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采用DeviceNet 现场总线控制技术的无尘纸生产线网络控

1． 引言：

无尘纸（又名膨化芯材）是一种高附加值的新型卫生用品 。它具有卓越的高吸湿性、可靠锁水性、卫生安全性等优点 ， 广泛应用于妇女卫生巾、成人尿失禁、婴儿纸尿裤等产品领域 。

由于DeviceNet设备网是基于生产者/客户网络模式 ， 它使控制数据能够同时到达网上的各个站点单元 ， 网络利用率高；它允许状态切换的报文发送 ， 可以实现更快的响应 ， 有效地减少了网络通讯量 。周期性的报文发送 ， 提供了更好的确定性；对等通信 ， 允许数据和状态信息在设备间进行交换；这些优点都为更高的生产率提供了有力保障 。

2． 无尘纸生产线的开放式网络控制结构：

我公司无尘纸生产线全套从欧洲进口,是目前本行业内最先进的设备.其控制系统吸收了美国罗克韦尔公司的全方位自动化的理念 ， 贯穿其Netlinx体系的各级网络 。
 
【采用DeviceNet 现场总线控制技术的无尘纸生产线网络控】
图1罗克韦尔自动化通讯网络示意图
实现了从信息层(Ethernet)到控制层（ControlNet）和现场层(DeviceNet)的无缝连接 。如图1所示.
无尘纸要求较为严格的生产工艺条件 ， 它属于一种干法造纸(Dry Forming)的过程 。其基本工艺过程是：在恒温、恒湿、恒气压的环境中将粉碎的木浆、纤维、SAP、PE 粉末等原材料通过成型站均匀成型 ， 再经过喷胶、加热/熔化、热压、冷却、分切、打卷等过程 ， 制造出合格产品 。
我公司的生产线控制层共包括九台具有以太网功能的A-B PLC5(八台)和A-B SLC500（一台）可编程序控制器 。它们分别控制：空调(Main Air condiTIon)、原材料准备(Raw material preparaTIon)、松卷机(TIssue Unwinder)、热油加热系统(Hot oil System)、过滤包装系统(Main Filter system)、主线控制系统(Main Line)、打卷系统(Reel)等九个工艺区域 。
其中六台PLC安装在位于厂房中部的马达控制中心MCC1房间的PLC控制柜内 。各PLC的以太网接口都通过双绞线连接到PLC柜内的集线器（HUB）上 。另三台PLC安装在设备现场的控制柜内 ， 它们的以太网接口都通过光纤也连接到MCC1的集线器（HUB）上 。
五台装有RSview32软件的A-B 工业PC机安装在中控室内 ， 它们的以太网接口都连接到中控室一个HUB上 ， 再通过一根光纤也连接到PLC柜内的HUB上 。该网通过HUB还与企业Intranet相连 ， 这样一来 ， 通过TCP/IP协议组成Ethernet网络 ， 构成信息（管理）层 。（ 如下图2 所示：控制层和信息层网络示意图）
各台可编程序控制器除挂接本地及远程I/O模块、Panel View人机界面等装置外 ， 大多安装了DeviceNet扫描器（1771-SDN或1747-SDN） ， 并通过DeviceNet通讯模块（1336-GM5,1203-GK5 ， 1794-ADN等）下挂现场智能设备 ， 如变频器 ， 电机软起动器 ， Flex I/O,9000系列光电开关等组成DeviceNet设备网 ， 实现了对现场级装置的有效控制 。
3．DeviceNet 的功能及特点：
DeviceNet 是基于CAN-BUS技术的一种现场总线 ， 它是一种开放型的 ， 符合IEC61158国际现场总线工业标准的通讯网络 。
DeviceNet 用于现场设备与PLC之间的通讯网络 ， 传输速率可设定为125、250、500KPBS ， 传输最大距离为500米 ， 最多节点（站点）为64个 ， 允许在线组态和带电热插拔 。
DeviceNet支持主/从、多主、对等等通讯方式 。用户的PLC可以利用控制程序及上位PC机的数据 ， 通过DeviceNet网络实现对现场设备有效监控 。
DeviceNet 可以用罗克韦尔公司的RS Networx for DeviceNet 或DeviceNet Manager 软件进行网络组态和管理 。
