基于DeviceNet的小區(qū)監(jiān)控解決方案

一.引言

　　智能建筑是信息時代的必然產(chǎn)物，建筑物智能化程度隨科學技術(shù)的發(fā)展而逐步提高。將4C技術(shù)（即Computer計算機技術(shù)、Control控制技術(shù)、Communication通信技術(shù)、CRT圖形顯示技術(shù)）綜合應(yīng)用于建筑物之中，在建筑物內(nèi)建立一個計算機綜合網(wǎng)絡(luò)，使建筑物的設(shè)備智能化，結(jié)合現(xiàn)代化的服務(wù)與管理方式，給人們提供一個安全、舒適的生活、學習與工作環(huán)境空間，是智能建筑追求的目標。

　　電梯、供水、供電、防盜、防火、家庭水煤電用量監(jiān)測等設(shè)施是小區(qū)智能化的重要組成部分。采用計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)，對商務(wù)或居住小區(qū)分散的設(shè)備進行監(jiān)控和管理，是提高小區(qū)設(shè)備運行可靠性的有效途徑。DeviceNet（設(shè)備網(wǎng)）是低成本、高可靠性、基于連接的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，具有強大的通信功能，提供在多種應(yīng)用之間交換信息的路徑，可以在網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備之間傳送I/O數(shù)據(jù)。

　　本文討論了采用DeviceNet主單元和PLC共同實現(xiàn)電梯控制，完成與上位機通信和信號傳輸（簡稱方案1）和小區(qū)建筑設(shè)施的控制與檢測都采用DeviceNet現(xiàn)場總線的解決方案（簡稱方案2）。這兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和目前通用的小區(qū)監(jiān)控方案相比，不僅可以節(jié)省遠程控制器的I/O接點和大量電纜，而且，便于軟件設(shè)計和硬件的備用。文中討論了通過遠程通信的冗余方式解決電梯運行可靠性和安全性的問題。

二.小區(qū)監(jiān)控管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

　　目前，小區(qū)建筑群的電梯和供水系統(tǒng)主要是用傳統(tǒng)的集中式可編程控制器。與其配套的小區(qū)計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)大多是采用分布式監(jiān)控的方案，例如，利用LonWorks、ProfiBus、DeviceNet等現(xiàn)場總線技術(shù)，采集小區(qū)建筑群的電梯和供水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)以及防盜、防火、家庭水煤電用量等信號。也就是說，小區(qū)建筑設(shè)施的控制與檢測是基于兩套相互完全獨立的系統(tǒng)。雖然這種方案不影響小區(qū)建筑設(shè)施的控制和檢測，但是，顯然它需要重復(fù)的I/O接點和接線，缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃。電梯是小區(qū)智能建筑的重要組成部分，電梯的運行正常與否，直接影響到小區(qū)居民的日常生活。在小區(qū)建設(shè)中，為了確保居民生活的安全、高效、舒適便利，一般都采用雙梯或多梯運行。同時，在線監(jiān)測電梯設(shè)備的運行狀況，對突發(fā)情況做出實時處理。這種控制和監(jiān)測都利用PLC的方案，使得PLC在小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)中扮演了重要的角色。它的特點是系統(tǒng)運行安全可靠，系統(tǒng)各個檢測信號直接輸入PLC，便于PLC及時做出判斷和處理。但是，在這種情況下，系統(tǒng)的連線很多，占用較多的I/O點，安裝成本高，施工不便，工程量大，容易出錯，而且一旦出現(xiàn)故障，也難以排除。同時，PLC還要和上位機通信，進行信息交換，以使監(jiān)控系統(tǒng)獲得控制系統(tǒng)的運行信息，這樣對CPU的要求較高。而且，在同一個控制系統(tǒng)中，需要采用同一個廠商的相關(guān)產(chǎn)品，缺少多供貨商同類產(chǎn)品之間的兼容性和互換性。基于上述的問題，本文首先討論采用DeviceNet主單元和PLC共同實現(xiàn)電梯控制，完成和上位機的通信和信號傳輸。

