台达产品Devicenet与Ethernet网络在PLC制造厂的应用

1  引言
    devicenet是当今较为流行的现场总线的其中一种。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。是一项以智能传感器、控制、计算机、数字通信、网络为主要内容的综合技术。现场总线系统打破了传统控制系统采用的按控制回路要求，设备一对一的分别进行连线的结构形式。把原先dcs系统中处于控制室的控制模块、各输入\输出模块放入现场设备，加上现场设备具有通信能力，因而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。现场总线系统在技术上具有以下特点：
    (1)系统具有开放性和互用性
    通信协议遵从相同的标准，设备之间可以实现信息交换，用户可按自己的需要，把不同供应商的产品组成开放互连的系统。系统间、设备间可以进行信息交换，不同生产厂家的性能类似的设备可以互换。
    (2)系统功能自治性
    系统将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，现场设备可以完成自动控制的基本功能，并可以随时诊断设备的运行状况。
    (3)系统具有分散性
    现场总线构成的是一种全分散的控制系统结构，简化了系统结构，提高了可靠性。
    (4)系统具有对环境的适应性
    现场总线支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电和通信，并可以满足安全防爆的要求。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。
    计算机网络、通信与控制技术的发展，导致自动化系统的深刻改革。信息技术正迅速渗透到生产现场的设备层，覆盖从生产车间到企业管理经营的各个方面，沟通从原料供应、生产制造到生产调度、资源规划乃至市场销售的各个环节，逐步形成以控制网络为基础的企业信息系统。现场总线(fieldbus)就是顺应这一趋势发展起来的新技术。而以现场总线为基础的企业网络系统更是当今企业发展的趋势。图1为以现场总线为基础的企业网络系统示意图。

图1  以现场总线为基础的企业网络系统示意图
2  项目背景简介
    PLC制造厂是生产台达dvp-s和dvp-e等系列plc的生产部门，此次做的项目是其中的3条产线包括：ict状态、assy状态、t2+pack状态，其中每条产线包含8种及以上的信息状态例如：产线缺料报警、o/i错误、二次堆货、测试治具不良等等。通过现场传感器(热电偶)、执行器(电动机)及操作人员的反馈信息等，在控制室工程师可以清楚地看到产线运行状态以及向产线发布生产命令等。那么通过什么形式来完成现场与控制室、办公室及操作员之间的信息交换呢？这就是我们最关注的问题。笼统地说，此项目用到的是现场总线(devicenet)及工业以太网的通讯方式来完成整个系统信息交换的。这也符合了上面阐述的计算机网络在现实生产种的应用，其带来的好处不再累述。
3  解决方案
3.1整个项目的网络架构
    整个项目的网络架构如图2所示。

图2  plc生产监控车间网络架构图
3.2 整个系统中用到的主要设备清单
    整个系统中用到的主要设备清单如表1所示。
表1　系统主要设备清单

3.3网络组态的实现
    如何将这么多设备组态起来，从而实现彼此的通讯使我们关注的主要问题，下面详细说明一下组态过程。首先，台达遵循的devicenet网络通讯协议，其网络组态需要的软件是devicenetbuilder_v1.01，利用它可以将几乎涵盖所有的台达产品集成在一起，组成devicenet通讯网络。其操作性简单、方便、易懂。下面详细诠释一下devicenet网络组态步骤及细节，如下：
    步骤1：
    硬件网络都搭建完成后，设置好每个硬件节点的地址后，按着各个产品的说明书将通讯格式修改成对应的格式(此步骤不做详细说明，因为台达相应产品说明书上都有详细的说明)，运行devicenetbuilder_v1.01，扫描整个网络会自动搜索到网络上的所有在线节点，如图3所示。

图3  网络自动扫描在线节点
    步骤2：
    在主站扫描模块中配置各个从站的地址映射，如图4。

图4  在主站扫描模块中配置各个从站的地址映射
    注释：图4中标明的输出列表指的是，devicenet主站向从站发送的数据的地址，也就是主站数据寄存器占用的地址；而输入列表指的是，devicenet从站向主站发送的数据的地址，也就是主站接受到从站的数据后在主站中存放这些数据占用的地址区间。举例说明如表2所示。
表2

    步骤3：
    接下来要做的事情就是将这些对应的数据在程序当中表现出来，如图5。

图5  在程序中表现对应的数据
    如图6，m20为变频器的启动按钮，m12为变频器运行状态指示。

图6  参数设置1
    图7中d6288为变频器频率的设定值(在触摸屏中设定)。

图7 参数设置2
    图8中d6038为变频器实际频率的反馈值。

图8  参数设置3
    经过这3个简单的配置和编写步骤，就可以实现变频器和plc之间的devicenet网络的通讯了。
    下边讲一下控制室、办公室的hmi与现场的plc之间的以太网通讯。方法很简单：步骤如下。
    步骤1：
    选择建立hmi的类型为tcp/ip，如图9、图10所示。

图9  设置模块参数

图10  将hmi设置为tcp/ip类型
    步骤2：
    配置hmi的ip地址，如图11。

图11  配置hmi地址
    步骤3：
    设置plc的ip地址，如图12。

图12  设置plc地址
    第二个hmi的ip设置类似，就不累述。经过上述3个步骤的设置，2个hmi和plc就可以进行以太网通讯了，这样控制室和办公室就可以完全监控整个生产车间的各个设备的运行状态了。
4  结束语
    本文详细讨论了如何运用devicenet网络结合ethernet实现整个车间、控制室、办公室之间的信息互通，从而工程师可以在控制室、办公室监控整个产线的生产情况，很大程度上体现了台达产品在网络方面的灵活性、多样性和较强的可运用性。
作者简介
    迟乐强  技术工程师，供职于中达电子(吴江)有限公司应用技术中心，主要从事plc应用工作。
参考文献
    [1] dvp-plc应用技术手册(程序篇).
    [2] dvp-plc应用技术手册(特殊模块篇).
    [3] dop-tp人机界面应用技术手册.
    [4] delta-devicenet应用技术手册.