DeviceNet總線(xiàn)系統在寶萊 A4轎車(chē)后軸裝配線(xiàn)中的應用
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一。系統的硬件配置
凱爾海斯的項目中，控制器采用了OMRON公司的CS1系列PLC，通過(guò)一塊DeviceNet總線(xiàn)模塊DRM21-V1將分布于現場(chǎng)的30余個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(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:系統總線(xiàn)配置圖
二。 DeviceNet總線(xiàn)應用概述
讓我們先來(lái)了解一下什么是DeviceNet總線(xiàn)。工廠(chǎng)自動(dòng)化系統自從進(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(zhù)控制控能的增強，系統復雜度的提高，逐漸采用了分散式的控制結構。但是隨著(zhù)計算機技術(shù)的提高，單個(gè)CPU足以滿(mǎn)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)應用中，又回歸為集中式控制結構。但是，系統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，出現了現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。例如，OMRON公司的DeviceNet總線(xiàn)系統。它是以PLC為主控制器的集散式控制系統,它把對I/O的控制下放到設備層中。它實(shí)現了低成本高性能的工業(yè)設備的網(wǎng)絡(luò )互連。從項目的應用情況看,它有如下特點(diǎn)：
1. 基于CANBUS技術(shù)。DeviceNet總線(xiàn)是OMRON公司開(kāi)發(fā)的一種現場(chǎng)總線(xiàn)產(chǎn)品，它是DeviceNet總線(xiàn)的一個(gè)子集。一個(gè)開(kāi)放的自動(dòng)化系統，需要開(kāi)放的分層控制和信息處理平臺，其中以PC及運行在其上面的軟件和協(xié)議構成的信息處理層和以現場(chǎng)設備及控制器互聯(lián)形成的控制層是不可缺少的。傳統的PLC與現場(chǎng)設備的連接是點(diǎn)對點(diǎn)的拓撲結構。PLC的所有I/O接口與現場(chǎng)設備一對一的連接，顯然，這種通信需要大量的通信線(xiàn)，這對于工業(yè)現場(chǎng)的設備正常運行和維護帶來(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)對各端口數據進(jìn)行讀取，數據轉化任務(wù)重。隨著(zhù)工業(yè)控制系統的復雜化，以現場(chǎng)總線(xiàn)方式取代原有點(diǎn)對點(diǎn)方式成為了新的發(fā)展方向?，F場(chǎng)總線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構中，用戶(hù)只需要用電纜串行的連接底層設備及PLC，大大節省了費用，安裝也行方便，數據傳輸效率也大大提高。
2. DeviceNet是基于現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的工業(yè)標準開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )，用于連接簡(jiǎn)單的底層工業(yè)裝置。在凱爾海斯項目中，在總線(xiàn)上掛接了如下一些設備:接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)光、壓力儀表、電機、電磁閥、開(kāi)關(guān)等。實(shí)際上，只要是某種設備提供符合該協(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(xiàn)提供一種RS232串口總線(xiàn)模塊，任何具有標準RS232C協(xié)議接口的設備，都可以通過(guò)它掛接到總線(xiàn)上。例如，條形碼閱讀器等。
3. DeviceNet的通訊方式是生產(chǎn)者/客戶(hù)(producer/consumer)方式。這樣總線(xiàn)上的全部節點(diǎn)同時(shí)讀寫(xiě)同一個(gè)數據源，通訊效率非常高。另外由于使用多信道的數據廣播發(fā)送方式，因此每個(gè)客戶(hù)可以同時(shí)收到生產(chǎn)者發(fā)送的數據，這和過(guò)去那種應答式的通訊模式相比，不用重復制造信息包，總線(xiàn)上通信能力大大提高。該特點(diǎn)的優(yōu)越性集中體現在監控系統中。在該項目中，為了能對生產(chǎn)信息進(jìn)行集中監控，引入”組態(tài)王監控系統”，通過(guò)觀(guān)察組態(tài)王的調試腳本文件發(fā)現I/O點(diǎn)的變量刷新時(shí)間與常規情形相比明顯縮短。因此，監控畫(huà)面上的動(dòng)畫(huà)效果更加真實(shí)自然。
4. 在現場(chǎng)調試時(shí)，基于某種需要，經(jīng)常對掛接到總線(xiàn)上的某些I/O模塊進(jìn)行調換，而DeviceNet總線(xiàn)對于連接到總線(xiàn)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,卻不會(huì )影響到整個(gè)系統的運行。因此，給系統的調試帶來(lái)很大的方便。我們可以根據現場(chǎng)的設備情況，隨時(shí)增加和減少I(mǎi)/O模塊。
5. 由于I/O模塊都放置在現場(chǎng)的設備附近，這樣設備連接電纜的長(cháng)度大大縮短。自動(dòng)線(xiàn)越長(cháng)，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(xiàn)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(lèi)似的裝配線(xiàn)相比，前者是后者的1/3。同時(shí),維修人員在現場(chǎng)測試元件時(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(lèi)似的情形中,維修人員要跑到很遠的電箱處去看PLC的指示燈.
