：吳巧燕

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傳統(tǒng)的PLC實(shí)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(dāng)繁瑣。變頻器本身有動(dòng)力線和控制線，在大型生產(chǎn)線中應(yīng)用較多，如遇大規(guī)模的改造，其重新布線的工程量和費(fèi)用較多。AB Devicenet總線控制系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)方便、結(jié)構(gòu)靈活、安裝簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，省去了大量的柜間聯(lián)線，減少了安裝費(fèi)用。編程軟件和組態(tài)軟件具有在線故障診斷功能，使調(diào)試和維護(hù)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(chǎn)線基于AB Devicenet總線控制系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

1 現(xiàn)場(chǎng)總線概述
近年來，隨著控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，測(cè)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制和通信領(lǐng)域的結(jié)合應(yīng)用已經(jīng)成為大勢(shì)所趨。工業(yè)自動(dòng)化目前正朝現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)方向發(fā)展。基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)（FCS）成為新一代的工業(yè)控制系統(tǒng)，將逐步取代傳統(tǒng)的DCS，這是技術(shù)發(fā)展的必然要求。
現(xiàn)場(chǎng)總線（field bus）是用于zui終控制設(shè)備與上層自動(dòng)化控制設(shè)備之間的雙向串行通信鏈絡(luò)，采用可進(jìn)行簡(jiǎn)單連接的雙絞線等作為總線，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，執(zhí)行協(xié)議直觀，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)性能又能令人滿意。同時(shí)并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間及現(xiàn)場(chǎng)儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)[1]。
DeviceNet是一種低成本的基于CAN（Controller Area Network）通訊總線，用于連接工業(yè)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)總線，其特點(diǎn)是低成本、開發(fā)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(biāo)準(zhǔn)之一，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)可采用五線制電纜，它包括了二條信號(hào)線，二條24V電源線和一條屏蔽線。DeviceNet設(shè)備可以從網(wǎng)絡(luò)上直接獲得電源，并能在線地從網(wǎng)絡(luò)上連接和切下設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)提供的電源為8安培，還可以增加冗余的電源。[2]

2 案例廠家的電控方案
該生產(chǎn)線工藝流程復(fù)雜，系統(tǒng)設(shè)備控制較多，分布在三層工房內(nèi)，控制點(diǎn)多且位置分散。廠家為避免傳統(tǒng)控制系統(tǒng)需敷設(shè)大量電纜，給設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試和維護(hù)帶來很大的缺點(diǎn)，經(jīng)綜合考慮采用采用基于設(shè)備控制層、集中監(jiān)控層和生產(chǎn)管理層的三層管控一體化電控系統(tǒng)：
其設(shè)備控制層為AB的DeviceNet網(wǎng)，主要控制底層設(shè)備；
集中監(jiān)控層主站SLC504 PLC通過機(jī)架插槽上的控制網(wǎng)模塊，通過同軸電纜上與Contrologix5550 PLC以及監(jiān)控機(jī)等上AB的Controlnet控制主網(wǎng)；
生產(chǎn)管理層與集中監(jiān)控系統(tǒng)通過Ethernet網(wǎng)絡(luò)連接，兩臺(tái)監(jiān)控機(jī)工作站、服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理機(jī)、工程師站、質(zhì)檢室工作站及打印機(jī)，均建立在同一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)上,與底層的設(shè)備控制層共同構(gòu)成三級(jí)管控一體化控制系統(tǒng)。

3 變頻器上DeviceNet網(wǎng)的討論
該系統(tǒng)把集中監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)及設(shè)備控制層主站PLC集中于中央控制室內(nèi)。設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)電控柜組及分布式I/O現(xiàn)場(chǎng)操作箱，負(fù)責(zé)直接控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及信息交換。現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)主站PLC一是采用AB公司的Controllogix5550，其上配置一塊Controlnet網(wǎng)卡[2]、三塊Devicenet網(wǎng)卡和一塊DH+網(wǎng)卡。[3]另一主站SLC504通過1756-CNBR模塊上Controlnet網(wǎng)進(jìn)行通信。電控柜組及現(xiàn)場(chǎng)操作箱均通過FlexI/O接入Devicenet網(wǎng)[3]。在電控柜組上設(shè)置Panelview1400作為現(xiàn)場(chǎng)操作界面，Panelview1400具備Devicenet接口適配器，與Devicenet網(wǎng)連接。
從以上配置來看，采用 DeviceNet總線利于發(fā)揮其低成本、二次開發(fā)容易的特點(diǎn)，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(lián)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(fèi)I/O點(diǎn)，增加了I/O的模塊數(shù)，浪費(fèi)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(shí)現(xiàn)控制節(jié)省了I/O點(diǎn)，[4]也能充分利用已計(jì)劃投入的 DeviceNet器件接口和費(fèi)用，特別是能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，包括本地和中控模式的手自動(dòng)設(shè)置和頻率的設(shè)置，自動(dòng)化程度高，且變頻器放在控制柜內(nèi)一是可方便維護(hù)，二上可降低保護(hù)等級(jí)和費(fèi)用。
經(jīng)以上討論和權(quán)衡，廠家決定變頻器上DeviceNet網(wǎng)。

