直流電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、直流電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)54目錄第1章 緒論41.1直流電源監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介41.2發(fā)展現(xiàn)狀及研究意義41.3工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線概述61.4 本文的主要工作7第2章 系統(tǒng)概括介紹72.1系統(tǒng)涉及的網(wǎng)絡(luò)硬件72.1.1羅克韋爾網(wǎng)絡(luò)體系概述72.2.2 plc-5可編程序控制器112.1.3 操作員終端panalview1400e142.1.4 i/o模塊1794柔性 flex i/o15.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖162.1.1 電力直流電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)162.2.1系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)17第3章devicenet及其應(yīng)用193.1 devicenet概述193.1.1 devicenet簡(jiǎn)介193.1.2 devicenet的網(wǎng)絡(luò)

2、特性193.1.3devicenet的傳輸協(xié)議203.2 devicenet的硬件連接和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)243.2.1 devicenet物理介質(zhì)243.2.2 devicenet的通訊產(chǎn)品253.2.3 devicenet的組態(tài)253.3 devicenet在本文的應(yīng)用263.3.1 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)263.3.2 網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)27第4章 controlnet及其應(yīng)用294.1 controlnet概述294.1.1 controlnet簡(jiǎn)介294.1.2 controlnet的技術(shù)特點(diǎn)304.2 controlnet的網(wǎng)絡(luò)通信模式和信息交換314.2.1 controlnet網(wǎng)絡(luò)的通信模式

3、314.2.2 controlnet鏈路上的信息交換314.3 controlnet的組態(tài)334.3.1 controlnet的介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)334.3.2 controlnet的軟件組態(tài)344.4 controlnet在本文中的應(yīng)用354.4.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)354.4.2 網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)35第5章 上位機(jī)監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控375.1 監(jiān)控組件概述375.1.1 上位機(jī)簡(jiǎn)介375.1.2 監(jiān)控軟件rsview32簡(jiǎn)介385.2上位機(jī)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)395.2.1 通訊的建立395.2.2 利用rsview32實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控405.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)44第6章 人機(jī)界面panalview和電源管理466.1 p

4、analview監(jiān)控實(shí)現(xiàn)466.2電源管理48第7章 總 結(jié)51致謝52參考文獻(xiàn)53第1章 緒論1.1直流電源監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介電力直流電源系統(tǒng)主要用于電力系統(tǒng)中的發(fā)電廠、水電站和各類(lèi)變電站，用于斷路器分合閘及二次回路中的儀器、儀表、繼電保護(hù)、事故照明和不可斷電裝置等負(fù)載提供工作直流電源。它的正常與否直接影響電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。電力直流電源系統(tǒng)主要包括降壓裝置、交流配電、整流器、蓄電池組、直流配電等部分。其所要實(shí)現(xiàn)的功能是：蓄電池電壓電流監(jiān)控、充電機(jī)充電方式自動(dòng)控制、蓄電池-充電機(jī)系統(tǒng)的智能化管理、控制回路和動(dòng)力回路的狀態(tài)監(jiān)控、絕緣監(jiān)控、三相交流電源監(jiān)測(cè)等。由于電力直流電源系統(tǒng)常常用于重要的場(chǎng)合

5、，要求不能斷電，所以直流電源系統(tǒng)可靠與否直接影響到供電配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行,而功能強(qiáng)弱則影響系統(tǒng)的良性運(yùn)行和蓄電池的使用壽命。隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)控制和電力電子技術(shù)的發(fā)展及實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行和維護(hù)的需要,對(duì)直流電源系統(tǒng)的要求也相應(yīng)提高,因此在這方面進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)很有必要。1.2發(fā)展現(xiàn)狀及研究意義 20世紀(jì)90年代初期，由于我國(guó)直流電源系統(tǒng)設(shè)備陳舊，引發(fā)了不少事故，引起了各方面的高度重視。為此電力部組織研制了先進(jìn)的、系列化的直流電源成套裝置來(lái)裝備電網(wǎng)，以確保電網(wǎng)的完全可靠運(yùn)行。之后，電力部又組織了微機(jī)控制電力直流電源系統(tǒng)的研制，用監(jiān)控裝置代替了人對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和管理，以適應(yīng)無(wú)人值守變電站的需要

6、。這兩項(xiàng)研制任務(wù)的完成，促進(jìn)了我國(guó)電力工程直流電源系統(tǒng)的更新?lián)Q代和直流電源制造行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，提高了電網(wǎng)直流電源系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。進(jìn)入20世紀(jì)90年代末期，電力直流電源系統(tǒng)又掀起了新一輪的技術(shù)改造，改造的重點(diǎn)集中在兩個(gè)方面：一是研制高頻開(kāi)關(guān)電源模塊替代相控電源；二是研制功能更強(qiáng)的新一代監(jiān)控裝置。 對(duì)于電力直流電源系統(tǒng)監(jiān)控的研究，有兩方面的意義：1) 閥控密封鉛酸蓄電池智能維護(hù)的需要鉛酸蓄電池自1859年法國(guó)人普蘭特發(fā)明至今已有一百多年的歷史,一百多年來(lái)鉛酸蓄電池有了極大的發(fā)展。20世紀(jì)70年代初,產(chǎn)生了閥控式密封鉛酸蓄電池(vrla: valve regulated lead-acid)，它有

7、密封、免維護(hù)、自放電小、性能穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，自出現(xiàn)以來(lái)就以?xún)?yōu)良的性能價(jià)格比,安全可靠的使用性能而迅速占領(lǐng)市場(chǎng),被廣泛應(yīng)用于電力工業(yè)和郵電通信。然而由于電池本身的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝及使用維護(hù)等原因,電池早期失效現(xiàn)象常有發(fā)生,尤其是國(guó)產(chǎn)免維護(hù)電池,有的只能用23年,遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于預(yù)期壽命,嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，對(duì)于蓄電池的智能管理成了研究的熱點(diǎn)。然而蓄電池性能受諸多因素影響,其測(cè)量也較為困難，閥控密封鉛酸蓄電池容量的在線檢測(cè)一直是個(gè)難題，至今沒(méi)有一個(gè)方便的解決方案。完善的解決方案往往需要專(zhuān)家系統(tǒng)的支持，因此，為了保證作為不間斷供電的關(guān)鍵設(shè)備的安全運(yùn)行，有必要對(duì)此進(jìn)行研究。2) 變電站綜合自動(dòng)

8、化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)取代或更新傳統(tǒng)的變電站已成為電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。目前,電力系統(tǒng)推廣無(wú)人值班變電站,雖然調(diào)度中心可以通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)通道獲取變電站運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)信息,但是對(duì)于直流部分只能得到少量的重要信息。它不能反映直流系統(tǒng)運(yùn)行的詳細(xì)信息,特別是它不能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)剛剛開(kāi)始出現(xiàn)異常運(yùn)行的情況,直到長(zhǎng)期的異常運(yùn)行發(fā)展為故障時(shí)才上發(fā)調(diào)度,此時(shí),事故已經(jīng)擴(kuò)大。所以需要設(shè)備維護(hù)人員對(duì)其進(jìn)行定期檢查。此外,對(duì)直流設(shè)備運(yùn)行的控制也是由維護(hù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作的。變電站多,維護(hù)人員少,顯然無(wú)法保證按期按量完成。在這種情況下,直流監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。它的主要作用就是把各變電站的直流設(shè)備信息上送到監(jiān)控中心,供其查

