DeviceNet現場總線技術在化工行業的應用

圖1 汽車涂料生產系統框圖

2．1 汽車涂料生產系統特點

汽車涂料生產所有現場生產設備的工作狀態、工作參數、故障信息等均通過DeviceNet 網絡傳送至位于中控室的控制器;控制器對現場生產設備實施的各種控制也是通過DeviceNet 網絡進行的。系統連接到EtherNet 上的監視計算機應用組態軟件DeviceNet Manager，以豐富的文字、形象的圖形顯示各生產設備的運行狀態、運行參數，自動彈出故障報警畫面、記錄故障點、調出相關的控制程序及電控圖紙，也可進行生產信息的自動記錄、統計管理等，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線的起停、改變控制參數等。系統通過遠程I /O 系統在控制柜上安裝了人機接口HMI，用于顯示生產設備的工作狀態、工作參數、調節控制參數等。系統具有完善的PLC 故障自動診斷程序和HMI 報警系統，使設備故障的查詢極其快速、方便、準確。系統采用電流閉環自動控制技術解決了單鏈多驅動同步控制的技術難題，保證了生產線的正常、安全運行。系統控制層采用冗余的ControlNet 網絡實現與各物料生產線、工藝輔助設備成套控制系統、儀表盤安裝系統等的處理器進行實時的控制信息交換。

2．2 系統數據傳輸

DeviceNet 可使控制數據同時到達控制的每一個單元，可以更有效地利用網絡的頻帶寬度，消息生產者一次發送的數據可被多個消息使用者使用，從而更有效地傳送數據。DeviceNet 支持多種數據通信方式，如位選通( Bit-Strobe )、輪詢(Poll)、狀態改變( 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著網絡上64 個可能的節點，通過位的標識，指定要求響應的從設備。輪詢方式下，I /O報文直接依次發送到各個從設備(點對點)。循環方式適用于一些模擬設備，可以根據設備信號發生的快慢，靈活設定循環進行通信的時間間隔，這樣就可以降低對網絡帶寬的要求。狀態改變方式用于離散的設備，使用事件觸發方式，當設備狀態發生改變時才發生通信，而不是由主設備不斷的查詢來完成。

控制和反饋數據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，改變相應的輸出/輸入文件O0 和I1，掃描模塊1747-SDN根據建立的輸入輸出映射表，將O0和I1 中的數據映射到相應的設備網上的1203-GK5 通信模塊上，然后映射到變頻器。

圖2 I /O 映射表

設備網上的變頻器都是以輪詢的方式與掃描模塊1747-SDN 通信。1747-SDN 發送查詢信息給一個變頻器，被查詢的變頻器發送響應信息給1747-SDN。1747-SDN 就按照設置好的掃描列表，掃描整個設備網。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時，也是建立這樣一個通道。一個掃描周期就可以對網絡上所有設備掃描一遍，刷新它們的輸入輸出映射狀態。

DeviceNet 使用的通信協議為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先權。工作時，總線上的設備監聽網絡上消息，當設備辨識出正確的標識符后將接受該消息。

3 結語

經過實際應用，在化工工廠采用DeviceNet 現場總線控制有很多值得借鑒的優點:

(1) 采用總線通信控制變頻器，具有硬件邏輯簡單、軟件結構嚴謹、抗干擾能力強的特點。以此方式，可以實現全車間的現場總線網絡控制。

(2) 系統動態響應速度快，對于負載的變化能夠很好地作出調整，保證了系統安全穩定長期運行。設備產能提升速度快，能夠極大地提高系統的匹配能力，是對整個車間的產量變化起著至關重要的一部分。

(3) 本系統通過DeviceNet manager 監控界面，中控室可以隨時訪問和控制設備網上的一些站點，根據需要調整控制參數;又可以監控網上設備的工作狀態，例如電機電流、溫度等參數，以確保各設備正常工作，讓系統運行更加安全、更加穩定。

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

DeviceNet 現場總線技術在安全生產、節能降耗等方面發揮了重要的作用，設備和網絡表現出了前所未有的可維護性和可擴展性，更為突出的是，工控系統與信息技術的結合，給企業帶來了經濟和社會效益。