DeviceNet网络结构简单 ， 实时性强 ， 它采用生产者／客户模式 ， 提供了强有力的故障诊断与排除能力 ， 是一种理想的设备层现场总线 。
4．无尘纸生产线Devicenet 网络的物理构造 。
我公司DeviceNet网络以四台A-B PLC5-40E和一台SLC5/04为主机 。PLC机本地机架上都安装了DeviceNet扫描器模块（A-B 1771-SDN或1747-SDN） 。1771扫描器有两个通道 ， 每个通道最多可以外接64个站（一般应接63个） 。每个PLC利用本机网络扫描器通过DeviceNet通讯适配器 (1203-GK5,1336-GM5 ， 1794-AND等)来下挂本控制区域的各台现场总线设备 。这些站点主要包括：A-B 变频器（1336F ， 1336E ， 160SSC系列 ， ）A－B电机软起动器（SMC 150系列） FLEX I/O（1794系列）； ARMOR Block防护型I/O组件,9000系列光电开关等 。
典型的DeviceNet网络采用干线／支线物理结构形式 。而我公司采用的是雏菊链（DaisyChain）的环行连接形式 ， 利用Belden标准圆形五芯屏蔽通讯电缆将各个站点连接起来 。( 如下图3所示 ， 雏菊链的DeviceNet设备通讯网络；以变频器网络为例)
由于我厂的设备分布比较分散 ， 某些站点之间相距较远 。尤其是一些现场站点 ， 相距离超过100米 。因此所有DeviceNet网络的传输速率都设定为125KBPS, 以确保通讯可靠 。除了分布式I/O, 人机界面和传感器等站点位于生产现场外,一百余台变频器的DeviceNet网络系统分布在两个马达控制中心（MCC）室 ， 这就实现了对电动机的集中控制 ， 统一管理 。（ 如图4所示：MCC 室内DeviceNet变频器网络一角 注:图中黄色电缆是网络通讯缆）
在DeviceNet各工作站之间 ， 我们大都采用了敞开式分接口（ 注：现场的一些站采用密封的T型分接口或密封连接口 ） ， 将站与站之间的电源线、通讯线、屏蔽线分别地并联接在一起 ， 组成雏菊链形式的物理拓扑结构 。在首尾终端两站分别安装了终端电阻 。（121Ω ， 1% ， 1/4W）
5 DeviceNet的组态软件及控制实现 。
利用设备网RS-232-C的PC接口适配人器（1770-KFD）或设备网PC卡（1784-PCD）可以实现PC机与PLC的设备网扫描器的通讯.
DeviceNet的管理软件RS Networx for DeviceNet 是基于Windows平台的软件 ， 利用它可以组态设备网并进行项目管理和网络故障诊断等 。它支持A-B及第三方设备组态电子数据表（EDS） 。
DeviceNet规约定义了显式报文（Explicit Message）和I/O报文（I/O Message）两种不同性质的报文 ， 两种报文可以同时在总线上传送 。
组态过程中,首先应组态扫描器 ， 设置扫描器与PLC之间的I/O地址界面 ， 建立扫描器与各站适配器之间的通讯 。
组态网络上各个站时 ， 先要定义各个站的地址(即站号) 。站的地址可以不连续 ， 但要与各站适配器DIP开关设定相一致 。
对于Flex I/O 或Armor Block I/O 等I/O类型的工作站 ， 我们采用I/O报文（I/O Message）的形式 ， 分配各站的输入和输出 。I/O报文是周期传送的 ， 具有较高的优先级 ， 从而保证它的实时性 。
对于变频器、软起动器等设备类站点 ， 我们采用显式报文（Explicit Message）的形式 ， 分配PLC和各站之间发送/接收的字长;定义通讯方式和(我们定义为polLED 方式,每个扫描周期);建立与PLC之间对应的“软”I/O关系 。
再利用PLC５的编程软件ＲＳlogix5编制出块传送（BTR/BTW）命令 ， 实现ＰＬＣ对设备网上工作站I/O信息采集和控制 。PLC控制程序就可以根据各站的工作状态向各站发出控制命令 ， 以达到工艺要求 。
由于我公司的各PLC都连接到Ethernet上 ， 网上中控制室内有Rsview32监控工作站 。各显示器可显示出RS view不同工艺区域的监控界面 。在中控室既可以控制全厂的设备 ， 也可查看各站点的当前工作状态 ， 人机界面非常友好 。
