周大勇 劉德康 劉亞娟 沈立人

（中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 嘉定園區(qū) 上海 201800）

以太網(wǎng)技術(shù)在SSRF設(shè)備控制中的應(yīng)用

周大勇 劉德康 劉亞娟 沈立人

（中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 嘉定園區(qū) 上海 201800）

隨著工控技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller, PLC)基本都具備了以太網(wǎng)連接功能。上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility, SSRF)大量采用了PLC作為設(shè)備控制器。應(yīng)用以太網(wǎng)技術(shù)在上海光源設(shè)備控制中，通過(guò)以太網(wǎng)技術(shù)可以使設(shè)備控制器直接連接至控制網(wǎng)絡(luò)。采用以太網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)也便于系統(tǒng)維護(hù)和升級(jí)。

以太網(wǎng)，EPICS，可編程邏輯控制器，設(shè)備控制

上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility, SSRF)控制系統(tǒng)軟件基礎(chǔ)平臺(tái)使用EPICS[1–2]系統(tǒng)，EPICS即“實(shí)驗(yàn)物理及工業(yè)控制系統(tǒng)”(Experimental Physics and Industrial Control System)，是20世紀(jì)90年代初由美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LANL)和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ANL)等聯(lián)合開(kāi)發(fā)的大型控制軟件系統(tǒng)。發(fā)展至今，已被全世界數(shù)十個(gè)大型科學(xué)研究工程項(xiàng)目所采用，涉及粒子加速器和探測(cè)器系統(tǒng)、同步輻射裝置、大型天文望遠(yuǎn)鏡以及飛機(jī)工業(yè)等領(lǐng)域。EPICS經(jīng)過(guò)多年準(zhǔn)備和實(shí)踐，源碼現(xiàn)已公開(kāi)，已被選作開(kāi)發(fā)SSRF控制系統(tǒng)的基本軟件平臺(tái)。在此基礎(chǔ)軟件平臺(tái)上加以擴(kuò)展，開(kāi)發(fā)一組EPICS增強(qiáng)軟件系統(tǒng)，用以組合整個(gè)SSRF控制系統(tǒng)軟件以及與其它系統(tǒng)的互連。EPICS控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 EPICS控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 EPICS control system architecture.

1 控制系統(tǒng)的組成

EPICS基本由三部分組成：(1) 操作員接口層(Operator Interface, OPI)，位于控制系統(tǒng)的頂層，具有訪問(wèn)整個(gè)控制系統(tǒng)的能力，同時(shí)兼具與外部系統(tǒng)的通信聯(lián)結(jié)。通過(guò)人機(jī)交互界面監(jiān)控內(nèi)部系統(tǒng)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)設(shè)置/回讀、報(bào)警處理、數(shù)據(jù)存檔等功能。(2) 輸入輸出控制器 (Input/Output Controller, IOC)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線或直接I/O方式控制前端設(shè)備控制器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、控制量的設(shè)置、響應(yīng)監(jiān)控層或其他IOC的請(qǐng)求、處理來(lái)自設(shè)備控制層的外部事件等；局域網(wǎng)(Local Area Network, LAN)，即以太網(wǎng)，EPICS通過(guò)Channel Access協(xié)議實(shí)現(xiàn)IOC和OPI的通訊。(3) 設(shè)備控制器(Device Controller)，主要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制，設(shè)備控制器一般通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線或以太網(wǎng)與IOC連接。

上海光源控制系統(tǒng)采用EPICS結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)底層設(shè)備控制器大部分為可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller, PLC)。隨著以太網(wǎng)技術(shù)[3]的發(fā)展，一些PLC廠商也開(kāi)發(fā)了以太網(wǎng)模塊，用于現(xiàn)場(chǎng)信息的采集和控制。

以太網(wǎng)連接技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)之一，就是無(wú)論是診斷數(shù)據(jù)還是控制信號(hào)，都能在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部和不同網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行傳送。在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工程中還能節(jié)省大量的勞動(dòng)力和材料成本，因?yàn)樗恍枰惭b過(guò)多現(xiàn)場(chǎng)I/O模塊機(jī)架，也節(jié)省了遍布各處的通信線纜。以太網(wǎng)用單一電纜取代了眾多的接線。大量設(shè)備都可以通過(guò)這條電纜聯(lián)網(wǎng)，而且一旦建立了以太網(wǎng)連接，設(shè)備的功能測(cè)試就成為一件非常簡(jiǎn)單的事情，用戶只需要從任何一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的PC上直接“Ping”一下希望測(cè)試的設(shè)備即可。

