基于DeviceNet現(xiàn)場總線的工業(yè)自動化以太網(wǎng)集成控

1 前言

現(xiàn)代的工業(yè)自動化生產(chǎn)中各種設(shè)備間需要相互交換信息，協(xié)調(diào)完成自動控制功能，這就需要網(wǎng)絡(luò)的支持?；诖肆_克韋爾自動化推出了由以太網(wǎng)、控制網(wǎng)和設(shè)備網(wǎng)所組成的開放型網(wǎng)絡(luò)。

設(shè)備網(wǎng)（DeviceNet）是一種低成本的通信鏈接，它通過單根導(dǎo)線把可編程控制器直接和“智能”設(shè)備，如傳感器、按鈕、馬達(dá)起動器、簡單的操作員接口以及變頻器相連。它安裝調(diào)試簡單，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)自動化生產(chǎn)系統(tǒng)。

控制網(wǎng)（ControlNet）常傳輸大量的I/O和對等通訊信息，具有確定性和可重復(fù)性，它緊密的聯(lián)系控制器和I/O設(shè)備，使得多個控制器能夠共享輸入數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對等通訊。

以太網(wǎng)（Ethernet）以TCP/IP作為其傳輸協(xié)議，是一個開放型的信息網(wǎng)絡(luò)，作為自動化網(wǎng)絡(luò)的最高層，可以對現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行處理和管理。

在實施網(wǎng)絡(luò)控制時，可以借助羅克韋爾自動化的SLC500系列可編程控制器，簡便的將設(shè)備網(wǎng)與以太網(wǎng)連接起來。本文介紹的羅克韋爾自動化的開放型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的交流調(diào)速遠(yuǎn)程控制實驗系統(tǒng)，可實現(xiàn)PC機(jī)僅通過一張以太網(wǎng)網(wǎng)卡而對底層的設(shè)備網(wǎng)的變頻器進(jìn)行控制和監(jiān)視。這套系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，并未使用控制網(wǎng)，但是這種簡單有效的方法可以推廣用于其他的自動化系統(tǒng)設(shè)計中。

2 以太網(wǎng)集成控制系統(tǒng)

2.1 簡介

羅克韋爾自動化采用的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為工業(yè)自動化提供理想的解決方案。在復(fù)雜的過程控制系統(tǒng)中，多個控制器和人機(jī)界面需要大量的數(shù)據(jù)傳輸，控制網(wǎng)是必不可少的，它提供的產(chǎn)生者/消費者數(shù)據(jù)交換方式能夠增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度。但是在不需要多個控制器協(xié)調(diào)控制的場合，可以簡化控制網(wǎng)，這樣使得控制簡單便于維護(hù)。用一個可編程控制器就可以取代控制網(wǎng)的地位，將設(shè)備網(wǎng)和以太網(wǎng)連接起來。這樣就可以有效的降低成本投入，實現(xiàn)有效的網(wǎng)絡(luò)控制。

2.2 設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場總線

設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場總線是一種低成本高性能的工業(yè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，它具有以下的特點：

設(shè)備網(wǎng)應(yīng)用國際標(biāo)準(zhǔn)的控制局域網(wǎng)(CAN)協(xié)議，建立了設(shè)備網(wǎng)的應(yīng)用協(xié)議。它具有公開的技術(shù)規(guī)范和廉價的通信部件，使得其具有比其他現(xiàn)場總線低得多的開發(fā)費用。

設(shè)備網(wǎng)上使用制造者/消費者通信模式，能夠提高網(wǎng)絡(luò)通信效率。任何一個在設(shè)備網(wǎng)上的設(shè)備（制造者）只需發(fā)送一次報文，其他設(shè)備（消費者）如果需要該報文，就可以接受和使用。設(shè)備網(wǎng)提供的I/O報文適用于實時性要求較高和面向控制的數(shù)據(jù)。但是設(shè)備網(wǎng)的傳輸速度不高，有500Kbps、250Kbps、125Kbps三種速度可選。網(wǎng)絡(luò)上可以掛接64個設(shè)備。

在調(diào)整和診斷設(shè)備時，可以隨意的連接或斷開設(shè)備，使用DeviceManager軟件可以靈活的對設(shè)備網(wǎng)管理和調(diào)試運(yùn)行。

2.3 工業(yè)以太網(wǎng)

羅克韋爾自動化提出的工業(yè)以太網(wǎng)支持實時報文和非實時報文，其中的實時報文交換是建立在制造者/消費者通信模式之上的，能夠用于實時的I/O控制。以太網(wǎng)使用的是載波監(jiān)聽/錯誤檢測的通訊協(xié)議，當(dāng)要減少網(wǎng)絡(luò)的沖突時，要注意以下方面：

為了減少以太網(wǎng)上的報文沖突，可以使用全雙工的交換以太網(wǎng)。它能使實時I/O報文傳輸更加穩(wěn)定。由于IP廣播報文的存在，使用IGMPsnooping組播過濾技術(shù)，可以更有效的利用網(wǎng)絡(luò)帶寬。在以太網(wǎng)與底層網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行端口映射技術(shù)是實現(xiàn)實時傳輸?shù)谋貍錀l件。

3 交流調(diào)速遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

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如圖1所示，1203-GK5為智能通訊模塊，它能夠?qū)⒍喾NSCANport設(shè)備與DeviceNet聯(lián)接，而1305變頻器具有SCANport接口，所以1305變頻器可以由1203-GK5聯(lián)接到設(shè)備網(wǎng)。設(shè)備網(wǎng)和以太網(wǎng)是通過SLC500連接在一起的。SLC500是一個系列的小型可編程控制器的總稱，在此使用的必須是具備5/05的處理器并使用1747-SDN模塊，1747-SDN模塊是設(shè)備網(wǎng)上的掃描模塊，對設(shè)備網(wǎng)上的設(shè)備進(jìn)行掃描、檢測。5/05的處理器具備以太網(wǎng)接口，可以直接連接到以太網(wǎng)。這樣SLC500就是連接設(shè)備網(wǎng)和以太網(wǎng)的唯一設(shè)備。

圖1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖

3.2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸

使用配套軟件RSNetWorxforDeviceNet可以簡便的設(shè)置設(shè)備網(wǎng)。設(shè)置1747-SDN掃描模塊時，筆者選用離散I/O方式為網(wǎng)上的變頻器分配輸入輸出映射表，刷新時間可以設(shè)為2ms。配置完設(shè)備網(wǎng)后，以太網(wǎng)上的PC機(jī)就可以使用SLC500的編程軟件RSlogix500對SLC編程，通過對SLC的輸入/輸出文件O0和I1的控制就能實現(xiàn)變頻器簡單的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點動、清除錯誤等各種控制位的設(shè)置。但要實現(xiàn)可視化的上位工控機(jī)監(jiān)測和控制，必須使用RSview32這種圖形化的人機(jī)界面軟件。