石晓磊　张勇

摘要：光纤内存映像网是工业现场控制中常见的通讯网络，在现场控制中发挥着重要的作用。文章介绍了光纤内存映像网的工作原理和网络拓扑结构及其优缺点，并通过分析光纤内存映像网在现场控制中经常出现的故障现象，总结了现场常见的故障原因及相应的处理方法。

关键词：网络拓扑结构；光纤；热轧控制系统；工业现场控制；内存映像网 文献标识码：A

中图分类号：TG335 文章编号：1009-2374（2016）12-0053-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.025

1 概述

工业现场常用的通讯传输网络主要分为三种形式，分别为以太网、Profibus DP网和光纤内存映像网。光纤内存映像网又叫反射内存网，它具有严格的传输确定性和可预测性，主机负载轻、软硬件兼容性强、易于使用，具有可靠的传输纠错能力、支持中断信号传输，是一种高速的实时网络。光纤内存映像网允许计算机采用不同的总线机构和不同的操作系统以确定的速率分享实时的数据。在现场中，光纤内存映像网主要负责控制系统中的网络通讯。

2 系统介绍

2.1 光纤内存映像网工作原理

组成光纤内存映像网，需要在每台计算机及PLC系统中插入反射内存卡，这样计算机和PLC就构成了光纤内存映像网的各个节点。各个节点之间是通过光纤等传输介质连接而成。每个节点的反射内存卡的存储器中都有其他节点的反射内存卡的共享数据的拷贝。每个反射内存卡都占有一段内存地址，网上任何计算机或PLC向本地反射内存卡写数据时，该数据和对应内存地址被广播到网内所有其他节点的反射内存卡上，并存储在相同的位置。所以网络中有节点将数据写入其本地反射内存卡后的极短时间内，网上所有其他节点都可以访问这个新数据。反射内存卡可以插在多种总线的主板上，如PCI、Compact PCI/PXI、VME等。而且，反射内存卡使用简单的读写方式，反射内存网上的数据传输是纯硬件操作，不需要考虑网络的通信协议，只需要几行代码就可完成对反射内存卡的读、写操作。因此它与以太网等其他传统网络相比具有更低的数据传输延迟、更快的传输速度、更简单灵活的使用操作，可以满足实时系统快速反应周期的要求，而采用其他网络就很难满足这种要求。

2.2 光纤内存映像网的网络拓扑结构

光纤内存映像网拓扑结构主要分为环形及星形两种。

环形结构组网，下面以三个节点为例，简单说明环形结构组网过程。三个节点需要三块VMI5565内存映像网卡及3根单股光纤。首先将三块卡进行统一编址，分别为节点1、节点2、节点3，并将其插入到对应的计算机中。将节点1的内存映像网卡的RX端与节点2的内存映像网卡的TX端连接，同时将节点2的RX端与T节点3的TX端连接、节点3的RX与节点1的TX连接。

星型实时网络由一个实时网络HUB（即5595交换机）和VMI5565内存映像网卡组成。安装了VMI5565的计算机通过光纤连接在5595交换机上。以三个节点为例：

环形拓扑：（1）必须将所有的节点计算机全部打开才能进行通讯；（2）与星形拓扑结构相比，相同节点数节省一半光纤。

星形拓扑：（1）只要打开需用的节点的计算机并给HUB加电即可，工作稳定、可靠；（2）与环形拓扑结构对比，增加了实时网络HUB。相同节点数，需要的光纤也增加了一倍，增加了成本。

3 现场应用

轧线光纤内存映像网拓扑结构采用环形，按照布局位置分为加热、粗轧、精轧、卷取四个区域。按设备分为PLC系统、二级ALPHA机、PDA主机三种。其中以PLC系统数量最多，总计34块，采用VMIVME565光纤内存映像网卡进行架构。在组成的各类设备中，采用环形拓扑结构，首尾相连，将加热、粗轧、精轧、卷取四个区域内的PLC系统及二级ALPHA主机、PDA主机连接形成环网，其中PDA采用Window XP系统，PLC系统采用GE公司的ME软件进行编程，二级ALPHA机采用Open VMS系统，网络拓扑结构如图3所示，本文介绍主要以PLC系统为主。可将1580mm热轧线内存映像网拓扑机构化为简图，如图3所示：