SSRF控制系統(tǒng)是建立在以太網(wǎng)之上的，所有的設(shè)備控制、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)都要通過(guò)以太網(wǎng)來(lái)進(jìn)行。目前在上海光源所使用的絕大部分PLC設(shè)備控制器都具有以太網(wǎng)連接功能，主要應(yīng)用如下：

(1) 橫河FA-M3系列，以太網(wǎng)連接，驅(qū)動(dòng)程序?yàn)镋PICS Device/Driver Support for Network-based Intelligent Controllers，應(yīng)用在直線電子槍控制系統(tǒng)、上海光源機(jī)器保護(hù)系統(tǒng)、增強(qiáng)器電源連鎖控制系統(tǒng)。

(2) 西門(mén)子S7-300系列，以太網(wǎng)連接，驅(qū)動(dòng)程序?yàn)閟7plc EPICS driver，應(yīng)用在調(diào)制器控制系統(tǒng)。

(3) 歐姆龍CPM2A系列，RS232轉(zhuǎn)以太網(wǎng)連接，驅(qū)動(dòng)程序?yàn)镾SRF控制組自行開(kāi)發(fā)，應(yīng)用在儲(chǔ)存環(huán)公共直流源控制系統(tǒng)。

所有設(shè)備控制都可以通過(guò)以太網(wǎng)連接至中央控制系統(tǒng)，并且在EPICS系統(tǒng)下都有相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可以使用。因此SSRF在設(shè)備控制中基本上采用以太網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的通訊方式。

2 以太網(wǎng)及工業(yè)以太網(wǎng)

以太網(wǎng)是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了在LAN中采用的電纜類型和信號(hào)處理方法。以太網(wǎng)在互聯(lián)設(shè)備之間以10–100Mbps的速率傳送信息包，雙絞線電纜型號(hào)為10 Base T。以太網(wǎng)由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成為應(yīng)用最為廣泛的以太網(wǎng)技術(shù)。許多制造供應(yīng)商提供的產(chǎn)品都能采用通用的軟件協(xié)議進(jìn)行通信，開(kāi)放性好。

以太網(wǎng)具有的優(yōu)點(diǎn)：(1) 具有相當(dāng)高的數(shù)據(jù)傳輸速率，能提供足夠的帶寬；(2) 由于具有相同的通信協(xié)議，Ethernet和TCP/IP很容易集成到信息技術(shù)(IT)世界；(3) 能在同一總線上運(yùn)行不同的傳輸協(xié)議，從而能建立控制系統(tǒng)的公共網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)或基礎(chǔ)構(gòu)架；(4) 在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，運(yùn)用了交互式和開(kāi)放的數(shù)據(jù)存取技術(shù)；(5) 沿用多年，已為眾多的技術(shù)人員所熟悉，市場(chǎng)上能提供廣泛的設(shè)置、維護(hù)和診斷工具，成為事實(shí)上的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；(6) 允許使用不同的物理介質(zhì)和構(gòu)成不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

近些年來(lái)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)進(jìn)入了控制領(lǐng)域，形成了新型的以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這主要是由于控制系統(tǒng)向分布化、智能化控制方面發(fā)展，開(kāi)放的、透明的通訊協(xié)議是必然的要求。目前通信速率為10M、100M的快速以太網(wǎng)廣泛應(yīng)用，千兆以太網(wǎng)技術(shù)也已成熟，10G以太網(wǎng)正在研究，其速率比目前的現(xiàn)場(chǎng)總線快很多。

