1 TOSLINE-S20网络的系统构成

莱钢中型型钢生产线PLC控制系统主要由加热炉(RHF)、粗轧(BD)、精轧(FM)、精轧辅助1(FM AUX1)、精轧辅助2(FM AUX2)、公用(UT)、热锯/冷床/矫直(HS/CB/SS)、编组/冷锯/检查(CT/CS/IB)、码垛(PB)、打捆/成品/剔除(BM/SB/RB)等10套东芝的T3H PLC控制系统组成，各PLC与操作站和过程机系统通过以太网进行数据通信，而整个PLC控制系统则由东芝的TOSLINE-S20网连接在一起，实现PLC与PLC之间的数据通信，另外，各PLC还通过TOSLINE-S20网与东芝的变频器相连，实现PLC与变频器之间的数据通信。整个PLC控制系统的TOSLINE-S20网络图如图1所示。图1中:OS1—触摸屏;OS2~OS8—操作站;RHF P/C—加热炉过程机;MILL P/C—轧机过程机;VF-A5、T-250、T-350、CYC850-变频器。

2 TOSLINE-S20网络的硬件组成

2.1 SN系列工作站
在TOSLINE-S20系统中，工作站采用东芝公司SN系列模块，即S20-站，S20-站有多种系列，可用于东芝不同型号的PLC和不同的传输介质。模板上有状态指示灯、站号设定开关、站复位开关、传输电缆连接接口、RS232C串行接口等。

2.2 传输介质
TOSLINE-S20网络系统可采用两种类型的传输介质，即同轴电缆和光缆。同轴电缆使用特征阻抗为75Ω的5C-2V(JIS C3501)型的细缆，网络覆盖范围可达1km;光缆采用石英玻璃制成的GI型(JIS C6820) 50/125μm的光导纤维电缆，网络覆盖范围可达10km。不同的传输介质对应不同的SN模板。莱钢中型型钢生产线采用光缆为传输介质。
2.3 网络互连设备
(1) BNC连接器 同轴电缆的端头均采用BNC-P-5型连接器。
(2) T型头 当连接分支同轴电缆和SN模板时，采用BNC-TA型的T形头。
(3) 星型耦合器 是一种光纤分配器，有多路光纤端口，当SN模板与传动通信时，先通过光缆连接SN模板与星型耦合器，再通过星型耦合器使用光缆连接到各个变频器上，以进行数据通信。

3 TOSLINE-S20网络的软件系统

3.1 S-LS软件
S-LS软件是TOSLINE-S20网的专用软件,该软件可运行于IBM及其兼容机上，用于设定传输参数、监视TOSLINE-S20网上各站的运行状态，在该系统中，由S-LS设定的传输参数存储在PLC的EEPROM内。
3.2 T-DPS软件
T-PDS(V1.3)软件是东芝公司提供的编程软件，该编程软件基于Windows NT/95系统，适用于东芝T-系列PLC，可进行离、在线编程、监视执行状态、数据设定等，操作方面、直观，具有在线跟踪和程序诊断功能[1]。
T-PDS可连接S20-站的串行口(和T3H CPU模块上的编程口一样)，通过S20网对任一站进行远程编程和监控。

4 TOSLINE-S20网络的基本原理

TOSLINE-S20网是一个令牌总线网络，S20网最大传输距离10km，通信速率可达2Mbps，最大可挂接64个站，传输编码采用曼彻斯特或差分曼彻斯特编码，调制方式采用基带传输方式，提供扫描传输(周期广播)和消息传输(请求传输)通信服务。
在TOSLINE-S20网上，工作站是以数据包的形式来发送信息，数据包包括扫描帧和数据帧。数据包的发送顺序如图2所示，首先，由主工作站发送同步帧，然后，每一个工作站按照其站号顺序依次发送数据包，当最后一个工作站发送完毕，主站又重新发送同步帧，开始下一轮的数据传输。其中，S表示同步帧，用于标记一个传输周期(扫描周期)的起始，并使接收端在数据接收过程中始终与发送端保持同步。

