DeviceNet在無(wú)塵紙生產(chǎn)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：本文主要介紹了DeviceNet 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)以及它在無(wú)塵紙生產(chǎn)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用；敘述了DeviceNet 現(xiàn)場(chǎng)總線的原理，特點(diǎn)，應(yīng)用及維護(hù)等。
Abstract: This article introduced the research of the DeviceNet field bus in the automation control system of the Airlaid process; it specified DeviceNet’s principle、 characteristic、application、 maintenance and troubleshooting etc.
關(guān)鍵詞： 現(xiàn)場(chǎng)總線，DeviceNet，開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)；無(wú)塵紙。
Key words: Fieldbus, DeviceNet, Open network, Airlaid.
1．引言：
無(wú)塵紙（又名膨化芯材）是一種高附加值的新型衛(wèi)生用品。它具有卓越的高吸濕性、可靠鎖水性、衛(wèi)生安全性等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于婦女衛(wèi)生巾、成人尿失禁、嬰兒紙尿褲等產(chǎn)品領(lǐng)域。為滿足亞太地區(qū)對(duì)無(wú)塵紙日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，世界無(wú)紡布行業(yè)巨頭英國(guó)BBA集團(tuán)公司于1999年在中國(guó)天津投資成立了博愛(ài)（中國(guó)）膨化芯材有限公司；并安裝了目前世界上最先進(jìn)的無(wú)塵紙生產(chǎn)線，于2001年秋正式投產(chǎn)，年生產(chǎn)能力16000噸。
無(wú)塵紙的卓越特性不但來(lái)自于高品質(zhì)的生產(chǎn)原料，更取決于穩(wěn)定可靠的生產(chǎn)工藝。我公司無(wú)塵紙生產(chǎn)線的強(qiáng)勁產(chǎn)能和產(chǎn)品的優(yōu)良品質(zhì)，源自世界一流的羅克韋爾自動(dòng)化公司開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及設(shè)備。尤其是設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線DeviceNet的應(yīng)用，不但提高了控制系統(tǒng)的可靠性與實(shí)時(shí)性，更極大方便了設(shè)備的操作、監(jiān)控，設(shè)備維護(hù)及故障診斷與排除等。
由于DeviceNet設(shè)備網(wǎng)是基于生產(chǎn)者/客戶網(wǎng)絡(luò)模式，它使控制數(shù)據(jù)能夠同時(shí)到達(dá)網(wǎng)上的各個(gè)站點(diǎn)單元，網(wǎng)絡(luò)利用率高；它允許狀態(tài)切換的報(bào)文發(fā)送，可以實(shí)現(xiàn)更快的響應(yīng)，有效地減少了網(wǎng)絡(luò)通訊量。周期性的報(bào)文發(fā)送，提供了更好的確定性；對(duì)等通信，允許數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息在設(shè)備間進(jìn)行交換；這些優(yōu)點(diǎn)都為更高的生產(chǎn)率提供了有力保障。
2．無(wú)塵紙生產(chǎn)線的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)：
我公司無(wú)塵紙生產(chǎn)線全套從歐洲進(jìn)口,是目前本行業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的設(shè)備.其控制系統(tǒng)吸收了美國(guó)羅克
韋爾公司的全方位自動(dòng)化的理念，貫穿其Netlinx體系的各級(jí)網(wǎng)絡(luò)。

圖1羅克韋爾自動(dòng)化通訊網(wǎng)絡(luò)示意圖
實(shí)現(xiàn)了從信息層(Ethernet)到控制層（ControlNet）和現(xiàn)場(chǎng)層(DeviceNet)的無(wú)縫連接。如圖1所示.
無(wú)塵紙要求較為嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝條件，它屬于一種干法造紙(Dry Forming)的過(guò)程。其基本工藝過(guò)程是：在恒溫、恒濕、恒氣壓的環(huán)境中將粉碎的木漿、纖維、SAP、PE 粉末等原材料通過(guò)成型站均勻成型，再經(jīng)過(guò)噴膠、加熱/熔化、熱壓、冷卻、分切、打卷等過(guò)程，制造出合格產(chǎn)品。
我公司的生產(chǎn)線控制層共包括九臺(tái)具有以太網(wǎng)功能的A-B PLC5(八臺(tái))和A-B SLC500（一臺(tái)）可編程序控制器。它們分別控制：空調(diào)(Main Air condition)、原材料準(zhǔn)備(Raw material preparation)、松卷機(jī)(Tissue Unwinder)、熱油加熱系統(tǒng)(Hot oil System)、過(guò)濾包裝系統(tǒng)(Main Filter system)、主線控制系統(tǒng)(Main Line)、打卷系統(tǒng)(Reel)等九個(gè)工藝區(qū)域。
其中六臺(tái)PLC安裝在位于廠房中部的馬達(dá)控制中心MCC1房間的PLC控制柜內(nèi)。各PLC的以太網(wǎng)接口都通過(guò)雙絞線連接到PLC柜內(nèi)的集線器（HUB）上。另三臺(tái)PLC安裝在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的控制柜內(nèi)，它們的以太網(wǎng)接口都通過(guò)光纖也連接到MCC1的集線器（HUB）上。
五臺(tái)裝有RSview32軟件的A-B 工業(yè)PC機(jī)安裝在中控室內(nèi)，它們的以太網(wǎng)接口都連接到中控室一個(gè)HUB上，再通過(guò)一根光纖也連接到PLC柜內(nèi)的HUB上。該網(wǎng)通過(guò)HUB還與企業(yè)Intranet相連，這樣一來(lái)，通過(guò)TCP/IP協(xié)議組成Ethernet網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成信息（管理）層。（ 如下圖2 所示：控制層和信息層網(wǎng)絡(luò)示意圖）

