Device Net總線在隔膜紙插入機中的應用

楊上華

（寧波倍特瑞能源科技有限公司，浙江 寧波 315000）

1 Device Net的通訊模式

現(xiàn)在，現(xiàn)場總線的通訊模式主要有2種，傳統(tǒng)的點對點模式和先進的生產(chǎn)者/消費者模式。后者是在前者的基礎(chǔ)上來實現(xiàn)，并解決傳統(tǒng)通訊模式的一些不足。

1.1 傳統(tǒng)通訊模式的主要缺點

在傳統(tǒng)的點對點通訊模式中，傳送的報文中由指定的源信息、目標地址信息以及校驗碼組成，對于不同節(jié)點來說，數(shù)據(jù)總是在不同的時間點到達接收方，想要實現(xiàn)不同節(jié)點之間的同步幾乎不太可能。如果數(shù)據(jù)的目標地址不一樣，那么源節(jié)點在所有不同的目標節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時會占用很寬的帶寬，因此嚴重的損失了帶寬。

1.2 Device Net通訊模式的主要優(yōu)點

Device Net采用的是生產(chǎn)者/消費者模式，與傳統(tǒng)的點對點通訊模式相比，主要是報文的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。Device Net通訊模式的報文是由標識符、數(shù)據(jù)和校驗碼來組成，標識符的作用是供需要接收數(shù)據(jù)的設(shè)備識別報文。

1.2.1 節(jié)省費用和資源

當設(shè)備識別到相應的標識符時，便接收該報文，因此控制器就只需要發(fā)出一個報文，識別后接收報文的過程被稱之為“消費”?？刂破髯鳛椤吧a(chǎn)者”只需要發(fā)出一份數(shù)據(jù)，而不同的“消費者”可以根據(jù)標識符來判斷是否接收數(shù)據(jù)，這樣就只使用了很窄的帶寬，大大節(jié)省了帶寬資源。

1.2.2 降低設(shè)備發(fā)生故障的幾率，且易于維修

由于Device Net只用一根電纜連接，從而使得設(shè)備可能出現(xiàn)的地方大幅度減少，并且各個站點的端口支持熱插熱拔，所以如果站點出現(xiàn)問題，也不會影響到其他站點的工作，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性進一步提升。

1.2.3 Device Net系統(tǒng)的監(jiān)聽十分方便

控制室可以通過監(jiān)控界面來對站點進行訪問和監(jiān)聽，可以隨時掌握設(shè)備的工作狀態(tài)，可以根據(jù)實際需要來修改控制參數(shù)，例如隔膜紙插入機的插入位置參數(shù)，將確保設(shè)備正常工作。

2 Device Net協(xié)議

Device Net協(xié)議是一種非常簡單、高效的協(xié)議，而且它的制作成本也很低，廣泛運用與較低層的現(xiàn)場總線，比如本文所提到的隔膜紙插入機。Device Net也是一個串行通信鏈路，可以減少大量的硬接線。通過硬接線I/O接口很難實現(xiàn)的診斷功能，可由Device Net來實現(xiàn)，并且Device Net協(xié)議能夠直接熱插熱拔，進一步提高了設(shè)備之間的通信效率。Device Net協(xié)議還定義了物理層和應用層。

2.1 Device Net協(xié)議的簡單介紹

Device Net協(xié)議是一種以控制器局域網(wǎng)（CAN）為基礎(chǔ)的通信鏈路，它直接采用一根導線將可編程控制器和智能設(shè)備連接起來，智能設(shè)備通常是指傳感器、按鈕、電機啟動器、簡單的操作界面接口、變頻器等。其安裝十分方便，調(diào)試工作也較簡單，已經(jīng)在工業(yè)自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中得到了廣泛應用。

2.2 Device Net物理層協(xié)議特性

Device Net協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)控制的節(jié)點數(shù)大約有60多個，運行速度最高可達到1.2M/S，相當于34m的網(wǎng)絡(luò)長度，網(wǎng)絡(luò)長度最長可達到5600m，相當于運行速度為1.3kM/S。Device Net協(xié)議運用了 132kM/S、261kM/S以及538kM/S的網(wǎng)絡(luò)運行速度，這3種都比較常見。

2.3 Device Net應用層協(xié)議特性

2.3.1 防止總線上的節(jié)點設(shè)備地址發(fā)生沖突

所有與總線相連接的設(shè)備都要在開始工作前，保證其地址的唯一性，不能夠與總線上其它設(shè)備的地址一致，否則在工作過程中，可能會導致報文的接收異常。

2.3.2 要標明設(shè)備的數(shù)據(jù)

所有有關(guān)設(shè)備的類型、生產(chǎn)商家、節(jié)點地址以及通訊速率在應用層信息中都有說明，并且還對Device Net節(jié)點的物理連接作出了明確的規(guī)定。

2.3.3 用戶能夠修改設(shè)備參數(shù)

在應用層中，設(shè)備的每一個參數(shù)都是采用ASCII碼值來進行標明，用戶能夠借助一些專門的軟件，通過電子數(shù)據(jù)表單EDS對其進行修改，以便于滿足不同用戶的實際需求，使設(shè)備達到最高性能。

