羅克韋爾Netlinx網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的應(yīng)用

埃斯特維華義制藥有限公司 袁洪良

1 引言

埃斯特維華義制藥有限公司是一家新建的化學(xué)原料藥制造企業(yè)，整個(gè)公司的生產(chǎn)系統(tǒng)分為合成車間、精烘包車間、罐區(qū)、溶劑回收、動(dòng)力車間等。全公司需要非常高的自動(dòng)化水平，不但各個(gè)車間內(nèi)部的生產(chǎn)過程需要自動(dòng)控制，各個(gè)車間也需要協(xié)同工作。因此，車間內(nèi)部的設(shè)備之間、各個(gè)車間之間的數(shù)據(jù)交換的可靠、及時(shí)、快捷顯得尤為重要。

羅克韋爾Netlinx網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將原有的Devicenet 網(wǎng)絡(luò)、Contronet 網(wǎng)絡(luò)與新一代的Ethernet/IP 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了整合，在各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層中都采用了統(tǒng)一的通用工業(yè)協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)之間的信息路由和無縫連接，構(gòu)造了一個(gè)從車間到企業(yè)，從設(shè)備底層到管理信息層的開放與集成的網(wǎng)絡(luò)。

埃斯特維華義制藥有限公司充分應(yīng)用了羅克韋爾Netlinx網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，將整個(gè)工廠的通信系統(tǒng)進(jìn)行了有層次的劃分，最底層使用Devicenet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有變頻設(shè)備及第三方設(shè)備的通信，對(duì)非羅克韋爾PLC控制的第三方設(shè)備采用MODBUS實(shí)現(xiàn)了通信，對(duì)車間內(nèi)部的控制級(jí)如現(xiàn)場(chǎng)I/O柜使用了Contronet通信，現(xiàn)場(chǎng)HMI及各個(gè)車間之間的通信采用Ethernet/IP 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。

2 DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.1 DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡(jiǎn)介

根據(jù)各個(gè)車間的控制點(diǎn)位和控制要求，精烘包車間、動(dòng)力車間各采用了一套獨(dú)立的基于ControlLogix5000系列的大型PLC的DCS控制系統(tǒng)，合成車間由于控制點(diǎn)位為3587個(gè)，考慮到PLC的運(yùn)算能力和響應(yīng)速度，采用了兩套獨(dú)立的基于ControlLogix5000系列的大型PLC的DCS控制系統(tǒng)，罐區(qū)和溶劑回收由于控制點(diǎn)位較少，兩個(gè)車間共用了一套獨(dú)立的基于ControlLogix5000系列的大型PLC的DCS控制系統(tǒng)，各DCS系統(tǒng)之間采用Ethernet/IP 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信，各DCS系統(tǒng)與HMI之間也采用Ethernet/IP 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信。

根據(jù)控制點(diǎn)位的分布情況，在車間內(nèi)部控制點(diǎn)位密集區(qū)設(shè)立了I/O遠(yuǎn)程柜，I/O遠(yuǎn)程柜與車間DCS系統(tǒng)之間采用Contronet通信，I/O遠(yuǎn)程柜內(nèi)采用羅克韋爾的智能模塊，從而分散風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)減少了大量的布線，節(jié)省了投資。

各車間內(nèi)部大量采用了羅克韋爾的4系列和7系列的變頻器，同時(shí)還有許多第三方設(shè)備。對(duì)羅克韋爾變頻器采用Devicenet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)變頻器的集中控制，對(duì)第三方設(shè)備在設(shè)備訂貨時(shí)盡量約定采用Devicenet通信，但對(duì)一些標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，折中采用了雙方均可接受的MODBUS實(shí)現(xiàn)了通信。

各車間內(nèi)部的傳感器均采用了帶有HART協(xié)議的Rousement 或E+H的智能產(chǎn)品，它們與羅克韋爾的現(xiàn)場(chǎng)支持HART協(xié)議的智能I/O模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)了智能儀表的遠(yuǎn)程維護(hù)功能。

2.2 通信網(wǎng)絡(luò)的物理實(shí)現(xiàn)

2.2.1 Ethernet/IP 網(wǎng)絡(luò)

用Ethernet/IP 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各個(gè)車間之間的通信，這充分利用了 Ethernet/IP 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用廣泛，成本低廉，通信速率高，軟硬件資源豐富，可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ?，易于與Internet連接等優(yōu)點(diǎn)。

Ethernet/IP 網(wǎng)絡(luò)電纜傳輸介質(zhì)主要分為雙絞線對(duì)電纜和同軸電纜，本系統(tǒng)采用同軸電纜實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。

結(jié)合廠區(qū)的特點(diǎn)，各個(gè)車間的DCS系統(tǒng)之間通過環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通信，一條同軸電纜實(shí)現(xiàn)了Ethernet/IP 網(wǎng)絡(luò)的硬件冗余，節(jié)省了硬件投資。

ControlLogix系統(tǒng)中配置ENBT模塊和交換機(jī)實(shí)現(xiàn)各DCS系統(tǒng)之間，DCS與HMI之間的通信。

2.2.2 Contronet 網(wǎng)絡(luò)

用Contronet 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠控制級(jí)的通信，充分利用了Contronet 網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時(shí)性高、確定性、可重復(fù)性、傳輸效率高的優(yōu)點(diǎn)。

Contronet 網(wǎng)絡(luò)電纜系統(tǒng)是一個(gè)完全與地隔離的同軸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為了確保沒有偶然的接地情況發(fā)生，必須嚴(yán)格選擇電纜、連接器和各種附件，并采用正確的安裝技術(shù)。

