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1 引言
隨著變頻器的不斷發(fā)展和推廣應(yīng)用，越來越多的場合需要對變頻器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊和監(jiān)控，過去多采用傳統(tǒng)的RS485/422接口采集實(shí)時信息，通過操作員界面修改參數(shù)。今天，由于網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，變頻器之間的通訊、變頻器實(shí)時監(jiān)控等功能已經(jīng)已經(jīng)演變成為數(shù)字化時代，帶數(shù)字接口的變頻器不但具有提供更多的數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)通信能力，而且還可以實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)在線優(yōu)化。
A-B公司生產(chǎn)的PowerFlex系列變頻器就是基于羅克韋爾自動化的NetLinx開放網(wǎng)絡(luò)體系，為DeviceNet、ControlNet和EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)提供一系列通用的特性和服務(wù)，并導(dǎo)致更低的所有生產(chǎn)者成本。當(dāng)用戶進(jìn)行控制、組態(tài)和采集數(shù)據(jù)的時候，可以很容易地管理從車間底層到頂層的信息并無縫地將它們成為一個完整的系統(tǒng)。它適用于DeviceNet、ControlNet、Universal RIO、RS485DF1、Profibus、interbus-S等網(wǎng)絡(luò)。其中控制層網(wǎng)絡(luò)（ControlNet）、設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)（DeviceNet）和信息層網(wǎng)絡(luò)（EtherNet）的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為羅克韋爾自動化公司最新開發(fā)出來的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，基于這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的ControlLogix系統(tǒng)將這種網(wǎng)絡(luò)思想體現(xiàn)的淋漓盡致。本文以下將介紹變頻器PowerFlex70在ControlLogix系統(tǒng)中的組態(tài)及其網(wǎng)絡(luò)功能，從而揭示PowerFelx系列變頻器的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)越性。
2 ControlLogix系統(tǒng)簡介
ControlLogix體系結(jié)構(gòu)是目前非常先進(jìn)的控制平臺，該控制平臺集成多種控制規(guī)程（如：時序、運(yùn)動、驅(qū)動、過程）。它所應(yīng)用的處理器核心為Logix5550。Logix5550具有強(qiáng)大的處理能力和靈活性，它支持一個ControlLogix機(jī)架上可以插入多個控制器、多個控制器可以穿越多個機(jī)架實(shí)現(xiàn)分布式控制、預(yù)定的處理器對處理器的通訊、多個處理器共享相同的I/O模塊和通訊模塊等眾多功能。ControlLogix背板是一種無源的總線，采用的是流行的生產(chǎn)者/消費(fèi)者技術(shù)，因此具有效率高、數(shù)據(jù)傳送準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)；另外ControlLogix背板是一個網(wǎng)關(guān)級的模塊，可以進(jìn)行各層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)化，因此可以通過一個普通的網(wǎng)卡便可以訪問其他各層網(wǎng)絡(luò)。如圖2.1為ControlLogix網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖 2.1 ControlLogix網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
ControlLogix系統(tǒng)的編程軟件為RSLogix5000，它向用戶提供強(qiáng)大的功能，具有高級診斷能力、可靠的通訊、靈活的編輯器、強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)庫編輯器、拖一放編輯功能以及方便易用的界面等優(yōu)點(diǎn)。
3 PowerFlex70三層網(wǎng)絡(luò)組態(tài)
3.1 信息網(wǎng)絡(luò)層（EtherNet）
信息層是整個控制系統(tǒng)的上層管理層，它采用開放性協(xié)議（IP協(xié)議）。不能把羅克韋爾信息層的以太網(wǎng)簡單的理解為局域網(wǎng)，可以將該層擴(kuò)展到整個互連網(wǎng)，位于該互連網(wǎng)上的任何一臺工作站，只要具備必需的軟件環(huán)境和適當(dāng)?shù)臋?quán)限，都可以把控制程序遠(yuǎn)程下載到工業(yè)現(xiàn)場的編程控制器中，實(shí)現(xiàn)對底層設(shè)備進(jìn)行控制。