9、詢(xún),同時(shí)監(jiān)控中心也可以向各站發(fā)送控制命令。這樣,維護(hù)人員不但可以在監(jiān)控中心對(duì)直流設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控,還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的不正常狀態(tài),及時(shí)處理,而不等其發(fā)展演變成事故。所以,直流監(jiān)控系統(tǒng)的建立,可以節(jié)省人力物力,提高工作效率，而且，還可以利用專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)蓄電池組進(jìn)行智能管理?；诖?，本人參與建立了電力直流電源系統(tǒng)的模擬裝置，成功地將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于該監(jiān)控系統(tǒng)。本文將著重介紹該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控部分的內(nèi)容。1.3工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線概述隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，由全數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)代替數(shù)字與模擬分散型控制系統(tǒng)已成為工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的必然趨勢(shì)。以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的全數(shù)字化自動(dòng)控制系統(tǒng)是當(dāng)今世界各

10、國(guó)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)課題。根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)iec61158標(biāo)準(zhǔn)定義，現(xiàn)場(chǎng)總線是指安裝在制造或過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是過(guò)程工業(yè)最關(guān)注的深刻變革之一。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和儀表的智能化程度在不斷提高，作為嵌入式應(yīng)用的微控制器功能也在不斷加強(qiáng)，因此現(xiàn)在智能化設(shè)備和儀表的功能己不僅僅限于數(shù)據(jù)采集，還越來(lái)越多地加入了遠(yuǎn)程控制的功能。使得這類(lèi)智能化設(shè)備和儀表的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，這種趨勢(shì)也極大地改變著傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)、智能化設(shè)備儀表的發(fā)展影響著dcs的體系結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在可以看到的一個(gè)明顯的趨勢(shì)是dcs的進(jìn)一步分散化。在現(xiàn)場(chǎng)總線

11、這一級(jí)，除了智能i/o模塊以外，還可以接入各種智能化電子設(shè)備和各種智能化儀表，最大限度地利用最新的、最先進(jìn)的開(kāi)發(fā)成果，而且由于分散度的提高，每個(gè)智能單元所涉及的面很少，這與在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中變送器出現(xiàn)故障的情況是一樣的，但由于智能單元可以實(shí)現(xiàn)全面有效的自診斷功能，出現(xiàn)故障可以及時(shí)報(bào)警、報(bào)告故障類(lèi)型及故障點(diǎn)，因此給維護(hù)帶來(lái)了極大的方便。目前市場(chǎng)上正在應(yīng)用的各種現(xiàn)場(chǎng)總線有數(shù)十種，主要?dú)w類(lèi)在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)族。一個(gè)為iec/sc65c的iec61158標(biāo)準(zhǔn)，另一個(gè)為iec17b的有關(guān)低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備與控制設(shè)備、控制器與電氣設(shè)備接口的iec62026標(biāo)準(zhǔn)。而iec61158是制訂時(shí)間最長(zhǎng)、投票次數(shù)最多、意見(jiàn)分歧最大的國(guó)

12、際標(biāo)準(zhǔn)之一。它的制訂時(shí)間超過(guò)12年，先后經(jīng)過(guò)9次投票表決，兩次提交iec執(zhí)委會(huì)審議，直到2000年1月4日iec中央辦公室公布1999年底最新一輪投票結(jié)果才表明該標(biāo)準(zhǔn)已獲通過(guò)。并且該標(biāo)準(zhǔn)容納了八種互不兼容的協(xié)議，其中由美國(guó)羅克韋爾公司支持的控制網(wǎng)(controlnet)成為iec61158標(biāo)準(zhǔn)的類(lèi)型2。2000年6月15日各國(guó)iec委員會(huì)投票通過(guò)iec62026。由美國(guó)羅克韋爾公司支持的devicenet是iec62026標(biāo)準(zhǔn)之一。1.4 本文的主要工作本文利用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線devicenet和controlnet組建了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，成功地將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于該監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了以plc為核心的實(shí)時(shí)監(jiān)

13、控。所作主要工作有： a) 分析、連接devicenet網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行組態(tài)；b) 分析、連接controlnet網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行組態(tài)；c) 利用觸摸屏人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控；d) 利用rsview32及其擴(kuò)展功能，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)顯示和遠(yuǎn)程監(jiān)控。第2章 系統(tǒng)概括介紹2.1系統(tǒng)涉及的網(wǎng)絡(luò)硬件2.1.1羅克韋爾網(wǎng)絡(luò)體系概述羅克韋爾自動(dòng)化是一家工業(yè)自動(dòng)化跨國(guó)公司，為制造業(yè)提供一流的動(dòng)力、控制和信息技術(shù)解決方案。羅克韋爾自動(dòng)化公司整合了工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的知名品牌，致力于打造全方位自動(dòng)化解決方案，幫助客戶(hù)提高生產(chǎn)力。1 .羅克韋爾的三層網(wǎng)絡(luò)體系netlinx是由羅克韋爾公司推出的一種先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)體系，是目前世界上最先

14、進(jìn)的開(kāi)放式自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)體系。它將網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、通用協(xié)議和開(kāi)放式軟件接口有機(jī)結(jié)合，保證了信息和控制數(shù)據(jù)高效率和無(wú)縫流動(dòng)。在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)了控制、配置和采集數(shù)據(jù)三個(gè)功能。netlinx體系是controlnet、devicenet和ethernet/ip三個(gè)開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。其中，controlnet的通信速率是5mbs，可以提供介質(zhì)冗余和本安選擇，可以建立熱備系統(tǒng)。netlinx已經(jīng)安裝了二百萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。 netlinx的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：圖2-1 羅克韋爾工業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖（1） 設(shè)備層（devicenet）：這是面向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的一層,也是整個(gè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的最低層,它可以將操作信息送到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)

15、備,也可以將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的情況反饋到操作者。（2） 控制層（controlnet）：這是操作所在的一層,它將處理器與處理器之間的信息交流、將處理器與輸入/輸出接口之間的信息交流集成在這一層。（3） 以太網(wǎng)（ethernet）：這是整個(gè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的最高層,也是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行處理和管理的一層。這三種網(wǎng)絡(luò)均為開(kāi)放技術(shù)，而且都是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，因而使用netlinx平臺(tái)的用戶(hù)可以從多家供貨商挑選性能價(jià)格最合適的設(shè)備，不必拘泥與某一家或幾家的產(chǎn)品，從而大大增加了用戶(hù)選擇產(chǎn)品的靈活性。除此之外，a-b公司還提供其他的網(wǎng)絡(luò)，可以更加豐富網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)體系，方便的連接和通信。1. dh+工業(yè)局域網(wǎng)。在控制層，

