第5章远程IO连接及PLC通信网络组态.ppt

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 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 DeviceNetwork Control DeviceNetwork Dev InformationNetwork 传统控制平台 Peer to PeerNetwork Controller Proxy Control DeviceNetwork Controller Computer Dev Dev Controller B B DeviceNet ControlNet EtherNet IP B CIP CIP B CIP CIP CIP体系结构 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 CIP技术基础 Producer Consumer 源 目的地模式通常又称之为 主 从 模式 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 www odva org 5 2DeviceNet及其应用 1 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 ODVA 累计分支线限制156m 125Kbaud78m 250Kbaud39m 500Kbaud Maximumof6meach 线缆最大拓扑距离 波特率100m细缆500m 125Kbps 粗 250m 250Kbps 粗 100m 500Kbps 粗 4Km带中继器 最大节点数单个子网64个节点 线缆介质 屏蔽双绞线 1对通讯线和1对电源线 1根屏蔽粗缆 主干或者分支细缆 主干或者分支扁平电缆 主干线 分支线连接单分支菊花链型连接分支支线 设备连接器T 型头0 分支 终端电阻120 网络主干线双端终端电阻 网络电源24v直流总线供电主干线电流最大8安培分支线电流最大3安培 报文服务类型生产者 消费者高速输入输出编程组态诊断 2 DeviceNet设备网网络技术规格 3 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 DeviceNet介质元件 细缆系统 DeviceNet介质元件 扁平电缆系统 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 RSNetworxforDeviceNet DeviceNet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 www controlnet org 5 3ControlNet及其应用 距离500米典型距离30km带中继器 单段网络节点数99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 3 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 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 5 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ControlLogix RPA RPFS RPA RPFS RPA RPFM 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 环网光纤集线器模块 可达10km 1784 RPFRXL 超长距离 环网光纤集线器模块 可达20km 中继器选择指南所有需要中继器的场合都需要配置适配器模块 StarterBlock 每个适配器上最多可以连接4个模块同轴电缆网段作为标准网段 距离 分支等 单个网络系统最大节点数仍为99 并非指网桥 RPFM 光纤网段 点到点 至其他ControlNet产品 RPFS RPFM RPA 1336T变频器 1336T变频器 RPCD I O I O 同轴电缆网段 同轴电缆网段 同轴电缆网段 1336T变频器 PLC或者ControlLogix PLC或者ControlLogix ControlNet网络优势 高速确定性确定性数据传输 知道数据到达的时间 有预约的服务 Scheduledservices 可重复的数据传输 不论网络上节点设备的多寡 传输的时间是不变的冗余可选介质冗余处理器冗余适应工业应用的物理介质适应高噪声环境 同轴电缆或者光纤连接 本安型介质和产品 防爆型分布式I O模块FlexEx 光纤中继器 被动型介质节点加入 退出网络都不会影响系统的运行支持主干 分支拓扑结构 1756 CNB连接 1756 CNB支持多达64个连接为I O使用所有这些连接防止您在相同的模块上执行消息传递或程序终端操作模块将会为I O数据使用大部分的带宽 而为信息数据保留小部分的时间建议限制CNB的连接数为20个连接ControlLogix背板可以接受连接到相同网络电缆的多个CNB增加更多的CNB模块可以提高您的系统性能 优化1756 CNB的通讯 1756 CNB可以用于控制I O或传输信息RSLogix5000支持CNB的三种不同的通讯格式 机架优化 用于控制数字量I O 缺省的 只听的机架优化 用于监视数字量I O无 用于模拟量或信息传输建议如果框架中的CNB不包含数字量I O 把CNB的通讯格式组态为 无 否则 使用 机架优化 