三、DeviceNet單元和PLC的通信

　　DeviceNet是一種低成本的通訊總線鏈接，具有開放現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)標準，規(guī)范和協(xié)議都是開放的。DeviceNet將控制和數(shù)據(jù)融合在一起，信息具有數(shù)據(jù)標識區(qū)，網(wǎng)絡(luò)利用標識區(qū)進行優(yōu)先級仲裁，可以高效傳送I/O數(shù)據(jù)。DeviceNet有兩種不同類型的消息：I/O消息和顯式消息（ExplicitMessage）。顯式消息用于兩個設(shè)備間點對點消息傳遞，是典型的請求/響應(yīng)方式，常用于設(shè)備主參數(shù)、節(jié)點的配置、故障診斷數(shù)據(jù)等。顯式消息可以在不同公司的設(shè)備間進行通信，I/O消息適用于實時性要求較高和面向控制的數(shù)據(jù)。遠程I/O通信功能使得在從單元和安裝主單元的CPU之間能自動地傳送I/O數(shù)據(jù)，對于需要位數(shù)據(jù)又需要信息數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用，非常適合采用DeviceNet網(wǎng)絡(luò)。其典型的應(yīng)用如圖1所示：

圖1DeviceNet典型應(yīng)用圖示

　　主DeviceNet單元作為特殊I/O單元，和CPU的通信非常方便，比如，OMRON公司的C200HG和CJ系列的CPU和OMRON公司的DeviceNet的主單元C200HW-DRM21-V1間的通信，只需利用PLC本身具有的豐富的數(shù)據(jù)傳送指令，即可對數(shù)據(jù)進行讀寫，而不需編寫特別的程序。本文以C200HW-DRM21-V1主單元與傳感器終端模塊DRT1-ND16S間的通信為例說明。

　　在組網(wǎng)時，首先通過主單元上的旋轉(zhuǎn)開關(guān)設(shè)置主單元的單元號（即MACHINENO.）,通過DIP開關(guān)設(shè)置節(jié)點號（即NODENO.），以及通信的波特率。波特率不同的單元間不能通信，否則系統(tǒng)會出錯，并給出提示。主單元的單元號可以設(shè)置為十六進制的0～F。主單元和從單元的節(jié)點可以設(shè)置為0～63。主單元的DIP開關(guān)除了設(shè)置波特率外，還需設(shè)置通信出錯時通信是否停止。各單元設(shè)置好以后，在PLC的內(nèi)存區(qū)中有對應(yīng)的字（見表1和2）來實現(xiàn)對它的控制，不需要編程，在系統(tǒng)上電后各個單元會自動地被寫入掃描表，從而完成網(wǎng)絡(luò)連接。比如，設(shè)置主單元的單元號為1，則其對應(yīng)的軟件開關(guān)和狀態(tài)區(qū)分配的字為IR110～IR119和DM6034～6035。如果把主單元C200HW-DRM21-V1的節(jié)點號設(shè)置為8，則在CPU單元的I/O存儲區(qū)中為從單元分配字地址：輸出區(qū)為IR58，輸入?yún)^(qū)為IR358。不同的節(jié)點，對應(yīng)于不同的字地址。這樣，CPU對各個單元的讀寫操作就是讀寫存儲區(qū)，可以直接利用PLC本身的指令系統(tǒng)。C200HG系列PLC的每個主單元可以有多個從單元，能控制相當多的現(xiàn)場設(shè)備，可以方便地在PLC和從單元之間的遠程I/O進行通信，也可以在OMRONPLC之間、OMRONPLC和從單元及其兼容產(chǎn)品之間進行通信。在小區(qū)的監(jiān)控中，水煤電等儀表的信號也可以接入DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)遠程的數(shù)據(jù)讀取和工況監(jiān)測。相應(yīng)地，要求它們具有DeviceNet接口。