16、除了強(qiáng)大的控制網(wǎng)以外，還有dh+(data high plus)網(wǎng)絡(luò)，它是一種工業(yè)局域網(wǎng)，用于支持工廠應(yīng)用工程的遠(yuǎn)程編程，也可以通過(guò)dh+在可編程序控制器、計(jì)算機(jī)、人機(jī)界面產(chǎn)品等之間的數(shù)據(jù)傳送。dh+網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)鏈路可以連接64個(gè)設(shè)備，用戶(hù)可以組態(tài)一個(gè)具有99個(gè)鏈路的網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)多鏈路的網(wǎng)絡(luò)可以具有更多的節(jié)點(diǎn)。借助于將節(jié)點(diǎn)布置在一個(gè)適當(dāng)?shù)暮瑤讉€(gè)節(jié)點(diǎn)并與其他節(jié)點(diǎn)隔離的鏈路中，可以提高信息的傳輸效率。dh+網(wǎng)的基本傳輸速率為57.6kb/s，最大的距離是3050m，如果縮短為762.5m，傳輸速率可達(dá)230.4kb/s。2. 通用遠(yuǎn)程i/o鏈路 通用遠(yuǎn)程i/o鏈路(universal remote i

17、/o)將slc和plc處理器與遠(yuǎn)程i/o機(jī)架和一批智能設(shè)備，如操作員界面和交、直流拖動(dòng)裝置連接，i/o機(jī)架和其他設(shè)備則可以安裝到遠(yuǎn)離slc和plc處理器3048m的地方。slc和plc處理器對(duì)遠(yuǎn)程i/o鏈路的存取，是通過(guò)處理器內(nèi)置的掃描端口或通過(guò)獨(dú)立的掃描器模塊進(jìn)行的，i/o產(chǎn)品在鏈路上與這些掃描器的通信，是通過(guò)獨(dú)立的適配器模塊或通過(guò)內(nèi)置的適配器進(jìn)行。3. dh-485工業(yè)局域網(wǎng)dh-485是一個(gè)工業(yè)局域網(wǎng)（lan），主要用于工廠極的應(yīng)用。dh-485能夠連接的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備多達(dá)32個(gè)，包括slc 500micrologix 1000可編程序控制器、彩色視圖系統(tǒng)和個(gè)人計(jì)算機(jī)。dh-485鏈路的輔助r

18、s-232-c(df1協(xié)議)鏈路連接起來(lái)形成dh-485網(wǎng)絡(luò)。2.各種網(wǎng)絡(luò)特性的比較表2-1 羅克韋爾網(wǎng)絡(luò)特性比較devicenet 網(wǎng)絡(luò)controlnet網(wǎng)絡(luò)erhernet/ip 網(wǎng)絡(luò)通用遠(yuǎn)程i/o鏈路dh-485網(wǎng)絡(luò)dh+網(wǎng)絡(luò)功能不通過(guò)i/o模塊，直接把底層設(shè)備連接到工廠級(jí)的處理器上支持plc和i/o設(shè)備直接的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸集成了工廠管理系統(tǒng)（物資管理）；網(wǎng)絡(luò)配置；數(shù)據(jù)采集；控制另一個(gè)獨(dú)立的高速網(wǎng)絡(luò)；和未預(yù)定的實(shí)時(shí)應(yīng)用提供plc和i/o適配器之間的連接提供slc處理器、人機(jī)界面和編程設(shè)備之間的連接允許工廠級(jí)和車(chē)間級(jí)的數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)程編程典型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳感器、馬達(dá)啟動(dòng)器、變頻器、按鈕、低端人

19、機(jī)界面、條形碼閱讀器、plc、氣動(dòng)閥plc 處理器、i/o機(jī)架，人機(jī)界面，個(gè)人計(jì)算機(jī)，變頻器、機(jī)器人大型計(jì)算機(jī)，plc控制器，機(jī)器人，人機(jī)界面，i/o接口和i/o適配器plc處理器，i/o機(jī)架、變頻器、操作員介面, 遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)、 操作模塊slc處理器，個(gè)人計(jì)算機(jī)，低端人機(jī)界面plc處理器，個(gè)人計(jì)算機(jī)，高端人機(jī)界面數(shù)據(jù)的再現(xiàn)小的數(shù)據(jù)報(bào)；需要的時(shí)候才發(fā)送數(shù)據(jù)中度大小的數(shù)據(jù)報(bào)；數(shù)據(jù)的傳遞是確定的、可以重復(fù)的大數(shù)據(jù)報(bào)，周期發(fā)送中度大小的數(shù)據(jù)報(bào)周期傳送小的數(shù)據(jù)報(bào)，通過(guò)周期傳送或指定傳送中度大小的數(shù)據(jù)報(bào)周期傳送最大節(jié)點(diǎn)數(shù)64個(gè)邏輯結(jié)點(diǎn)（2048個(gè)設(shè)備）99個(gè)無(wú)限1 掃描器和 32 適配器32個(gè)每條鏈路64個(gè)

20、（網(wǎng)絡(luò)可以有99個(gè)鏈路）數(shù)據(jù)傳輸速率500, 250, 或者 125k bit/s5m bit/s 10m bit/s100m bit/s230.4, 115.2, 或者57.6k bit/s 19.2k bit/s57.6k bit/s設(shè)備供應(yīng)商完全開(kāi)放完全開(kāi)放完全開(kāi)放羅克韋爾自動(dòng)化公司及其合作者應(yīng)用舉例控制、配置、采集數(shù)據(jù)；傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)網(wǎng)到plc控制器或個(gè)人計(jì)算機(jī)以減少導(dǎo)線并提供更多的故障診斷信息. 控制、配置、采集數(shù)據(jù)；plc處理器控制遠(yuǎn)程i/o機(jī)架；和其它處理器進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，并對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采用冗余介質(zhì)連接使用一臺(tái)單獨(dú)的個(gè)人計(jì)算機(jī)對(duì)多個(gè)plc處理器控制、配置和采集數(shù)據(jù)，或者用一臺(tái)單

21、獨(dú)的個(gè)人計(jì)算機(jī)在多個(gè)plc控制器之間上載下載非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)一個(gè)plc-5處理器控制i/o機(jī)架、panelview操作員介面、1336拖動(dòng)裝置和第三方生產(chǎn)的焊接裝置閥門(mén)在一個(gè)小工廠使用一個(gè)編程用的個(gè)人計(jì)算機(jī)連接到一個(gè)或者多個(gè)slc處理器上使用一個(gè)個(gè)人計(jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)的一端對(duì)全工廠的多個(gè)plc處理器編程2.2.2 plc-5可編程序控制器 1. 可編程序控制器概述可編程序控制器（programmable logical controller）簡(jiǎn)稱(chēng)plc，是近年來(lái)發(fā)展極為迅速、應(yīng)用面極廣的工業(yè)控制裝置。它是一種專(zhuān)為工業(yè)控制環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)行的電子系統(tǒng)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)存儲(chǔ)用戶(hù)指令，通過(guò)數(shù)字