4 解決方案
4.1軟硬件配置
序號(hào) 名稱 型 號(hào) 
1 設(shè)備網(wǎng)通訊模塊 1203-GK5 
2 變頻器 1336F-BRF20-AA-EN-L4 (1.5KW)8臺(tái) 
3 變頻器 1336F-BRF30-AA-EN-L4 (2.2KW)16臺(tái) 
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(wǎng)組態(tài)軟件 RSNetWorx for DeviceNet（原有） 
9 人機(jī)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(wǎng)卡1203-GK5接入DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，并經(jīng)PLC 基架中的1756-DNB模板連接，與PLC ControlLogix5550通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，可讀取變頻器狀態(tài)字、運(yùn)行頻率、變頻器溫度及電機(jī)電流等大量過程參數(shù),見附圖1。

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圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
RSView 32人機(jī)界面軟件，不直接和底層設(shè)備進(jìn)行通訊，而是通過PLC作為數(shù)據(jù)傳輸接口，即通過controlnet控制網(wǎng)絡(luò)與PLC進(jìn)行通訊，PLC再通過1756-DNB模板、DeviceNet網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)卡1203-GK5作為數(shù)據(jù)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，只需在控制室監(jiān)控機(jī)上遠(yuǎn)程更改參數(shù)即可。1336 Plus II變頻器通過DeviceNet網(wǎng)絡(luò)得到了智能化控制，達(dá)到遠(yuǎn)程控制目的。
4.3 1336PlusII變頻器的底層控制的路徑
4.3.1 網(wǎng)卡1203-GK5接入
該模塊用于連接設(shè)備網(wǎng)和帶有SCANport接口的設(shè)備，如圖2所示。控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN是一種流行的、可靠的接口技術(shù)。A-B公司開發(fā)的SCANport接口正是基于CAN接口標(biāo)準(zhǔn)下開發(fā)研制的，作為變頻器和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(shè)備網(wǎng)上，并作為設(shè)備網(wǎng)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，和網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備進(jìn)行組態(tài)通訊。

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圖2 1203-GK5外觀示意圖
該模塊背板上有兩排DIP開關(guān)，用于設(shè)置節(jié)點(diǎn)號(hào)、波特率、數(shù)據(jù)通道等，如圖3所示。在1203-GK5上DIP開關(guān)SW1出廠設(shè)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(xiàn)場(chǎng)DIP開關(guān)SW1值就是采用出廠設(shè)置值，如圖3所示。DIP開關(guān)SW2組DIP撥碼1-6用來設(shè)定地址，出廠默認(rèn)值為63，按二進(jìn)制計(jì)算。SW2-1～SW2-6設(shè)定設(shè)備網(wǎng)節(jié)點(diǎn)地址，出廠設(shè)置節(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)地址范圍為0～63。具體節(jié)點(diǎn)地址可根據(jù)編程需要設(shè)定。SW2-7～SW2-8設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸速率，出廠設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸速率為125K。我們采用的保持125K不變。

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圖3 1203-GK5背板開關(guān)示意圖

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圖4 1203-GK5背板DIP開關(guān)SW1設(shè)置示意圖
用DeviceNet網(wǎng)線的連接方法：按顏色連接，網(wǎng)線的5根線說明：V+（紅線）、CANH（白線）、SHIELD（亮線）、CANL（藍(lán)線）、V-（黑線）；在V+（紅線）、V-（黑線）上外接24VDC電源（柜內(nèi)已有）；使用網(wǎng)卡1203-GK5時(shí)選擇ADAPTER 2；各項(xiàng)參數(shù)可以使用硬件DIP開關(guān)設(shè)置，也可以在配置軟件中通過參數(shù)設(shè)置（使用軟件參數(shù)設(shè)定網(wǎng)絡(luò)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(tài)
1756-DNB設(shè)備網(wǎng)掃描模塊是DeviceNet設(shè)備與ControlLogix機(jī)架之間的接口。掃描器模塊通過網(wǎng)絡(luò)與 DeviceNet設(shè)備通訊，它相當(dāng)于一個(gè)存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)DeviceNet上的設(shè)備信息，并供處理器進(jìn)行讀寫操作。實(shí)現(xiàn)：從設(shè)備讀輸入數(shù)據(jù)和寫輸出數(shù)據(jù)；給設(shè)備下載組態(tài)數(shù)據(jù)；監(jiān)視設(shè)備工作狀態(tài)。掃描器模塊與ControlLogix機(jī)架內(nèi)的ControlLogix控制器進(jìn)行通訊，從而提供I/O數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息和組態(tài)數(shù)據(jù)。它不斷的對(duì)DeviceNet上所連的設(shè)備進(jìn)行掃描，并且用新的掃描結(jié)果更新DeviceNet上的設(shè)備映象到處理器內(nèi)存中輸入部分地址以便于處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，同時(shí)，把處理器處理的結(jié)果的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到DeviceNet設(shè)備網(wǎng)中。
1756-DNB模塊與它的設(shè)備之間沒有建立連接；因此，控制器與DeviceNet設(shè)備之間沒有建立連接。1756-DNB模塊只是充當(dāng)掃描器的作用，將來自它的設(shè)備的所有數(shù)據(jù)收集打包，通過映象傳送到控制器。當(dāng)然，控制器也可以使用MSG指令直接將信息傳送給DeviceNet設(shè)備或接收來自DeviceNet設(shè)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。

