Device Net總線在隔膜紙插入機中的應用

楊上華

（寧波倍特瑞能源科技有限公司，浙江 寧波 315000）

1 Device Net的通訊模式

現在，現場總線的通訊模式主要有2種，傳統的點對點模式和先進的生產者/消費者模式。后者是在前者的基礎上來實現，并解決傳統通訊模式的一些不足。

1.1 傳統通訊模式的主要缺點

在傳統的點對點通訊模式中，傳送的報文中由指定的源信息、目標地址信息以及校驗碼組成，對于不同節點來說，數據總是在不同的時間點到達接收方，想要實現不同節點之間的同步幾乎不太可能。如果數據的目標地址不一樣，那么源節點在所有不同的目標節點發送數據時會占用很寬的帶寬，因此嚴重的損失了帶寬。

1.2 Device Net通訊模式的主要優點

Device Net采用的是生產者/消費者模式，與傳統的點對點通訊模式相比，主要是報文的結構發生了改變。Device Net通訊模式的報文是由標識符、數據和校驗碼來組成，標識符的作用是供需要接收數據的設備識別報文。

1.2.1 節省費用和資源

當設備識別到相應的標識符時，便接收該報文，因此控制器就只需要發出一個報文，識別后接收報文的過程被稱之為“消費”。控制器作為“生產者”只需要發出一份數據，而不同的“消費者”可以根據標識符來判斷是否接收數據，這樣就只使用了很窄的帶寬，大大節省了帶寬資源。

1.2.2 降低設備發生故障的幾率，且易于維修

由于Device Net只用一根電纜連接，從而使得設備可能出現的地方大幅度減少，并且各個站點的端口支持熱插熱拔，所以如果站點出現問題，也不會影響到其他站點的工作，使得系統的穩定性進一步提升。

1.2.3 Device Net系統的監聽十分方便

控制室可以通過監控界面來對站點進行訪問和監聽，可以隨時掌握設備的工作狀態，可以根據實際需要來修改控制參數，例如隔膜紙插入機的插入位置參數，將確保設備正常工作。

2 Device Net協議

Device Net協議是一種非常簡單、高效的協議，而且它的制作成本也很低，廣泛運用與較低層的現場總線，比如本文所提到的隔膜紙插入機。Device Net也是一個串行通信鏈路，可以減少大量的硬接線。通過硬接線I/O接口很難實現的診斷功能，可由Device Net來實現，并且Device Net協議能夠直接熱插熱拔，進一步提高了設備之間的通信效率。Device Net協議還定義了物理層和應用層。

2.1 Device Net協議的簡單介紹

Device Net協議是一種以控制器局域網（CAN）為基礎的通信鏈路，它直接采用一根導線將可編程控制器和智能設備連接起來，智能設備通常是指傳感器、按鈕、電機啟動器、簡單的操作界面接口、變頻器等。其安裝十分方便，調試工作也較簡單，已經在工業自動化生產系統中得到了廣泛應用。

2.2 Device Net物理層協議特性

Device Net協議的網絡控制的節點數大約有60多個，運行速度最高可達到1.2M/S，相當于34m的網絡長度，網絡長度最長可達到5600m，相當于運行速度為1.3kM/S。Device Net協議運用了 132kM/S、261kM/S以及538kM/S的網絡運行速度，這3種都比較常見。

2.3 Device Net應用層協議特性

2.3.1 防止總線上的節點設備地址發生沖突

所有與總線相連接的設備都要在開始工作前，保證其地址的唯一性，不能夠與總線上其它設備的地址一致，否則在工作過程中，可能會導致報文的接收異常。

2.3.2 要標明設備的數據

所有有關設備的類型、生產商家、節點地址以及通訊速率在應用層信息中都有說明，并且還對Device Net節點的物理連接作出了明確的規定。

2.3.3 用戶能夠修改設備參數

在應用層中，設備的每一個參數都是采用ASCII碼值來進行標明，用戶能夠借助一些專門的軟件，通過電子數據表單EDS對其進行修改，以便于滿足不同用戶的實際需求，使設備達到最高性能。

3 Device Net的硬件和軟件設計

3.1 硬件結構

該裝置采用氣動執行器來完成所有的工作，選擇網關單元作為從站，使用一系列的可編程邏輯控制器來控制系統，并且采用相匹配的Device Net模塊cjlw-drm21與CPU進行連接，主要與智能從站的緊密連接能夠控制終端的下一個水平，控制所有的檢測位。