22、或模擬的輸入輸出，完成確定的邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)、運(yùn)算的一些確切的功能，來(lái)控制各種類(lèi)型的機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程。本世紀(jì)六十年代，由于小型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和大規(guī)模生產(chǎn)及多機(jī)群的發(fā)展，為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，對(duì)控制系統(tǒng)也提出了更新的要求，主要是：a.它的繼電器設(shè)計(jì)周期短，更改容易，接線簡(jiǎn)單，成本低；b.它能把計(jì)算機(jī)的功能和繼電器結(jié)合起來(lái)，而編程又比計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)單易學(xué)，操作方便；c.系統(tǒng)通用性強(qiáng)。這樣美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司根據(jù)上述要求，開(kāi)發(fā)出了第一臺(tái)可編程序控制器，其后日本和德國(guó)等國(guó)家也相繼引入，可編程序控制器迅速發(fā)展了起來(lái)。 七十年代后期，隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程序控制器更多的具有計(jì)算機(jī)的

23、功能，不僅用邏輯編程取代了硬連接，還增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸和處理等功能，真正的成為一種電子計(jì)算機(jī)工業(yè)控制裝置，而且做到了小型化。plc作為一種控制器，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的：（1） plc的軟件簡(jiǎn)單易學(xué)。plc的最大特點(diǎn)之一，就是采用易學(xué)易懂的梯形圖語(yǔ)言，它是以計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)構(gòu)成人們慣用的繼電器模型，形成一套獨(dú)具風(fēng)格的以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語(yǔ)言。（2） 使用和維護(hù)方便。a. 硬件配置方便。plc的硬件是由專(zhuān)門(mén)的廠家按照一定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格生產(chǎn)的，硬件可按實(shí)際需要配置。b. 安裝方便。內(nèi)部不需要接線和焊接，只要編寫(xiě)程序就可以了。c. 使用方便。節(jié)點(diǎn)的使用不受次數(shù)的限制，內(nèi)部器件可多到是用戶(hù)不感到由

24、什么限制。只需考慮輸入輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)，這可由各種類(lèi)型的plc來(lái)提供。d. 維護(hù)方便。plc配置有許多的監(jiān)控提示信號(hào)，能檢查出自身的故障，并隨時(shí)顯示給操作人員并能動(dòng)態(tài)的監(jiān)視程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)提供了方便，而且接線少，維修時(shí)只需更換插入式模塊，維護(hù)方便。（3） 運(yùn)行穩(wěn)定可靠。plc式專(zhuān)為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中采取了多層的抗干擾和精選元件，可在惡劣的環(huán)境下與強(qiáng)電設(shè)備一起工作運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性都很高（4） 設(shè)計(jì)施工周期短。使用plc完成一項(xiàng)工程，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，現(xiàn)場(chǎng)施工和plc程序設(shè)計(jì)可以同時(shí)進(jìn)行，而且程序的調(diào)試和修改都很方便。2. plc的基本工作原理 plc雖然具有微機(jī)的許

25、多特點(diǎn)，但是它的工作方式卻和微機(jī)大有不同。 plc采用的是循環(huán)掃描的方式，在plc中，用戶(hù)程序按先后順序存放，cpu從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行程序，直至遇到最后結(jié)束符后又返回第一條。如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。整個(gè)過(guò)程可以分為五個(gè)部分：自診斷、與編程器等的通信、輸入采樣、用戶(hù)程序執(zhí)行、輸出刷新，其工作過(guò)程如下：自診斷與 編 程 器、計(jì) 算 機(jī) 的 通 信讀入現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)執(zhí)行用戶(hù)程序輸出結(jié)束 圖2-2 plc工作原理圖（1） 每次掃描用戶(hù)程序之前，都先執(zhí)行自診斷程序。自診斷程序內(nèi)容為：i/o部分、存儲(chǔ)器、cpu等，發(fā)現(xiàn)異常則停機(jī)顯示出錯(cuò)。若自診斷正常，則繼續(xù)向下執(zhí)行。（2） plc檢查是否有與編程器、計(jì)算機(jī)等的

26、通信請(qǐng)求，若有，則進(jìn)行相應(yīng)的處理，如接收由編程器送來(lái)的程序、命令和各種數(shù)據(jù)并把要顯示的數(shù)據(jù)發(fā)送給編程器進(jìn)行顯示。如果有與計(jì)算機(jī)等的通信要求，也在這段時(shí)間完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接受任務(wù)。（3） plc的中央處理器對(duì)各個(gè)輸入端進(jìn)行掃描，將輸入端的狀態(tài)送到輸入寄存器中，這就是采樣階段。（4） 中央處理器cpu將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，以對(duì)輸入和原輸出狀態(tài)進(jìn)行處理，即按照程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行邏輯、算術(shù)運(yùn)算，再將正確的結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器中，這就是程序的執(zhí)行階段。（5） 當(dāng)所有的程序執(zhí)行完了之后，集中把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過(guò)輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受到的電壓和電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備，這就是輸出刷新階段。plc

27、經(jīng)過(guò)這五個(gè)階段的工作過(guò)程，稱(chēng)為一個(gè)掃描周期，完成一個(gè)周期后，又重新執(zhí)行上述過(guò)程，掃描周而復(fù)始的進(jìn)行。3. 羅克韋爾公司plc-5系列可編程序控制器簡(jiǎn)介plc-5是羅克韋爾公司早期的產(chǎn)品，它在包括冶金，礦山，水處理等很多的領(lǐng)域都得有廣泛的應(yīng)用。plc-5技術(shù)成熟，在大型和中型應(yīng)用領(lǐng)域是一種比較好的選擇。最近幾年，plc-5又增加了devicenet、conntrolnet和ethernet/ip等功能，這大大的豐富了plc-5的應(yīng)用范圍，在控制要求比較高的情況下，可以采用conntrolnet plc-5 熱備系統(tǒng)。 羅克韋爾公司的plc-5可編程序控制器，除了具有一般plc所共有的特點(diǎn)以外，還

28、具有以下特性：l 支持多種編程語(yǔ)言。l 強(qiáng)有力的程序控制特性。l 通用指令系列l(wèi) 內(nèi)置的通訊能力l 程序執(zhí)行速度達(dá)到0.5ms/k位邏輯最大2ms/k。l 口令和權(quán)限對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的是plc-5/40c處理器，支持conntrolnet通信，其面板如圖： 圖 2-3 plc-5的面板示意圖2.1.3 操作員終端panalview1400e 圖 2-4 panalview1400epanalview 1400e的高端crt圖表終端是panalview 1200系列產(chǎn)品的新型產(chǎn)品，提供vga彩色點(diǎn)陣圖象。另外，有一個(gè)單獨(dú)的接口提供可與a-b公司的plc和slc控制器的dh+和增強(qiáng)

29、型遠(yuǎn)程i/o通信，也可以利用controlnet進(jìn)行通信。終端有觸摸屏和鍵盤(pán)兩種選擇，使操作員在輸入是更加簡(jiǎn)便靈活。其特性如下： vga彩色像素圖表，使屏幕上的目標(biāo)尺寸和位置變化更靈活，也允許輸入位圖文件和autocad文件。 dh+接口允許一臺(tái)panalview 1400e與多個(gè)plc處理器或多個(gè)panalview終端訪問(wèn)一個(gè)plc處理器。基于標(biāo)記的dh+界面，支持非請(qǐng)求的信息和8個(gè)掃描等級(jí)。 擴(kuò)展遠(yuǎn)程i/o接口也是基于標(biāo)記的，并具有“只收聽(tīng)”選項(xiàng)。最大可達(dá)到64個(gè)邏輯機(jī)架和64個(gè)塊傳送，每個(gè)塊傳送包括至多64個(gè)字。 controlnet接口綜合了遠(yuǎn)程i/o的高速性dh+網(wǎng)絡(luò)多panalvi