圖2 控制層和信息層網(wǎng)絡(luò)示意圖

各臺(tái)可編程序控制器除掛接本地及遠(yuǎn)程I/O模塊、Panel View人機(jī)界面等裝置外，大多安裝了DeviceNet掃描器（1771-SDN或1747-SDN），并通過(guò)DeviceNet通訊模塊（1336-GM5,1203-GK5，1794-ADN等）下掛現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備，如變頻器，電機(jī)軟起動(dòng)器，F(xiàn)lex I/O,9000系列光電開(kāi)關(guān)等組成DeviceNet設(shè)備網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)裝置的有效控制。

３．DeviceNet 的功能及特點(diǎn)：
DeviceNet 是基于CAN-BUS技術(shù)的一種現(xiàn)場(chǎng)總線，它是一種開(kāi)放型的，符合IEC61158國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通訊網(wǎng)絡(luò)。
DeviceNet 用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與PLC之間的通訊網(wǎng)絡(luò)，傳輸速率可設(shè)定為125、250、500KPBS，傳輸最大距離為500米，最多節(jié)點(diǎn)（站點(diǎn)）為64個(gè)，允許在線組態(tài)和帶電熱插拔。
DeviceNet支持主/從、多主、對(duì)等等通訊方式。用戶的PLC可以利用控制程序及上位PC機(jī)的數(shù)據(jù)，通過(guò)DeviceNet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備有效監(jiān)控。
DeviceNet 可以用羅克韋爾公司的RS Networx for DeviceNet 或DeviceNet Manager 軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和管理。
DeviceNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，它采用生產(chǎn)者／客戶模式，提供了強(qiáng)有力的故障診斷與排除能力，是一種理想的設(shè)備層現(xiàn)場(chǎng)總線。

４．無(wú)塵紙生產(chǎn)線Devicenet 網(wǎng)絡(luò)的物理構(gòu)造。
我公司DeviceNet網(wǎng)絡(luò)以四臺(tái)A-B PLC5-40E和一臺(tái)SLC5/04為主機(jī)。PLC機(jī)本地機(jī)架上都安裝了DeviceNet掃描器模塊（A-B 1771-SDN或1747-SDN）。1771掃描器有兩個(gè)通道，每個(gè)通道最多可以外接64個(gè)站（一般應(yīng)接63個(gè)）。每個(gè)PLC利用本機(jī)網(wǎng)絡(luò)掃描器通過(guò)DeviceNet通訊適配器 (1203-GK5,1336-GM5，1794-AND等)來(lái)下掛本控制區(qū)域的各臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備。這些站點(diǎn)主要包括：A-B 變頻器（1336F，1336E，160SSC系列，）A－B電機(jī)軟起動(dòng)器（SMC 150系列） FLEX I/O（1794系列）； ARMOR Block　防護(hù)型I/O組件,9000系列光電開(kāi)關(guān)等。
典型的DeviceNet　網(wǎng)絡(luò)采用干線／支線物理結(jié)構(gòu)形式。而我公司采用的是雛菊鏈（Daisy　Chain）的環(huán)行連接形式，利用Belden標(biāo)準(zhǔn)圓形五芯屏蔽通訊電纜將各個(gè)站點(diǎn)連接起來(lái)。( 如下圖3所示，雛菊鏈的DeviceNet設(shè)備通訊網(wǎng)絡(luò)；以變頻器網(wǎng)絡(luò)為例)