工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)：(1) 基于TCP/IP的以太網(wǎng)采用國(guó)際主流標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)議開(kāi)放、完善不同廠商設(shè)備，容易互連，具有互操作性；(2) 可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)，遠(yuǎn)程診斷；(3) 不同的傳輸介質(zhì)可以靈活組合，如同軸電纜、雙絞線、光纖等；(4) 網(wǎng)絡(luò)速度快，可達(dá)千兆甚至更快；(5) 支持冗余連接配置，數(shù)據(jù)可達(dá)性強(qiáng)，數(shù)據(jù)有多條通路抵達(dá)目的地；(6) 系統(tǒng)容易幾乎無(wú)限制，不會(huì)因系統(tǒng)增大而出現(xiàn)不可預(yù)料的故障，有成熟可靠的系統(tǒng)安全體系；(7) 可降低投資成本；(8) 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息可以通過(guò)以太網(wǎng)送到主控室，操作員可以在主控室直接使用查看現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲得控制信息。

上海光源設(shè)備控制采用的設(shè)備控制器（主要是PLC）都帶有以太網(wǎng)接口，這些都標(biāo)志著工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)成為真正開(kāi)放互連的控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。工業(yè)以太網(wǎng)在傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)采用雙工通信、交換機(jī)、信息優(yōu)先級(jí)等技術(shù)，使有實(shí)時(shí)要求站點(diǎn)的通信通過(guò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)透明的轉(zhuǎn)發(fā)，不存在信道共享引起的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，還可以方便地實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)排隊(duì)機(jī)制，使緊急信息的傳送達(dá)到最快。在以太網(wǎng)的協(xié)議中加入實(shí)時(shí)功能，采用高速背板交換或微處理器交換，響應(yīng)時(shí)間是確定的，足以滿足大多數(shù)場(chǎng)合的實(shí)時(shí)控制要求。

具有以太網(wǎng)連接的PLC可以直接連接至控制網(wǎng)絡(luò)；不具有以太網(wǎng)連接功能的PLC，也可以通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換，連接至控制網(wǎng)絡(luò)。采用以太網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備控制器的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 設(shè)備控制器網(wǎng)絡(luò)連接Fig.2 Device controller network configuration.

3 基于以太網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備控制

目前SSRF中使用的PLC主要包括：YOKOGAWA公司的FA-M3R[4]系列PLC，SIEMENS公司的S7-300系列PLC，OMRON公司的CPM2A系列PLC。

3.1 YOKOGAWA FA-M3R系列PLC

SSRF中的機(jī)器保護(hù)系統(tǒng)、磁鐵電源連鎖保護(hù)系統(tǒng)、真空閥門(mén)控制系統(tǒng)和電子槍控制系統(tǒng)采用了YOKOGAWA公司的FA-M3系列PLC。通訊過(guò)程如圖3所示。

圖3 FA-M3 PLC與IOC通訊示意Fig.3 Communication between FA-M3 PLC and IOC.

在EPICS環(huán)境下已經(jīng)有了一系列完整Device/Driver支持模塊，這些模塊包括：通用驅(qū)動(dòng)模塊、通用設(shè)備支持模塊和對(duì)于所支持的設(shè)備所用到的特定的設(shè)備模塊(Device-specific module)[5]。其軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 FA-M3設(shè)備驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)Fig.4 Architecture of FA-M3 PLC driver’s software.

3.1.1 設(shè)備特定模塊(Device-specific module)

設(shè)備特定模塊的主要功能是建立一個(gè)能被發(fā)送到遠(yuǎn)端設(shè)備，解析響應(yīng)消息，并能通過(guò)解析數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的link field來(lái)獲得地址信息的命令(Commands)，每個(gè)設(shè)備特定模塊必須具備如下3個(gè)功能：

(1) 連接域解析器(Link Field Parser)：在初始化IOC時(shí)，通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄中的Link Field的解析來(lái)得到特定通道(Channel)的地址信息。

(2) 命令建構(gòu)器(Command Constructor)：建立一個(gè)命令，發(fā)送給遠(yuǎn)端指定地址的設(shè)備；如果操作是寫(xiě)(write)的話，能從IOC記錄緩存(Record Buffer)中傳送數(shù)據(jù)命令消息(Command Message)。

(3) 響應(yīng)解析器(Response Parser)：在響應(yīng)消息(Response Message)到達(dá)時(shí)解析其內(nèi)容，在操作為讀(read)時(shí)將包含在消息中的數(shù)據(jù)傳送到IOC記錄緩存(Record Buffer)。

3.1.2 異步I/O庫(kù)模塊(Asynchronous I/O Library)

