安全性能更加安全可靠。

2.Genius I/O总线技术指标

Genius总线具有长达2300米的通信距离和153.6kbit通信速率，一条总线上最多可连接32台设备，可包含计算机、PLC和其他相关设备，支持双绞线和光纤等物理介质，总线电缆为单屏蔽双绞线时与地面1500伏绝缘，可避免电子噪音的影响。总线扫描时间独立于PLC扫描时间，对每个网站的数据吞吐量为：发送128bytes，接收128bytes。

3.Genius双总线冗余系统的工作原理

系统把双总线网络作为两个对等平行网络,称为A网和B网,整个双总线冗余系统中的各站设备既作为A网的一个站,也作为B网的一个站。工作任务开始时，A网和B网同时运行，网上各站设备工作可任意选择在A网或B网上，但同一时刻，任一个网上设备只能在A网或B网上工作。在系统运行中，当各站设备检测到其当前工作的总线网络有异常时，便立即将本站切换到另一总线网络上继续工作，从而保证主站与子站通信的连续性，继而实现整个系统的可靠工作。

效果验证

通过对深井提升中使用Genius双总线控制系统的矿山和其他控制系统进行咨询，该控制系统从安装使用至今，为设备的正常、安全、可靠运行提供了保障，Genius双总线控制系统与其他总线相比有以下六个方面的优点：

Genius双总线结构控制系统应用与传统硬线连接比较，电缆的使用明显减少，减少工程安装的工作量，缩短安装、调试时间，便于后续维护保养工作。

提高系统运行的可靠性。由于通讯电缆在深井中采用悬挂敷设，井筒工况较差，电缆容易损坏，采用双总线热冗余可以实现A总线出现故障时自动切换到B总线，确保提升机的安全运行。

故障排查的快速、准确，系统主PLC能够实时对Genius总线控制单元Genius NIU进行检测，当网络发生局部故障时,主PLC能自动记录故障代码及信息，在处理故障时，就可以通过PLC故障表查询，从而有针对性地对故障进行处理，方便维护和管理。

系统的准确性和可靠性明显提高。智能化、数字化的现场设备让测控系统的精确度更加精准，减少传递误差，避免事故发生。另外由于系统结构较为简单，相对连接设备减少，而现场设备功能加强。从而减少了信号往返传输，提高了系统的工作可靠性。

高度分散的系统结构。现场总线已构成一种全新的分散控制系统，从根本改变现有DCS的结构体系，充分体现了分散控制、集中管理的设计思想，简化了系统结构。

能适应现场复杂的恶劣环境。在生产现场前端工作，作为工厂网络底层的现场总线，是专为现场不同环境设计的，可采用两线制实现供电与通讯，可以支持双交线、光纤、同轴电缆等多种传输介质，具有较强的抗干扰能力，并可满足防腐和防潮要求。

图1 Genius双总线冗余的PLC控制系统结构图

图2 Genius NIU结构示意图

硬件构成

控制系统的结构如图1所示,由1个GE90-30PLC主站和12个Versa Max远程I/O子站组成,通过冗余的Genius双总线把各站间连接起来,传输介质采用屏蔽双绞线。

该系统中,主站采用的GE90-30PLC是一种模块式结构的PLC,它由一个10槽的主机架、一个电源模块、一个374型CPU模块、两个Genius网络控制器GBC和高速计数模块组成,各模块插在机架底板上,通过背板总线相互交换信息和命令。两个GBC模块用于完成A网和B网的通信控制。Versa Max远程I/O站由一个Genius网络接口单元NIU、一个电源模块和若干个I/O模块组成。图2所示为Genius NIU结构示意图,它具有A、B两个网络接口,用于把子站连接到两个Genius总线网上。Genius NIU内部集成了一个网络切换模块BSM,BSM能在线监测本站当前总线网络的运行情况,并在检测到当前网络局部故障时,立即把本站切换到另一个网络,从而实现双总线冗余功能。

结束语

本文介绍的深井提升系统上的Genius双总线冗余PLC系统在工程中的应用，井筒潮湿、环境恶劣复杂多变、距离远等众多特点具有典型的代表意义，较之单总线系统，Genius双总线冗余系统克服诸多难点，使网络可靠性大为提高,经济和社会效益显著，有很好的推广应用价值。