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傳統的PLC實行集中控制，所有的電纜都必須連接至PLC控制柜，布線和接線相當繁瑣。變頻器本身有動力線和控制線，在大型生產線中應用較多，如遇大規模的改造，其重新布線的工程量和費用較多。AB Devicenet總線控制系統具有設計方便、結構靈活、安裝簡便的特點，省去了大量的柜間聯線，減少了安裝費用。編程軟件和組態軟件具有在線故障診斷功能，使調試和維護更方便。本文主要論述AB 1336 PLUS Ⅱ變頻器在Green公司CO2膨脹煙絲配套生產線基于AB Devicenet總線控制系統中的具體應用。
1 現場總線概述
近年來，隨著控制技術、計算機技術和網絡技術的快速發展，測控技術、計算機控制和通信領域的結合應用已經成為大勢所趨。工業自動化目前正朝現場總線控制系統方向發展。基于現場總線的控制系統（FCS）成為新一代的工業控制系統，將逐步取代傳統的DCS，這是技術發展的必然要求。
現場總線（field bus）是用于最終控制設備與上層自動化控制設備之間的雙向串行通信鏈絡，采用可進行簡單連接的雙絞線等作為總線，具有結構簡單，執行協議直觀，價格低廉等優點，同時性能又能令人滿意。同時并按公開、規范的通信協議，在位于現場的多個微機化測量控制設備之間及現場儀表與遠程監控計算機之間，實現數據傳輸與信息交換，形成各種適應實際需要的自動控制系統。
Devicenet是一種低成本的基于CAN（Controller Area Network）通訊總線，用于連接工業設備與網絡的現場總線，其特點是低成本、開發容易、支持的廠家多，并且不需要昂貴的連接線路。由美國羅克韋爾公司支持的DeviceNet是IEC62026標準之一，網絡介質可采用五線制電纜，它包括了二條信號線，二條24V電源線和一條屏蔽線。DeviceNet設備可以從網絡上直接獲得電源，并能在線地從網絡上連接和切下設備。網絡提供的電源為8安培，還可以增加冗余的電源。
2 案例廠家的電控方案
該生產線工藝流程復雜，系統設備控制較多，分布在三層工房內，控制點多且位置分散。廠家為避免傳統控制系統需敷設大量電纜，給設計、施工、調試和維護帶來很大麻煩的缺點，經綜合考慮采用采用基于設備控制層、集中監控層和生產管理層的三層管控一體化電控系統：
其設備控制層為AB的Devicenet網，主要控制底層設備；
集中監控層主站SLC504 PLC通過機架插槽上的控制網模塊，通過同軸電纜上與Contrologix5550 PLC以及監控機等上AB的Controlnet控制主網；
生產管理層與集中監控系統通過Ethernet網絡連接，兩臺監控機工作站、服務器、數據處理機、工程師站、質檢室工作站及打印機，均建立在同一個工業以太網上，與底層的設備控制層共同構成三級管控一體化控制系統。
3 變頻器上Devicenet網的討論
該系統把集中監控系統、生產管理系統及設備控制層主站PLC集中于中央控制室內。設備控制系統設電控柜組及分布式I/O現場操作箱，負責直接控制現場設備及信息交換。現場控制系統主站PLC一是采用AB公司的Controllogix5550，其上配置一塊Controlnet網卡［2》、三塊Devicenet網卡和一塊DH+網卡。［3》另一主站SLC504通過1756-CNBR模塊上Controlnet網進行通信。電控柜組及現場操作箱均通過FlexI/O接入Devicenet網。在電控柜組上設置Panelview1400作為現場操作界面，Panelview1400具備Devicenet接口適配器，與Devicenet網連接。
從以上配置來看，采用 Devicenet總線利于發揮其低成本、二次開發容易的特點，并且不需要昂貴的連接線路。若變頻器不上總線，按原控制模式放在本地，如通過PLC輸入輸出模塊接聯接線則還有線纜較多的毛病；如將控制線接入本地子站則浪費I/O點，增加了I/O的模塊數，浪費投資。若變頻器上總線則需要投入一部分接口卡1203-GK5的投資，但可通過總線實現控制節省了I/O點，也能充分利用已計劃投入的 DeviceNet器件接口和費用，特別是能實現遠程控制，包括本地和中控模式的手自動設置和頻率的設置，自動化程度高，且變頻器放在控制柜內一是可方便維護，二上可降低保護等級和費用。
經以上討論和權衡，廠家決定變頻器上Devicenet網。
4 解決方案
4.1軟硬件配置
序號 名稱 型 號
1 設備網通訊模塊 1203-GK5
2 變頻器 1336F-BRF20-AA-EN-L4 （1.5KW）8臺
3 變頻器 1336F-BRF30-AA-EN-L4 （2.2KW）16臺
4 手持操作器 1201-HA2
5 手持操作器連接電纜 1202-H30
6 安裝支座 1201-DMA
7 連接電纜 1202-C10（1米）