30、ew/plc的高性能開(kāi)放系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特性。 豐富的操作員工具可供選擇，包括：按鈕、選擇器、指示器、數(shù)字顯示、數(shù)字鍵盤(pán)、棒狀圖、ascii碼輸入及顯示、在線趨勢(shì)圖以及常用圖表。 項(xiàng)目疊層功能。允許控制設(shè)備直接安放在其他項(xiàng)目上面，從而是操作員控制更加直觀。 擴(kuò)展的報(bào)警控制功能。2.1.4 i/o模塊1794柔性 flex i/o在plc系統(tǒng)中，i/o模塊分直接i/o模塊和智能i/o模塊兩種。直接i/o模塊是在模塊上擁有獨(dú)立的輸入或輸出通路，對(duì)應(yīng)于可編程序控制器數(shù)據(jù)映象區(qū)上的位或字，這些位或字對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的i/o回路上信號(hào)的值，以使用戶(hù)程序可以直接存取i/o的值。直接i/o模塊根據(jù)與傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)

31、的傳輸方式的不同，可以進(jìn)一步分為數(shù)字量模塊和模擬量模塊。智能i/o模塊可在模板上通過(guò)處理輸入量來(lái)控制輸出量，而不必由用戶(hù)通過(guò)數(shù)據(jù)表來(lái)控制。flex i/o是一個(gè)應(yīng)用于分布式場(chǎng)合靈活、價(jià)格低廉的模塊式系統(tǒng)，它提供強(qiáng)大的框架式i/o所具有的功能而無(wú)需那樣的安裝空間。使用flex i/o可以獨(dú)立的選擇i/o種類(lèi)以適應(yīng)應(yīng)用的需要。一個(gè)flex i/o適配器可以接8個(gè)接線基座。在需要較多的i/o或組合使用不同種類(lèi)的i/o時(shí)，可以無(wú)須購(gòu)買(mǎi)附加電源和通訊適配器即可適應(yīng)系統(tǒng)要求。flex i/o是i/o接口與端子排的組合，使用接線基座上的端子排就可以直接進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接線。這樣節(jié)省了安裝和調(diào)試的時(shí)間和空間以及擴(kuò)展端

32、子的費(fèi)用。采用基座接線端子，可以在底板帶電的情況下拔插模塊，因而無(wú)須重新接線或斷開(kāi)系統(tǒng)。只要配上合適的適配器flex i/o系統(tǒng)就可以在遠(yuǎn)程i/o，devicenet和controlnet網(wǎng)上進(jìn)行通訊，可以根據(jù)需要增減元件。flex i/o是適用于分布式應(yīng)用場(chǎng)合的小型模塊式i/o系統(tǒng)，系統(tǒng)由以下元件構(gòu)成：1) 適配器/電源：為多個(gè)八個(gè)i/o模塊提供電源以及內(nèi)部邏輯操作。2) 段子基座：包括一個(gè)端子排作為兩線或三線設(shè)備的接線終端。適配器端子基座 i/o模塊3) i/o模塊：包括總線接口與電路，以完成應(yīng)用所需的特殊功能。圖2-5 flex i/o模塊示意圖.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖2.1.1 電力直流電源系統(tǒng)

33、結(jié)構(gòu)直流電源系統(tǒng)在實(shí)際的應(yīng)用中有重要的意義，本系統(tǒng)是對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的模擬?？刂频膶?duì)象是蓄電池組和硅堆，如圖2-5所示，主要包括降壓裝置、交流配電、整流器、蓄電池組、直流配電等部分?？刂频哪繕?biāo)是保證控制母線的電壓保持恒壓，這主要通過(guò)對(duì)硅堆的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體的控制是通過(guò)整流控制器和plc共同實(shí)現(xiàn)。本文依托于羅克韋爾強(qiáng)大的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了完善的控制算法和方便的現(xiàn)場(chǎng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控。圖2-6 模擬直流電源監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2.1系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的是羅克韋爾公司的網(wǎng)絡(luò)體系，主要采用的是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線devicenet和控制網(wǎng)絡(luò)controlnet，并通過(guò)ri/o將powermonitor3000

34、與可編程序處理器plc-5相連接，所有的數(shù)據(jù)通過(guò)controlnet送入plc-5，再由plc-5處理轉(zhuǎn)換成控制信息以后發(fā)送到個(gè)控制單元。panalview處于controlnet層，在工廠級(jí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，rsview32則位于上位機(jī)，通過(guò)controlnet采集數(shù)據(jù)，監(jiān)控控制單元，遠(yuǎn)程監(jiān)控則是通過(guò)rsview32 active display system將rsview32延伸成服務(wù)器/客戶(hù)模式，用戶(hù)可以在遠(yuǎn)程的客戶(hù)端通過(guò)客戶(hù)端服務(wù)程序或通過(guò)ie瀏覽器來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控. 圖2-7 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖第3章devicenet及其應(yīng)用3.1 devicenet概述3.1.1 devicenet簡(jiǎn)介設(shè)

35、備網(wǎng)是通過(guò)一個(gè)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)，將低層的設(shè)備直接和車(chē)間級(jí)控制器相連，而無(wú)需通過(guò)硬線將它們與i/o模塊相連。設(shè)備網(wǎng)是一種柔性的、開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)，可以運(yùn)行許多銷(xiāo)售商行生產(chǎn)的設(shè)備。設(shè)備網(wǎng)是基于生產(chǎn)者/客戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)模式，這是最現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，生產(chǎn)者/客戶(hù)模式使控制數(shù)據(jù)同時(shí)到達(dá)操作的每一單元，可以更有效的利用網(wǎng)絡(luò)的頻帶寬度，同時(shí)，生產(chǎn)者/客戶(hù)的還可以顯著的減少網(wǎng)絡(luò)的通信量，提高響應(yīng)的速度和準(zhǔn)確性。設(shè)備網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下所示：圖3-1 設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖3.1.2 devicenet的網(wǎng)絡(luò)特性一個(gè)集成控制網(wǎng)絡(luò)功能費(fèi)用是如何由簡(jiǎn)單、有效的組裝系統(tǒng)元部件來(lái)決定的，設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)正是迎合這些要求而設(shè)計(jì)的，它為用戶(hù)控制系統(tǒng)增加了靈

36、活性，提高了效率，具體表現(xiàn)在：1) 設(shè)備的相互可操作性。設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)提供不止一種協(xié)議技術(shù)條件，它的相互可操作性所根據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)有： 敞開(kāi)型和密封型的設(shè)備連接器； 診斷指示器； 設(shè)備的“行規(guī)”（profile）。2) 設(shè)備的可互換性。各個(gè)銷(xiāo)售商所生產(chǎn)的符合設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備行規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)單裝置（如按鈕、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器、光電傳感器、限位開(kāi)關(guān)等等）都可以互換，位用戶(hù)提供靈活性和選擇性.。3) 一種公用的網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)開(kāi)放型的設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)提供一般終端用戶(hù)的解決方案，它降低了網(wǎng)絡(luò)銷(xiāo)售商所必須支持各種各樣的設(shè)備的要求。4) 以一個(gè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)。設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)基于被公認(rèn)的，著名的can技術(shù)，它有助于保證最終用戶(hù)和工業(yè)