在羅克韋爾三層網(wǎng)絡(luò)組態(tài)中，使用RSLinx軟件，增加一個新的以太網(wǎng)型設(shè)備驅(qū)動器NEU_RALab，然后在Host Name名中輸入遠(yuǎn)程的以太網(wǎng)模塊的IP地址，就可以瀏覽到遠(yuǎn)程系統(tǒng)位于各層網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備。在ControlLogix系統(tǒng)編程軟件RSLogix5000組態(tài)時，需要添加1756ENB或1756ENET模塊，然后命名并設(shè)置其所在槽號。這一切以硬件連接正確為前提，模塊類型要與實(shí)際相匹配，另外槽號和實(shí)際連接的槽號相符。然后組態(tài)模塊端口，在剛添加的模塊屬性里的“Port Configuration”選項(xiàng)清除“Enable Bootp”選項(xiàng)并添上IP地址、子網(wǎng)屏蔽、網(wǎng)關(guān)地址等。
3.2 控制網(wǎng)絡(luò)層（ControlNet）
ControlNet網(wǎng)絡(luò)
控制網(wǎng)是由控制網(wǎng)國際有限公司（ControlNet International,Ltd.）首先提出來的一種開放式網(wǎng)絡(luò)。羅克韋爾自動化公司的設(shè)計(jì)之初就提出了三層網(wǎng)絡(luò)的概念，上層信息用于全廠的數(shù)據(jù)采集和程序維護(hù)；中層自動化和控制層實(shí)現(xiàn)實(shí)時I/O的控制、控制器的互鎖和報(bào)文的傳送；底層設(shè)備網(wǎng)用于底層設(shè)備的低成本、高效率的信息集成。其中控制網(wǎng)通訊采用當(dāng)今流行的生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式，該模式采用多信道廣播式，網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)同步，信息吞吐量大，速度快，網(wǎng)絡(luò)效率高；因此控制網(wǎng)具有高速、高度確定和可重復(fù)性的網(wǎng)絡(luò)，特別適用于對時間苛刻要求的復(fù)雜應(yīng)用場合的信息傳輸。
PowerFlex70的控制網(wǎng)組態(tài)
變頻器PowerFlex70具有一種稱為SCANport的通信接口，通過此接口連接一個信息轉(zhuǎn)換模塊，可以接入ControlNet網(wǎng)絡(luò)端。信息轉(zhuǎn)換模塊的功能是將變頻器數(shù)據(jù)和處理器的輸入/輸出數(shù)據(jù)相映射連接，以達(dá)到數(shù)據(jù)通訊的目的。在ControlLogix系統(tǒng)中，我們采用1203-CN1信息轉(zhuǎn)換模塊，具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖 3.2.1PowerFlex在ControlNet中的連接
在連接好硬件后，需要利用RSNetWorx軟件對諸如網(wǎng)絡(luò)刷新時間、最大預(yù)定節(jié)點(diǎn)數(shù)、非預(yù)定節(jié)點(diǎn)數(shù)以及介質(zhì)是否冗余等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行組態(tài)，同時還要組態(tài)每個節(jié)點(diǎn)，以定義它向主/從網(wǎng)絡(luò)發(fā)送/接受什么的數(shù)據(jù)，以及組態(tài)節(jié)點(diǎn)為主、多主、對等或多信道廣播通信方式。這些工作做好之后，使用RSLinx軟件對重新網(wǎng)絡(luò)掃描，可以從界面上看到1203-CN1模塊。為了使變頻器和處理器之間建立良好的數(shù)據(jù)通訊，需要使用軟件RSNetWorx for ControlNet進(jìn)行數(shù)據(jù)組態(tài)。
1203-CN1模塊有數(shù)據(jù)鏈（Datalink）和報(bào)文兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。因此我們應(yīng)該按此模塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，報(bào)文結(jié)構(gòu)主要用于對輸入數(shù)據(jù)或輸出數(shù)據(jù)不需要連續(xù)刷新的情況，因而它適用于對變頻器參數(shù)實(shí)時監(jiān)控要求不高的場合。在ControlLogix系統(tǒng)中采用數(shù)據(jù)鏈結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖 3.2.2 數(shù)據(jù)鏈結(jié)構(gòu)
1203-CN1模塊和變頻器各有4個數(shù)據(jù)鏈A、B、C、D，每個數(shù)據(jù)鏈在處理器的輸入和輸出映像表中占用2個字，如A數(shù)據(jù)鏈在輸入映像表中占用字2和字3。可通過通信模塊的撥動開關(guān)來選通/截止某個數(shù)據(jù)鏈，如此，可通過數(shù)據(jù)鏈方式，PLC處理器每次可對變頻器讀或?qū)?―8個字的數(shù)據(jù)信息。實(shí)際上數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)是要傳送數(shù)據(jù)信息的指針。對于變頻器來說，如要傳送某個參數(shù)，則指針為該參數(shù)的參數(shù)號。所以必須在變頻器中對各個數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行組態(tài)，即決定數(shù)據(jù)鏈指向哪個參數(shù)。
3.3 設(shè)備網(wǎng)絡(luò)層（DeviceNet）
3.3.1 DeviceNet網(wǎng)絡(luò)
設(shè)備層是羅克韋爾三層網(wǎng)絡(luò)中的最底層網(wǎng)絡(luò)，它的功能是將工業(yè)現(xiàn)場的最底層設(shè)備直接連接到車間控制器上。
DeviceNet通訊連接是建立在控制器局部網(wǎng)（CAN）之上的，也基于最先進(jìn)的生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式的一種網(wǎng)絡(luò)形式。它使得控制數(shù)據(jù)對于該網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都可用，最有效的利用了網(wǎng)絡(luò)的帶寬。DeviceNet上的設(shè)備可以隨時連接或斷開，而不會影響網(wǎng)上其他設(shè)備的運(yùn)行，方便維護(hù)和減少維修費(fèi)用，也便于系統(tǒng)的擴(kuò)充和改造。