異步I/O庫(kù)模塊通過(guò)一系列應(yīng)用程序編程接口(Application Programming Interface, API)來(lái)支持上層的設(shè)備特定模塊，在這些API中包含了EPICS中異步設(shè)備支持的技術(shù)細(xì)節(jié)。異步I/O庫(kù)模塊有兩個(gè)主要函數(shù)：

(1) 通用的初始化函數(shù)。初始化函數(shù)啟動(dòng)連接域解析器來(lái)確定遠(yuǎn)端設(shè)備和要讀/寫(xiě)的地址。初始化函數(shù)也初始化一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)需要在調(diào)用記錄結(jié)束時(shí)執(zhí)行回叫(Call back)。

(2) 通用的讀/寫(xiě)函數(shù)。讀/寫(xiě)函數(shù)在一次異步I/O中被調(diào)用2次，分別是初始化和I/O處理完成時(shí)。初始化時(shí)，它調(diào)用命令建構(gòu)器來(lái)形成一條消息(message)，并把I/O請(qǐng)求放在MPF (Message Passing Facility)隊(duì)列中，然后通知該次事件(event)的MPF。在I/O處理完成時(shí)，讀/寫(xiě)函數(shù)什么也不做，因?yàn)轫憫?yīng)解析器在函數(shù)調(diào)用之前已經(jīng)傳送好數(shù)據(jù)。

以上兩個(gè)函數(shù)可以成為EPICS中DEST (Device Support Entry Table)中特定的記錄/設(shè)備支持模塊的成員函數(shù)。

3.1.3 通用驅(qū)動(dòng)支持(Common Driver Support)

通用驅(qū)動(dòng)支持會(huì)建立一個(gè)MPF，因?yàn)槊總€(gè)通訊服務(wù)器(Communication server)運(yùn)行于不同的遠(yuǎn)端設(shè)備之上（每個(gè)遠(yuǎn)端設(shè)備稱為server）。所有對(duì)于遠(yuǎn)端設(shè)備的I/O請(qǐng)求都會(huì)在MPF的隊(duì)列中排序。一個(gè)MPF包含以下線程：

(1) 發(fā)送任務(wù)(Send Task)：從I/O隊(duì)列中獲得I/O請(qǐng)求，調(diào)用命令建構(gòu)器將信息字節(jié)放到緩存中，并將其發(fā)送給遠(yuǎn)端設(shè)備，然后阻塞(block)，直到Receive Task得到一個(gè)響應(yīng)消息。

(2) 收取任務(wù)(Receive Task)：等待響應(yīng)消息到來(lái)，消息到達(dá)后調(diào)用響應(yīng)解析器來(lái)解析消息，然后使被阻塞(blocked)的Send Task線程轉(zhuǎn)到下一個(gè)循環(huán)中。最終生成一個(gè)回叫(Call Back)請(qǐng)求來(lái)完成此次異步I/O。

(3) 超時(shí)處理(Timeout Handler)：當(dāng)watch-dog中的計(jì)時(shí)器到達(dá)計(jì)時(shí)時(shí)間時(shí)，取消此次I/O處理。同時(shí)生成一個(gè)回叫信息，ERROR。

YOKOGAWA FA-M3系列PLC在其CPU內(nèi)存中對(duì)于安裝于系統(tǒng)的模塊都設(shè)置了相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)域，通過(guò)PLC的以太網(wǎng)模塊，應(yīng)用其電腦通訊連接命令(Personal Computer Link Command)，IOC可以直接訪問(wèn)其CPU相應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)IOC對(duì)PLC的控制。電腦通訊連接命令和響應(yīng)格式如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)連接命令數(shù)據(jù)幀F(xiàn)ig.5 Data frame of personal computer link command.

