在2000年，一汽凱爾海斯汽車底盤(pán)廠，委托我公司設(shè)計(jì)并制造了一條轎車后軸柔性裝配線。在該裝配線上生產(chǎn)出的汽車后軸用于一汽大眾公司的寶萊 A4轎車上。在本項(xiàng)目的控制系統(tǒng)中，用戶不僅要求現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備完成本地的控制，監(jiān)視，診斷等任務(wù)，還要求能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與其他的控制設(shè)備及PLC進(jìn)行對(duì)等通訊，并且用戶重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)要采用當(dāng)今最先進(jìn)的電氣控制系統(tǒng)，于是在接到該項(xiàng)目后，我公司馬上組織技術(shù)人員對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)多方調(diào)研，通過(guò)反復(fù)論證，最終我們選擇了OMRON公司推出的DeviceNet總線系統(tǒng)。

一。系統(tǒng)的硬件配置
凱爾海斯的項(xiàng)目中，控制器采用了OMRON公司的CS1系列PLC，通過(guò)一塊DeviceNet總線模塊DRM21-V1將分布于現(xiàn)場(chǎng)的30余個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)(見(jiàn)圖1)。DRT1-ID16/OD16分別為16點(diǎn)的I/O模塊。DRT1-COM/ROS16是繼電器輸出模塊。


