摘要：本文主要介紹了虛擬令牌傳遞方式在控制系統(tǒng)中的應用，重點介紹了虛擬環(huán)形網(wǎng)令牌傳遞方式控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C制。 關鍵詞：串行通訊 令牌傳遞 The Application of Virtual Token Passing in Controlling System SHI Jun-hua Abstract: This paper mainly introduce the application of Virtual Token passing in controlling system,especially introduce the rule of transmiting data. Keyword:Serial communication Token passing 串行通訊端口（ Serial Communication Port）在系統(tǒng)控制的范疇中一直占有極其重要的位置。在工業(yè)控制方面，具備通訊功能的智能設備最簡單最常用的接口便是RS232/RS485，簡單易用。令牌環(huán)（Token Ring）是采用最為普遍的無沖突訪問介質(zhì)訪問控制，環(huán)中只有一個令牌在循環(huán)傳送。任何一個節(jié)點要發(fā)送數(shù)據(jù)，必須等到循環(huán)的令牌通過該站，然后將數(shù)據(jù)送入環(huán)中并將令牌傳送至下一個節(jié)點。結(jié)合具體的系統(tǒng)需求，將令牌環(huán)應用到串行通訊訪問控制中，將會收到很好的效果。 我公司新開發(fā)研制的DLCS2000集散控制系統(tǒng)上位機與現(xiàn)場控制器間采用的便是RS232/RS485串行通訊方式。最初設計的是主從式通訊方式，但在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)該方式不能很好的滿足系統(tǒng)對實時性、可靠性的要求。結(jié)合系統(tǒng)的具體情況，改為虛擬令牌方式進行通訊，系統(tǒng)的實時性、可靠性有了很大的改觀。現(xiàn)對此做一介紹。 該系統(tǒng)結(jié)構如下： 系統(tǒng)由工程師站、操作站、現(xiàn)場控制器組成。現(xiàn)場控制器為可編程控制器，支持RS232/RS485通訊，這里選用RS485通訊，多個控制器的RS485端并接通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換模塊與工程師站的RS232通訊口相連接完成數(shù)據(jù)的交換。工程師站與操作站間通過以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)的交換。現(xiàn)場控制器主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、報警、控制運算、控制輸出等，同時將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)傳到工程師站并將工程師站的命令進行轉(zhuǎn)換輸出控制現(xiàn)場的設備。工程師站提供現(xiàn)場控制的人機接口，負責接收現(xiàn)場控制站傳來的現(xiàn)場數(shù)據(jù)并以棒圖、趨勢曲線、報表等方式進行管理，同時負責將現(xiàn)場操作、控制命令傳達給現(xiàn)場控制器，由控制器完成具體的計算控制功能。操作站分散在現(xiàn)場的不同地方，從工程師站共享數(shù)據(jù)，完成現(xiàn)場的檢測控制功能。影響該系統(tǒng)性能的關鍵是工程師站與各現(xiàn)場控制器間的數(shù)據(jù)通訊。 工程師站與各現(xiàn)場控制器間采用虛擬令牌傳遞方式進行通訊。 首先，將系統(tǒng)虛擬成一個環(huán)行網(wǎng)結(jié)構，每個通訊節(jié)點（包括上位機和控制器）作為環(huán)行網(wǎng)結(jié)構中的一個節(jié)點。例如：有4臺現(xiàn)場控制器，1臺上位機，則該環(huán)中共有1+4=5個節(jié)點。令牌環(huán)行傳遞的順序為：1→2→3→4→5→1 然后，在環(huán)行網(wǎng)中虛擬一個權限令牌，在各節(jié)點間傳遞。節(jié)點收到令牌時立即發(fā)送響應信號（在中斷中執(zhí)行），然后發(fā)送數(shù)據(jù)（在主程序中判斷如果有數(shù)據(jù)需要發(fā)送則發(fā)送，否則不執(zhí)行），接著向下一個節(jié)點傳遞令牌。令牌發(fā)出后，等待響應信號，如果等待超時，則跳過下一個節(jié)點繼續(xù)向其下一個節(jié)點傳遞令牌，如果收到響應信號，則解除等待狀態(tài)。該方式中的幾點說明：(上位機對應上述工程師站) 1、節(jié)點號：在虛擬環(huán)行網(wǎng)中，節(jié)點順序排列為：現(xiàn)場控制器從1號（與其地址對應）開始逐個遞增，上位機節(jié)點號為環(huán)中最大節(jié)點號。 2、信號響應方式：當節(jié)點接收到令牌應立即發(fā)應答信號，然后判斷是否發(fā)送數(shù)據(jù)，接著向下一節(jié)點傳遞令牌，等待應答信號。當節(jié)點收到應答信號，解除等待狀態(tài)。如果在等待應答過程中超時，則跳過下一個節(jié)點，向下一個節(jié)點繼續(xù)傳遞令牌。 3、主節(jié)點：在虛擬環(huán)行網(wǎng)中，上位機節(jié)點作為主節(jié)點，啟動后等待一段時間如果沒有收到令牌，則主動生成一個令牌向1號節(jié)點傳遞。在運行過程中，上位機檢測兩次收到令牌的時間間隔，如果第一次收到令牌后，經(jīng)過一定時間后未收到令牌，則認為令牌在傳遞過程中丟失，上位節(jié)點主動生成一令牌向一號節(jié)點傳遞。 4、有關令牌傳遞的幾個變量和常量說明： RingFlag:令牌持有與否的標志（1：持有令牌 0：不持有令牌） WaitAck: 等待應答信號的標志（1：等待應答 0：解除等待應答） CycleCount：等待應答期間計時變量（接收到應答時便清零，等待應答時循環(huán)累加計數(shù)） RingTime：兩次收到令牌的最大時間間隔（預定義常量） CycleNum：等待應答超時上限（預定義常量） NodeNum：環(huán)行網(wǎng)中節(jié)點總數(shù)（預定義常量） 經(jīng)測試和現(xiàn)場的實際應用，認為利用虛擬令牌傳遞方式進行多節(jié)點間的數(shù)據(jù)通訊，有利于提高系統(tǒng)的通訊速度即系統(tǒng)的實時性，同時因通過虛擬令牌來控制發(fā)送數(shù)據(jù)的權限，避免了多個節(jié)點同時發(fā)送引起沖突而導致數(shù)據(jù)出錯的情況，降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)某鲥e率即提高了系統(tǒng)的可靠性。較主從式通訊方式相比，在實時性和可靠性上都有很大的提高。 串行通訊由于其簡單易用而被廣泛應用，選用哪種方式應根據(jù)對具體性能要求的不同而考慮采用不同方式，以達到適用的效果。本文介紹的是在實時控制系統(tǒng)中所采用的一種方式，采用虛擬令牌傳遞來控制各節(jié)點的數(shù)據(jù)傳送，以提高系統(tǒng)對實時性、可靠性的要求。其它方式可以查閱相關的文獻資料，本文只起到拋磚引玉的作用。 參考文獻 1、范逸之 VB與 RS232串行通訊控制 中國青年出版社，2000－08 2、雷震甲等著 計算機網(wǎng)絡 西安電子科技大學出版社 1997－04 3、Stallings W. Data and Computer Communications,4th Edition. Macmillan Publishing Company,1994