基于欧姆龙DeviceNet总线的工控系统设计

2022-09-11

1 现场总线现状

现场总线是80年代末、90年代初国际上发展形成的, 是一种应用于生产现场, 在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实行双向、串形、多结点的数字通信技术。现场总线控制系统既是一个开放通信网络, 又是一种全分布控制系统。它作为工厂数字通信网络的基础, 沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术, 已成为自动化技术发展的热点, 并导致自动化系统结构与设备的深刻变革[1]。

2 现场总线的特点

现场总线控制系统功能能够不依赖控制室中的计算机或控制仪表, 直接在现场完成, 实现了彻底的分散控制。它把作为网络节点的智能设备连接成自动化网络系统, 实现基础控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化的综合自动化功能。现场总线系统在技术上具有开放性和互用性、功能自治性、分散性、对环境的适应性等特点。

由于现场总线结构简化, 不再需要DCS系统的信号调理、转换隔离等功能单元及其复杂的接线, 节省了硬件数量和投资。简单的连线设计, 节省了安装费用。设备具有自诊断与简单故障处理能力, 减少了维护工作量。设备的互换性、智能化、数字化提高了系统的准确性和可靠性。还具有设计简单, 易于重构等优点。

3 PLC通信网络组成

现代PLC的通信功能都很强, 可以实现PLC与个人计算机、PLC与PLC、PLC与其他控制装置之间的通行联网。PLC与计算机联网, 可以发挥各自特长, PLC用于现场设备的控制, 计算机用于对PLC的编程、监控与管理;PLC与PLC联网, 能够扩大控制地域、提高控制规模, 还可以实现PLC之间的综合协调控制。如图1所示, PLC与智能控制装置联网, 可以有效地对智能装置实施管理。联网可极大地节省配线, 方便安装, 特别是在分散控制的生产流水线上, 效果非常明显。通信网络是拓展PLC应用领域的一个重要条件。现代PLC的应用已从单机自动化扩大到生产线自动化, 进而扩大到车间及工厂生产综合自动化以及计算机集成制造系统 (CIMS) 和智能制造系统 (IMS) 。目前, 世界上各大PLC生产厂家几乎都为自己的PLC开发了网络通信系统。

OMRON公司PLC支持多层次通信功能, 可满足不同层次控制系统的需求。对于一些小型现场的控制, 采用标准RS232/RS485串型通信接口上的上位链接, 1:1链接或NT连接就可以实现集散控制系统设计。同时OMRON公司PLC支持复合型网络拓扑结构, 网络结构中包括以太网信息层、控制器网络层、元件网络层以及其他各种支持串行通信的网络产品[2]。

对于PLC网络及工业控制局域网而言, 目前基本形成了包括设备层网络、控制层网络、管理层网络的3层网络体系结构。设备层网络处于3层网络的底层, 控制层网络处于3层网络的中层, 管理层网络处于3层网络的上层。数据可以双向流通, 层与层之间可以交换数据, 而在实际应用中也可以根据具体的应用要求, 选择3层网络中的某一层或某几层。

4 DeviceNet网络

DeviceNet是在1994年由美国的Allen Bredly公司开发的, 是基于CAN的一种现场总线, 实现低成本高性能的工业设备的网络互连。DeviceNet作为工业自动化领域广为应用的网络, 不仅可以作为设备级的网络, 还可以作为控制级的网络, 通过设备网提供的服务还可以实现以太网上的实时控制。与其他的一些现场总线相比较, 设备网不仅可以接入更多、更复杂的设备, 还可以为上层提供更多的信息和服务。在控制领域内, 设备网遍及全球, 设备网已经成为事实上的工业自动化领域的标准网络[3]。

DeviceNet属于总线式串行通信网络, 由于采用了许多新技术及独特的设计, 与一般的通信总线相比, DeviceNet网络的数据通信具有突出的高可靠性、实时性和灵活性。对于OMRON公司的PLC产品来说, 有多种机型支持相应的主站单元。

DeviceNet协议特别为工厂自动控制而定制, DeviceNet协议适用于最低层的现场总线, 例如:过程传感器、执行器、阀组、电动机起动器、条形码读取器、变频驱动器、面图1 PLC网络组成原理图板显示器、操作员接口和其他控制单元的网络。DeviceNet也是一种串行通信链接, 可以减少昂贵的硬接线。DeviceNet所提供的直接互连性不仅改善了设备间的通信, 而且同时提供了相当重要的设备级诊断功能, 这通过硬接线I/O接口很难实现。

5 基于欧姆龙PLC DeviceNet总线工控网络

DeviceNet网络可以建立I/O连接、显示报文连接2种连接, 支持I/O报文和现实报文2种报文格式, 对应的也有远程I/O通信和报文通信2种通信方法。远程I/O通信功能使得在从站单元和安装单元的PLC CPU之间能自动传送I/O数据, 而不需要编制特别的程序。为了达到此功能, 就需要在主站单元所在的CPU单元I/O存储区域中为每个从站单元分配地址。节点号、单元号和波特率的设置是通过通信单元模块上的设置开关进行设置的。DeviceNet通信单元是组合式PLC的一个专用I/O单眼, 所以必须设置一个单元号来决定CPU区域中的哪些字被分配给该通信单元。DeviceNet网络最多可以挂接64个节点, 它不占用I/O区域的任何字, 一个DeviceNet网络中不能有相同的节点号, 否则将不能启动DeviceNet网络。运行CX-Programmer软件, 通过上位机方式连接PLC, 创建I/O表, 为从站单元分配地址 (为从站单元分配地址, 就是为从站单元在主站单元所在的CPU I/O存储区域中分配一块数据区) , 通过制定位来监视从站情况, 启动通信配置PLC端口, 通过对主站进行监视可以监控到网络的情况, 实现工控网络。

6 结语

DeviceNet网络的远程I/O通信就是从站定时、按周期将I/O报文发送给主站单元, 并保存到分配好的主站CPU数据区存储区域中, 因此, 查看主站CPU的某个数据存储区域, 也就得到了相应的从站的I/O数据。DeviceNet是基于CAN的一种现场总线, 是实现低成本高性能的工业设备的网络互连。

摘要：网络技术的发展促进了自动化领域的开放系统互联通信网路, 形成了全分布式网络集成化系统, 而现场总线正是在这场深刻变革中发展起来的重要技术。由于现场总线技术的支持, 使得工控系统领域控制器的领头军——可编程控制器 (PLC) 的网络通信技术也得到了飞速发展。基于欧姆龙DeviceNet网络技术是目前应用较为广泛的工控系统, 是基于CAN的一种现场总线, 是实现低成本高性能的工业设备的网络互连。

关键词：现场总线,PLC网络,DeviceNet网络技术