6. 在PC機中插入一塊“配置器卡3G8F5-DRM21“，然后使用隨卡附帶的”配置器”軟件系統，可以方便的對總線(xiàn)上的節點(diǎn)設備進(jìn)行配置，管理。并通過(guò)它可引入其他廠(chǎng)家的DeviceNet總線(xiàn)產(chǎn)品，比如WAGO的總線(xiàn)產(chǎn)品。WAGO公司總線(xiàn)產(chǎn)品的特點(diǎn)是：結構小巧；彈簧式端子，接線(xiàn)快而可靠；在某一個(gè)區域僅用一個(gè)WAGO總線(xiàn)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；獨立接線(xiàn)，省去電源過(guò)渡端子，非常方便；提供更加豐富的總線(xiàn)模塊?？梢哉f(shuō)WAGO總線(xiàn)是對OMRON公司DeviceNet總線(xiàn)的有益補充，它彌補了PLC廠(chǎng)家不善于制作接線(xiàn)端子的不足。這樣，當配制器正常工作后，總線(xiàn)上的所有節點(diǎn)的狀態(tài)在監控畫(huà)面上都圖形化，非常直觀(guān)。這種應用方案準備應用在湖南長(cháng)沙汽車(chē)廠(chǎng)涂裝線(xiàn)中，經(jīng)過(guò)試驗確實(shí)可行。
7. 實(shí)踐證明，DeviceNet總線(xiàn)系統具有較高的抗干擾性。由于總線(xiàn)附近有各種干擾源，如高頻焠火機，變頻器，伺服電機等，但在近一年的生產(chǎn)中，總線(xiàn)系統從未出現過(guò)受干擾現象，這些在傳統的PLC控制系統中是要通過(guò)相應技術(shù)手段才能克服掉的。
三。在使用Omron公司的DeviceNet現場(chǎng)總線(xiàn)時(shí)，應注意以下幾點(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(chǎng)家的總線(xiàn)模塊時(shí)，就不需要配置器，而且總線(xiàn)I/O的地址是根據所使用的PLC及節點(diǎn)號而進(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(xiàn)I/O的地址是可以用配制器進(jìn)行分配的。
2、 干線(xiàn)是指在兩端連接有終端電阻的電纜。支線(xiàn)是從干線(xiàn)分出的分支電纜，干線(xiàn)和支線(xiàn)都使用同種型式的電纜。通訊距離與波特率、電纜粗細的關(guān)系見(jiàn)表三。
3、 用作干線(xiàn)或支線(xiàn)的5線(xiàn)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(mǎn)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。
4、 網(wǎng)絡(luò )接地
DeviceNet網(wǎng)絡(luò )必須在一個(gè)地方接地，這樣可以保證系統的穩定。接地點(diǎn)盡可能靠近網(wǎng)絡(luò )中心，將電路的屏蔽線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)的兩個(gè)末端必須接上終端電阻以減少信號衰減，并建立穩定的通信。最方便的辦法是當干線(xiàn)末端6米內有T型分支時(shí)，將終端電阻直接插到T型分支上。當干線(xiàn)的末端（節點(diǎn)）6米內沒(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。結束語(yǔ)
DeviceNet總線(xiàn)系統自2000年12月，運行于一汽凱爾海斯汽車(chē)底盤(pán)廠(chǎng)以來(lái)，經(jīng)過(guò)近兩年的生產(chǎn)環(huán)境的考驗，事實(shí)證明系統安全可靠，維護簡(jiǎn)便，整體成本低于傳統PLC控制系統，統計數據完整。深得現場(chǎng)維護人員和管理人員的好評。其生產(chǎn)的后軸也通過(guò)了嚴格的檢驗，并批量裝配在一汽大眾廠(chǎng)的寶萊A4轎車(chē)上。因此，我認為DeviceNet總線(xiàn)系統在現代工廠(chǎng)自動(dòng)化系統中應該廣泛的推廣應用。(系統全貌見(jiàn)圖2)
圖2:系統全貌
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