devicenet總線技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場底層控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 、 引言

隨著plc技術(shù)的發(fā)展和大量智能設(shè)備的涌現(xiàn)，機架式的集中控制和總線模式的離散式控制系統(tǒng)成為實時現(xiàn)場控制系統(tǒng)兩大模式。而總線模式的離散式控制系統(tǒng)憑借其配置靈活、工作穩(wěn)定、線路簡單等特點得到越來越廣泛的應(yīng)用。devicenet現(xiàn)場總線是歐姆龍工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——netlinx的底層網(wǎng)絡(luò)，具有開放、低價、可靠、高效的優(yōu)點，特別適合于高實時性要求的工業(yè)現(xiàn)場底層控制，得到廣泛應(yīng)用。

2、應(yīng)用優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比較，devicenet現(xiàn)場總線具有以下優(yōu)勢：利用信息技術(shù)及數(shù)字信號通信技術(shù)，有效提高了系統(tǒng)的測量和控制精度；應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸可靠、信息響應(yīng)快速、抗干擾能力增強；具有自動診斷、故障顯示功能；更好地滿足控制系統(tǒng)信息集成的要求；總線節(jié)點具有良好的防護等級，可以直接安裝于工業(yè)現(xiàn)場；系統(tǒng)設(shè)計調(diào)試更加靈活方便、控制性能大幅度提高；系統(tǒng)綜合成本大幅度減少。

3、 應(yīng)用方案簡介

以omron公司的自動化產(chǎn)品基于devicenet總線在我公司某車型生產(chǎn)線焊裝夾具中的改善實例，對devicenet總線的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和調(diào)試過程做一下介紹。

3.1 改善的原因和需要達到的目的

該生產(chǎn)線是一條以往復(fù)桿為主要傳輸工具的白車身手動焊接主線，是幾年前的設(shè)計產(chǎn)品，采用是傳統(tǒng)的plc集中控制（一個主機架和兩個擴展機架），對主線所有的夾具實現(xiàn)手動和自動運行。所有的數(shù)字量i/o點均從plc柜內(nèi)接線，導(dǎo)線用量大、布線復(fù)雜、故障率高，給現(xiàn)場維護帶來了諸多不便，嚴重影響生產(chǎn)。特別是二號工位上的左右側(cè)圍，夾具氣缸非常多，i/o線路比較龐大，不但給反復(fù)運動的坦克鏈帶來很大的負荷，而且大量的線路因為這樣頻繁的往復(fù)運動很容易造成線路的損壞，給故障的處理帶來不便，甚至影響生產(chǎn)。

在分析、比較了各種不同的控制方案后，我們決定采用以devicenet為底層網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)從根本上去解決這個問題。

經(jīng)過改造升級后，系統(tǒng)的自動化控制性能要得到很大的提高，而且系統(tǒng)可靠、故障率低、維護方便，能有效降低停臺時間、提高生產(chǎn)效率。

3.2 方案的規(guī)劃

在保證原系統(tǒng)能正常運行的前提下，只對二號位的左右側(cè)圍夾具進行控制模式的改善，構(gòu)建一個集散式的控制系統(tǒng)，并且添加以態(tài)網(wǎng)通信卡用來和上位機的監(jiān)控系統(tǒng)進行實時的數(shù)據(jù)交換，上位機采用組態(tài)王軟件進行畫面組態(tài)模擬和現(xiàn)場生產(chǎn)狀態(tài)的監(jiān)控。針對二號位上的被控元件，總線上連接的輸入設(shè)備有按鈕、接近開關(guān)，輸出設(shè)備有電磁閥。二號位夾具的工作狀態(tài)、故障信息等均通過devicenet網(wǎng)絡(luò)傳送至上位機和控制器。

3.3 系統(tǒng)的構(gòu)建及調(diào)試

（1）進行總體規(guī)劃，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行合理的線路的布局。以二號位的左右側(cè)圍夾具來說，兩側(cè)的氣缸呈對稱式分布，輸出電磁閥也基本對稱，總線從主plc出來先接入左側(cè)鄰近主控制柜的離散控制盒內(nèi)再經(jīng)坦克鏈接到右側(cè)的控制盒結(jié)束。圖1是總線部分的拓撲圖。

圖1 devicenet總線架構(gòu)

（2）將現(xiàn)場的離散模塊（小控制盒內(nèi)的防護等級ip20的輸入和輸出模塊以及防護等級ip67的輸入模塊）連接到devicenet總線的節(jié)點。omron的總線模塊分為端子排連接和標準插接頭的連接兩種方式，devicenet總線標準電纜是一根4芯的同軸電纜加上屏蔽層，芯線的顏色分別是紅（24v+）、黑（24v零線）、藍（信號正）、白（信號負）四種顏色，在端子排連接的模塊上標明了四種顏色，在接線時要保證一致；標準插接頭的插頭連接要根據(jù)具體模塊圖紙上的要求進行連接。無論是端子排連接還是插接頭連接，最終的檢測標準是任何一種顏色的線要一通到底，所以在連接好總線后必須要用三用表的電阻檔來檢測所有鏈路是否通暢。網(wǎng)絡(luò)總線兩端應(yīng)安裝正確的終端電阻（120ω，可選配omron公司隨系統(tǒng)提供的標準終端電阻），在系統(tǒng)不上電時測得的網(wǎng)絡(luò)can-h和can-l之間的電阻值應(yīng)在50ω～70ω。