Sub header大小為1個(gè)字節(jié)，第1位是命令/響應(yīng)(Command/Response)標(biāo)志位：0表示命令，1表示響應(yīng)；剩余7位為命令/響應(yīng)類型標(biāo)志，標(biāo)識(shí)請(qǐng)求傳送的命令類型。CPU number大小為1個(gè)字節(jié)，可以設(shè)置值為1–4，表示要訪問(wèn)的PLC CPU號(hào)碼（一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)最多可安裝4個(gè)CPU）。Exit code大小為1個(gè)字節(jié)，表示命令執(zhí)行結(jié)果，exit code為0表示正常，不為0表示執(zhí)行命令時(shí)有錯(cuò)誤發(fā)生，不同的錯(cuò)誤響應(yīng)具有不同的值。Size大小為2個(gè)字節(jié)表示命令或響應(yīng)的字節(jié)大小。Command parameter表示設(shè)備名稱、訪問(wèn)的數(shù)量或其他信息，實(shí)際內(nèi)容基于發(fā)送的命令類型。Response parameter包括命令的響應(yīng)，其大小和內(nèi)容基于發(fā)送命令的類型。

3.2 SIEMENS S7系列PLC

SSRF在調(diào)制器控制系統(tǒng)和增強(qiáng)器注入引出系統(tǒng)中使用SIEMENS S7[6]系列PLC。EPICS與西門(mén)子系列PLC采用內(nèi)存數(shù)據(jù)交換的方式進(jìn)行通訊：即在IOC和PLC的內(nèi)存區(qū)中各自使用一塊內(nèi)存用于數(shù)據(jù)通訊。通訊過(guò)程如圖6所示。

圖6 西門(mén)子PLC與IOC通訊示意Fig.6 Communication between SIEMENS PLC and IOC.

通訊過(guò)程如下：首先PLC與IOC通過(guò)Ethernet建立TCP/IP連接；然后PLC將其內(nèi)存區(qū)中Send Buffer的數(shù)據(jù)通過(guò)其以太網(wǎng)模塊定時(shí)向IOC的Receive Buffer發(fā)送，PLC的Receiver Buffer則定時(shí)的接受來(lái)自于IOC Send Buffer的數(shù)據(jù)。IOC中運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)軟件在內(nèi)存設(shè)置相應(yīng)的Send Buffer和 Receive Buffer，定時(shí)地將Send Buffer的數(shù)據(jù)一并發(fā)送到PLC，并將接收的數(shù)據(jù)放置于Receive Buffer。IOC和PLC中的Send Buffer和Receive Buffer可以根據(jù)需求來(lái)設(shè)定地址和大小。

采用該種通信方式需事先設(shè)定好IOC和PLC兩端的通訊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域，上位IOC只能處理PLC發(fā)送緩存區(qū)定時(shí)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并不能直接訪問(wèn)和控制PLC的內(nèi)存；IOC也只能接收PLC以太網(wǎng)模塊定時(shí)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，不能實(shí)時(shí)訪問(wèn)PLC的CPU內(nèi)存。同樣，PLC在接收到IOC發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)之后，還要根據(jù)事先約定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行判斷，然后再進(jìn)行下一步的控制處理。

3.3 OMRON CPM2A系列PLC

儲(chǔ)存環(huán)公共直流電源底層設(shè)備控制采用OMRON CPM2A[7]系列PLC，與OMRON CPM2A系列PLC進(jìn)行通訊要采用其Host Link協(xié)議。Host Link通信是一種對(duì)話型的通信協(xié)議，這種協(xié)議下，PLC對(duì)由主計(jì)算機(jī)發(fā)送來(lái)的命令發(fā)送應(yīng)答信號(hào)。在PLC里無(wú)需通信程序。要實(shí)現(xiàn)與CPM2A的通訊，需要通過(guò)RS232口向其發(fā)送Host Link格式的命令。

該種型號(hào)PLC屬于微型PLC[8–9]，并沒(méi)有相應(yīng)的以太網(wǎng)接口模塊，只能通過(guò)其CPU上的RS232串口與上位IOC進(jìn)行通訊，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)將PLC所控制的開(kāi)關(guān)量的回讀、遠(yuǎn)程控制。EPICS中所用的通訊協(xié)議為Channel Access，該協(xié)議基于Ethernet技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)上述需求，需將串口信號(hào)轉(zhuǎn)成Ethernet信號(hào)。MOXA公司生產(chǎn)的串口服務(wù)器NPort5610具有串口到以太網(wǎng)的雙向數(shù)據(jù)傳輸能力。因此可以通過(guò)NPort5610發(fā)送控制命令到PLC的串口?？刂平M根據(jù)需求已于EPICS下開(kāi)發(fā)通過(guò)串口服務(wù)器NPort5610將RS232串口信號(hào)傳送至Ethernet上的驅(qū)動(dòng)。具體實(shí)施方案如圖7所示。

圖7 歐姆龍CPM2A與IOC通訊方式Fig.7 Communication between OMRON CPM2A PLC and IOC.