3.2 軟件設計

Device Net系統主要完成人機界面設計、PLC程序設計和Device Net配置設計。

3.2.1 人機界面設計

人機界面設計采用的是Pro-face系列觸摸屏，這款觸摸屏是由DIGITAL公司來研發，用它來作為人機界面操作和維護的一個工具，并且在平面上顯示出來。

3.2.2 PLC程序設計

PLC編程軟件的設計思想和傳統使用的沒有什么太大不同，但是為了與Device Net系統所使用的中間繼電器地址相匹配，它必須改變過去所使用的輸入、輸出地址，并且重新分配其他地址。

3.2.3 Device Net配置設計

Device Net配置的設計十分直觀，這是該軟件最鮮明的一個特點。首先確定主要站點和其他站點，然后根據硬件配置來找尋所需要的硬件，然后往總線上拉。我們需要從SMC數據庫的EDS文件得到exs00-gdni，然后導入到硬件樹，建立一個“SMCexs00”系列網關從站，儲備，然后把cjlw-drm21主站、DRT2一IDl6以及“SMCexs00”系列網關從站全部加到系統中，并使用參數編輯#00單元。在這些準備工作都做完后，Device Net配置系統就會自動分配一個滿足OMRONCJIM配置要求的I/O地址，由PLC識別。

4 隔膜紙插入機的工作原理

隔膜紙插入機的主要工作是將隔膜紙筒按照要求插入到鋼殼。它首先是將托盤推到特定的部位，再將隔膜紙筒插到滾筒上的芯棒里面，然后滾筒將所有旋轉部位的隔膜紙的底部進行封裝，使其成型并固定好，最后將隔膜紙筒插入鋼殼，然后放入托盤排出。在整個制作過程中使用了23個氣缸，大概需要40個控制線圈，而且有90多個需要進行檢查的地方，再算上安全操作中必不可少的基本控制，如果按照以前的點對點接線方法，控制箱里大概會有500多根電線。一旦電氣發生故障，就算是圖紙齊全，維修人員有豐厚的維修技術，進行故障點的排查也十分耗時，維修進度緩慢。如果采用Device Net協議來建立系統，那么維修工作就簡單易行。

5 通訊過程中的干擾問題及解決方法

5.1 干擾產生的主要原因

阻抗不連續信號和阻抗失配信號會引起通訊過程中的信號反射。當阻抗不連續時，傳輸線末端的信號突然與電纜的阻抗非常接近或不符合，信號會在這個地方引起反射。這種信號反射的主要原理類似于光從一種介質反射到另一種介質中，為了消除這種反射，必須在電纜的一端連接一個與電纜的特性相同的終端電阻，保證電纜阻抗的連續性。因為電纜上的信號傳輸是雙向的，所以在通信電纜的另一頭，可連接一個相同尺寸的終端電阻。

數據收發器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配也是造成信號反射的一個重要原因。這種現象主要表現在通信線路空閑時整個網絡數據的混亂。我們可以通過隔離噪音和消除電阻的方法，來減少反射信號對通信線路的影響。在現實生活中中，如果反射信號相對來說比較小，通常采用加偏置電阻的方法，簡單便于操作。

5.2 預防干擾的方法

將通信電纜單獨布線，能夠有效的避免通訊電纜受到動力電纜的干擾。如果通信電纜和電力電纜共用一條線槽，應該使用金屬屏蔽管去包裹通訊電纜。如果站點之間距離較遠或者網絡的部署范圍太廣，應該使用比較粗的通信電纜。當某個地點的設備發生故障時，必須及時更換相同類型的備用設備，否則可能會帶來很多不必要的麻煩。如果使用了其它類型的設備，那么當網絡掃描器檢測到的物理設備與列表不同時，掃描儀會發出警報，致使站點癱瘓，無法正常工作。

6 結語

Device Net是一個非常簡單實用的總線現場總線標準。隔膜紙插入機采用了符合Device Net協議的網絡系統，使得布線變得簡單、緊湊。如果設備需要被轉移到其它地方和重新組裝，操作起來也十分簡單方便。作為一個標準的且全球化的網絡系統，在不同國家、不同水準的工程師之間，Device Net總線也不存在溝通障礙。

參考文獻：

[1]錢靖、潘如剛.影像系統結合PLC在電池行業中的應用[J].(電池 )，2017，35-38.

[2]歐姆龍自動化(中國)集團.SYSMACCJ系列可編程控制器操作手冊[M].2017，82.