8 Devicenet網組態軟件 RSNetWorx for DeviceNet（原有）
9 人機界面軟件 RSView32（原有）
4.2 1336PlusII變頻器建立通訊的方法
1336 PLUS II變頻器通過網卡1203-GK5接入Devicenet網絡，并經PLC 基架中的1756-DNB模板連接，與PLC ControlLogix5550通訊，實現對電機的控制，可讀取變頻器狀態字、運行頻率、變頻器溫度及電機電流等大量過程參數，見附圖1。
圖1 系統結構圖
RSView 32人機界面軟件，不直接和底層設備進行通訊，而是通過PLC作為數據傳輸接口，即通過controlnet控制網絡與PLC進行通訊，PLC再通過1756-DNB模板、Devicenet網絡及網卡1203-GK5作為數據傳輸載體與1336 PLUS II變頻器通訊。
如此使RSView32能夠方便、快捷與變頻器進行數據傳送，只需在控制室監控機上遠程更改參數即可。1336 Plus II變頻器通過Devicenet網絡得到了智能化控制，達到遠程控制目的。
4.3 1336PlusII變頻器的底層控制的路徑
4.3.1 網卡1203-GK5接入
該模塊用于連接設備網和帶有SCANport接口的設備，如圖2所示。控制器局域網絡CAN是一種流行的、可靠的接口技術。A-B公司開發的SCANport接口正是基于CAN接口標準下開發研制的，作為變頻器和其他網絡設備的通訊接口。通過SCANport接口，A-B公司的變頻器可以連接在設備網上，并作為設備網上的一個節點，和網絡上的其他設備進行組態通訊。
圖2 1203-GK5外觀示意圖
該模塊背板上有兩排DIP開關，用于設置節點號、波特率、數據通道等，如圖3所示。在1203-GK5上DIP開關SW1出廠設置值為： SW1-1=0，SW1-2=0，SW1-3=0，SW1-4=0，SW1-5=0，SW1-6=0，SW1-7=0，SW1-8=0。現場DIP開關SW1值就是采用出廠設置值，如圖3所示。DIP開關SW2組DIP撥碼1-6用來設定地址，出廠默認值為63，按二進制計算。SW2-1～SW2-6設定設備網節點地址，出廠設置節點地址為111111（2），63（D），按SW2-6，SW2-5，SW2-4…SW2-1由大到小順序排列，節點地址范圍為0～63。具體節點地址可根據編程需要設定。SW2-7～SW2-8設定數據傳輸速率，出廠設置數據傳輸速率為125K。我們采用的保持125K不變。
圖3 1203-GK5背板開關示意圖
圖4 1203-GK5背板DIP開關SW1設置示意圖
用Devicenet網線的連接方法：按顏色連接，網線的5根線說明：V+（紅線）、CANH（白線）、SHIELD（亮線）、CANL（藍線）、V-（黑線）；在V+（紅線）、V-（黑線）上外接24VDC電源（柜內已有）；使用網卡1203-GK5時選擇ADAPTER 2；各項參數可以使用硬件DIP開關設置，也可以在配置軟件中通過參數設置（使用軟件參數設定網絡地址SW2-7、SW2-8必須在ON位置）。
4.3.2 1756-DNB Devicenet 掃描器接口模塊態
1756-DNB設備網掃描模塊是Devicenet設備與ControlLogix機架之間的接口。掃描器模塊通過網絡與 DeviceNet設備通訊，它相當于一個存儲器，存儲DeviceNet上的設備信息，并供處理器進行讀寫操作。實現：從設備讀輸入數據和寫輸出數據；給設備下載組態數據；監視設備工作狀態。掃描器模塊與ControlLogix機架內的ControlLogix控制器進行通訊，從而提供I/O數據、狀態信息和組態數據。它不斷的對DeviceNet上所連的設備進行掃描，并且用新的掃描結果更新DeviceNet上的設備映象到處理器內存中輸入部分地址以便于處理器進行數據處理，同時，把處理器處理的結果的數據轉送到DeviceNet設備網中。
1756-DNB模塊與它的設備之間沒有建立連接；因此，控制器與Devicenet設備之間沒有建立連接。1756-DNB模塊只是充當掃描器的作用，將來自它的設備的所有數據收集打包，通過映象傳送到控制器。當然，控制器也可以使用MSG指令直接將信息傳送給DeviceNet設備或接收來自DeviceNet設備的信息。
4.3.3 PLC與變頻器I/O工作圖表
ControlLogix 5550 PLC與1336 PLUS Ⅱ變頻器I/O工作示意如圖5所示。
圖5 1336PlusII映射表
4.3.4 設備網組態