37、界雙方的廣泛理解與支持。5) 改善生產(chǎn)率。一個(gè)開(kāi)放的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)有助于改善整體生產(chǎn)，它給予最終用戶(hù)的更多的選擇和鼓勵(lì)設(shè)備革新，因此可以改善精度、提供診斷和增加處理數(shù)據(jù)的總量。6) 有助于減少維修費(fèi)用。設(shè)備可以在不切斷電源的情況下拆卸和更換，也不需要編程工具。3.1.3 devicenet的傳輸協(xié)議devicenet沿用了can協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的總線網(wǎng)絡(luò)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，定義了不同的報(bào)文格式、總線訪問(wèn)仲裁規(guī)則及故障檢測(cè)和故障隔離的方法。而應(yīng)用層規(guī)范則是由廠商自主開(kāi)發(fā)，對(duì)應(yīng)于iso網(wǎng)絡(luò)協(xié)議七層模型的第一、二、七層。其關(guān)系如圖所示。應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理信號(hào)層收發(fā)器傳輸介質(zhì)iso第七層應(yīng)用層iso第

38、二層數(shù)據(jù)鏈路層iso第一層 物理層devicenet應(yīng)用層規(guī)范can協(xié)議devicenet物理層協(xié)議圖3-2 基于can的devicenet協(xié)議分層結(jié)構(gòu)1. 物理層 devicenet網(wǎng)絡(luò)元件包括系統(tǒng)接地、粗纜和細(xì)纜混合結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)端接口和電源分配。線纜包括粗纜（多用作干線）和細(xì)纜（多用于分支線），總線的線纜中包括24v直流電源和信號(hào)線兩個(gè)雙絞線線對(duì)以及信號(hào)屏蔽線。devicenet提供125/250/500 kbps三種可選的通訊波特率,最大拓?fù)渚嚯x為500米，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)段最大可達(dá)64個(gè)節(jié)點(diǎn)。波特率、線纜類(lèi)型、拓?fù)渚嚯x之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。2. 數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)幀格式 devicenet數(shù)據(jù)鏈

39、路層遵循can協(xié)議規(guī)范，并由can控制器芯片實(shí)現(xiàn)。can提供數(shù)據(jù)幀、出錯(cuò)幀、遠(yuǎn)程幀和過(guò)載幀等多種幀格式，最重要的是數(shù)據(jù)幀，其格式如所示。幀起始標(biāo)志11位標(biāo)識(shí)符控制字段幀長(zhǎng)08字節(jié)數(shù)循環(huán)確認(rèn)幀結(jié)束標(biāo)志 圖3-3 can數(shù)據(jù)幀格式 沖突處理機(jī)制devicenet采用非破壞性逐位仲裁（nba）的方法解決共享介質(zhì)總線訪問(wèn)沖突問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符，這個(gè)標(biāo)識(shí)符的值決定了仲裁中優(yōu)先級(jí)的大小，優(yōu)先級(jí)值小的節(jié)點(diǎn)在競(jìng)爭(zhēng)仲裁中為獲勝的一方。不同于以太網(wǎng)，總線上不會(huì)發(fā)生沖突，競(jìng)爭(zhēng)中獲勝的節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)發(fā)送，直至完成為止。這種機(jī)制保證了總線上的信息不會(huì)丟失，總線資源也得到最大的利用，不會(huì)浪費(fèi)。3. 應(yīng)

40、用層 數(shù)據(jù)生成源/消費(fèi)源（producer/consumer model）的網(wǎng)絡(luò)模型現(xiàn)今的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中有兩種主要的網(wǎng)絡(luò)模型，即源/目的地模型(source/destination)和生產(chǎn)者/消費(fèi)者(producer/customer)模型。較早出現(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)總線，如profibus dp、profibus pa、interbus s、as-i等，都是基于源/目的網(wǎng)絡(luò)模型的產(chǎn)品，90年代中期以后推出的一些現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，則采用了生產(chǎn)者/消費(fèi)者通訊模型，以期獲得更高的通訊效率，滿(mǎn)足更高的控制要求。如controlnet、devicenet等。源/目的地模型(source/destination)，存

41、在明顯的不足。下圖給出了控制網(wǎng)生產(chǎn)者/消費(fèi)者通訊模型與源/目的通訊模型的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)。源目的crc數(shù)據(jù)圖3-4源/目的通訊模型的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)標(biāo)識(shí)符crc數(shù)據(jù) 圖3-5生產(chǎn)者/消費(fèi)者通訊模型的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)devicenet上的設(shè)備既可能是客戶(hù)，也可能是服務(wù)器，或者兼?zhèn)鋬蓚€(gè)角色。而每一個(gè)客戶(hù)/服務(wù)器又都可能是生產(chǎn)者、消費(fèi)者，或者兩者皆是。典型地，服務(wù)器“消費(fèi)”請(qǐng)求，同時(shí)“產(chǎn)出”響應(yīng)；相應(yīng)地，客戶(hù)“消費(fèi)”響應(yīng)，同時(shí)“產(chǎn)出”請(qǐng)求。也存在一些獨(dú)立的連接，它們不屬于客戶(hù)或服務(wù)器，而只是單純生產(chǎn)或消費(fèi)數(shù)據(jù)，這分別對(duì)應(yīng)了周期性或狀態(tài)改變類(lèi)數(shù)據(jù)傳送方式的源/目的，這樣就可以顯著降低帶寬消耗。與典型的源/目的模式相比，

42、生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型是一種更為靈活高效的處理機(jī)制。在devicenet上，產(chǎn)生數(shù)據(jù)的設(shè)備提供數(shù)據(jù)，并給這些數(shù)據(jù)賦予相應(yīng)的標(biāo)識(shí)符。需要接收數(shù)據(jù)的設(shè)備則監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)上所傳送的報(bào)文，并根據(jù)其標(biāo)識(shí)符選擇接收（即“消費(fèi)”）合適的報(bào)文。按照生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型，在網(wǎng)絡(luò)上傳送的報(bào)文不一定專(zhuān)屬于某個(gè)固定的源/目的地，網(wǎng)絡(luò)可以支持多點(diǎn)發(fā)送，大大節(jié)約了帶寬。 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 設(shè)備網(wǎng)的電纜系統(tǒng)采用的是一種主干/支線設(shè)計(jì)，它的部件始于設(shè)備與設(shè)備網(wǎng)的連接點(diǎn)，通常將設(shè)備（或節(jié)點(diǎn)）連接到支線或多端分接器，然后通過(guò)一個(gè)密封式或多端的分接器與主干線相連。 數(shù)據(jù)通訊方式 devicenet支持多種數(shù)據(jù)通訊方式，如循環(huán)（cyclic）、狀態(tài)改變

