DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在化工行業(yè)的應(yīng)用

引言

DeviceNet 是20 世紀(jì)90 年代中期發(fā)展起來(lái)的一種基于控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network，CAN)技術(shù)的開(kāi)放型、符合全球工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的低成本、高性能的通信網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)一個(gè)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)，將底層的設(shè)備直接和車(chē)間級(jí)控制器相連，無(wú)需通過(guò)硬接線將它們與I /O 模塊相連，世界范圍的150 多個(gè)供貨商積極支持開(kāi)放式設(shè)備網(wǎng)供貨商協(xié)會(huì)的網(wǎng)絡(luò)。為客戶(hù)降低安裝成本、縮短安裝周期、減少停機(jī)時(shí)間。DeviceNet 最初由美國(guó)Rockwell公司開(kāi)發(fā)應(yīng)用，2002 年10 月，DeviceNet 被批準(zhǔn)為中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB /T18858．3-2002，并于2003．4．1起實(shí)施。

目前，DeviceNet 技術(shù)主要應(yīng)用于設(shè)備級(jí)網(wǎng)絡(luò)，它將工業(yè)設(shè)備(如:限位開(kāi)關(guān)、光電傳感器、閥組、電機(jī)起動(dòng)器、過(guò)程傳感器、變頻驅(qū)動(dòng)器、面板顯示器和操作員接口等) 連接到網(wǎng)絡(luò)，消除了昂貴的硬接線成本。傳輸速率為125 ～ 500 kb /s。直接互連性改善了設(shè)備間的通信，并同時(shí)提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級(jí)診斷功能，這是通過(guò)硬接線I /O接口很難實(shí)現(xiàn)的。本文介紹了DeviceNet 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在化工行業(yè)的汽車(chē)涂料生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用。

1 DeviceNet 現(xiàn)場(chǎng)總線特點(diǎn)

DeviceNet 現(xiàn)場(chǎng)總線在提供多供貨商同類(lèi)部件間的可互換性的同時(shí)，減少了配線和安裝工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的成本和時(shí)間。DeviceNet 的直接互連性不僅改善了設(shè)備間的通信，而且同時(shí)提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級(jí)診斷功能，這是通過(guò)硬接線I /O接口很難實(shí)現(xiàn)的。DeviceNet 是一個(gè)開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范和協(xié)議都是開(kāi)放的，廠商將設(shè)備連接到系統(tǒng)時(shí)，無(wú)需購(gòu)買(mǎi)硬件、軟件或許可權(quán)。DeviceNet 技術(shù)特點(diǎn)有以下幾方面:

(1) 最大64 個(gè)節(jié)點(diǎn)。

(2) 125 kb /s ～ 500 kb /s 通信速率。

(3) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多主或主/從通信。

(4) 可帶電更換網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，在線修改網(wǎng)絡(luò)配置。

(5) 采用CAN 物理層和數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)約，使用CAN 規(guī)約芯片，得到國(guó)際上芯片制造商的支持。

(6) 支持選通、輪詢(xún)、循環(huán)、狀態(tài)變化和應(yīng)用觸發(fā)的數(shù)據(jù)傳送。

(7) 低成本、高可靠性的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

(8) 既適合于連接底端工業(yè)設(shè)備，又能連接像變頻器、操作終端這樣的復(fù)雜設(shè)備。

(9) 采用無(wú)損位仲裁機(jī)制實(shí)現(xiàn)按優(yōu)先級(jí)發(fā)送信息。

(10) 具有通信錯(cuò)誤分級(jí)檢測(cè)機(jī)制、通信故障的自動(dòng)判別和恢復(fù)功能。

2 汽車(chē)涂料生產(chǎn)系統(tǒng)組成

一個(gè)完整的DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)由以下幾部分組成:

(1) 多臺(tái)冗余的主控器(PLC 或PC)。

(2) 現(xiàn)場(chǎng)輸入/輸出模塊:用于連接工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種現(xiàn)場(chǎng)裝置，如:傳感器、按鈕、指示燈、閥門(mén)、變送器等，產(chǎn)品包括可直接安裝在惡劣工業(yè)環(huán)境的IP67 防護(hù)等級(jí)的輸入/輸出模塊和適合安裝在操作臺(tái)和控制柜中的IP20 防護(hù)等級(jí)的輸入/輸出模塊。

(3) 其他現(xiàn)場(chǎng)裝置:變頻器、人機(jī)界面等復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)裝置，可以通過(guò)獨(dú)立的DeviceNet 接口連接到現(xiàn)場(chǎng)總線上，以獲取更多的信息。

(4)電纜及網(wǎng)絡(luò)附件:各種總線電纜、輔助電源電纜、連接現(xiàn)場(chǎng)輸入/輸出裝置的電纜和接插件、無(wú)源多端口接線盒、總線T 型頭、電源T 型頭、終端電阻等。

由于DeviceNet 設(shè)備網(wǎng)是基于生產(chǎn)者和消費(fèi)者網(wǎng)絡(luò)模式，它使控制數(shù)據(jù)能夠同時(shí)到達(dá)網(wǎng)上的各個(gè)站點(diǎn)單元，網(wǎng)絡(luò)利用率高;它允許狀態(tài)變化的報(bào)文發(fā)送，可以實(shí)現(xiàn)更快的響應(yīng)，有效地減少了網(wǎng)絡(luò)通信量。周期性的報(bào)文發(fā)送、對(duì)等通信、允許數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息在設(shè)備間進(jìn)行交換，作為優(yōu)化工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)———netlinx 的底層網(wǎng)絡(luò)( 也稱(chēng)設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)或總線)，DeviceNet 現(xiàn)場(chǎng)總線的開(kāi)放性、低廉性、可靠性、高效性的優(yōu)點(diǎn)特別適合于高實(shí)時(shí)性要求的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的底層設(shè)備控制。這些優(yōu)點(diǎn)都為更高的生產(chǎn)率提供了有力保障。

由于行業(yè)特性的要求，化工行業(yè)的汽車(chē)涂料生產(chǎn)需要與稱(chēng)重系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、氮?dú)庀到y(tǒng)、MCC變頻器、現(xiàn)場(chǎng)操作顯示屏等多套輔助系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)傳輸和實(shí)時(shí)監(jiān)控。具體結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。