3 Device Net的硬件和軟件設(shè)計

3.1 硬件結(jié)構(gòu)

該裝置采用氣動執(zhí)行器來完成所有的工作，選擇網(wǎng)關(guān)單元作為從站，使用一系列的可編程邏輯控制器來控制系統(tǒng)，并且采用相匹配的Device Net模塊cjlw-drm21與CPU進行連接，主要與智能從站的緊密連接能夠控制終端的下一個水平，控制所有的檢測位。

3.2 軟件設(shè)計

Device Net系統(tǒng)主要完成人機界面設(shè)計、PLC程序設(shè)計和Device Net配置設(shè)計。

3.2.1 人機界面設(shè)計

人機界面設(shè)計采用的是Pro-face系列觸摸屏，這款觸摸屏是由DIGITAL公司來研發(fā)，用它來作為人機界面操作和維護的一個工具，并且在平面上顯示出來。

3.2.2 PLC程序設(shè)計

PLC編程軟件的設(shè)計思想和傳統(tǒng)使用的沒有什么太大不同，但是為了與Device Net系統(tǒng)所使用的中間繼電器地址相匹配，它必須改變過去所使用的輸入、輸出地址，并且重新分配其他地址。

3.2.3 Device Net配置設(shè)計

Device Net配置的設(shè)計十分直觀，這是該軟件最鮮明的一個特點。首先確定主要站點和其他站點，然后根據(jù)硬件配置來找尋所需要的硬件，然后往總線上拉。我們需要從SMC數(shù)據(jù)庫的EDS文件得到exs00-gdni，然后導入到硬件樹，建立一個“SMCexs00”系列網(wǎng)關(guān)從站，儲備，然后把cjlw-drm21主站、DRT2一IDl6以及“SMCexs00”系列網(wǎng)關(guān)從站全部加到系統(tǒng)中，并使用參數(shù)編輯#00單元。在這些準備工作都做完后，Device Net配置系統(tǒng)就會自動分配一個滿足OMRONCJIM配置要求的I/O地址，由PLC識別。

4 隔膜紙插入機的工作原理

隔膜紙插入機的主要工作是將隔膜紙筒按照要求插入到鋼殼。它首先是將托盤推到特定的部位，再將隔膜紙筒插到滾筒上的芯棒里面，然后滾筒將所有旋轉(zhuǎn)部位的隔膜紙的底部進行封裝，使其成型并固定好，最后將隔膜紙筒插入鋼殼，然后放入托盤排出。在整個制作過程中使用了23個氣缸，大概需要40個控制線圈，而且有90多個需要進行檢查的地方，再算上安全操作中必不可少的基本控制，如果按照以前的點對點接線方法，控制箱里大概會有500多根電線。一旦電氣發(fā)生故障，就算是圖紙齊全，維修人員有豐厚的維修技術(shù)，進行故障點的排查也十分耗時，維修進度緩慢。如果采用Device Net協(xié)議來建立系統(tǒng)，那么維修工作就簡單易行。

5 通訊過程中的干擾問題及解決方法

5.1 干擾產(chǎn)生的主要原因

阻抗不連續(xù)信號和阻抗失配信號會引起通訊過程中的信號反射。當阻抗不連續(xù)時，傳輸線末端的信號突然與電纜的阻抗非常接近或不符合，信號會在這個地方引起反射。這種信號反射的主要原理類似于光從一種介質(zhì)反射到另一種介質(zhì)中，為了消除這種反射，必須在電纜的一端連接一個與電纜的特性相同的終端電阻，保證電纜阻抗的連續(xù)性。因為電纜上的信號傳輸是雙向的，所以在通信電纜的另一頭，可連接一個相同尺寸的終端電阻。

數(shù)據(jù)收發(fā)器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配也是造成信號反射的一個重要原因。這種現(xiàn)象主要表現(xiàn)在通信線路空閑時整個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的混亂。我們可以通過隔離噪音和消除電阻的方法，來減少反射信號對通信線路的影響。在現(xiàn)實生活中中，如果反射信號相對來說比較小，通常采用加偏置電阻的方法，簡單便于操作。

5.2 預防干擾的方法

將通信電纜單獨布線，能夠有效的避免通訊電纜受到動力電纜的干擾。如果通信電纜和電力電纜共用一條線槽，應該使用金屬屏蔽管去包裹通訊電纜。如果站點之間距離較遠或者網(wǎng)絡(luò)的部署范圍太廣，應該使用比較粗的通信電纜。當某個地點的設(shè)備發(fā)生故障時，必須及時更換相同類型的備用設(shè)備，否則可能會帶來很多不必要的麻煩。如果使用了其它類型的設(shè)備，那么當網(wǎng)絡(luò)掃描器檢測到的物理設(shè)備與列表不同時，掃描儀會發(fā)出警報，致使站點癱瘓，無法正常工作。

6 結(jié)語

Device Net是一個非常簡單實用的總線現(xiàn)場總線標準。隔膜紙插入機采用了符合Device Net協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得布線變得簡單、緊湊。如果設(shè)備需要被轉(zhuǎn)移到其它地方和重新組裝，操作起來也十分簡單方便。作為一個標準的且全球化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在不同國家、不同水準的工程師之間，Device Net總線也不存在溝通障礙。

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