43、（change of state）、選通（strobe）、查詢(xún)（polled）等。循環(huán)方式適用于一些模擬設(shè)備，可以根據(jù)設(shè)備的信號(hào)發(fā)生的速度，靈活設(shè)定循環(huán)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的時(shí)間間隔，這樣就可以大大降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)的帶寬要求。狀態(tài)改變方式用于離散的設(shè)備，使用事件觸發(fā)方式，當(dāng)設(shè)備狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)才發(fā)生通訊，而不是由主設(shè)備不斷的查詢(xún)來(lái)完成。選通方式下，利用8字節(jié)的報(bào)文廣播，64個(gè)二進(jìn)制位的值對(duì)應(yīng)著網(wǎng)絡(luò)上64個(gè)可能的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)位的標(biāo)識(shí)，指定要求響應(yīng)的從設(shè)備。查詢(xún)方式下，i/o報(bào)文直接依次發(fā)送到各個(gè)從設(shè)備（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）。多種可選的數(shù)據(jù)交換形式，均可以由用戶(hù)方便地指定。通過(guò)選擇合理的數(shù)據(jù)通訊方式，網(wǎng)絡(luò)使用的效率得以明顯的提

44、高。 對(duì)象模型與設(shè)備描述devicenet使用了對(duì)象的概念來(lái)描述應(yīng)用層的協(xié)議。對(duì)象模型提供了組織和實(shí)現(xiàn)devicenet產(chǎn)品構(gòu)成元件屬性、服務(wù)和行為的簡(jiǎn)便的模板。模型為每個(gè)屬性提供了由4個(gè)數(shù)字組成的尋址方案。它們分別是節(jié)點(diǎn)地址（mac id），對(duì)象類(lèi)標(biāo)識(shí)符，實(shí)例編號(hào)和屬性編號(hào)。表3-1 各個(gè)對(duì)象組件的范圍地址最低 最高節(jié)點(diǎn)（mac id）063類(lèi)165535實(shí)例065535屬性1255 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)devicenet主要有二種信息傳送的方法:i/o通訊(i/o messaging)和直接通訊(explicit messaging)。i/o messaging(i/o messaging)用于實(shí)

45、時(shí)面向控制的通訊，它可以和單用戶(hù)或多用戶(hù)通訊，主要采用了高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)符的應(yīng)用。i/o信息包括了無(wú)協(xié)議的8位字節(jié)數(shù)據(jù)，只有一個(gè)例外：分段的i/o信息，它有一字節(jié)用作協(xié)議用。直接數(shù)據(jù)通訊(explicit messaging)在二個(gè)設(shè)備之間提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的多用途通訊，它提供了典型的請(qǐng)求/應(yīng)答式通訊，主要用于節(jié)點(diǎn)組態(tài)和故障診斷。它主要用于低優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)。分段數(shù)據(jù)是用于長(zhǎng)于8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)傳送，每次信息需要一個(gè)字節(jié)的協(xié)議。can頭i/o數(shù)據(jù)（08位字節(jié)）can尾 圖3-6 i/o通訊的格式can頭協(xié)議和數(shù)據(jù)域（08位字節(jié)）can尾 圖3-7 直接通訊的格式3.2 devicenet的硬件連接和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

46、3.2.1 devicenet物理介質(zhì)a-b公司為設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的連接和通信需要，提供了完整的物理介質(zhì)產(chǎn)品，包括主干線、支線、終端、快速拆卸的插件和分接器，用于設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的連接和通信。主要的物理介質(zhì)介紹：devicebox分接器：devicebox分接器是主干線上的一種直接連接方式，可提供多達(dá)8個(gè)節(jié)點(diǎn)的、通過(guò)支線連接的終端連接帶。 deviceport分接器：這是一個(gè)密封連接器的連接盒，它可使4或8條支線與主干線連接起來(lái)。power tag電源分接器：這是從供給主干線的電源可接到的一個(gè)支點(diǎn)。電源分接器與設(shè)備分接器（device tag）不同，設(shè)備分接器有兩個(gè)熔斷器盒一個(gè)肖特基二極管。t型分接器：它

47、同密封連接器有一個(gè)單獨(dú)的接口，以一種小型的、快速的方式與支線相連，具有左側(cè)或右側(cè)的鎖銷(xiāo)槽做定位用，同時(shí)在兩遍有螺栓和螺帽使t型分接器可以鄰連。粗纜：外徑12.2mm，額定電流8a的粗纜，可用于設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的主干線或通過(guò)分接器將設(shè)備連接到主干線的支線。 細(xì)纜：外徑6.9mm，額定電流0.753a的細(xì)纜，可用作設(shè)備網(wǎng)的主干線或通過(guò)分接器將設(shè)備連接到主干線的支線。密封式端接器：通過(guò)端接電阻從電氣性能上使設(shè)備網(wǎng)通信穩(wěn)定。3.2.2 devicenet的通訊產(chǎn)品1 設(shè)備網(wǎng)rs-232-c個(gè)人計(jì)算機(jī)接口設(shè)備網(wǎng)rs-232-c個(gè)人計(jì)算機(jī)接口使得膝上機(jī)、桌面式或筆記本式計(jì)算機(jī)與設(shè)備網(wǎng)相連。一旦聯(lián)結(jié)成功，計(jì)算機(jī)在

48、設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)上就作為網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。該接口小巧、重量輕，用戶(hù)可以攜帶它，從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)做故障診斷和維修。用戶(hù)也可以用它使一臺(tái)計(jì)算機(jī)成為網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)固定的節(jié)點(diǎn)。2 設(shè)備網(wǎng)pc插卡設(shè)備網(wǎng)pc插卡使pcmcia通信接口卡，使windows或ms-dos兼容計(jì)算機(jī)（典型的是一個(gè)筆記本電腦）可在設(shè)備網(wǎng)上進(jìn)行通信。設(shè)備網(wǎng)可自動(dòng)將其通信速率與已建立的速率相匹配（自動(dòng)波特率），并自動(dòng)將其節(jié)點(diǎn)地址建成為網(wǎng)絡(luò)的下一個(gè)站址。3.2.3 devicenet的組態(tài)利用羅克韋爾公司提供的設(shè)備網(wǎng)管理軟件，可以很方便的實(shí)現(xiàn)設(shè)備網(wǎng)的組態(tài)和調(diào)試。rsnetworx for devicenet是由羅克韋爾公司提供的一個(gè)基于wi

49、ndows平臺(tái)的軟件產(chǎn)品，它可以使人們對(duì)設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備網(wǎng)項(xiàng)目進(jìn)行管理。它提供一種項(xiàng)目樹(shù)結(jié)構(gòu)來(lái)管理設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，可以用來(lái)組織數(shù)據(jù)，執(zhí)行在線或下線配置，存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)信息，將數(shù)據(jù)以方便用戶(hù)的方式存儲(chǔ)，以邏輯的方式管理組群儀器，添加網(wǎng)絡(luò)和儀器的名稱(chēng)和認(rèn)證標(biāo)簽等等功能。借助于配置工具軟件，用戶(hù)可以通過(guò)生成和管理項(xiàng)目，方便地檢查網(wǎng)上設(shè)備活動(dòng)情況、指定具體設(shè)備的數(shù)據(jù)存取方式和與控制器所屬掃描設(shè)備間的數(shù)據(jù)映射關(guān)系，設(shè)備的增刪與更改，調(diào)節(jié)設(shè)備的可控制參數(shù)等。devicenetmanager 也是羅克韋爾公司提供的設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)配置軟件，它與rsnetworx for devicenet的功能相同，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的