（1）根據(jù)應(yīng)用和安裝地點(diǎn)的環(huán)境因素綜合選擇不同類型的RG-6 4芯屏蔽電纜。

（2）確定干線電纜段的長(zhǎng)度。

（3）確定所需的連接器的數(shù)目和類型。

（4）確定是否需要中繼器。

本系統(tǒng)采用了硬件冗余的Contronet 網(wǎng)絡(luò)，用同軸電纜實(shí)現(xiàn)傳輸，用中繼模塊實(shí)現(xiàn)不同傳輸介質(zhì)的轉(zhuǎn)換，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用不同的分接器件。

現(xiàn)場(chǎng)I/O柜內(nèi)配備ACNR模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)I/O掃描，ControlLogix系統(tǒng)中配置DNBR模塊與之通信。

2.2.3 Devicenet 網(wǎng)絡(luò)

Devicenet 網(wǎng)絡(luò)具有開放、低價(jià)、可靠、有效的優(yōu)點(diǎn)。Devicenet 網(wǎng)絡(luò)作為一種串行通信鏈接，減少了昂貴的硬接線，同時(shí)Devicenet 網(wǎng)絡(luò)所提供的直接互連改善了設(shè)備間的通信，也提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級(jí)診斷功能。

Devicenet 網(wǎng)絡(luò)采用5線電纜連接，其中包括2條信號(hào)線，2條電源線（DC24V）和1條屏蔽線，設(shè)備既可以網(wǎng)絡(luò)供電，也可以獨(dú)立供電。

Devicenet 網(wǎng)絡(luò)的底層通信設(shè)備必須配備Devicenet通訊適配器，ControlLogix系統(tǒng)中配置DNB掃描模塊。

2.2.4 其它

DCS系統(tǒng)采用第三方通信模塊MVI56-MCM與其它第三方設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)MODBUS通信，所要做的工作只是對(duì)該模塊實(shí)現(xiàn)組態(tài)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

RSLINX網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件是開放網(wǎng)絡(luò)Contronet和Devicenet通信的組態(tài)工具。它提供實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備參數(shù)設(shè)定、通信規(guī)劃、在線監(jiān)測(cè)、故障診斷等功能的友好操作界面，通過Rsnetworx組態(tài)軟件，可以很好地發(fā)揮 Contronet和Devicenet網(wǎng)絡(luò)優(yōu)異的性能，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)的多處理器結(jié)構(gòu)、端到端的互鎖，預(yù)定和非預(yù)定通信以及共享輸入等功能，充分利用CIP的優(yōu)點(diǎn)，把過去以處理器為核心的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)模式變成了單一界面的軟件網(wǎng)絡(luò)圖形設(shè)定的方法。

Rsnetworx組態(tài)軟件提供了一個(gè)圖形界面來配置用戶網(wǎng)絡(luò)，EDS文件包含在這個(gè)軟件中，EDS文件允許不同的設(shè)備在離線狀態(tài)下被添加到項(xiàng)目中，也允許設(shè)備在離線或上線的情況下進(jìn)行組態(tài)，對(duì)于連接到用戶網(wǎng)絡(luò)上的任何設(shè)備，即不論是什么 的設(shè)備，使用EDS文件能夠快速地安裝到Rsnetworx網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件中。

使用Rsnetworx組態(tài)軟件配置Ethernet/IP、Contronet和Devicenet的過程大同小異，以下就本系統(tǒng)用Rsnetworx組態(tài)軟件配制Devicenet網(wǎng)絡(luò)的過程進(jìn)行說明：

（1）掃描Devicenet 網(wǎng)絡(luò)。

（2）配置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

（3）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的配置。

（4）組態(tài)主從通信。

（5）選擇數(shù)據(jù)源。

（6）標(biāo)簽的建立。

（7）系統(tǒng)安全設(shè)置。

（8）組態(tài)數(shù)據(jù)記錄。

（9）組態(tài)報(bào)警記錄。

2.4 通信模式

Netlinx網(wǎng)絡(luò)采用通信模式為生產(chǎn)者/消費(fèi)者的通信模式。采用這一數(shù)據(jù)傳送模式，它可以在同一時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)中一臺(tái)設(shè)備與多臺(tái)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，一臺(tái)設(shè)備播出自己的數(shù)據(jù)之后，其它設(shè)備將同時(shí)接收到數(shù)據(jù)，并靠標(biāo)識(shí)符來決定獲取或舍棄數(shù)據(jù)，標(biāo)識(shí)符將說明該數(shù)據(jù)包是否與本設(shè)備相關(guān)，或數(shù)據(jù)的哪部分與本設(shè)備相關(guān)。它的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）讓所有的設(shè)備識(shí)別區(qū)域的代碼。

（2）多個(gè)站點(diǎn)可以同時(shí)從一個(gè)生產(chǎn)者處得到相同的數(shù)據(jù)。

（3）各站點(diǎn)之間可以同步。

（4）更有效地運(yùn)用了帶寬。

本系統(tǒng)的各DCS系統(tǒng)之間正是應(yīng)用了這一通信模式，通過對(duì)各通信數(shù)據(jù)標(biāo)簽的組態(tài)，在各DCS站點(diǎn)之間建立起固定的連接，在每次發(fā)送信息時(shí)不需要耗用時(shí)間來確定雙方的通信。

3 結(jié)束語

使用Netlinx網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)半年多來，運(yùn)行穩(wěn)定。目前整個(gè)工廠控制網(wǎng)絡(luò)層次清晰，數(shù)據(jù)通訊流暢，組態(tài)與修改非常方便，與第三方設(shè)備的兼容性也很好。整個(gè)工廠的自控系統(tǒng)得到了廠內(nèi)及整個(gè)行業(yè)的好評(píng)，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。