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圖5 1336PlusII映射表
4.3.4 設(shè)備網(wǎng)組態(tài) 
以RSNetWorx for DeviceNet軟件進(jìn)行設(shè)備網(wǎng)掃描，將1336PlusII變頻器的設(shè)備信息映射到1756-DNB模塊里。RSNetWorx for DeviceNet是基于32位的Windows應(yīng)用程序，它能夠提供設(shè)備網(wǎng)組態(tài)，使用圖形或電子數(shù)據(jù)表格，組態(tài)設(shè)備網(wǎng)上所有的設(shè)備。通過1336PlusII EDS文件進(jìn)行人工掃描，把設(shè)備的各種信息一步步掃瞄到網(wǎng)絡(luò)上。EDS（電子數(shù)據(jù)表）是一個(gè)專門由設(shè)備制造商提供的文本文件，該文件存儲(chǔ)設(shè)備的各種重要信息，包括參數(shù)信息、輸入/輸出信息等，圖6為掃描上來的1336PlusII變頻器組態(tài)界面。當(dāng)把變頻器掃描上來時(shí)，就可以從變頻器上載參數(shù)到設(shè)備網(wǎng)上，可以在組態(tài)界面上觀察到變頻器的各個(gè)參數(shù)；也可以下載參數(shù)到變頻器來完成任務(wù)。

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圖6 RSNetWorx for DeviceNet組態(tài)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(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線。變頻器的所有控制（啟動(dòng)，停止，加速，減速等）和反饋（變頻器的工作狀態(tài)）都通過設(shè)備網(wǎng)的控制字和狀態(tài)字來實(shí)現(xiàn)。由變頻器設(shè)定哪些參數(shù)與其連接 ,從而實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)這些參數(shù)的讀寫; 將變頻器的常用監(jiān)控參數(shù) ,如加減速時(shí)間、多個(gè)預(yù)置頻率、實(shí)際輸出電流電壓、故障代碼等參數(shù)設(shè)定到Data In/Out上 ,通過映射方式 ,PLC對(duì)變頻器就可實(shí)現(xiàn)一般功能的監(jiān)控。這樣，不但節(jié)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(yuǎn)程控制
通過組態(tài)RSView32人機(jī)界面軟件完成上位機(jī)的人機(jī)接口控制和參數(shù)監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)變頻器的遠(yuǎn)程控制。通過建立標(biāo)簽(tag) ,使之與需監(jiān)控的I/ O 點(diǎn)相關(guān)聯(lián),RSView32 可不斷獲取或刷新標(biāo)簽數(shù)據(jù),從而達(dá)到控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(shí)直接將圖形對(duì)象拖入視圖中即可。圖形對(duì)象有其對(duì)應(yīng)的屬性值,如位置、顏色、旋轉(zhuǎn)、可視性等,在操作和監(jiān)控過程中,通過改變這些屬性的值,可使圖形呈現(xiàn)動(dòng)畫特點(diǎn)。可記錄的數(shù)據(jù)可以是動(dòng)作(Activity) 、標(biāo)簽( tag) 、報(bào)警(alarm) 等。動(dòng)作包括命令、宏的執(zhí)行,系統(tǒng)信息采集等。記錄的標(biāo)簽數(shù)據(jù)可以用來生成趨勢(shì)圖,而報(bào)警記錄則可以用于故障分析和事故追蹤, 它們分類存儲(chǔ)在不同的記錄文件里。用戶可自定義需要記錄的數(shù)據(jù),記錄文件的生成、刪除方式等。
以下重點(diǎn)介紹如何用RSView32 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的人機(jī)界面。
設(shè)計(jì)包括了以下步驟:
(1) 設(shè)置通道和節(jié)點(diǎn)。RSView32 可以同時(shí)監(jiān)控4 個(gè)通道,本例通過控制網(wǎng)controlnet與PLC ControlLogix通信,通道類型應(yīng)設(shè)為控制網(wǎng),節(jié)點(diǎn)應(yīng)與PLC 的設(shè)定值相同。
(2) 創(chuàng)建圖形對(duì)象。圖形是人機(jī)交流的主要工具,本例中的圖形對(duì)象分為兩部分,即變頻器參數(shù)調(diào)節(jié)畫面和膨脹煙絲線前后端配套設(shè)備的工作界面。前者包括變頻器的一些重要參數(shù),如頻率設(shè)定、加減速時(shí)間等,這些參數(shù)也可以從變頻器的面板上設(shè)置;后者包括膨脹煙絲線前后端配套設(shè)備的實(shí)物流程圖片和一些指示燈、按紐等。[5]
(3) 設(shè)置標(biāo)簽或衍生標(biāo)簽。標(biāo)簽是RSView32 與外界通信的手段,可以用來控制實(shí)際對(duì)象。有些標(biāo)簽直接與設(shè)備上的輸入輸出點(diǎn)相,另一些則是它們的衍生或者系統(tǒng)中所用的變量。[6]
(4) 給圖形對(duì)象添加動(dòng)畫。只有給圖形對(duì)象添加了動(dòng)畫標(biāo)簽,才能使之與實(shí)際的硬件設(shè)備起來。用戶通過人機(jī)界面的操作,便能夠遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)變頻器參數(shù)及膨脹煙絲線前后端配套設(shè)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(shù)處理,如用切片機(jī)圖形的片煙動(dòng)態(tài)進(jìn)料及切刀的動(dòng)作來表示物料輸送的狀態(tài)和切片機(jī)的主要?jiǎng)幼鳎@樣在改變磨削速度時(shí),操作者有更為直觀的現(xiàn)場(chǎng)感受。圖7 是本例的膨脹煙絲線前后端配套設(shè)備工作界面。

