DeviceNet總線系統在寶萊 A4轎車后軸裝配線中的應用
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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，通過一塊DeviceNet總線模塊DRM21-V1將分布于現場的30余個網絡節(jié)點連接起來(見圖1)。DRT1-ID16/OD16分別為16點的I/O模塊。DRT1-COM/ROS16是繼電器輸出模塊。
圖1:系統總線配置圖
二。 DeviceNet總線應用概述
讓我們先來了解一下什么是DeviceNet總線。工廠自動化系統自從進入plc時代以來，開始由于控制簡單，最先多采用了集中式體系;隨著控制控能的增強，系統復雜度的提高，逐漸采用了分散式的控制結構。但是隨著計算機技術的提高，單個CPU足以滿足大多工業(yè)的要求，完成繁雜的任務，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，出現了現場總線技術。例如，OMRON公司的DeviceNet總線系統。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。它實現了低成本高性能的工業(yè)設備的網絡互連。從項目的應用情況看,它有如下特點：
1. 基于CANBUS技術。DeviceNet總線是OMRON公司開發(fā)的一種現場總線產品，它是DeviceNet總線的一個子集。一個開放的自動化系統，需要開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議構成的信息處理層和以現場設備及控制器互聯形成的控制層是不可缺少的。傳統的PLC與現場設備的連接是點對點的拓撲結構。PLC的所有I/O接口與現場設備一對一的連接，顯然，這種通信需要大量的通信線，這對于工業(yè)現場的設備正常運行和維護帶來了很大壓力。同時由于通訊端口多，PLC處理器需要循環(huán)對各端口數據進行讀取，數據轉化任務重。隨著工業(yè)控制系統的復雜化，以現場總線方式取代原有點對點方式成為了新的發(fā)展方向?，F場總線的網絡拓撲結構中，用戶只需要用電纜串行的連接底層設備及PLC，大大節(jié)省了費用，安裝也行方便，數據傳輸效率也大大提高。
2. DeviceNet是基于現場總線技術的工業(yè)標準開放網絡，用于連接簡單的底層工業(yè)裝置。在凱爾海斯項目中，在總線上掛接了如下一些設備:接近開關、光電開光、壓力儀表、電機、電磁閥、開關等。實際上，只要是某種設備提供符合該協議的接口，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總線提供一種RS232串口總線模塊，任何具有標準RS232C協議接口的設備，都可以通過它掛接到總線上。例如，條形碼閱讀器等。
3. DeviceNet的通訊方式是生產者/客戶(producer/consumer)方式。這樣總線上的全部節(jié)點同時讀寫同一個數據源，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，因此每個客戶可以同時收到生產者發(fā)送的數據，這和過去那種應答式的通訊模式相比，不用重復制造信息包，總線上通信能力大大提高。該特點的優(yōu)越性集中體現在監(jiān)控系統中。在該項目中，為了能對生產信息進行集中監(jiān)控，引入”組態(tài)王監(jiān)控系統”，通過觀察組態(tài)王的調試腳本文件發(fā)現I/O點的變量刷新時間與常規(guī)情形相比明顯縮短。因此，監(jiān)控畫面上的動畫效果更加真實自然。
4. 在現場調試時，基于某種需要，經常對掛接到總線上的某些I/O模塊進行調換，而DeviceNet總線對于連接到總線上的模塊可以隨時斷開或連接，而不必重新初始化系統,卻不會影響到整個系統的運行。因此，給系統的調試帶來很大的方便。我們可以根據現場的設備情況，隨時增加和減少I/O模塊。
5. 由于I/O模塊都放置在現場的設備附近，這樣設備連接電纜的長度大大縮短。自動線越長，電纜安裝成本降低的越明顯。眾所周知，在一個電氣安裝工程中，電纜的消耗成本要占很大一塊。而此次工程中，由于現場中連接每一個電氣元件的電纜，都只是連接到就近的一個總線模塊上，而不是向過去那樣連接到電箱中。因而，此次使用的電纜量，與以往的一個類似的裝配線相比，前者是后者的1/3。同時,維修人員在現場測試元件時,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.在過去類似的情形中,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，可以方便的對總線上的節(jié)點設備進行配置，管理。并通過它可引入其他廠家的DeviceNet總線產品，比如WAGO的總線產品。WAGO公司總線產品的特點是：結構小巧；彈簧式端子，接線快而可靠；在某一個區(qū)域僅用一個WAGO總線適配器(750-306)就可以將每個I/O模塊任意組合，無論它是開光量模塊、模擬量模塊、串口模塊、或是其他任何模塊；獨立接線，省去電源過渡端子，非常方便；提供更加豐富的總線模塊。可以說WAGO總線是對OMRON公司DeviceNet總線的有益補充，它彌補了PLC廠家不善于制作接線端子的不足。這樣，當配制器正常工作后，總線上的所有節(jié)點的狀態(tài)在監(jiān)控畫面上都圖形化，非常直觀。這種應用方案準備應用在湖南長沙汽車廠涂裝線中，經過試驗確實可行。
7. 實踐證明，DeviceNet總線系統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，變頻器，伺服電機等，但在近一年的生產中，總線系統從未出現過受干擾現象，這些在傳統的PLC控制系統中是要通過相應技術手段才能克服掉的。
三。在使用Omron公司的DeviceNet現場總線時，應注意以下幾點：
1、 如果一個DeviceNet網絡中只有一個主單元，或沒有其他廠家的總線模塊時，就不需要配置器，而且總線I/O的地址是根據所使用的PLC及節(jié)點號而進行缺省分配的。如果一個DeviceNet網絡中有多個主單元，那么需要網絡配置器，而且總線I/O的地址是可以用配制器進行分配的。
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、電纜粗細的關系見表三。
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T形分支接入網絡，但要保證該網絡的最終端能夠得到需要的工作電流。如果一個電源不能滿足上述要求，那么就需要使用電源接頭同時給網絡多處供電。電纜的截面積與其能流過的最大電流關系見表四。
4、 網絡接地
DeviceNet網絡必須在一個地方接地，這樣可以保證系統的穩(wěn)定。接地點盡可能靠近網絡中心，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。采用多個電源時，將屏蔽線接到最接近網絡中心的電源上，不要連到其它任何地方。
5、 終端電阻的位置
干線的兩個末端必須接上終端電阻以減少信號衰減，并建立穩(wěn)定的通信。最方便的辦法是當干線末端6米內有T型分支時，將終端電阻直接插到T型分支上。當干線的末端（節(jié)點）6米內沒有T型分支時，可以在這個位置接上一個帶有終端電阻的T型分支或一個端子型終端電阻。
四。結束語
DeviceNet總線系統自2000年12月，運行于一汽凱爾海斯汽車底盤廠以來，經過近兩年的生產環(huán)境的考驗，事實證明系統安全可靠，維護簡便，整體成本低于傳統PLC控制系統，統計數據完整。深得現場維護人員和管理人員的好評。其生產的后軸也通過了嚴格的檢驗，并批量裝配在一汽大眾廠的寶萊A4轎車上。因此，我認為DeviceNet總線系統在現代工廠自動化系統中應該廣泛的推廣應用。(系統全貌見圖2)
圖2:系統全貌
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