圖3變頻器雛菊鏈（Daisy　Chain）的DeviceNet設(shè)備通訊網(wǎng)絡(luò)
由于我廠的設(shè)備分布比較分散，某些站點(diǎn)之間相距較遠(yuǎn)。尤其是一些現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)，相距離超過(guò)100米。因此所有DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率都設(shè)定為125KBPS, 以確保通訊可靠。除了分布式I/O, 人機(jī)界面和傳感器等站點(diǎn)位于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)外,一百余臺(tái)變頻器的DeviceNet網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分布在兩個(gè)馬達(dá)控制中心（MCC）室，這就實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)的集中控制，統(tǒng)一管理。（ 如圖4所示：MCC 室內(nèi)DeviceNet變頻器網(wǎng)絡(luò)一角 注:圖中黃色電纜是網(wǎng)絡(luò)通訊纜）
在DeviceNet各工作站之間，我們大都采用了敞開(kāi)式分接口（ 注：現(xiàn)場(chǎng)的一些站采用密封的T型分接口或密封連接口 ），將站與站之間的電源線、通訊線、屏蔽線分別地并聯(lián)接在一起，組成雛菊鏈形式的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在首尾終端兩站分別安裝了終端電阻。（121Ω，1%，1/4W）

圖4 MCC 室內(nèi)DeviceNet變頻器網(wǎng)絡(luò)一角
5 DeviceNet的組態(tài)軟件及控制實(shí)現(xiàn)。
利用設(shè)備網(wǎng)RS-232-C的PC接口適配人器（1770-KFD）或設(shè)備網(wǎng)PC卡（1784-PCD）可以實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與PLC的設(shè)備網(wǎng)掃描器的通訊.
DeviceNet的管理軟件RS Networx for DeviceNet 是基于Windows平臺(tái)的軟件，利用它可以組態(tài)設(shè)備網(wǎng)并進(jìn)行項(xiàng)目管理和網(wǎng)絡(luò)故障診斷等。它支持A-B及第三方設(shè)備組態(tài)電子數(shù)據(jù)表（EDS）。
DeviceNet規(guī)約定義了顯式報(bào)文（Explicit Message）和I/O報(bào)文（I/O Message）兩種不同性質(zhì)的報(bào)文，兩種報(bào)文可以同時(shí)在總線上傳送。
組態(tài)過(guò)程中,首先應(yīng)組態(tài)掃描器，設(shè)置掃描器與PLC之間的I/O地址界面，建立掃描器與各站適配器之間的通訊。
組態(tài)網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)站時(shí)，先要定義各個(gè)站的地址(即站號(hào))。站的地址可以不連續(xù)，但要與各站適配器DIP開(kāi)關(guān)設(shè)定相一致。
對(duì)于Flex I/O 或Armor Block I/O 等I/O類型的工作站，我們采用I/O報(bào)文（I/O Message）的形式，分配各站的輸入和輸出。I/O報(bào)文是周期傳送的，具有較高的優(yōu)先級(jí)，從而保證它的實(shí)時(shí)性。
對(duì)于變頻器、軟起動(dòng)器等設(shè)備類站點(diǎn)，我們采用顯式報(bào)文（Explicit Message）的形式，分配PLC和各站之間發(fā)送/接收的字長(zhǎng);定義通訊方式和(我們定義為polled 方式,每個(gè)掃描周期);建立與PLC之間對(duì)應(yīng)的“軟”I/O關(guān)系。
再利用PLC５的編程軟件ＲＳlogix5編制出塊傳送（BTR/BTW）命令，實(shí)現(xiàn)ＰＬＣ對(duì)設(shè)備網(wǎng)上工作站I/O信息采集和控制。PLC控制程序就可以根據(jù)各站的工作狀態(tài)向各站發(fā)出控制命令，以達(dá)到工藝要求。
由于我公司的各PLC都連接到Ethernet上，網(wǎng)上中控制室內(nèi)有Rsview32監(jiān)控工作站。各顯示器可顯示出RS view不同工藝區(qū)域的監(jiān)控界面。在中控室既可以控制全廠的設(shè)備，也可查看各站點(diǎn)的當(dāng)前工作狀態(tài)，人機(jī)界面非常友好。

