DeviceNet現場總線技術在化工行業的應用

引言

DeviceNet 是20 世紀90 年代中期發展起來的一種基于控制器區域網絡(Controller Area Network，CAN)技術的開放型、符合全球工業標準的低成本、高性能的通信網絡。通過一個開放的網絡，將底層的設備直接和車間級控制器相連，無需通過硬接線將它們與I /O 模塊相連，世界范圍的150 多個供貨商積極支持開放式設備網供貨商協會的網絡。為客戶降低安裝成本、縮短安裝周期、減少停機時間。DeviceNet 最初由美國Rockwell公司開發應用，2002 年10 月，DeviceNet 被批準為中國國家標準GB /T18858．3-2002，并于2003．4．1起實施。

目前，DeviceNet 技術主要應用于設備級網絡，它將工業設備(如:限位開關、光電傳感器、閥組、電機起動器、過程傳感器、變頻驅動器、面板顯示器和操作員接口等) 連接到網絡，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備間的通信，并同時提供了相當重要的設備級診斷功能，這是通過硬接線I /O接口很難實現的。本文介紹了DeviceNet 現場總線技術在化工行業的汽車涂料生產過程中的應用。

1 DeviceNet 現場總線特點

DeviceNet 現場總線在提供多供貨商同類部件間的可互換性的同時，減少了配線和安裝工業自動化設備的成本和時間。DeviceNet 的直接互連性不僅改善了設備間的通信，而且同時提供了相當重要的設備級診斷功能，這是通過硬接線I /O接口很難實現的。DeviceNet 是一個開放式網絡標準。規范和協議都是開放的，廠商將設備連接到系統時，無需購買硬件、軟件或許可權。DeviceNet 技術特點有以下幾方面:

(1) 最大64 個節點。

(2) 125 kb /s ～ 500 kb /s 通信速率。

(3) 點對點、多主或主/從通信。

(4) 可帶電更換網絡節點，在線修改網絡配置。

(5) 采用CAN 物理層和數據鏈路層規約，使用CAN 規約芯片，得到國際上芯片制造商的支持。

(6) 支持選通、輪詢、循環、狀態變化和應用觸發的數據傳送。

(7) 低成本、高可靠性的數據網絡。

(8) 既適合于連接底端工業設備，又能連接像變頻器、操作終端這樣的復雜設備。

(9) 采用無損位仲裁機制實現按優先級發送信息。

(10) 具有通信錯誤分級檢測機制、通信故障的自動判別和恢復功能。

2 汽車涂料生產系統組成

一個完整的DeviceNet 網絡由以下幾部分組成:

(1) 多臺冗余的主控器(PLC 或PC)。

(2) 現場輸入/輸出模塊:用于連接工業控制系統中的各種現場裝置，如:傳感器、按鈕、指示燈、閥門、變送器等，產品包括可直接安裝在惡劣工業環境的IP67 防護等級的輸入/輸出模塊和適合安裝在操作臺和控制柜中的IP20 防護等級的輸入/輸出模塊。

(3) 其他現場裝置:變頻器、人機界面等復雜的現場裝置，可以通過獨立的DeviceNet 接口連接到現場總線上，以獲取更多的信息。

(4)電纜及網絡附件:各種總線電纜、輔助電源電纜、連接現場輸入/輸出裝置的電纜和接插件、無源多端口接線盒、總線T 型頭、電源T 型頭、終端電阻等。

由于DeviceNet 設備網是基于生產者和消費者網絡模式，它使控制數據能夠同時到達網上的各個站點單元，網絡利用率高;它允許狀態變化的報文發送，可以實現更快的響應，有效地減少了網絡通信量。周期性的報文發送、對等通信、允許數據和狀態信息在設備間進行交換，作為優化工業控制網絡技術———netlinx 的底層網絡( 也稱設備層網絡或總線)，DeviceNet 現場總線的開放性、低廉性、可靠性、高效性的優點特別適合于高實時性要求的工業現場的底層設備控制。這些優點都為更高的生產率提供了有力保障。

由于行業特性的要求，化工行業的汽車涂料生產需要與稱重系統、壓縮空氣系統、氮氣系統、MCC變頻器、現場操作顯示屏等多套輔助系統進行信號傳輸和實時監控。具體結構框圖如圖1 所示。