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CIP網絡技術在板坯連鑄機控制系統中的應用

CIP網絡技術在板坯連鑄機控制系統中的應用

2007/7/18 9:16:00
摘 要:本文歸納和總結了美國羅克韋爾公司Allen-Bradley的CIP網絡技術,在新疆八鋼股份公司第二煉鋼廠1#板坯連鑄機自動控制系統中應用中的硬件構成、網絡配置特點和系統主要功能等,是網絡技術在生產實際中的典型應用。 關鍵詞: CIP網絡 CIP網絡特點 CIP網絡構成 1、前言     新疆八鋼股份公司第二煉鋼廠1#板坯連鑄機網絡系統主要采用了美國羅克韋爾公司Allen-Bradley部門開發的CIP網絡技術。 2、CIP網絡概況 2.1 CIP網絡簡介 CIP(Commmon Industrail Protocol通用工業協議)是一種為工業應用開發的應用層協議,被DeviceNet、ControllNet、EtherNet/IP三種網絡所采用,因此這三種網絡相應地統稱為CIP網絡。三種CIP網絡都已成為國際標準,DeviceNet、ControllNet、EtherNet/IP各自的規范中分別給出CIP的定義(以下稱CIP規范),三種規范對CIP的定義大同小異,只是在與網絡底層有關的部分不一樣。三種CIP網絡的網絡模型和ISO/OSI參考模型對照如圖2-1所示。
DeviceNet是一種基于控制器局域網(Controller Area Work―CAN)的網絡,除了其物理層的傳輸介質、收發器等是自己定義的以外,物理層的其它部分和數據鏈路都采用CAN協議。ControllNet的物理層是自己定義的,數據鏈路層用的是同時間域多路訪問(Concurrent Time Domain Multiple Access―CTDDMA)協議。EtherNet/IP是一種基于以太網技術和TCP/IPJ技術的工業以太網,因此其物理層和數據鏈路層用的是以太網的協議、網絡層和傳輸層用的是TCP/IP協議族中的協議,應用層除了使用CIP外,也使用了TCP/IP協議族中的應用層協議。 2.2 CIP網絡特點: 由于應用層采用CIP,相對而言CIP網絡具有以下特點: 1、功能強大、靈活性強. CIP網絡功能的強大,體現在可通過一個網絡傳輸多種類型的數據,完成以前需要兩個網絡才能完成的任務。其靈活性題現在對多種通訊模式和多種I/O數據觸發方式的支持。 2、具有良好的實時性、確定性、可重復性和可靠性。主要體現在用基于生產者/消費者(Producer/Consumer)模型的方式發送對時間有苛求的報文等方面。 ①在基于生產者/消費者模型的網絡中,每個報文都有唯一的報文標識符(Message ID-MID),其格式如圖2-2所示。在發送報文之前,要在發送節點和接收節點之間建立連接,這樣,接收節點就知道發送給自己的報文MID是什么樣的。然后,報文發送節點把MID、數據、校驗以及其他一些必要的信息組成報文,發送到網絡上。報文接收節點根據報文的MID來判斷是不是發給自己的,如果是,就接收。
②基于生產者/消費者模型的網絡支持點對點通訊,還支持多播通訊,即在網絡上可以同時給幾個其他節點發送報文。CIP對多播的支持由CIP的原理決定,但同時也需要網絡底層提供支持。比如, EthererNet/IP多播功能的實現需要用到IP多播技術。 2.3 三種CIP網絡對比 依據網絡底層采用的協議不同,每種CIP網絡又有各自的一些特點。三種CIP網絡對比見表2-1:
從表中可以看出DeviceNet具有節點成本低、網絡供電等特點;ControllNet具有通訊波特率高、支持介質冗余和本質安全等特點;而EtherNet/IP作為一種工業以太網,具有高性能、低成本、易使用、易于和內部網甚至因特網進行信息集成等特點。 3、CIP網絡構成 3.1 L1系統網絡構成:見下圖3-1 板坯連鑄機網絡配置圖。
本文重點研究的是基礎自動化級L1級CIP網絡系統,信息層采用工業以太網(EtherNet/IP)實現系統數據交換,將控制數據通過網關,連接至企業的信息系統,操作員通過EtherNet/IP網絡與PLC系統通訊;同時,以太網還作為中間控制層負責系統通訊,作為PLC和I/O、機架和PLC之間通訊的高速數據通道;實現實時I/O控制、聯鎖和狀態傳送,從而保證了控制數據和信息的實時性和穩定性;底層是設備層,采用ControlNet和DeviceNet網絡,ControlNet網采用Scanport(適配器)完成變頻器信號的采集和控制;DeviceNet網通過Gateway通訊模塊完成現場I/O箱信號的采集和控制。它們與上位機構成了一個集中管理、分散控制的全流程生產的連鑄計算機自動控制系統,所以對控制系統的精度、可靠性和實時性都提出了很高的要求。 3.2 CIP網絡配置: 1、 3.2.1 3、DeviceNet網絡配置使用通訊模塊(DNB))掛在DeviceNet網絡上,然后由軟件RSNetwork for DeviceNet進行網絡管理和組態。通過DeviceNet連接設備變頻器、現場I/O箱等。 3.1.2 ControlNet通訊網 ControlNet網是一個開放的自動化及高速確定性控制網絡,滿足IEC61158國際工業現場總線標準,它提供了一種在PLC之間,PLC與MMI操作站、變頻器及I/O子系統之間實現高速的、可冗余的通訊方式,它可以支持多達99個節點,最大網絡距離20KM,它可以連接總線型、樹型、星型及混合型等不同的網絡拓撲結構。主要有以下特點: 1、 它用于傳輸對時間有苛刻要求的信息,通信速率可達5Mbps,提供實時的控 制和對等的通訊服務。 2、 ControlNet網絡的配置特點是,無論CPU框架還是遠程擴展框架均由通訊模塊(CNB)掛在ControlNet網絡上,然后由軟件RSNetwork for ControllNet進行管理模塊的歸屬,從而使網絡的擴展和走線十分靈活。通過ControlNet連接主控設備PLC、變頻器等。 3.1.3工業以太網 EtherNet: EtherNet工業協議(EtherNet/IP)是一個開放式工業網絡標準,采用IEEE 802.3物理介質及數據鏈路標準,提供了實時I/O消息和對等信息通訊。交換機提供虛擬連接,有助于控制網絡碰撞并減少網絡堵塞。系統用以太網通訊模塊作網橋,實現對工廠以太網的連接,真正實現系統的管控一體化。該網絡支持標準的TCP/IP以太網協議,傳輸速率為10MBPS。 通過EtherNet網絡監視可編程序控制器內存儲的各種數據,用于現場數據采集、監控、生產管理、設備維護、生產流程及物料配比等。同時通過Producer/Consumer通訊模式,采用MSG指令可以使不同的PLC之間進行數據交換,I/O數據可以同時被多個設備共享。 應用效果:系統運行1年多來的實際結果表明,CIP網絡在板坯連鑄機自動控制系統中的應用,在安全生產、節能降耗等方面發揮了重要作用,設備和網絡表現出了很好的可維護性和可擴展性,鋼坯的產量和質量均有了穩步的提高。更為突出的是,工控系統與信息技術的結合,有效地實現了企業的規范化管理,帶來了巨大的經濟和社會效益。 參考文獻: 1.吳乃優等. DeviceNet網絡的通信原理 電氣傳動. 2000.6 2. ControlNet用戶手冊 3. ControlLogix EtherNet 通訊接口模塊用戶手冊 4. 甘永梅等. 現場總線技術及其應用 機械工業出版社. 2004年5月
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