6．DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)的使用體會(huì)。
（１）DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線可以節(jié)省大量費(fèi)用。
從安裝階段來(lái)看，只通過(guò)一根通訊纜，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)網(wǎng)上各站點(diǎn)供電及通訊，相對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制方式，節(jié)省大量的電纜,橋架等。不但縮短了安裝時(shí)間，而且降低了安裝費(fèi)用。
從控制上來(lái)看：利用網(wǎng)絡(luò)通訊及“軟”Ｉ／Ｏ方式，也節(jié)約了I/O模塊和大筆資金。
如對(duì)變頻器工作站，啟動(dòng)/停止，加速/減速等命令；電壓、電流、溫度等參數(shù)，都可從DeviceNet網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)，節(jié)約了I/O模塊，尤其是模擬I/O模塊，費(fèi)用相當(dāng)昂貴。
（２）設(shè)備故障率大大降低，且診斷方便，排除迅速。
DeviceNet由于僅用一條通訊電纜控制整個(gè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，使設(shè)備故障率大大降低；各站點(diǎn)通訊端子支持帶電熱插拔，若某一站點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題及故障排除，不影響網(wǎng)上其他站點(diǎn)正常工作。
采用數(shù)據(jù)通訊方式來(lái)控制各站，不但極大減少了傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式的電纜數(shù)量，也使故障環(huán)節(jié)大大減少，系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。
通過(guò)設(shè)備網(wǎng)使MCC的集中控制的形式十分有效，極大方便了設(shè)備故障的診斷。例如對(duì)變頻器的控制，由于采用MCC及網(wǎng)絡(luò)控制方式，一百余臺(tái)變頻器僅有五種典型控制電路，便于記憶及故障查找。當(dāng)某臺(tái)變頻器發(fā)生故障時(shí)，不但可以從總控室看到報(bào)警信息，還可以從網(wǎng)絡(luò)掃描器或變頻器的人機(jī)界面上獲得報(bào)警信息，方便快捷。
（３）系統(tǒng)監(jiān)控更加方便、智能化。
通過(guò)RSview監(jiān)控界面方式，中控室可以隨時(shí)訪問(wèn)和控制設(shè)備網(wǎng)上的一些站點(diǎn),根據(jù)需要調(diào)整控制參數(shù)又;可以監(jiān)控網(wǎng)上設(shè)備的工作狀態(tài)，例如電機(jī)電流、溫度等參數(shù)，以確保各設(shè)備正常工作。

7. DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)及故障處理體會(huì)：
（1）通訊干擾問(wèn)題
我廠運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試階段曾經(jīng)發(fā)生過(guò)某些站點(diǎn)的狀態(tài)顯示（控制室RSview人機(jī)界面）與其實(shí)際工作狀態(tài)有時(shí)不相一致或控制命令執(zhí)行不嚴(yán)格現(xiàn)象。經(jīng)診斷及分析, 我們主要采取了以下措施。
1）. 檢查并緊固各終端電阻，防止信號(hào)反射。
終端電阻是用來(lái)防止（降低）通訊信號(hào)反射。為檢查終端電阻工作是否正常，可以在斷電（只有在預(yù)防性維護(hù)或系統(tǒng)故障時(shí)才可以）的情況下，測(cè)量網(wǎng)上任何兩個(gè)CAN-H（藍(lán)色線）與 CAN-L（白色線）端子之間的電阻應(yīng)在60Ω-70Ω左右即可（因我廠用的是菊花鏈結(jié)構(gòu)）。
2）.可靠連接DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的接地導(dǎo)線，消除外界噪音干擾。
為防止環(huán)流，信號(hào)電纜的屏蔽線僅能在一端接地。接地點(diǎn)最好從最接近網(wǎng)絡(luò)的物理中心站點(diǎn)處引出，以達(dá)到最佳效果，最大限度的消除噪音干擾.我廠的接地線是從PLC機(jī)架的掃描器站點(diǎn)引出的.
接地方法為：將Ｖ－與Shield及Drain與PE可靠連接

通過(guò)1），2）以上兩種方法及定期PM檢查就可確保網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)工作良好可靠。
此外，為確保通訊可靠，網(wǎng)絡(luò)布線時(shí)應(yīng)注意以下情況：
1）．為了避免通訊電纜受動(dòng)力電纜干擾，通訊纜應(yīng)單獨(dú)布線。若通訊纜與動(dòng)力纜共用線槽時(shí)，通訊纜應(yīng)穿金屬屏蔽管布線。
2）。站點(diǎn)之間相距較遠(yuǎn)或網(wǎng)絡(luò)總距離較大時(shí)，應(yīng)使用粗芯通訊電纜。

（2）若某一站點(diǎn)的設(shè)備發(fā)生故障，而庫(kù)存又沒(méi)有同型號(hào)的備件更換，可能會(huì)造成麻煩。
若設(shè)備某站點(diǎn)發(fā)生故障，庫(kù)存有同型號(hào)的備件，換上同型號(hào)的備件后，該站即可正常工作。若換上不同型號(hào)的備件，則該網(wǎng)絡(luò)掃描器檢測(cè)到的該物理站點(diǎn)（EDS）與掃描列表(Scan list)不一致.掃描器就會(huì)有報(bào)警, 該站也無(wú)法正常工作。這時(shí)，你不得不重新組態(tài)一下掃描列表再下裝到掃描器，此站才能正常工作，這是一個(gè)應(yīng)該注意的問(wèn)題。

8.結(jié)束語(yǔ)：
無(wú)塵紙生產(chǎn)線由于采用了DeviceNet 現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)，極大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。利用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制是一種理想的解決方案。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)，決定著其廣泛應(yīng)用是控制領(lǐng)域的必然趨勢(shì)。

主要參考文獻(xiàn)：

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