摘 要：本文歸納和總結(jié)了美國(guó)羅克韋爾公司Allen-Bradley的CIP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在新疆八鋼股份公司第二煉鋼廠1＃板坯連鑄機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用中的硬件構(gòu)成、網(wǎng)絡(luò)配置特點(diǎn)和系統(tǒng)主要功能等，是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)際中的典型應(yīng)用。 關(guān)鍵詞： CIP網(wǎng)絡(luò) CIP網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn) CIP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成 1、前言　　　　 新疆八鋼股份公司第二煉鋼廠1#板坯連鑄機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要采用了美國(guó)羅克韋爾公司Allen-Bradley部門開(kāi)發(fā)的CIP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 2、CIP網(wǎng)絡(luò)概況 2.1 CIP網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介 CIP（Commmon Industrail Protocol通用工業(yè)協(xié)議）是一種為工業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的應(yīng)用層協(xié)議，被DeviceNet、ControllNet、EtherNet/IP三種網(wǎng)絡(luò)所采用，因此這三種網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)地統(tǒng)稱為CIP網(wǎng)絡(luò)。三種CIP網(wǎng)絡(luò)都已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，DeviceNet、ControllNet、EtherNet/IP各自的規(guī)范中分別給出CIP的定義（以下稱CIP規(guī)范），三種規(guī)范對(duì)CIP的定義大同小異，只是在與網(wǎng)絡(luò)底層有關(guān)的部分不一樣。三種CIP網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)模型和ISO/OSI參考模型對(duì)照如圖2－1所示。 DeviceNet是一種基于控制器局域網(wǎng)（Controller Area Work―CAN）的網(wǎng)絡(luò)，除了其物理層的傳輸介質(zhì)、收發(fā)器等是自己定義的以外，物理層的其它部分和數(shù)據(jù)鏈路都采用CAN協(xié)議。ControllNet的物理層是自己定義的，數(shù)據(jù)鏈路層用的是同時(shí)間域多路訪問(wèn)（Concurrent Time Domain Multiple Access―CTDDMA）協(xié)議。EtherNet/IP是一種基于以太網(wǎng)技術(shù)和TCP/IPJ技術(shù)的工業(yè)以太網(wǎng)，因此其物理層和數(shù)據(jù)鏈路層用的是以太網(wǎng)的協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層用的是TCP/IP協(xié)議族中的協(xié)議，應(yīng)用層除了使用CIP外，也使用了TCP/IP協(xié)議族中的應(yīng)用層協(xié)議。 2.2 CIP網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)： 由于應(yīng)用層采用CIP，相對(duì)而言CIP網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn): 1、功能強(qiáng)大、靈活性強(qiáng). CIP網(wǎng)絡(luò)功能的強(qiáng)大，體現(xiàn)在可通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸多種類型的數(shù)據(jù)，完成以前需要兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能完成的任務(wù)。其靈活性題現(xiàn)在對(duì)多種通訊模式和多種I/O數(shù)據(jù)觸發(fā)方式的支持。 2、具有良好的實(shí)時(shí)性、確定性、可重復(fù)性和可靠性。主要體現(xiàn)在用基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者（Producer/Consumer）模型的方式發(fā)送對(duì)時(shí)間有苛求的報(bào)文等方面。 ①在基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型的網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)報(bào)文都有唯一的報(bào)文標(biāo)識(shí)符（Message ID-MID），其格式如圖2－2所示。在發(fā)送報(bào)文之前，要在發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間建立連接，這樣，接收節(jié)點(diǎn)就知道發(fā)送給自己的報(bào)文MID是什么樣的。然后，報(bào)文發(fā)送節(jié)點(diǎn)把MID、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)以及其他一些必要的信息組成報(bào)文，發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。報(bào)文接收節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)文的MID來(lái)判斷是不是發(fā)給自己的，如果是，就接收。 ②基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型的網(wǎng)絡(luò)支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，還支持多播通訊，即在網(wǎng)絡(luò)上可以同時(shí)給幾個(gè)其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文。CIP對(duì)多播的支持由CIP的原理決定，但同時(shí)也需要網(wǎng)絡(luò)底層提供支持。比如， EthererNet/IP多播功能的實(shí)現(xiàn)需要用到IP多播技術(shù)。 2.3 三種CIP網(wǎng)絡(luò)對(duì)比 依據(jù)網(wǎng)絡(luò)底層采用的協(xié)議不同，每種CIP網(wǎng)絡(luò)又有各自的一些特點(diǎn)。三種CIP網(wǎng)絡(luò)對(duì)比見(jiàn)表2－1： 從表中可以看出DeviceNet具有節(jié)點(diǎn)成本低、網(wǎng)絡(luò)供電等特點(diǎn)；ControllNet具有通訊波特率高、支持介質(zhì)冗余和本質(zhì)安全等特點(diǎn)；而EtherNet/IP作為一種工業(yè)以太網(wǎng)，具有高性能、低成本、易使用、易于和內(nèi)部網(wǎng)甚至因特網(wǎng)進(jìn)行信息集成等特點(diǎn)。 