第5章远程IO连接及PLC通信网络组态

第5章远程I/O连接及PLC通信网络5.1CIP与工控网络5.2DeviceNet及其应用5.3ControlNet及其应用5.4EtherNet/IP工业以太网5.5网络选择及编程实现5.1NetLinx与工控网络1.工业控制网络的基本要求—3C一种通过数据交换，实现快速准确的实时控制（Control）的有效的方式在系统调试和运行过程中，对非关键系统和设备进行组态（Configuration）按照固定的时间间隔，或者根据人机接口或者过程趋势和/或分析的要求进行数据的采集（Collection）——通常单一网络很难同时实现3C要求2.工控网络技术发展的趋势开放网络多家厂商供应处理器、网络部件等无需特别的授权，即可使用相关的技术规格不同的产品之间可以互操作，而不受制于个别厂商充分利用现有“商用”技术采用开放市场上易于采购的芯片、线缆和元件，减少或者避免定制设计充分利用商用或者消费类应用的经验来尽可能降低系统的成本全厂范围的设计和故障排查工具尽可能一致，避免每种不同应用都要准备特殊的工具减少网络层次，使系统结构更为合理减少实施过程中所采用的不同的网络数量，打造从底层到顶层全部无缝集成的系统降低不同网络技术所带来的培训、支持和库存方面的成本3.CIP一个由开放网络系统和开放接口组成的体系结构，实现控制、组态、采集信息和数据TCP/UDP/IPCSMA/CD网页浏览&“办公室应用”CANCTDMADeviceNetControlNetEtherNet/IPCSMA/CD控制与信息协议(CIP)相同的对象库相同的设备描述（行规）相同的控制服务相同的路由实现方式适用于高性能的数据采集、实时控制和设备组态TCP/UDP/IPPhysicalLayer多种应用的网络完全集成，变成一个系统减少工厂培训厂商开发新的产品将更加迅速Control/DeviceNetworkControl/DeviceNetworkDevInformationNetwork传统控制平台Peer-to-PeerNetworkControllerProxyControl/DeviceNetworkControllerComputerDevDevControllerBBDeviceNetControlNetEtherNet/IPBCIPCIPBCIPCIPCIP体系结构“下拉”到现场设备任意一点接入，即可访问任意网络中的任意设备，进行诊断、组态和维护；并且，无需编程即实现网络间信息共享系统顶层浏览“下拉”到工厂某区域内控制系统“现在时间八点整”“现在时间八点整”“现在时间八点整”“现在时间八点整”CIP技术基础:Producer/Consumer源/目的地模式通常又称之为“主/从”模式“现在时间八点整”生产者/消费者模式（Producer/Consumer）又称之为出版者/订户模式“Publisher/Subscriber”兼容了所有“源/目的地”模式所具备的通讯能力，同时具备更高的数据传输效率CIP体系结构的优点共同的通讯服务–控制与信息协议(CIP)为开放网络体系结构中的所有三层网络提供一套标准的网络服务共同的报文发送服务–允许连接到任何一层网络，另外从任何一层网络实现网络组态和数据采集无缝的路由能力–在对整个系统进行组态时，由于可以向下路由或者透过多层网络而无需组态路由表或者在控制器中进行额外的编程工作，因此可以节约大量的时间和精力共同的知识库–在CIP体系结构内的不同层的网络，具备相似的特点，采用相同的组态工具，大大减少所需的培训工作基于开放的网络技术–网络全部由开放网络协会组织进行管理直接连接和机架优化连接机架优化连接在远程框架中的通讯模块会把多个输入模块中的数据组成一个单独的数据包，并且作为一个单独的连接传输到控制器。对于输出数据，控制器执行相似的操作。每个模块独立的向/从控制器传递它自己的数据。通讯模块简单的充当一个网桥，以便向/从网络移动数据。优点•每个模块可以决定它自己的速率•每个模块可以发送更多的数据(诊断数据，模拟量…)•支持事件任务通讯•在本地框架中只支持此种方式缺点•需要额外的连接和网络资源直接连接优点•1个连接就可以满足完整框架中所有的数字量输入和输出模块缺点•所有模块以相同的速率发送数据(可能比需要的速率要快)•不使用的槽位仍然在通讯•模拟量和诊断数据仍然需要直接连接•仅限于远程框架数字量输入数字量输出数字量输入数字量输出通讯模块通讯模块Logix控制器通讯模块通讯模块Logix控制器本地框架远程框架本地框架远程框架概述DeviceNet(设备网)属于总线式串行通信网络定位：为底层智能设备提供直接的网络连接增加设备级诊断，适应故障排查的需要增加了底层设备数据的采集能力网络形式：多主式结构或一主多从式结构通信模式：采用producer/consumer模式通信介质：双绞线，信号与电源承载于同一电缆管理机构：ODVA3.DeviceNet介质存取控制(MAC)采用CAN(ControllerAreaNetwork)技术CAN：开放技术，支持多种应用最初为汽车车身电子系统而设计的低成本芯片目前有超过50余种不同的CAN芯片供应市场超过15家芯片生产厂商，包括Intel、Motorola、Philips、NEC,Hitachi、Siemens、TexasInstruments、Mitsubishi等多种行业大量应用使芯片成本的不断下降目前广泛应用于汽车、铁路、机器控制（如纺织、印刷和包装、注塑机器等），以及海上应用和工厂自动化4.CAN的报文协议（MessageProtocol）带有11位标识符（identifier）的0-8字节数据非破坏仲裁（Non-DestructiveArbitration）•类似于以太网，每个节点在总线空闲的时候都尝试发