内存映像网是一种基于环状的、高速复制的共享內存网络。同一内存映像网内的计算机均有一定的内存空间被所有的机器共享，并且进行统一的编址，当其中的任何一台计算机向其共享内存中写入数据时，其他在线计算机的共享内存区域相应的地址中都会写入相同的内容。1580mm热轧控制系统中PLC系统使用美国GE公司的编程软件ME，利用BUS_RD_WORD和BUS_WRT_WORD命令对网卡进行读写VMIVME5565网卡自带64M内存，按照设定的偏移地址对各项功能进行划分，如表1所示：

按照表1所示的分配地址，各一级中PLC系统及二级中ALPHA主机按照地址将数据写入对应的内存，再利用光纤内存映像网进行数据传输。

4 故障分析及处理

自轧线投产以来，光纤内存映像网各个节点皆出现过问题，由于光纤内存映像网要求实时传输数据且直接参与控制，一旦网络传输出现问题，会直接影响现场生产，常见的故障点以二级ALPHA机、PDA主机及光纤接头为主。以下是比较典型的故障以及对应的故障处理方法。

投产初期，由于轧线设计阶段对二级服务器能力设计不足，二级ALPHA主机死机频繁，轧线服务器内存映像网卡读写内容过多负担太重，特别是精轧和层流数据接收量较大，同时轧线接收事件较多使网卡读写频繁，容易引起一、二级内存映像环网失去响应，并造成服务器死机。在之后的改造过程中，增加一台通讯服务器，负责二级向一级的粗轧、精轧设定接收和轧线服务器SCC2事件接收，与SCC2通过MQ中间件进行以太网通讯，以减轻SCC2内存映像网卡的读写负担，改造后效果明显。

在PLC系统及PDA主機出现故障时，由于系统本身无法报警，对于故障判断存在一定的难度，在此结合本产线设备对故障分析总结出一些方法。PLC系统及PDA主机均通过5595交换机进行连接，在出现故障后，可以通过简单的目视法对各个PLC系统的网卡指示灯及交换机指示灯进行判断，流程如图4所示：

在无明显故障指示灯出现的情况下，结合本产线特点，可以采用区域隔离法→功能隔离法→交换机隔离法的顺序，目的为通过光纤内存映像网拓扑图中的硬件接入位置以区域、交换机的方式逐渐缩小故障点排查范围，最终锁定故障点。此外，由于整个网络通讯采用光纤作为传输介质，因此光纤铺设及维护存在两点注意事项：一是确保光纤跳线在铺设路径上对折角度不能超过90度，拉力不能超过12.15公斤；二是VME5595交换机内光纤位置不得随意更换。通过多次故障排查，发现在光纤内存映像网中，PDA主机由于只用于接收数据，而无需发送数据。因此，在整个网络拓扑结构里，可将PDA主机网卡光纤只插入接收端，不插入发射端，这样一来，可以有效避免由于PDA主机软件及硬件故障导致的环网数据堵塞，同时也减少了光纤内存映像网中的故障点。

5 结语

在现代化工业生产中，要求生产线具有连续、快速、实时、精确的轧制能力。对轧钢控制系统的要求是具有高速控制、快速通讯、长期稳定的能力，这样才能完成现场高精度的控制任务，光纤内存映像网能够满足此要求。控制系统采用了美国GE产品，在稳定性和可靠性上有了保障。本文中提出的故障排查方法及经验，在现场的事故处理中提供了坚实的技术保障，为热轧生产线的稳定运行带来了可观的经济效益。

参考文献

[1] 李立君.光纤内存映像网在热轧带钢控制系统中的应用[J].邢台职业技术学院学报，2012，2（29）.

[2] VME-5565技术附件[S].

[3] 李倩.光纤内存映像网的随机数据处理[J].山东冶金，2015，6（3）.

[4] 杨军，赵春强.工业控制局部网络的组织结构[J].黑龙江电子技术，1999，（6）.

作者简介：石晓磊（1983-），女，辽宁辽阳人，营口理工学院实验师，硕士，研究方向：网络通信系统的控制与决策；张勇（1985-），男，辽宁鞍山人，鞍钢股份鲅鱼圈钢铁分公司工程师，研究方向：复杂工业过程的建模、控制与优化。

（责任编辑：蒋建华）