3、CIP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成 3.1 L1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成：見(jiàn)下圖3－1 板坯連鑄機(jī)網(wǎng)絡(luò)配置圖。 本文重點(diǎn)研究的是基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)L1級(jí)CIP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，信息層采用工業(yè)以太網(wǎng)（EtherNet/IP）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換，將控制數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)關(guān)，連接至企業(yè)的信息系統(tǒng)，操作員通過(guò)EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)與PLC系統(tǒng)通訊；同時(shí)，以太網(wǎng)還作為中間控制層負(fù)責(zé)系統(tǒng)通訊，作為PLC和I/O、機(jī)架和PLC之間通訊的高速數(shù)據(jù)通道；實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)I/O控制、聯(lián)鎖和狀態(tài)傳送，從而保證了控制數(shù)據(jù)和信息的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性；底層是設(shè)備層，采用ControlNet和DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，ControlNet網(wǎng)采用Scanport（適配器）完成變頻器信號(hào)的采集和控制；DeviceNet網(wǎng)通過(guò)Gateway通訊模塊完成現(xiàn)場(chǎng)I/O箱信號(hào)的采集和控制。它們與上位機(jī)構(gòu)成了一個(gè)集中管理、分散控制的全流程生產(chǎn)的連鑄計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，所以對(duì)控制系統(tǒng)的精度、可靠性和實(shí)時(shí)性都提出了很高的要求。 3.2 CIP網(wǎng)絡(luò)配置： 1、 3．2．1 3、DeviceNet網(wǎng)絡(luò)配置使用通訊模塊（DNB））掛在DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上，然后由軟件RSNetwork for DeviceNet進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理和組態(tài)。通過(guò)DeviceNet連接設(shè)備變頻器、現(xiàn)場(chǎng)I/O箱等。 3．1．2 ControlNet通訊網(wǎng) ControlNet網(wǎng)是一個(gè)開(kāi)放的自動(dòng)化及高速確定性控制網(wǎng)絡(luò)，滿足IEC61158國(guó)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，它提供了一種在PLC之間，PLC與MMI操作站、變頻器及I/O子系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)高速的、可冗余的通訊方式，它可以支持多達(dá)99個(gè)節(jié)點(diǎn)，最大網(wǎng)絡(luò)距離20KM，它可以連接總線型、樹型、星型及混合型等不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。主要有以下特點(diǎn)： 1、 它用于傳輸對(duì)時(shí)間有苛刻要求的信息，通信速率可達(dá)5Mbps，提供實(shí)時(shí)的控 制和對(duì)等的通訊服務(wù)。 2、 ControlNet網(wǎng)絡(luò)的配置特點(diǎn)是，無(wú)論CPU框架還是遠(yuǎn)程擴(kuò)展框架均由通訊模塊（CNB）掛在ControlNet網(wǎng)絡(luò)上，然后由軟件RSNetwork for ControllNet進(jìn)行管理模塊的歸屬，從而使網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展和走線十分靈活。通過(guò)ControlNet連接主控設(shè)備PLC、變頻器等。 3.1．3工業(yè)以太網(wǎng) EtherNet： EtherNet工業(yè)協(xié)議（EtherNet/IP）是一個(gè)開(kāi)放式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，采用IEEE 802.3物理介質(zhì)及數(shù)據(jù)鏈路標(biāo)準(zhǔn)，提供了實(shí)時(shí)I/O消息和對(duì)等信息通訊。交換機(jī)提供虛擬連接，有助于控制網(wǎng)絡(luò)碰撞并減少網(wǎng)絡(luò)堵塞。系統(tǒng)用以太網(wǎng)通訊模塊作網(wǎng)橋，實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠以太網(wǎng)的連接，真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的管控一體化。該網(wǎng)絡(luò)支持標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP以太網(wǎng)協(xié)議，傳輸速率為10MBPS。 通過(guò)EtherNet網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視可編程序控制器內(nèi)存儲(chǔ)的各種數(shù)據(jù)，用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、生產(chǎn)管理、設(shè)備維護(hù)、生產(chǎn)流程及物料配比等。同時(shí)通過(guò)Producer/Consumer通訊模式，采用MSG指令可以使不同的PLC之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，I/O數(shù)據(jù)可以同時(shí)被多個(gè)設(shè)備共享。 應(yīng)用效果：系統(tǒng)運(yùn)行1年多來(lái)的實(shí)際結(jié)果表明，CIP網(wǎng)絡(luò)在板坯連鑄機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，在安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗等方面發(fā)揮了重要作用，設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出了很好的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性，鋼坯的產(chǎn)量和質(zhì)量均有了穩(wěn)步的提高。更為突出的是，工控系統(tǒng)與信息技術(shù)的結(jié)合，有效地實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的規(guī)范化管理，帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 參考文獻(xiàn)： 1.吳乃優(yōu)等. 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