4 結(jié)語(yǔ)

上海光源控制系統(tǒng)采用EPICS結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)底層設(shè)備控制器大部分為PLC。對(duì)于不同的設(shè)備控制器，不同廠家采取的設(shè)備通訊模式不盡相同，一般主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行?，F(xiàn)場(chǎng)總線類型較多，如DeviceNet、Foundation Field bus、Profibus等。各種現(xiàn)場(chǎng)總線通訊標(biāo)準(zhǔn)的不一致性，不僅增加了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的難度，而且不同種類的現(xiàn)場(chǎng)總線的使用，也加大了對(duì)于整個(gè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理的難度。

SSRF控制系統(tǒng)的PLC設(shè)備控制器使用以太網(wǎng)連接技術(shù)，不但簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且通訊介質(zhì)統(tǒng)一為以太網(wǎng)，大大減少了通訊線纜的連接，方便了系統(tǒng)維護(hù)和擴(kuò)展；同時(shí)所有對(duì)于設(shè)備控制器的程序維護(hù)更新也都可以通過(guò)以太網(wǎng)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1 Kraimer M R. EPICS: Input/Output Controller application developer’s guide (Release3.14.6)[DB/OL]. http://www. aps.anl.gov/epics, 2004

2 Hill J O. EPICS R3.14 channel access reference manual (Release 3.12)[DB/OL]. http://www.aps.anl.gov/epics, 1995

3 張炯. UNIX 網(wǎng)絡(luò)編程實(shí)用技術(shù)與實(shí)例分析[M]. 北京:清華大學(xué)出版社, 2002 ZHANG Jiong. The UNIX network programming techniques and examples of analysis[M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2002

4 橫河PLC編程手冊(cè)[DB/OL]. http://www.yokogawa. com/itc/menu/itc-Download-en.htm, 2010 Henghe PLC programming manual[DB/OL]. http://www. yokogawa.com/itc/menu/itc-Download-en.htm, 2010

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6 EPICS using SLS S7PLC driver PLC configurations[DB/OL]. http://epics.web.psi.ch/software/ s7plc/YHLhtcPLCa.pdf, 2012

7 S7PLC EPICS driver documentation[DB/OL]. http://epics. web.psi.ch/style/software/s7plc/s7plc, 2012

8 劉鍇, 周海. 深入淺出西門(mén)子S7-300 PLC[M]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 2004 LIU Kai, ZHOU Hai. Explain profound theories in simple language Siemens S7-300 PLC[M]. Beijing: Beihang University Press, 2004

9 宋伯生. PLC編程理論·算法及技巧[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2005 SONG Bosheng. The PLC programming theory and algorithms and techniques[M]. Beijing: Mechanical Industry Press, 2005

CLCTL503.6

Application of Ethernet technology in SSRF control system

ZHOU Dayong LIU Dekang LIU Yajuan SHEN Liren
(Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Jiading Campus, Shanghai 201800, China)

Background: With the development of computer technology and Ethernet technology, programmable logic controller (PLC) has the ability to access Ethernet with its Ethernet communication module, so the device controller can be connected directly to the Ethernet network. Purpose: The aim is to apply the Ethernet technology for the accelerator device controller to the upper-level control system. Methods: The Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF) control system is based on the large-scale software EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System). The EPICS communication is mainly based on Ethernet technology. Control devices are connected to the EPICS either by their self-contained driver or by implementation of the approriate Ethernet application program interface (API). Results: PLCs with Ethernet connection are widely used in SSRF device control system whilst other control devices are connnected to EPICS by developing Ethernet API. Conclusion: The Ethernet technology ensures good reliability and easy maintenance of the SSRF device control.

Ethernet, EPICS (Experimental Physics and Industrial Control System), Programmable Logic Controller (PLC), Device control

TL503.6

10.11889/j.0253-3219.2014.hjs.37.120101

周大勇，男，1978年出生，2010年于中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所獲博士學(xué)位

2013-10-09，

2014-03-01