50、配置和調(diào)試，但是它自身提供與設(shè)備網(wǎng)通訊的底層軟件，而rsnetworx for devicenet則需要rslinx的支持，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備網(wǎng)通訊的要求。另外，可以利用devicenet manager converter來(lái)實(shí)現(xiàn)兩者文件格式的轉(zhuǎn)換。用戶(hù)可以利用設(shè)備網(wǎng)管理軟件來(lái)識(shí)別所有的網(wǎng)絡(luò)裝置的銷(xiāo)售商、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的類(lèi)型、軟件版本修改和系列號(hào)，也可以在設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上和a-b公司的windnet掃描器的數(shù)據(jù)表進(jìn)行設(shè)備組態(tài)，設(shè)備網(wǎng)管理軟件還可以對(duì)用戶(hù)的設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)故障診斷。3.3 devicenet在本文的應(yīng)用3.3.1 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，采用的方式為：每一個(gè)蓄電池直接

51、連接到1794-if2xdf21模塊，這是一個(gè)flex i/o模塊，使用靈活，可以直接輸入輸出模擬量電壓信號(hào)。沖放電電流，變換成電壓信號(hào)之后，也通過(guò)該模塊輸入。對(duì)于控制母線電壓的控制，是通過(guò)降壓硅堆來(lái)實(shí)現(xiàn)的。硅堆接在1794owb繼電器輸出模塊，通過(guò)plc來(lái)進(jìn)行控制。所有的flex i/o通過(guò)1794and適配器，接入devicenet。具體的結(jié)構(gòu)圖如下： 圖3-8 本文采用的devicenet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖3.3.2 網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)將網(wǎng)絡(luò)連接好之后，還要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，以便進(jìn)行儀器的配置和網(wǎng)絡(luò)的調(diào)試，使蓄電池電壓電流信號(hào)、動(dòng)母電壓，控母電壓能夠和flex i/o進(jìn)行數(shù)據(jù)的的交換，并將需要的數(shù)據(jù)通過(guò)設(shè)備

52、網(wǎng)傳輸給plc。利用rsnetworx for devicenet組態(tài)devicenet的過(guò)程如下：新建立一個(gè)工程項(xiàng)目,利用在線檢測(cè)按鈕就可以找到devicenet中所有被激活的儀器，可以在在線或者下線的狀態(tài)下對(duì)網(wǎng)絡(luò)和儀器進(jìn)行配置，方便地檢查網(wǎng)上設(shè)備活動(dòng)情況、指定具體設(shè)備的數(shù)據(jù)存取方式和與控制器所屬掃描設(shè)備間的數(shù)據(jù)映射關(guān)系，設(shè)備的增刪與更改，調(diào)節(jié)設(shè)備的可控制參數(shù)等。 圖3-9 rsnetworx for devicenet的配置主界面在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，對(duì)devicenet的配置主要是對(duì)掃描模塊和flex i/o模塊的配置，使數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確和完整的傳送到plc，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的智能控制和對(duì)控母電壓的控

53、制。掃描模塊的配置工作包括兩個(gè)方面：對(duì)掃描器的配置和對(duì)掃描列表的配置。對(duì)掃描器的配置可以控制掃描器如何搜集devicenet數(shù)據(jù)，包括每個(gè)devicenet通道的頻率和devicenet端口的使能。而對(duì)掃描列表的配置使掃描列表能正確的傳送掃描器與devicenet節(jié)點(diǎn)之間的i/o數(shù)據(jù)，一臺(tái)devicenet的接入設(shè)備必須在掃描器數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)相應(yīng)的配置格式，以便可以將其數(shù)據(jù)正確的傳給plc，這方面主要包括數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)所在的位置。 圖3-10 對(duì)掃描器的配置畫(huà)面其次，對(duì)flex i/o的配置工作體現(xiàn)在對(duì)其輸入輸出數(shù)據(jù)格式的配置，如圖3-12所示： 圖3-11 flex i/o的配置畫(huà)面對(duì)所有的設(shè)

54、備的配置完成之后，很方便的完成了對(duì)devicenet的組態(tài)工作，進(jìn)而就可以利用devicenet進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和通訊了。第4章 controlnet及其應(yīng)用控制網(wǎng)鏈路上的信息交換是控制網(wǎng)鏈路的最重要的功能,是在傳送對(duì)時(shí)間有苛刻要求的控制信息(如i/o狀態(tài)和互鎖的控制信號(hào)等)的同時(shí),其它的信息(即無(wú)時(shí)間苛求的信息,例如程序的裝載和下載等)也能傳送。因?yàn)榭刂凭W(wǎng)的獨(dú)特的時(shí)間限制算法,它們不會(huì)影響對(duì)時(shí)間苛求信息的傳送4.1 controlnet概述4.1.1 controlnet簡(jiǎn)介控制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)使一種高速確定性網(wǎng)絡(luò)，用于對(duì)時(shí)間有苛刻要求的應(yīng)用場(chǎng)合的信息傳送。它為對(duì)等通信提供實(shí)時(shí)控制和報(bào)文傳送服務(wù)。它作為

55、控制器和i/o設(shè)備之間的一條高速通信線路，綜合體現(xiàn)了各種網(wǎng)絡(luò)的能力。控制網(wǎng)是一種最現(xiàn)代化的開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)，它提供如下功能： 在同一鏈路上的i/o、實(shí)時(shí)互鎖、對(duì)等通信報(bào)文傳送和變成操作，均具有相同的帶寬。 對(duì)于離散和連續(xù)過(guò)程控制應(yīng)用場(chǎng)合，均具有確定性和可重復(fù)性功能。 輸入數(shù)據(jù)的多信道廣播。 對(duì)等通信數(shù)據(jù)的多信道廣播。4.1.2 controlnet的技術(shù)特點(diǎn)1. 網(wǎng)絡(luò)能力 高吞吐量的數(shù)據(jù)傳送速率用于改善i/o、控制器互鎖以及對(duì)等通信。 將i/o控制與編程至于同一物理介質(zhì)鏈路進(jìn)行。 數(shù)據(jù)發(fā)送具有確定性和可重復(fù)性。 在同一鏈路上，采用多控制器控制控制相互獨(dú)立的i/o。 日益增強(qiáng)的診斷能力，使得易于組態(tài)和維護(hù)。 在鏈路上所有的控制器之間，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的對(duì)等通信互鎖。 多信道廣播多控制器共享輸入數(shù)據(jù)，多控制器共享對(duì)等通信互鎖數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的功能和減少編程。2. 簡(jiǎn)化編程和網(wǎng)絡(luò)組態(tài) 客戶(hù)可選的i/o于plc聯(lián)鎖刷新時(shí)間，以滿(mǎn)足各種應(yīng)用的需要。 使用在線的頻帶寬度反