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圖7 以RSView32設(shè)計(jì)的整線一工作界面
同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的遠(yuǎn)程啟動(dòng)、停止和頻率的實(shí)時(shí)控制，圖8 是1336 PLUS II變頻器頻率的中控設(shè)置。

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圖8 1336 PLUS II變頻器頻率的中控設(shè)置

5 結(jié)語
經(jīng)過調(diào)試, 以RSView32設(shè)計(jì)的整線工作界面可以正常與控制網(wǎng)通信,并可直接控制變頻器及PLC上的與工況相關(guān)的I/ O 點(diǎn),證明整個(gè)組態(tài)和通信正確。在中控監(jiān)控機(jī)上可以監(jiān)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(nèi)部的300多條參數(shù)，如電機(jī)的電流、溫度、轉(zhuǎn)速等都可以由DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集獲得，只需在控制室觸摸屏或監(jiān)控機(jī)上遠(yuǎn)程更改參數(shù)即可。1336 Plus II變頻器通過DeviceNet網(wǎng)絡(luò)得到了智能化控制。
另外整個(gè)中控及變頻器操作工作界面簡(jiǎn)單、直觀,能適應(yīng)實(shí)際工作場(chǎng)合,達(dá)到了預(yù)定效果。使用網(wǎng)絡(luò)通訊比傳統(tǒng)的控制方式具有接線數(shù)量減少，采集變頻器的數(shù)據(jù)多，節(jié)約電能、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有很高的推廣價(jià)值。
BAUMÜLLER DAF132K-23A30-5 

Baumüller 3DO660046204000?000

Baümuller 3.9016E 

Baümuller 3.9016C 

Baumüller BFN3-1-80 

Baumüller BFN3-1-56 

Baumüller BUG623-56-54-E-?000 

Baumüller BUG623-56-54-E-?005 

Baumüller BUS624-38/55-54?-0-000 

Baumüller BUS622-15/22-54?-0-000 

Baumüller BKF12/300/400-6?04000003 

Baumüller BKF/BKD7000

Baumüller BKF12/070/400-6?04000003 

Baumüller BKF12/030/400-6?04000003

Baumüller BKF12/850/400-6?04000003

Baumüller BKF12/050/400-6?04000003 

Baumüller BUS6-VC-EC-0022 

BAUMÜLLER BUS6-VC-0C-0069 

BAUMÜLLER BUK20-62-05-1 

BAUMULLER BUS21224530001

Baumüller BUS621-05/7

BAUMÜLLER BUM62-075/97

Baumüller BUS6-VC-E-0022

Baumüller BUS6-VC-E-0022 

Baumüller BUS6-VC-EC-0022

BAUMÜLLER 3.9502C 

BAUMÜLLER BUM62-75/97

Baumüller BUS21-15/30-31-?028 

Baumüller GNA225

Baumüller DSOG71-S 

Baumüller BUG622-28-54-E-?000