基于嵌入式Internet的通用型远程终端设备-Webit-GRTU

3.2Webit-GRTU体系结构

Webit-GRTU采用通讯和控制分开的体系结构。Webit-GRTU的数据采集与控制输出部分采用了INTELMCS80C196芯片，完成遥信、遥测、电能脉冲记数及遥控输出等功能，采用16 bit数据总线。

Webit-GRTU通讯模块则是以Atmel公司的AT90S8515微控制器为核心，配以Realtek RTL8019AS 10M以太网接口芯片，具有RJ-45接口、14位TTL电平双向I/O、UART口和ECP系统编程口，如图3所示。图中软件结构主要包括：实时内核WebitX 2.0、thin TCP/IP协议栈和RSC(Remote System Control)。其中RSC主要用于系统参数设置、电源监测，系统的远程复位和启动；thin TCP/IP协议栈包括ARP、IP、ICMP、UDP、TCP、HTTP、TFTP、SNMP等协议。另外，外部设置了SEEPROM存储器，用于存放用户数据，如系统参数、HTML网页、GIF和JPEG图像等，由WebitX 2.0的文件系统来管理。系统有RS-232、RS-485串行通讯接口，数据传输率在300～57 600之间选择，以IEC 60870-5-101通讯规约通讯；以太网通讯速率为10 Mbps，支持标准的TCP/IP协议，以IEC 60870-5-104通讯规约通讯。

通讯模块和数据采集控制模块的数据交换通过IDT7130开辟公用内存区进行。这是一种高速双口静态RAM，片内含总线仲裁电路，有两套独立的控制和地址总线，适用于CPU间大量数据快速双向传递。

公用内存区则主要用于存放RTU遥信、遥测等四遥信息。

4 典型应用

图4是某钢厂LF(Laddle Furnace)精炼炉控制系统的网络结构拓扑图，它是Webit-GRTU的一个典型应用(由于该控制系统比较庞大与复杂，本文主要针对Webit-GRTU的控制部分)。


4.1 工艺

Webit-GRTU控制该系统的喂丝机部分，它与LF炉本体控制PLC、上料控制PLC以及操作员站处于同一TCP/IP局域网络中。在钢水精炼过程中，LF炉要不断地通过喂丝机来添加金属复合材料。而金属添加量因钢水的品种和成份含量的不同而不同，并要求随精炼时间的推移不断进行调整。其作业现场温度高、电弧干扰强、环境恶劣，不适合手工现场操作。

一方面，Webit-GRTU自身可以通过内置软件实现喂丝机的智能控制和人工控制，调整喂丝机的喂丝速度和时间间隔，另一方面，Webit-GRTU需要和LF炉本体控制系统保持通讯，不断地接受钢水品种、成份、精炼时间及其他相关参数和指令，优化喂丝机的控制过程。

4.2 性能分析

本系统中的主站通讯全部采用TCP/IP网络结构，分布式I/O采用PROFIBUS现场总线结构。Webit-GRTU、Intouch监控系统、Siemens PLC S7-400等之间无需中间转换装置便能较好地协同工作、交互数据。其中Webit-GRTU发挥了独立智能控制及协调能力，并经受住钢厂恶劣环境的考验。

比较原来使用Modbus通讯的RTU，每个操作站和服务器接收RTU数据都要配置专门的Modbus通讯模块和通讯软件，而使用Webit-GRTU，通过ActiveX、DDE、OPC很方便的将RTU控制和PLC控制系统融为一体，无须额外的软硬件投资。Webit-GRTU采用了RTL8019AS 10M以太网卡，经测试，单字节传输速率一般在720μs左右，与传统的RTU串行传输方式相比，速度提高了30～100倍左右。实际应用中，操作站画面的数据扫描周期由原来的5~10 s缩小到2 s以内，完全符合工艺控制要求。同时Webit-GRTU突破了传输距离的限制，通过网关和路由，可以将信息传递到Internet网的任一角落。

5 结 论

Webit-GRTU不仅遵循IEC 60870-5-101/104通讯规约，较好地解决了设备之间的互联及升级问题，而且将RTU的通讯速率提高到了微秒级，保证系统的实时性。实践证明，Webit-GRTU具有网络布线简捷，可扩展性好，抗干扰能力强。它为传统RTU低成本更新换代提供改造参考，通过统一的Internet/Intranet网络覆盖全部智能设备，为实现管控一体化的透明工厂思想开辟了一条有效途径.