送数据•但总线上不存在冲突，仲裁中的“获胜方”(“winning”node)继续发送直至完成为止•这种机制保证了信息和时间都不会损失•仲裁过程中标识符就决定了其优先级•不同信息各自的标识符均不相同报文标识符起始确认控制字段数据CRC•CAN的数据帧格式（DataFrame）：5.DeviceNet介质元件–粗缆系统DeviceNetT-型端口分接器DNet主干线(粗缆)连接线或接插线（Cordset/Patchcord）DNet分支(细缆)连接线或者插接线（CordsetorPatchcord）辅助电源干线/分支线电源接线盒PowerTapDeviceBox设备分线盒DevicePort终端电阻标准(非DeviceNet)连接线或者接插线（CordsetorPatchcord）DeviceNet介质元件–细缆系统DNet细缆T-型端口分接器DNet主干(细缆)连接线或者插接线（CordsetorPatchcord）DeviceNet分支细缆连接线或接插线辅助供电主干/分支线PowerTapDeviceBoxDevicePort终端电阻标准(非DeviceNet)连接线或者接插线（CordsetorPatchcord）DeviceNet介质元件–扁平电缆系统DNet扁平主干线电缆辅助供电扁平电缆DevicePortKwikLink终端电阻标准(非DeviceNet)连接线或接插电缆KwikLink分支连接线或接插电缆扁平电缆接合件KwikLink开放式连接器扁平电缆导线适配器KwikLink终端电阻扁平电缆安装支架KwikLink一类分支线KwikLink微型连接器（MicroConnector）DeviceNet扫描器ControlLogix，CompactLogix，FlexLogix，PLC，SLC，MicrolLogix1500均可选配将网络上设备数据打包后与CPU进行交换网络组态工具—RSNetworxforDeviceNetDeviceNet网络的优势较低的采购和安装成本减少现场接线（避免了I/O硬接线）更少的安装、启动和系统维护时间网络特性数据流的控制按照Producer/Consumer模型进行连接工厂现场智能设备，并向高层网络提供桥接可提供设备级诊断设备即插即用——网络运行中的节点添加/删除面向少量数据传输进行的优化每个报文（message）8字节长度支持对大的数据报进行报文分组（messagefragmentation）介质选择被动式总线介质，节点加入/退出网络不影响系统的运行密封型(IP67)和非密封型(IP65)介质，扁平电缆介质1756-DNBDeviceNet扫描器1.ControlNet概述开放网络，由CI组织管理网速(5Mbps)确定性实时控制和扩展I/O网络柔性控制系统架构–单一网络实现实时控制和报文传送灵活的安装（方式）选择网络能力确定性–确切地知道数据何时会发送可重复–传输时间恒定，不受网络上节点的增/删的影响生产者/消费者网络模式（Producer/consumerModel）：支持多主（Multi-master），多点传送（Multicast）输入以及端到端（Peer-to-peer）通讯节点/单网段物理介质RG-6同轴电缆光缆布线铠装，高柔度，防腐地埋等.终端电阻类型75终端电阻，网络两端数据率5Mbps报文服务类型•实时控制I/O•端到端设备通讯•编程•组态设备连接器类型T型连接器2.ControlNet控制网网络技术规格ControlNetALLEN-BRADLEY789456123.0------------------'--F1F6F2F7F3F8F4F9F5F10PanelView550^v3.ControlNet介质访问控制(MAC)•CTDMA-（同时间域/多点接入）ConcurrentTimeDomain,MultipleAccess•时间片算法保证网络上所有节点的同步•有预约的（Scheduled）数据传输–数据的发送是确定性的，可重复的–时间关键（Time-Critical）的I/O以及控制器到控制器之间的互锁（Controller-to-ControllerInterlocking）•无预约的数据传输（UnscheduledDataTransfers）–时间允许就可以发送数据–非时间关键的端到端（Peer-to-Peer）报文发送和编程时间网络刷新时间（NetworkUpdateTime）*有预约的带宽网络时间段#1网络时间段#2网络时间段#3网络时间段#4网络时间段#5无预约的带宽*ControlNet介质访问控制(MAC)实例网络刷新时间网络时间段#1时间网络时间段#2网络时间段#3网络时间段#4网络时间段#51234124有预约的非预约的网络时间段1123423452有预约非预约网络时间段2123435有预约的非预约的网络时间段3有预约的（scheduled）时间段会在既定的每个时间间隔内为组态过的有预约的节点始终保留一次（且仅有一次）发送机会非预约的（unscheduled）时间段中每个时间间隔的数据发送都会从不同的节点开始。在每个时间间隔内每个节点都会有0次、1次或者多次发送机会，这完全取决于网络负荷状况至其他ControlNet产品ControlNet物理层实例PLC或者ControlLogixRPARPFSRPARPFSRPARPFM光纤网段（点到点）光纤网段（点到点）至其他ControlNet产品中继器产品•1784-RPA–光纤集线器适配器，将同轴电缆网络接入光纤集线器的必备起始模块（StarterBlock）•1784-RPCD–同轴电缆集线器•1784-RPFS–短距离光纤集线器(可达300米)•1784-RPFM–中距离光纤集线器(可达3公里)•1784-RPFRL–长距离/环