机架优化 CNB机架优化会把框架中所有数字量I O模块的信息合并到一个单独的连接在Logix程序中单独的I O模块标签会变成CNB的机架映像的别名机架优化的好处对于在大框架中有较少数量的数字量模块 使用机架优化连接会比使用直接连接要好一些满框架信息可能要比较少数量的模块需要更多的系统带宽用于通讯如果您要限制控制器和网络的连接数量 机架优化是首选的减少需要控制器和网络管理的连接数量然而 可能需要额外的网络带宽用于通讯数据 5 4EtherNet IP工业以太网 1 EtherNet IP概述技术规格由ODVA和CI拥有并进行管理面向工业应用主要的现场总线协议组织正式认可并支持工业以太网协会 美洲 IndustrialEthernetAssociation IEA 工业自动化开放网络协会 欧洲 IndustrialAutomationOpenNetworkingAssociation IAONA 以标准以太网技术为基础标准的IEEE802 3以太网规定电缆和网络服务TCP IP协议簇 suite 规定报文的收发和互联网连接方法应用层采用CIP协议 和DeviceNet ControlNet相同 ARP IP RARP ICMP OSPF TCP FTP HTTP BOOTPDHCP SMTP SNMP IGMP IGRP 许多协议所支持的大量不同的功能都集中在办公室和普通商业应用级别的通讯服务上 以太网的历史 之一 IEEE802 3以太网 UDP ARP IP RARP ICMP OSPF TCP FTP HTTP BOOTPDHCP SMTP SNMP IGMP IGRP 以太网的历史 之二 IEEE802 3以太网 UDP 工业控制中 真正所需要的是一种 标准的 应用层协议 满足实时控制等的要求 控制与信息协议 ControlandInformationProtocol CIP 在这种背景下应运而生 UDP ARP IP RARP ICMP OSPF TCP FTP HTTP BOOTPDHCP SMTP SNMP IGMP IGRP EtherNet IP协议栈 Stack 概述 IEEE802 3以太网 EN50170标准IEC61158标准 EtherNet IP物理层实例 以太网交换机 1756 ENBT 其他设备 要实现可预估性能的必要条件 IT网络和控制环境的隔离以太网交换机100Mb百兆以太网全双工通讯 EtherNet IP网络的优势 有效的数据传输波特率 10 100Mb 应用交换机 全双工数据传输 减少网络信息的冲突 碰撞 与办公用以太网隔离采用现成的商用产品和技术同一套安装和支持工具非常成熟的网络标准 接受程度比较高可以充分利用产品的网页浏览功能介质选择主动型总线介质 支持星型拓扑适应噪声环境 采用光纤 采用多种类型的交换机 方便地扩展网络长度 铜缆或者光纤 密封型介质 IP67 设备应用描述AppProfiles 行程开关 阀 传动装置 马达保护装置 其他 Lay7应用层 Lay2数据链路层 Lay1物理层 Lay3网络层 Lay4传输层 EtherNet物理层 EtherNetCSMA CD IP TCP UDP ControlNet DeviceNet FF ControlNet物理层 ControlNetCTDMA CANCSMA NBA DeviceNet物理层 封装 ControlNet传输 DeviceNet传输 CIP数据管理服务显式报文 ExplicitMessages I O报文CIP报文路由 连接管理 ConnectionManagement Produce Consumer EtherNet IP 三层网络协议小结 网络组态软件 三层网络组态软件共同的外观与使用体验RSNetWorxforDeviceNetRSNetWorxforControlNetRSNetWorxforEtherNet IP用于网络和设备组态 RSNetWorxforxxxNetMDRSNetWorxforxxxNet软件配合使用的网络维护维护与诊断子系统 可选件 提供网络运行状况完好性综合评估报告提取诊断信息归纳为三种状况 正常 NORMAL 警告 WARNING 出错 ERROR 自动连续记录100秒或者1000秒的设备诊断信息 找出错误并帮助排查错误 能力 RSNetWorxforxxxNetMD软件的运行 找到故障位置 解释故障原因 指导用户进行故障排查 协助修复故障 5 5网络选择及编程实现 1 选择网络的若干标准 应用的复杂性拓扑节点数量长度布局I O点密度产品可用性来自多个厂商具体设备类型性能介质选择同轴电缆 光纤网络供电形式成本 技术先进性MTTR 平均恢复时间 桥接 路由能力网络组态配置系统诊断网络节点培训支持能力故障排查工具支持机构协会 Consortia 公司标准化 CIP网络选择 DeviceNet ControlNet 混合选择满足具体的应用要求 应用1 应用2 应用3 应用4 应用5 应用6 2 Logix系统中相关网络的通信模块DeviceNetControlLogix1756 DNB模块ConpactLogix1769 SDN模块FlexLogix1788 DNBO通信卡ControlNetControlLogix1756 CNB CN2 R 模块ConpactLogix1769 L32C L35CR自带FlexLogix1788 CNC CNF通信卡EtherNet IPControlLogix1756 ENET ENBT EN2T EN2F模块ConpactLogix1769 L32E L35E自带FlexLogix1788