羅克韋爾Netlinx網(wǎng)絡架構的應用

埃斯特維華義制藥有限公司 袁洪良

1 引言

埃斯特維華義制藥有限公司是一家新建的化學原料藥制造企業(yè)，整個公司的生產(chǎn)系統(tǒng)分為合成車間、精烘包車間、罐區(qū)、溶劑回收、動力車間等。全公司需要非常高的自動化水平，不但各個車間內(nèi)部的生產(chǎn)過程需要自動控制，各個車間也需要協(xié)同工作。因此，車間內(nèi)部的設備之間、各個車間之間的數(shù)據(jù)交換的可靠、及時、快捷顯得尤為重要。

羅克韋爾Netlinx網(wǎng)絡架構將原有的Devicenet 網(wǎng)絡、Contronet 網(wǎng)絡與新一代的Ethernet/IP 網(wǎng)絡進行了整合，在各個網(wǎng)絡的應用層中都采用了統(tǒng)一的通用工業(yè)協(xié)議，從而實現(xiàn)了網(wǎng)絡之間的信息路由和無縫連接，構造了一個從車間到企業(yè)，從設備底層到管理信息層的開放與集成的網(wǎng)絡。

埃斯特維華義制藥有限公司充分應用了羅克韋爾Netlinx網(wǎng)絡架構的優(yōu)勢，將整個工廠的通信系統(tǒng)進行了有層次的劃分，最底層使用Devicenet網(wǎng)絡實現(xiàn)對所有變頻設備及第三方設備的通信，對非羅克韋爾PLC控制的第三方設備采用MODBUS實現(xiàn)了通信，對車間內(nèi)部的控制級如現(xiàn)場I/O柜使用了Contronet通信，現(xiàn)場HMI及各個車間之間的通信采用Ethernet/IP 網(wǎng)絡實現(xiàn)。

2 DCS自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡架構

2.1 DCS自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡架構簡介

根據(jù)各個車間的控制點位和控制要求，精烘包車間、動力車間各采用了一套獨立的基于ControlLogix5000系列的大型PLC的DCS控制系統(tǒng)，合成車間由于控制點位為3587個，考慮到PLC的運算能力和響應速度，采用了兩套獨立的基于ControlLogix5000系列的大型PLC的DCS控制系統(tǒng)，罐區(qū)和溶劑回收由于控制點位較少，兩個車間共用了一套獨立的基于ControlLogix5000系列的大型PLC的DCS控制系統(tǒng)，各DCS系統(tǒng)之間采用Ethernet/IP 網(wǎng)絡實現(xiàn)通信，各DCS系統(tǒng)與HMI之間也采用Ethernet/IP 網(wǎng)絡實現(xiàn)通信。

根據(jù)控制點位的分布情況，在車間內(nèi)部控制點位密集區(qū)設立了I/O遠程柜，I/O遠程柜與車間DCS系統(tǒng)之間采用Contronet通信，I/O遠程柜內(nèi)采用羅克韋爾的智能模塊，從而分散風險，同時減少了大量的布線，節(jié)省了投資。

各車間內(nèi)部大量采用了羅克韋爾的4系列和7系列的變頻器，同時還有許多第三方設備。對羅克韋爾變頻器采用Devicenet網(wǎng)絡實現(xiàn)通信，從而實現(xiàn)了對變頻器的集中控制，對第三方設備在設備訂貨時盡量約定采用Devicenet通信，但對一些標準設備，折中采用了雙方均可接受的MODBUS實現(xiàn)了通信。

各車間內(nèi)部的傳感器均采用了帶有HART協(xié)議的Rousement 或E+H的智能產(chǎn)品，它們與羅克韋爾的現(xiàn)場支持HART協(xié)議的智能I/O模塊之間進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)了智能儀表的遠程維護功能。

2.2 通信網(wǎng)絡的物理實現(xiàn)

2.2.1 Ethernet/IP 網(wǎng)絡

用Ethernet/IP 網(wǎng)絡實現(xiàn)各個車間之間的通信，這充分利用了 Ethernet/IP 網(wǎng)絡應用廣泛，成本低廉，通信速率高，軟硬件資源豐富，可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ螅子谂cInternet連接等優(yōu)點。

Ethernet/IP 網(wǎng)絡電纜傳輸介質主要分為雙絞線對電纜和同軸電纜，本系統(tǒng)采用同軸電纜實現(xiàn)遠距離傳輸。

結合廠區(qū)的特點，各個車間的DCS系統(tǒng)之間通過環(huán)網(wǎng)實現(xiàn)通信，一條同軸電纜實現(xiàn)了Ethernet/IP 網(wǎng)絡的硬件冗余，節(jié)省了硬件投資。

ControlLogix系統(tǒng)中配置ENBT模塊和交換機實現(xiàn)各DCS系統(tǒng)之間，DCS與HMI之間的通信。

2.2.2 Contronet 網(wǎng)絡

用Contronet 網(wǎng)絡實現(xiàn)對工廠控制級的通信，充分利用了Contronet 網(wǎng)絡通信的實時性高、確定性、可重復性、傳輸效率高的優(yōu)點。

Contronet 網(wǎng)絡電纜系統(tǒng)是一個完全與地隔離的同軸介質網(wǎng)絡系統(tǒng)，為了確保沒有偶然的接地情況發(fā)生，必須嚴格選擇電纜、連接器和各種附件，并采用正確的安裝技術。

