基于ControlNet的自動化控制系統(tǒng)中總線分析與比較

藍(lán)健朋

摘 要：針對自動化系統(tǒng)的兩類總線技術(shù)：ControlNet和EtherNetlIP，該文對以下幾個方面進(jìn)行比較分析：網(wǎng)絡(luò)的傳輸時長、網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度、網(wǎng)絡(luò)的鏈接、網(wǎng)絡(luò)的通信模型、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)、數(shù)據(jù)的觸發(fā)方式、數(shù)據(jù)編碼率等。通過以上的研究，可以有效地解決用戶在使用網(wǎng)絡(luò)中遇到的問題，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化、選擇以及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：工業(yè)控制 總線技術(shù) 控制網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（c）-00-01

隨著EtherNet/IP相關(guān)產(chǎn)品的出現(xiàn)和以太網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，信息化和自動化網(wǎng)絡(luò)由于基于TCP/IP協(xié)議的EtherNet/IP擴(kuò)展到工業(yè)實時控制層而獲得了更多的解決方法。通過該文研究，可以有效地解決用戶在使用網(wǎng)絡(luò)中遇到的問題，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化、選擇以及應(yīng)用。

1 網(wǎng)絡(luò)性能比較

1.1 網(wǎng)絡(luò)性能的不同點

1.1.1 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

ControlNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：有星型、樹型、總線型以及上述三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的混合結(jié)構(gòu)；EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：該類網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型為主。

1.1.2 傳輸距離和傳輸速率

在EtherNet/IP中采用的傳輸速率有三種：10 mbps，100 mbps以及1Gbps。在單網(wǎng)段中，若采用非屏蔽雙絞線傳輸，則其傳輸距離為100 m，而采用光纖的最大傳輸距離為2000 m。若為所有的通信網(wǎng)絡(luò)，則前者傳輸方式的最大傳輸距離為2500 m。

在網(wǎng)絡(luò)傳輸速率方面，EtherNet/IP在速率上具有更多優(yōu)勢。

1.1.3 控制訪問MAC協(xié)議[1]

ControlNet的MAC協(xié)議把存取CTMDMA的方式當(dāng)作其采取的方式，并把總傳輸?shù)臅r間進(jìn)一步分成間隔相同的時間段，在每一段時間之內(nèi)實現(xiàn)一輪令牌傳輸和發(fā)送正確報文。

EtherNet/IP的MAC協(xié)議采用堅持二進(jìn)制指數(shù)后退BEB算法和帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問CSMA/CD處理沖突，使得EtherNet/IP的確定性和實時性受影響。

1.1.4 網(wǎng)絡(luò)編碼率

ControlNet、EtherNet/IP數(shù)據(jù)編碼率比較理想的，并且在數(shù)據(jù)量較大的時候編碼率可達(dá)98%。對以上分析可得ControlNet和EtherNet/IP的優(yōu)勢

長短。

1.2 網(wǎng)絡(luò)性能的相同點

1.2.1 數(shù)據(jù)觸發(fā)方式

ControlNet與EtherNet/1P總線的數(shù)據(jù)觸發(fā)方式有這幾類：輪詢（Poll）、位選通（Bit-Strobe）、狀態(tài)改變（Change Of State—COS）以及循環(huán)（Cyclic）等，為更好地優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且滿足工業(yè)現(xiàn)場對實時性的通信需求，可以再構(gòu)建較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)時對各類數(shù)據(jù)靈活采用觸發(fā)方式結(jié)合。

1.2.2 網(wǎng)絡(luò)模型

ControlNet和EtherNet/IP總線主要采取的網(wǎng)絡(luò)模型為生產(chǎn)者/消費網(wǎng)絡(luò)模型。在該模型下，很多采用這些數(shù)據(jù)的節(jié)點可以在網(wǎng)上通過識別同一標(biāo)識符而達(dá)到從同一生產(chǎn)者對同一數(shù)據(jù)進(jìn)行消費。

1.2.3 通信模式

ControlNet與EtherNet/1P總線支持各種各樣的許多種類的模式進(jìn)行通信，其主要的通信模式包括主從、多主、對等，以及上述3種模式混合的模式。

1.2.4 連接報文

由于總線EtherNet/IP和ControlNet上任何連接的運行，全部是基于UCMM Forwardes Open進(jìn)行運行，所以，需要所有的支持連接報文設(shè)備要對未連接信息管理器的支持。把其全部連接劃分為顯式報文連接和v0連接。

2 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)比較

2.1 主從控制系統(tǒng)

ControlNet對I/O的控制

通過對簡單實例的研究分析，可以達(dá)到ControlNet網(wǎng)絡(luò)的單主站控制系統(tǒng)實現(xiàn)的效果。

EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)對I/O設(shè)備的控制

同樣可以通過對簡單實例的研究分析達(dá)到EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)的單主站控制系統(tǒng)實現(xiàn)的效果，在圖1中顯示其硬件構(gòu)架。本案例中本地ControlLogix機(jī)架主要由圖1模塊組成。

2.2 多主控制系統(tǒng)

（1）ControlNet網(wǎng)絡(luò)中控制器間的數(shù)據(jù)傳送

通過對簡單實例的研究分析，信息從單個控制器ControlLogix向另一個控制器FlexLogix發(fā)送，從而可以達(dá)到ControlNet網(wǎng)絡(luò)多主控制系統(tǒng)研究效果。連接所有硬件之后，控制器之間的通信實現(xiàn)還需通過軟件的組態(tài)。

（2）EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)中控制器間的數(shù)據(jù)傳送

通過以下簡單實例的研究分析：EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)中控制器ControlLogix 和CompactLogix之間的數(shù)據(jù)傳送以及EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)多主控制系統(tǒng)，連接所有硬件之后，還需組態(tài)和ControlNet網(wǎng)絡(luò)類似的組態(tài)軟件RSLogix5000。

3 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用比較

ControlNet總線應(yīng)用廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域有礦山、治金、食品、造紙業(yè)、水泥，還有交通運輸領(lǐng)域、石油化工、汽車制造、娛樂領(lǐng)域以及很多使用了自動化。EtherNet/IP在采礦、電力、汽車、水處理、食品飲料和輪胎等各行各業(yè)廣泛應(yīng)用。在網(wǎng)絡(luò)資源利用方面：在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較低和流量較少的情況下，ControlNet總線的效用水平會下降的顯著，甚至?xí)?dǎo)致很多浪費的產(chǎn)生，以至于很多網(wǎng)絡(luò)資源為充分使用起來。可是若在這種狀態(tài)下采用EtherNet/IP總線，會解決以上問題，且起到網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)更大化。

在網(wǎng)絡(luò)組態(tài)方面：ControlNet和EtherNet/IP總線的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)相似。傳輸實時數(shù)據(jù)若采用ControlNet網(wǎng)絡(luò)，則可以通過RSLogix5000軟件進(jìn)行軟件的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，請求報文間隔觸發(fā)控制器間數(shù)據(jù)傳送，其在特定周期之內(nèi)控制器是自另外一個控制器進(jìn)行反復(fù)地接收數(shù)據(jù)的，并且利用RSNetworx for ControlNet軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉增環(huán)，潘明福.基于PLC及變頻器技術(shù)的帶式輸送機(jī)控制[J].煤礦機(jī)械，2011（9）.