6．DeviceNet 网络的使用体会 。
（1）DeviceNet现场总线可以节省大量费用 。
从安装阶段来看 ， 只通过一根通讯缆 ， 就实现了对整个网上各站点供电及通讯 ， 相对于点对点的控制方式 ， 节省大量的电缆,桥架等 。不但缩短了安装时间 ， 而且降低了安装费用 。
从控制上来看：利用网络通讯及“软”Ｉ／Ｏ方式 ， 也节约了I/O模块和大笔资金 。
如对变频器工作站 ， 启动/停止 ， 加速/减速等命令；电压、电流、温度等参数 ， 都可从DeviceNet网络通讯实现 ， 节约了I/O模块 ， 尤其是模拟I/O模块 ， 费用相当昂贵 。
（2） 设备故障率大大降低 ， 且诊断方便 ， 排除迅速 。
DeviceNet由于仅用一条通讯电缆控制整个设备网络 ， 使设备故障率大大降低；各站点通讯端子支持带电热插拔 ， 若某一站点出现问题及故障排除 ， 不影响网上其他站点正常工作 。
采用数据通讯方式来控制各站 ， 不但极大减少了传统点对点方式的电缆数量 ， 也使故障环节大大减少 ， 系统稳定性进一步提高 。
通过设备网使MCC的集中控制的形式十分有效 ， 极大方便了设备故障的诊断 。例如对变频器的控制 ， 由于采用MCC及网络控制方式 ， 一百余台变频器仅有五种典型控制电路 ， 便于记忆及故障查找 。当某台变频器发生故障时 ， 不但可以从总控室看到报警信息 ， 还可以从网络扫描器或变频器的人机界面上获得报警信息 ， 方便快捷 。
（3） 系统监控更加方便、智能化 。
通过RSview监控界面方式 ， 中控室可以随时访问和控制设备网上的一些站点,根据需要调整控制参数又;可以监控网上设备的工作状态 ， 例如电机电流、温度等参数 ， 以确保各设备正常工作 。
7. DeviceNet网络的维护及故障处理体会：
（1） 通讯干扰问题
我厂运转调试阶段曾经发生过某些站点的状态显示（控制室RSview人机界面）与其实际工作状态有时不相一致或控制命令执行不严格现象 。经诊断及分析, 我们主要采取了以下措施 。
1）. 检查并紧固各终端电阻 ， 防止信号反射 。
终端电阻是用来防止（降低）通讯信号反射 。为检查终端电阻工作是否正常 ， 可以在断电（只有在预防性维护或系统故障时才可以）的情况下 ， 测量网上任何两个CAN-H（蓝色线）与 CAN-L（白色线）端子之间的电阻应在60Ω-70Ω左右即可（因我厂用的是菊花链结构） 。
2）.可靠连接DeviceNet网络的接地导线 ， 消除外界噪音干扰 。
为防止环流 ， 信号电缆的屏蔽线仅能在一端接地 。接地点最好从最接近网络的物理中心站点处引出 ， 以达到最佳效果 ， 最大限度的消除噪音干扰.我厂的接地线是从PLC机架的扫描器站点引出的.
接地方法为：将Ｖ－与Shield及Drain与PE可靠连接
通过1） ， 2）以上两种方法及定期PM检查就可确保网络通讯系统工作良好可靠 。
此外 ， 为确保通讯可靠 ， 网络布线时应注意以下情况：
1）．为了避免通讯电缆受动力电缆干扰 ， 通讯缆应单独布线 。若通讯缆与动力缆共用线槽时 ， 通讯缆应穿金属屏蔽管布线 。
2） 。站点之间相距较远或网络总距离较大时 ， 应使用粗芯通讯电缆 。
（2） 若某一站点的设备发生故障 ， 而库存又没有同型号的备件更换 ， 可能会造成麻烦 。
若设备某站点发生故障 ， 库存有同型号的备件 ， 换上同型号的备件后 ， 该站即可正常工作 。若换上不同型号的备件 ， 则该网络扫描器检测到的该物理站点（EDS）与扫描列表(Scan list)不一致.扫描器就会有报警, 该站也无法正常工作 。这时 ， 你不得不重新组态一下扫描列表再下装到扫描器 ， 此站才能正常工作 ， 这是一个应该注意的问题 。
8.结束语：
无尘纸生产线由于采用了DeviceNet 现场总线控制技术 ， 极大提高了控制系统的可靠性和实时性 。利用现场总线技术进行生产线的自动化控制是一种理想的解决方案 。现场总线技术的显著优点 ， 决定着其广泛应用是控制领域的必然趋势 。

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