（1）根據(jù)應用和安裝地點的環(huán)境因素綜合選擇不同類型的RG-6 4芯屏蔽電纜。

（2）確定干線電纜段的長度。

（3）確定所需的連接器的數(shù)目和類型。

（4）確定是否需要中繼器。

本系統(tǒng)采用了硬件冗余的Contronet 網(wǎng)絡，用同軸電纜實現(xiàn)傳輸，用中繼模塊實現(xiàn)不同傳輸介質的轉換，根據(jù)現(xiàn)場情況采用不同的分接器件。

現(xiàn)場I/O柜內(nèi)配備ACNR模塊實現(xiàn)對現(xiàn)場I/O掃描，ControlLogix系統(tǒng)中配置DNBR模塊與之通信。

2.2.3 Devicenet 網(wǎng)絡

Devicenet 網(wǎng)絡具有開放、低價、可靠、有效的優(yōu)點。Devicenet 網(wǎng)絡作為一種串行通信鏈接，減少了昂貴的硬接線，同時Devicenet 網(wǎng)絡所提供的直接互連改善了設備間的通信，也提供了相當重要的設備級診斷功能。

Devicenet 網(wǎng)絡采用5線電纜連接，其中包括2條信號線，2條電源線（DC24V）和1條屏蔽線，設備既可以網(wǎng)絡供電，也可以獨立供電。

Devicenet 網(wǎng)絡的底層通信設備必須配備Devicenet通訊適配器，ControlLogix系統(tǒng)中配置DNB掃描模塊。

2.2.4 其它

DCS系統(tǒng)采用第三方通信模塊MVI56-MCM與其它第三方設備之間實現(xiàn)MODBUS通信，所要做的工作只是對該模塊實現(xiàn)組態(tài)。

2.3 網(wǎng)絡組態(tài)

RSLINX網(wǎng)絡組態(tài)軟件是開放網(wǎng)絡Contronet和Devicenet通信的組態(tài)工具。它提供實現(xiàn)網(wǎng)絡設計，網(wǎng)絡設備參數(shù)設定、通信規(guī)劃、在線監(jiān)測、故障診斷等功能的友好操作界面，通過Rsnetworx組態(tài)軟件，可以很好地發(fā)揮 Contronet和Devicenet網(wǎng)絡優(yōu)異的性能，實現(xiàn)統(tǒng)一網(wǎng)絡的多處理器結構、端到端的互鎖，預定和非預定通信以及共享輸入等功能，充分利用CIP的優(yōu)點，把過去以處理器為核心的網(wǎng)絡組態(tài)模式變成了單一界面的軟件網(wǎng)絡圖形設定的方法。

Rsnetworx組態(tài)軟件提供了一個圖形界面來配置用戶網(wǎng)絡，EDS文件包含在這個軟件中，EDS文件允許不同的設備在離線狀態(tài)下被添加到項目中，也允許設備在離線或上線的情況下進行組態(tài)，對于連接到用戶網(wǎng)絡上的任何設備，即不論是什么 的設備，使用EDS文件能夠快速地安裝到Rsnetworx網(wǎng)絡組態(tài)軟件中。

使用Rsnetworx組態(tài)軟件配置Ethernet/IP、Contronet和Devicenet的過程大同小異，以下就本系統(tǒng)用Rsnetworx組態(tài)軟件配制Devicenet網(wǎng)絡的過程進行說明：

（1）掃描Devicenet 網(wǎng)絡。

（2）配置網(wǎng)絡節(jié)點。

（3）網(wǎng)絡參數(shù)的配置。

（4）組態(tài)主從通信。

（5）選擇數(shù)據(jù)源。

（6）標簽的建立。

（7）系統(tǒng)安全設置。

（8）組態(tài)數(shù)據(jù)記錄。

（9）組態(tài)報警記錄。

2.4 通信模式

Netlinx網(wǎng)絡采用通信模式為生產(chǎn)者/消費者的通信模式。采用這一數(shù)據(jù)傳送模式，它可以在同一時間，網(wǎng)絡中一臺設備與多臺設備之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，一臺設備播出自己的數(shù)據(jù)之后，其它設備將同時接收到數(shù)據(jù)，并靠標識符來決定獲取或舍棄數(shù)據(jù)，標識符將說明該數(shù)據(jù)包是否與本設備相關，或數(shù)據(jù)的哪部分與本設備相關。它的優(yōu)點是：

（1）讓所有的設備識別區(qū)域的代碼。

（2）多個站點可以同時從一個生產(chǎn)者處得到相同的數(shù)據(jù)。

（3）各站點之間可以同步。

（4）更有效地運用了帶寬。

本系統(tǒng)的各DCS系統(tǒng)之間正是應用了這一通信模式，通過對各通信數(shù)據(jù)標簽的組態(tài)，在各DCS站點之間建立起固定的連接，在每次發(fā)送信息時不需要耗用時間來確定雙方的通信。

3 結束語

使用Netlinx網(wǎng)絡架構半年多來，運行穩(wěn)定。目前整個工廠控制網(wǎng)絡層次清晰，數(shù)據(jù)通訊流暢，組態(tài)與修改非常方便，與第三方設備的兼容性也很好。整個工廠的自控系統(tǒng)得到了廠內(nèi)及整個行業(yè)的好評，達到了預期的目標。