圖1:系統(tǒng)總線配置圖
二。 DeviceNet總線應(yīng)用概述

讓我們先來(lái)了解一下什么是DeviceNet總線。工廠自動(dòng)化系統(tǒng)自從進(jìn)入plc時(shí)代以來(lái)，開(kāi)始由于控制簡(jiǎn)單，最先多采用了集中式體系;隨著控制控能的增強(qiáng)，系統(tǒng)復(fù)雜度的提高，逐漸采用了分散式的控制結(jié)構(gòu)。但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高，單個(gè)CPU足以滿足大多工業(yè)的要求，完成繁雜的任務(wù)，于是在很多的工業(yè)應(yīng)用中，又回歸為集中式控制結(jié)構(gòu)。但是，系統(tǒng)的可靠性也因此降低了。在這樣一種矛盾日益突出的情形下，出現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。例如，OMRON公司的DeviceNet總線系統(tǒng)。它是以PLC為主控制器的集散式控制系統(tǒng),它把對(duì)I/O的控制下放到設(shè)備層中。它實(shí)現(xiàn)了低成本高性能的工業(yè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)互連。從項(xiàng)目的應(yīng)用情況看,它有如下特點(diǎn)：
1. 基于CANBUS技術(shù)。DeviceNet總線是OMRON公司開(kāi)發(fā)的一種現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，它是DeviceNet總線的一個(gè)子集。一個(gè)開(kāi)放的自動(dòng)化系統(tǒng)，需要開(kāi)放的分層控制和信息處理平臺(tái)，其中以PC及運(yùn)行在其上面的軟件和協(xié)議構(gòu)成的信息處理層和以現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及控制器互聯(lián)形成的控制層是不可缺少的。傳統(tǒng)的PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。PLC的所有I/O接口與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備一對(duì)一的連接，顯然，這種通信需要大量的通信線，這對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備正常運(yùn)行和維護(hù)帶來(lái)了很大壓力。同時(shí)由于通訊端口多，PLC處理器需要循環(huán)對(duì)各端口數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化任務(wù)重。隨著工業(yè)控制系統(tǒng)的復(fù)雜化，以現(xiàn)場(chǎng)總線方式取代原有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式成為了新的發(fā)展方向。現(xiàn)場(chǎng)總線的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，用戶只需要用電纜串行的連接底層設(shè)備及PLC，大大節(jié)省了費(fèi)用，安裝也行方便，數(shù)據(jù)傳輸效率也大大提高。
2. DeviceNet是基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)，用于連接簡(jiǎn)單的底層工業(yè)裝置。在凱爾海斯項(xiàng)目中，在總線上掛接了如下一些設(shè)備:接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)光、壓力儀表、電機(jī)、電磁閥、開(kāi)關(guān)等。實(shí)際上，只要是某種設(shè)備提供符合該協(xié)議的接口，就可以方便的與之相連。比如像變頻器，就有美國(guó)AB、瑞典ABB、日本omron等提供 DeviceNet接口；SMC的閥島；AB的Flex-I/O;另外，DeviceNet總線提供一種RS232串口總線模塊，任何具有標(biāo)準(zhǔn)RS232C協(xié)議接口的設(shè)備，都可以通過(guò)它掛接到總線上。例如，條形碼閱讀器等。
3. DeviceNet的通訊方式是生產(chǎn)者/客戶(producer/consumer)方式。這樣總線上的全部節(jié)點(diǎn)同時(shí)讀寫(xiě)同一個(gè)數(shù)據(jù)源，通訊效率非常高。另外由于使用多信道的數(shù)據(jù)廣播發(fā)送方式，因此每個(gè)客戶可以同時(shí)收到生產(chǎn)者發(fā)送的數(shù)據(jù)，這和過(guò)去那種應(yīng)答式的通訊模式相比，不用重復(fù)制造信息包，總線上通信能力大大提高。該特點(diǎn)的優(yōu)越性集中體現(xiàn)在監(jiān)控系統(tǒng)中。在該項(xiàng)目中，為了能對(duì)生產(chǎn)信息進(jìn)行集中監(jiān)控，引入”組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)”，通過(guò)觀察組態(tài)王的調(diào)試腳本文件發(fā)現(xiàn)I/O點(diǎn)的變量刷新時(shí)間與常規(guī)情形相比明顯縮短。因此，監(jiān)控畫(huà)面上的動(dòng)畫(huà)效果更加真實(shí)自然。
4. 在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，基于某種需要，經(jīng)常對(duì)掛接到總線上的某些I/O模塊進(jìn)行調(diào)換，而DeviceNet總線對(duì)于連接到總線上的模塊可以隨時(shí)斷開(kāi)或連接，而不必重新初始化系統(tǒng),卻不會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。因此，給系統(tǒng)的調(diào)試帶來(lái)很大的方便。我們可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備情況，隨時(shí)增加和減少I(mǎi)/O模塊。
5. 由于I/O模塊都放置在現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備附近，這樣設(shè)備連接電纜的長(zhǎng)度大大縮短。自動(dòng)線越長(zhǎng)，電纜安裝成本降低的越明顯。眾所周知，在一個(gè)電氣安裝工程中，電纜的消耗成本要占很大一塊。而此次工程中，由于現(xiàn)場(chǎng)中連接每一個(gè)電氣元件的電纜，都只是連接到就近的一個(gè)總線模塊上，而不是向過(guò)去那樣連接到電箱中。因而，此次使用的電纜量，與以往的一個(gè)類似的裝配線相比，前者是后者的1/3。同時(shí),維修人員在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試元件時(shí),可以清楚地看到就近安裝的I/O模塊上的I/O指示燈的狀態(tài), 非常方便.在過(guò)去類似的情形中,維修人員要跑到很遠(yuǎn)的電箱處去看PLC的指示燈.
6. 在PC機(jī)中插入一塊“配置器卡3G8F5-DRM21“，然后使用隨卡附帶的”配置器”軟件系統(tǒng)，可以方便的對(duì)總線上的節(jié)點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行配置，管理。并通過(guò)它可引入其他廠家的DeviceNet總線產(chǎn)品，比如WAGO的總線產(chǎn)品。WAGO公司總線產(chǎn)品的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)小巧；彈簧式端子，接線快而可靠；在某一個(gè)區(qū)域僅用一個(gè)WAGO總線適配器(750-306)就可以將每個(gè)I/O模塊任意組合，無(wú)論它是開(kāi)光量模塊、模擬量模塊、串口模塊、或是其他任何模塊；獨(dú)立接線，省去電源過(guò)渡端子，非常方便；提供更加豐富的總線模塊?？梢哉f(shuō)WAGO總線是對(duì)OMRON公司DeviceNet總線的有益補(bǔ)充，它彌補(bǔ)了PLC廠家不善于制作接線端子的不足。這樣，當(dāng)配制器正常工作后，總線上的所有節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)在監(jiān)控畫(huà)面上都圖形化，非常直觀。這種應(yīng)用方案準(zhǔn)備應(yīng)用在湖南長(zhǎng)沙汽車廠涂裝線中，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確實(shí)可行。
7. 實(shí)踐證明，DeviceNet總線系統(tǒng)具有較高的抗干擾性。由于總線附近有各種干擾源，如高頻焠火機(jī)，變頻器，伺服電機(jī)等，但在近一年的生產(chǎn)中，總線系統(tǒng)從未出現(xiàn)過(guò)受干擾現(xiàn)象，這些在傳統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)中是要通過(guò)相應(yīng)技術(shù)手段才能克服掉的。

