现场总线控制系统PLC应用技术

    现场总线是应用在工业和工程现场，在嵌入式测量仪表与控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的网络系统。现场总线控制系统是具有开放连接和多点数字传输功能的底层控制网络。近几年来，它迅速在制造工业、流程工业、交通工程、建筑工程和民用与环境工程等方面的自动化系统中实现了成功应用并向更广阔的应用范围发展。    现场总线控制系统既是一个开放通信网络，又是一种全分布式控制系统。现场总线将智能设备连接到一条总线上，把作为网络节点的智能设备连接为微计算机网络，进一步建立了具有高度透信能力的自动化系统，可以实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化等的综合自动化功能。它是一种集智能传感器、仪表、控制器、计算机、数字通信、网络系统为主要内容的综合应用技术。经过多年的发展，利用现场总线技术的工业控制网络逐步演变、简化为三个基本层次。其中，罗克韦尔自动化Rockwell的三层网络结构比较具有代表性。罗克韦尔自动化Rockwell自动化系统结构包含三个网络层，即信息层（以太网络）、控制层( controlnet)和设备层(devicenet)。    这种开放型的自动化结构，通过设备网网络、控制网网络、信息网网络以及这些网络的节点，提供各种连接，以满足不同的需要。某些应用只需设备网或控制网，其他一些应用需要其中两类或所有三层网络，可以根据实际应用的需要选择相应的设备来完成系统集成。图3-7示出的是一个比较完整的三层网络的结构图。
    图3-7    罗克韦尔三层网络的结构图    (1)信息层（以太网络）    信息层提供上层计算机系统，通过以太网访问低层的数据。这一层采用符合公共标准传输控制协议TCP/IP协议的以太网，以太网（以太网络）是最著名的几种局域网之一，应用范围很广，它不仅是一种主要的办公自动化局域网，而且在工业控制网中也有一定的应用。以太网在工业控制网络结构中有两种不同类型的应用，一类是把以太网用在系统复合型结构的通信网络中管理子网，传送生产管理信息；另一类是把以太网当作控制网络使用，即把所有的工作站直接挂在以太网上，用来传送过程数据。    (2)控制层(controlnet)    控制层在各个PLC之间以及各智能化控制设备之间进行控制数据的交换、控制的协调、网上编程和程序维护、远程设备的配置和排查错误，也可以连接各种人机界面产品进行监控。控制网网络( controlnet)是90年代以及以后的自动化及控制网络，该网络集中网络的优点于一身，拥有输入/输出、PLC互锁、信息对传以及在同一网上编程的功能。这是一种对于用信息传送有苛刻时间要求的、高速确定性网络。同时，它允许传送无苛刻时间要求的报文数据，但不会对有苛刻时间要求数据传送造成冲击。它为对等通信提供实时控制和报文传送服务。作为控制器和输入/输出设备之间的一条高速通信链路，它综合了现有的远程输入/输出和DH加链路的功能。控制网网络能与各种设备相连接，包括个人计算机、控制器、操作员界面、拖动装置等。    (3)设备层(devicenet)    在Rockwell的三层网络结构中，设备层是比较容易理解的一层，也是设计网络的基础。它位于工业现场，是Rockwell三层网络的最底层，是用来连接各种实际运作的终端设备的网络。它将低层的设备直接连接到控制器上，这种连接无需通过输入/输出模块和昂贵的布线。设备网网络是一个开放型的、符合全球工业标准的通信网络，它通过一根电缆可编成一个网络，从传感器、电动机启动器、按钮、简易操作员界面以及拖动装置这样的设备读取信息，比如说读取传感器的开/关状态、报告电动机启动器的工作温度和负载电流、改变拖动装置的减速率、调整传感器的灵敏度等，对于设备网的具体产品有不同的功能。在采集各种现场设备的有效数据后，设备网直接为高层的控制器提供控制数据，并对各设备进行配置和监视。    这个开放的网络给各种厂家的设备提供了互用性，可以运行多种厂家生产的设备，用户可以连接64个逻辑节点（2048个设备）到一个设备网网络，每个设备都有唯一的站点号，可通过硬件拨码开关设定速率和节点号，也可以通过软件实现，不同设备有不同设定方法。设备网可在带电情况下不需要编程工具拆卸和更换网上设备，这是其显著的优点之一。其电缆系统采用一种主干/支线设计，它的部件始于设备与设备网网络的连接点。通常将设备（或节点）连接到支线或多断口分接器，然后通过一个密封式、敞开式或多端的分接器和主干线相连。    由此可见，大型PLC在现场总线控制系统中具有连接网络不同层次通信、现场数据集中传送、复杂完整生产过程实时控制的功能。