（3） 安裝devicenet網(wǎng)絡(luò)組態(tài)工具軟件configurator v2.2，該工具是用來對總線上的設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分配和離散模塊的i/o地址配置。在安裝好該軟件后有必要對其中的eds配置文件進行更新和升級，否則可能會在總線掃描時出現(xiàn)模塊無法識別的情況。

（4） 給將要添加到devicenet網(wǎng)絡(luò)上的每個設(shè)備分配節(jié)點址并設(shè)置正確的通信波特率，devicenet網(wǎng)絡(luò)上每個網(wǎng)段所有節(jié)點的通信波特率必須一致，且不允許有節(jié)點地址重復(fù)的設(shè)備。在網(wǎng)絡(luò)配置界面右鍵點擊總線上的節(jié)點設(shè)備圖標可以對每個節(jié)點的地址進行更改，節(jié)點設(shè)備都配置好后在總線分配器上的輸入/輸出選項卡上可以對已經(jīng)配置了節(jié)點號的設(shè)備進行輸入/輸出通道地址的分配。當(dāng)然也可以方便地取消或添加模塊的默認i/o地址通過點擊全局選項卡上的“register/unregistered”按鈕，這樣就很方便地將出錯或暫時不需要的模塊從總線上屏蔽掉，給調(diào)試工作帶來很靈活的處理。

（5）通過編程設(shè)備將plc的機架插槽模塊配置下載到plc。在連接總線分配器之前，我們需要通過plc模塊上的rs232接口連接plc模塊至編程設(shè)備，通過在線功能將主機架上的功能模塊和i/o模塊以及擴展機架上的i/o模塊，按照實際的插槽號一一對應(yīng)地配置到plc的i/o配置中去并下載到plc，plc將通過該配置來對機架上的模塊進行掃描檢查，如果發(fā)現(xiàn)配置信息和實際的不一致將會在診斷信息里面給出具體的出錯提示，可以很直觀地通過提示找到問題點。在c200h中的插槽號是固定了的，但是在cs1h-h的處理器中的插擦好是連續(xù)分配的，如果我們要跳過一個插槽不進行配置時需要將該插槽配置為“16點虛”這樣的話它只占用插槽號但不分配實際地址。在以太網(wǎng)插槽點擊鼠標右鍵可以對以太網(wǎng)進行相關(guān)的通信設(shè)置如ip地址等，設(shè)置好后下載到plc以便后面通過網(wǎng)線與plc進行通信連接。

（6）通過編程設(shè)備將devicenet網(wǎng)絡(luò)配置的節(jié)點設(shè)備參數(shù)全部下載到總線分配器。這個過程分兩步進行：首先是將配置的節(jié)點設(shè)備組態(tài)數(shù)據(jù)下載到總線分配器模塊，通過文件選項里面的下載選項；然后是雙擊打開總線分配器，將里面配置好的i/o通道配置下載到總線分配器，通過點擊下載按鈕進行下載。這個過程都必須是在編程設(shè)備和plc在線的情況下進行的（rs232接口或者是以太網(wǎng)卡接口），而且需要注意的是這些數(shù)據(jù)一旦下載到總線分配器后就會保存在總線分配器里面，就算掉電也不會丟失，所以有時候在使用舊的模塊對總線進行掃描時會有沖突信息提示，表明當(dāng)前掃描的總線設(shè)備與總線分配器里面的存儲內(nèi)容不符（包括節(jié)點地址不符、型號不符、i/o地址不符等），同時總線分配器的led顯示屏也會給出相應(yīng)的沖突的設(shè)備的節(jié)點號。當(dāng)出現(xiàn)這樣的情況時，需要手動地將實際的總線配置和i/o配置編輯正確后下載到總線分配器再次掃描就不會出現(xiàn)上面的情況。

（7）原始程序的修改。在修改程序之前先將升級的主機架和plc替換掉原來的舊機架和plc，其他的模塊保持不變，然后將離線的程序里面的cpu進行升級處理，其程序內(nèi)部的變量地址也跟著會相應(yīng)的變化（因為針對不同的plc模塊其內(nèi)部地址的編址方式可能會有所不同），外部i/o保持不變。將自動轉(zhuǎn)換后的程序通過rs232接口下載到plc進行在線試運行，看是否和原始的模塊運行時有所不同，最后得到的結(jié)論是：內(nèi)部點的自動轉(zhuǎn)換不會影響到原始程序的正常運行。運行無誤后就可以將二號位的i/o地址根據(jù)總線分配器里面的i/o配置進行相應(yīng)的修改，然后保存到新的plc里面。

（8） 將所有的程序和總線節(jié)點配置文件做好備份，以便日后進行數(shù)據(jù)恢復(fù)和維護。

4、 結(jié)束語

系統(tǒng)運行實踐表明：該系統(tǒng)功能強大、安全可靠、操作靈活，為生產(chǎn)線白車身的生產(chǎn)創(chuàng)造了明顯的經(jīng)濟效益，并大大提高了生產(chǎn)效率、自動化生產(chǎn)水平和管理水平。