三。在使用Omron公司的DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1、 如果一個(gè)DeviceNet網(wǎng)絡(luò)中只有一個(gè)主單元，或沒(méi)有其他廠家的總線模塊時(shí)，就不需要配置器，而且總線I/O的地址是根據(jù)所使用的PLC及節(jié)點(diǎn)號(hào)而進(jìn)行缺省分配的。如果一個(gè)DeviceNet網(wǎng)絡(luò)中有多個(gè)主單元，那么需要網(wǎng)絡(luò)配置器，而且總線I/O的地址是可以用配制器進(jìn)行分配的。
2、 干線是指在兩端連接有終端電阻的電纜。支線是從干線分出的分支電纜，干線和支線都使用同種型式的電纜。通訊距離與波特率、電纜粗細(xì)的關(guān)系見(jiàn)表三。
表三：波特率與通訊距離關(guān)系表


3、 用作干線或支線的5線電纜中的兩根作為24VDC電源用，只需將DC24V電源通過(guò)T形分支接入網(wǎng)絡(luò)，但要保證該網(wǎng)絡(luò)的最終端能夠得到需要的工作電流。如果一個(gè)電源不能滿足上述要求，那么就需要使用電源接頭同時(shí)給網(wǎng)絡(luò)多處供電。電纜的截面積與其能流過(guò)的最大電流關(guān)系見(jiàn)表四。
表四：電纜的截面積與其能流過(guò)的最大電流





4、 網(wǎng)絡(luò)接地
DeviceNet網(wǎng)絡(luò)必須在一個(gè)地方接地，這樣可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。接地點(diǎn)盡可能靠近網(wǎng)絡(luò)中心，將電路的屏蔽線接到電源的接地端子（FG），并使接地電阻不小于100Ω。采用多個(gè)電源時(shí)，將屏蔽線接到最接近網(wǎng)絡(luò)中心的電源上，不要連到其它任何地方。
5、 終端電阻的位置
干線的兩個(gè)末端必須接上終端電阻以減少信號(hào)衰減，并建立穩(wěn)定的通信。最方便的辦法是當(dāng)干線末端6米內(nèi)有T型分支時(shí)，將終端電阻直接插到T型分支上。當(dāng)干線的末端（節(jié)點(diǎn)）6米內(nèi)沒(méi)有T型分支時(shí)，可以在這個(gè)位置接上一個(gè)帶有終端電阻的T型分支或一個(gè)端子型終端電阻。
四。結(jié)束語(yǔ)
DeviceNet總線系統(tǒng)自2000年12月，運(yùn)行于一汽凱爾海斯汽車底盤(pán)廠以來(lái)，經(jīng)過(guò)近兩年的生產(chǎn)環(huán)境的考驗(yàn)，事實(shí)證明系統(tǒng)安全可靠，維護(hù)簡(jiǎn)便，整體成本低于傳統(tǒng)PLC控制系統(tǒng)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)完整。深得現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員和管理人員的好評(píng)。其生產(chǎn)的后軸也通過(guò)了嚴(yán)格的檢驗(yàn)，并批量裝配在一汽大眾廠的寶萊A4轎車上。因此，我認(rèn)為DeviceNet總線系統(tǒng)在現(xiàn)代工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)該廣泛的推廣應(yīng)用。(系統(tǒng)全貌見(jiàn)圖2)


圖2:系統(tǒng)全貌