以RSNetWorx for Devicenet軟件進行設備網掃描，將1336PlusII變頻器的設備信息映射到1756-DNB模塊里。RSNetWorx for DeviceNet是基于32位的Windows應用程序，它能夠提供設備網組態，使用圖形或電子數據表格，組態設備網上所有的設備。通過1336PlusII EDS文件進行人工掃描，把設備的各種信息一步步掃瞄到網絡上。EDS（電子數據表）是一個專門由設備制造商提供的文本文件，該文件存儲設備的各種重要信息，包括參數信息、輸入/輸出信息等，圖6為掃描上來的1336PlusII變頻器組態界面。當把變頻器掃描上來時，就可以從變頻器上載參數到設備網上，可以在組態界面上觀察到變頻器的各個參數；也可以下載參數到變頻器來完成任務。
圖6 RSNetWorx for Devicenet組態界面
所有1336 PLUS II變頻器都利用Adapter2掃描口通過1203-GM5通訊模塊與PLC 掃描器模塊形成Devicenet設備網現場總線。變頻器的所有控制（啟動，停止，加速，減速等）和反饋（變頻器的工作狀態）都通過設備網的控制字和狀態字來實現。由變頻器設定哪些參數與其連接 ，從而實現PLC對這些參數的讀寫; 將變頻器的常用監控參數 ，如加減速時間、多個預置頻率、實際輸出電流電壓、故障代碼等參數設定到Data In/Out上 ，通過映射方式 ，PLC對變頻器就可實現一般功能的監控。這樣，不但節省了大量的電纜和布線工作，也極大提高了可靠性，大大降低了故障率。
4.4變頻器的遠程控制
通過組態RSView32人機界面軟件完成上位機的人機接口控制和參數監控，從而實現變頻器的遠程控制。通過建立標簽（tag） ，使之與需監控的I/ O 點相關聯，RSView32 可不斷獲取或刷新標簽數據，從而達到控制現場設備的目的。RSView32 提供了許多基本圖形工具，并帶有常用圖形庫。用戶也可建立自己的圖形庫。作圖時直接將圖形對象拖入視圖中即可。圖形對象有其對應的屬性值，如位置、顏色、旋轉、可視性等，在操作和監控過程中，通過改變這些屬性的值，可使圖形呈現動畫特點。可記錄的數據可以是動作（Activity） 、標簽（ tag） 、報警（alarm） 等。動作包括命令、宏的執行，系統信息采集等。記錄的標簽數據可以用來生成趨勢圖，而報警記錄則可以用于故障分析和事故追蹤， 它們分類存儲在不同的記錄文件里。用戶可自定義需要記錄的數據，記錄文件的生成、刪除方式等。
以下重點介紹如何用RSView32 設計控制系統的人機界面。
設計包括了以下步驟：
（1） 設置通道和節點。RSView32 可以同時監控4 個通道，本例通過控制網controlnet與PLC ControlLogix通信，通道類型應設為控制網，節點應與PLC 的設定值相同。
（2） 創建圖形對象。圖形是人機交流的主要工具，本例中的圖形對象分為兩部分，即變頻器參數調節畫面和膨脹煙絲線前后端配套設備的工作界面。前者包括變頻器的一些重要參數，如頻率設定、加減速時間等，這些參數也可以從變頻器的面板上設置;后者包括膨脹煙絲線前后端配套設備的實物流程圖片和一些指示燈、按紐等。［5》
（3） 設置標簽或衍生標簽。標簽是RSView32 與外界通信的手段，可以用來控制實際對象。有些標簽直接與設備上的輸入輸出點相聯系，另一些則是它們的衍生或者系統中所用的變量。［6》
（4） 給圖形對象添加動畫。只有給圖形對象添加了動畫標簽，才能使之與實際的硬件設備聯系起來。用戶通過人機界面的操作，便能夠遠程調節變頻器參數及膨脹煙絲線前后端配套設備整條線的工作。另外為了使工作圖片更加形象逼真，還作了一些技術處理，如用切片機圖形的片煙動態進料及切刀的動作來表示物料輸送的狀態和切片機的主要動作，這樣在改變磨削速度時，操作者有更為直觀的現場感受。圖7 是本例的膨脹煙絲線前后端配套設備工作界面。
圖7 以RSView32設計的整線一工作界面
同時，也實現了對電機的遠程啟動、停止和頻率的實時控制，圖8 是1336 PLUS II變頻器頻率的中控設置。
圖8 1336 PLUS II變頻器頻率的中控設置
5 結語
經過調試， 以RSView32設計的整線工作界面可以正常與控制網通信，并可直接控制變頻器及PLC上的與工況相關的I/ O 點，證明整個組態和通信正確。在中控監控機上可以監控1336 Plus II變頻器，也可以控制各子站的輸出， 此種控制方式可以通過軟件察看或修改1336 PLUS II變頻器內部的300多條參數，如電機的電流、溫度、轉速等都可以由Devicenet網絡的數據采集獲得，只需在控制室觸摸屏或監控機上遠程更改參數即可。1336 Plus II變頻器通過DeviceNet網絡得到了智能化控制。
另外整個中控及變頻器操作工作界面簡單、直觀，能適應實際工作場合，達到了預定效果。使用網絡通訊比傳統的控制方式具有接線數量減少，采集變頻器的數據多，節約電能、抗干擾能力強等優點，具有很高的推廣價值。
責任編輯：gt
工商網監
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