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

圖1 汽車涂料生產(chǎn)系統(tǒng)框圖

2．1 汽車涂料生產(chǎn)系統(tǒng)特點

汽車涂料生產(chǎn)所有現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的工作狀態(tài)、工作參數(shù)、故障信息等均通過DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)傳送至位于中控室的控制器;控制器對現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備實施的各種控制也是通過DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)進行的。系統(tǒng)連接到EtherNet 上的監(jiān)視計算機應(yīng)用組態(tài)軟件DeviceNet Manager，以豐富的文字、形象的圖形顯示各生產(chǎn)設(shè)備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)，自動彈出故障報警畫面、記錄故障點、調(diào)出相關(guān)的控制程序及電控圖紙，也可進行生產(chǎn)信息的自動記錄、統(tǒng)計管理等，并可將報警信息( 故障點、故障原因、故障時間等) 傳送至維修部門的遠程終端上，而且可通過連接到EtherNet 上的控制器控制生產(chǎn)線的起停、改變控制參數(shù)等。系統(tǒng)通過遠程I /O 系統(tǒng)在控制柜上安裝了人機接口HMI，用于顯示生產(chǎn)設(shè)備的工作狀態(tài)、工作參數(shù)、調(diào)節(jié)控制參數(shù)等。系統(tǒng)具有完善的PLC 故障自動診斷程序和HMI 報警系統(tǒng)，使設(shè)備故障的查詢極其快速、方便、準確。系統(tǒng)采用電流閉環(huán)自動控制技術(shù)解決了單鏈多驅(qū)動同步控制的技術(shù)難題，保證了生產(chǎn)線的正常、安全運行。系統(tǒng)控制層采用冗余的ControlNet 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與各物料生產(chǎn)線、工藝輔助設(shè)備成套控制系統(tǒng)、儀表盤安裝系統(tǒng)等的處理器進行實時的控制信息交換。

2．2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸

DeviceNet 可使控制數(shù)據(jù)同時到達控制的每一個單元，可以更有效地利用網(wǎng)絡(luò)的頻帶寬度，消息生產(chǎn)者一次發(fā)送的數(shù)據(jù)可被多個消息使用者使用，從而更有效地傳送數(shù)據(jù)。DeviceNet 支持多種數(shù)據(jù)通信方式，如位選通( Bit-Strobe )、輪詢(Poll)、狀態(tài)改變( Change of State，COS) 和周期(Cyclic)等。

位選通方式下，利用8 bytes 的廣播報文，64個二進制位的值對應(yīng)著網(wǎng)絡(luò)上64 個可能的節(jié)點，通過位的標識，指定要求響應(yīng)的從設(shè)備。輪詢方式下，I /O報文直接依次發(fā)送到各個從設(shè)備(點對點)。循環(huán)方式適用于一些模擬設(shè)備，可以根據(jù)設(shè)備信號發(fā)生的快慢，靈活設(shè)定循環(huán)進行通信的時間間隔，這樣就可以降低對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求。狀態(tài)改變方式用于離散的設(shè)備，使用事件觸發(fā)方式，當設(shè)備狀態(tài)發(fā)生改變時才發(fā)生通信，而不是由主設(shè)備不斷的查詢來完成。

控制和反饋數(shù)據(jù)的傳輸完全是端口間的I /O映射表完成的，如圖2 所示，PC 機的命令傳輸給SLC，改變相應(yīng)的輸出/輸入文件O0 和I1，掃描模塊1747-SDN根據(jù)建立的輸入輸出映射表，將O0和I1 中的數(shù)據(jù)映射到相應(yīng)的設(shè)備網(wǎng)上的1203-GK5 通信模塊上，然后映射到變頻器。

圖2 I /O 映射表

設(shè)備網(wǎng)上的變頻器都是以輪詢的方式與掃描模塊1747-SDN 通信。1747-SDN 發(fā)送查詢信息給一個變頻器，被查詢的變頻器發(fā)送響應(yīng)信息給1747-SDN。1747-SDN 就按照設(shè)置好的掃描列表，掃描整個設(shè)備網(wǎng)。這樣就建立了一個端口映射的通道。反饋變頻器的運行參數(shù)時，也是建立這樣一個通道。一個掃描周期就可以對網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備掃描一遍，刷新它們的輸入輸出映射狀態(tài)。

DeviceNet 使用的通信協(xié)議為11 位表示符，即所有的I /O 消息都有各自11 位標識符ID。標識符ID，分成四個消息組，各有不同用途，ID 中同時提供了多重優(yōu)先權(quán)。工作時，總線上的設(shè)備監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)上消息，當設(shè)備辨識出正確的標識符后將接受該消息。

3 結(jié)語

經(jīng)過實際應(yīng)用，在化工工廠采用DeviceNet 現(xiàn)場總線控制有很多值得借鑒的優(yōu)點:

(1) 采用總線通信控制變頻器，具有硬件邏輯簡單、軟件結(jié)構(gòu)嚴謹、抗干擾能力強的特點。以此方式，可以實現(xiàn)全車間的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)控制。

(2) 系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)速度快，對于負載的變化能夠很好地作出調(diào)整，保證了系統(tǒng)安全穩(wěn)定長期運行。設(shè)備產(chǎn)能提升速度快，能夠極大地提高系統(tǒng)的匹配能力，是對整個車間的產(chǎn)量變化起著至關(guān)重要的一部分。

(3) 本系統(tǒng)通過DeviceNet manager 監(jiān)控界面，中控室可以隨時訪問和控制設(shè)備網(wǎng)上的一些站點，根據(jù)需要調(diào)整控制參數(shù);又可以監(jiān)控網(wǎng)上設(shè)備的工作狀態(tài)，例如電機電流、溫度等參數(shù)，以確保各設(shè)備正常工作，讓系統(tǒng)運行更加安全、更加穩(wěn)定。

(4) 本系統(tǒng)的使用節(jié)約了成本和維修費用，降低了設(shè)備故障率，維修時故障排除時間減少75%以上，有效提高了生產(chǎn)效益。

DeviceNet 現(xiàn)場總線技術(shù)在安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗等方面發(fā)揮了重要的作用，設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出了前所未有的可維護性和可擴展性，更為突出的是，工控系統(tǒng)與信息技術(shù)的結(jié)合，給企業(yè)帶來了經(jīng)濟和社會效益。