目标扫描时间是TOSLINE-S20网的一个重要时间参数，它用来限制一个扫描周期内数据传输的时间。如果传输周期(即工作站从上次获得数据传输令牌到该次获得令牌的时间)比目标扫描时间长，则该工作站只允许发送扫描帧而不能发送数据帧。这样就能保证所有的工作站可以获得相对均等的数据传输机会，并可以防止因接受端的缓存溢出而造成网络堵塞的现象。因此目标扫描时间必须大于所有工作站发送扫描帧所用的总时间。
在TOSLINE-S20网上始终有一个令牌在网中循环，只有拥有令牌的工作站才有权发送数据。每个工作站都有一个通用存储单元，该存储单元的大小为1024字节。当一个工作站要发送数据时，它将数据写到通用存储单元中，在网上以广播的形式传播。其他工作站将收到的信息暂时存储到通用存储单元中，所以每个站通用存储单元中的数据在每次扫描周期内都是不一样的。该存储单元在使用之前必须由S-LS软件划分成发送块和接收块，并由T-PDS软件将为每个块分配寄存器地址。
每一个工作站都必须有一个唯一的站号，TOSLINE-S20网允许的站号范围是1-64，站号是通过SN322模块上的旋钮开关设定的，STNH和STNL旋钮分别对应高位和低位，例如，如果STNH=2，STNL=3，则站号对应23。当所有的工作站接入TOSLINE-S20网并上电后，具有最小站号的工作站将成为主站，其余的站为从站，主站负责确定整个网络的时钟。站号确定后还必须对每个工作站的数据发送块进行划分，接收块由系统自动设定，这项工作通过S-LS软件来设定。

5 TOSLINE-S20网络的RAS功能

5.1 维护功能
在同轴电缆连接方式下，如果任何一个站下线或掉电，则该异常的站就会从S20系统断开，剩余站的通信将重新启动。如果同轴电缆被损坏，由于出现异常的终端阻抗，则S20系统将不能再继续进行正常的通信。
在光缆连接方式下，如果是发生一个站下线，则该异常的站就会从S20系统断开，剩余站的通信将重新启动;如果是一个站掉电，则S20系统将在掉电的站处把S20系统分成两个独立的S20系统。如果光缆的传送和接收线路均被损坏，则S20系统就被分成两个独立的S20系统;如果只损坏了一根，则S20系统仍将系统分成两个系统，但是由于其中一个系统的干扰，另一个系统将不能进行正常的通信。
5.2 自诊断功能
S-20系统有下述自诊断功能:
(1) 初始化自诊断
a) 对ROM BCC、RAM读/写、CPU及外围LSI、站号进行检查。若异常，该站将下线，不能再与其它站进行通信，该站需要重新断电后再上电或按SN模板上的复位开关。
b) 对传输参数(EEPROM)进行检查，若异常，该站将变为备用状态，不能再进行扫描传输(周期广播)，但还能进行消息传送，该站需要对传输参数进行重新设定。
(2) 运行自诊断
a) 对看门狗定时器、异常传输进行检查，若异常，该站将下线，不能再与其它站进行通信，该站需要重新断电后再上电或按SN模板上的复位开关。
b) 对接收帧进行检查，若异常，该站忽略该异常的帧。
c) 对响应进行检查，在消息传输情况下，如果从目的站来的响应没有接收到，该源站将重新发送一次消息帧。
d) 对无信号情况进行检查，如果无信号情况不超过规定的时间(主站下线)，该站将重新组态运行。
5.3 LED指示功能
S20站有STN、ONL和SCAN等LEDs，通过这些LEDs，可以指示各站的运行状态。
5.4 T3H及S-LS监控的RAS信息
S20系统RAS信息(例如站状态、在线映像、备用映像、扫描状态映像等)映射在T3H的专用寄存器(SW)中，该信息可通过T3H的用户程序进行解读。
通过S-LS，也可以监控S20系统的RAS信息(例如站状态、在线映像、扫描状态映像、站下线信息等)。

6 结束语

TOSLINE-S20网络运行情况一直非常稳定可靠，功能比较强大，能完全满足控制要求和生产要求。

参考文献
[1] 胥爱国，王希涛，任勋益. 莱钢中型型钢锯切自动控制系统[J]. 冶金自动化，2001,25(6):42～46.

作者简介
胥爱国(1972-) 男 工程师 主要从事计算机与自动化控制方面的设计与开发。