3.3.2 PowerFlex70的設(shè)備網(wǎng)組態(tài)
實(shí)際上，PowerFlex70的通訊端口為串口，它將串口通訊分作5個通道以用為外部通訊，每個通道都對應(yīng)不同的通訊設(shè)備，因此具有豐富的通訊方法，從而做到了對不同場合不同用途下的通用型與適應(yīng)性。下面圖表對5 個通道進(jìn)行說明。
連接端口 說明
① DPI端口1 機(jī)箱內(nèi)安裝時HIM連接。
② DPI端口2 手持或遠(yuǎn)程器件電纜連接。
③ DPI端口3或1 連接到DPI端口2的分配電纜，提供一個附加端口。
④ 控制/功率單元連接 控制與功率單元板間連接。
⑤ DPI端口5 通信適配器的電纜連接。
在控制網(wǎng)上使用的SCANport是DPI端口2，而DPI端口5允許用戶添加網(wǎng)絡(luò)適配器與變頻器進(jìn)行通訊，這樣變頻器的參數(shù)更改和監(jiān)控功能都將通過一條電纜在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行。因此在ControlLogix中，在DPI端口5增加一個A-B公司的20-COMM-D網(wǎng)絡(luò)適配器與DeviceNet連接。
完成好變頻器與ControlLogix的設(shè)備網(wǎng)模塊硬件連接后，需要進(jìn)行對網(wǎng)絡(luò)適配器的硬件設(shè)定。網(wǎng)絡(luò)適配器的硬件設(shè)定由兩部分構(gòu)成，一個用來設(shè)置變頻器在DeviceNet網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)號；另一個用來設(shè)置變頻器網(wǎng)絡(luò)通訊的傳輸速率。
PowerFlex70網(wǎng)絡(luò)適配器的節(jié)點(diǎn)地址由個位和十位兩個開關(guān)來設(shè)定，允許設(shè)定的范圍是0～63。如果數(shù)據(jù)傳輸速率開關(guān)打到PGM狀態(tài)，那么變頻器的節(jié)點(diǎn)地址將由軟件來設(shè)定。數(shù)據(jù)傳輸速率可設(shè)定為AUTO、125K、250K、500K和PGM幾種。AUTO的意思是適配器傳輸速率由其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備確定，顧網(wǎng)絡(luò)中另外一個設(shè)備必須設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸速率；PGM為軟件編程設(shè)定。
PowerFlex70的DeviceNet通訊需要通過兩個部分的組態(tài)來完成。一個是適配器的組態(tài)，另一個是網(wǎng)絡(luò)掃描器的組態(tài)。變頻器將網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過20個字（輸入輸出各10個）與適配器進(jìn)行通訊，適配器再將數(shù)據(jù)通過I/O映像的方式將數(shù)據(jù)保存在網(wǎng)絡(luò)掃描器中。而掃描器中的數(shù)據(jù)可以在程序中直接進(jìn)行監(jiān)控，這樣就實(shí)現(xiàn)了通過DeviceNet網(wǎng)絡(luò)與變頻器進(jìn)行通訊。下圖為I/O映像表：
用戶可以利用HIM人機(jī)界面來對適配器組態(tài)，也可以使用軟件RSNetWorx for DeviceNet組態(tài)。HIM是PowerFlex70的一個面板控制，具有良好的人機(jī)界面，可以直接人機(jī)對話，并且功能強(qiáng)大。
組態(tài)完網(wǎng)絡(luò)適配器與掃描器之后，變頻器通過網(wǎng)絡(luò)適配器已經(jīng)與處理器Logix5550建立了連接，但還需要進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，即用戶通過更改變頻器參數(shù)來自行定義將從哪些參數(shù)中讀取數(shù)據(jù)和向哪些參數(shù)中寫數(shù)據(jù)。PowerFlex70的“Datalinks”參數(shù)組提供給用戶將網(wǎng)絡(luò)輸入輸出通道與參數(shù)進(jìn)行連接的方法。用戶只需要在相應(yīng)的參數(shù)值中寫下需要輸入輸出的參數(shù)編號，然后下載到網(wǎng)絡(luò)適配器中即可。
4 結(jié)束語
本文介紹了PowerFlex70在先進(jìn)的工業(yè)三層網(wǎng)絡(luò)ControlLogix系統(tǒng)中如何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接與組態(tài)的方法。通過對PowerFlex70串口通訊的設(shè)計(jì)，結(jié)合ControlLogix網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)越特性，可以看到變頻器PowerFlex70強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。多種途徑的網(wǎng)絡(luò)功能，使得用戶可以任意選擇，繁簡自選，從而也適應(yīng)了市場的要求。另外，變頻器PowerFlex70不僅通訊功能強(qiáng)大，而且其控制功能也并非遜色，限于篇幅，這里不在闡述。
參考文獻(xiàn)
1 User Manual for PowerFlex DeviceNet Adapter of Allen-Bradley
2 王曉初 吳乃優(yōu) 基于ControlNet網(wǎng)絡(luò)的變頻器參數(shù)實(shí)時監(jiān)控 廣東工業(yè)大學(xué)
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號