一、基于DeviceNet的自動化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
隨著現(xiàn)場總線和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已由單一的“集中式”(DCS)、“分層式”(MAP)，發(fā)展到現(xiàn)在的多層開放的混合結(jié)構(gòu)體系。羅克韋爾公司提出了三層網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系，由設(shè)備層 (DeviceNet)、控制和自動化層 (ControlNet)、信息層 (EtherNet)組成，如圖 1所示。DeviceNet是基于現(xiàn)場總線技術(shù)的工業(yè)標準開放網(wǎng)絡(luò)，用于簡單的低層工業(yè)裝置 (傳感器、拖動裝置、閥門、開關(guān)等 )與高層設(shè)備 (計算機、PLC)之間提供連接?？刂坪妥詣踊瘜邮且粋€開放型的現(xiàn)代化控制網(wǎng)絡(luò)，它滿足連接PLC處理器、I/O、計算機、操作員界面以及其他智能設(shè)備所需的實時、高信息吞吐量應(yīng)用的要求。通過使用生產(chǎn)者 /用戶模式，控制網(wǎng)絡(luò)具備I/O網(wǎng)絡(luò)和對等網(wǎng)絡(luò)的功能，同時也提供這兩個網(wǎng)絡(luò)的高速性能。ControlNet是一種高速確定性網(wǎng)絡(luò)，它作為控制器和I/O設(shè)備之間一條高速通信鏈路 (數(shù)據(jù)傳輸速度達5Mb/ｓ)，為對等通信提供實時控制和報文傳送服務(wù)。它對于同一鏈路上的I/O、實時互鎖、對等通信報文傳送和編程操作，均具有相同的帶寬；對于離散和連續(xù)過程控制，均具有確定性和重復(fù)性；可對輸入數(shù)據(jù)和對等通信數(shù)據(jù)進行多信道廣播。信息層采用現(xiàn)在最流行的以太網(wǎng)，它將控制系統(tǒng)與監(jiān)視和信息管理系統(tǒng)集成起來。通過以太網(wǎng)，用于監(jiān)控的可編程控制器、工業(yè)計算機工作站以及高級商用計算機系統(tǒng)可以存取設(shè)備層和控制層的生產(chǎn)現(xiàn)場信息，這樣的信息可用于數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、計劃管理、統(tǒng)計質(zhì)量控制、遠程設(shè)備維護、生產(chǎn)流程以及物料跟蹤等。

二、DeviceNet網(wǎng)絡(luò)特點
在現(xiàn)代的控制系統(tǒng)中，不僅要求現(xiàn)場設(shè)備完成本地的控制、監(jiān)視、診斷等任務(wù)，還要能通過網(wǎng)絡(luò)與其他控制設(shè)備及PLC進行對等通信，因此現(xiàn)場設(shè)備多設(shè)計成內(nèi)置智能式。基于這樣的現(xiàn)狀，美國RockwellAutomation公司于 1 994年推出了DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)低成本高性能的工業(yè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)互連。DeviceNet具有如下特點：
（1）DeviceNet基于CANBUS技術(shù)，它可連接開關(guān)、變頻調(diào)速設(shè)備、固態(tài)過載保護裝置、條形碼閱讀器、I/O和人機界面等，傳輸速率為 125～ 500kb/ｓ，每個網(wǎng)絡(luò)的最大節(jié)點數(shù)是64個，干線長度 100～500m。
（2）DeviceNet使用的通信模式是 :生產(chǎn)者 /客戶(Producer/Consumer)。該模式允許網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點同時存取同一源數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)通信效率更高；采用多信道廣播信息發(fā)送方式，各個客戶可在同一時間接收到生產(chǎn)者所發(fā)送的數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)利用率更高。生產(chǎn)者 /客戶模式與傳統(tǒng)的“源 /目的”通信模式相比，前者采用多信道廣播式，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點同步化，網(wǎng)絡(luò)效率高；后者采用應(yīng)答式，如果要向多個設(shè)備傳送信息，則需要對這些設(shè)備分別進行“呼”、“應(yīng)”通信，即使是同一信息，也需要制造多個信息包，這樣，增加了網(wǎng)絡(luò)的通信量，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度受限制，難以滿足高速的、對時間苛求的實時控制。
（3）設(shè)備可互換性。各個銷售商所生產(chǎn)的符合DeviceNet網(wǎng)絡(luò)和行規(guī)標準的簡單裝置 (如按鈕、電機起動器、光電傳感器、限位開關(guān)等 )都可以互換，為用戶提供靈活性和選擇性。
（4）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)備的運行，方便維護和減少維修費用，也便于系統(tǒng)的擴充和改造。
（5）DeviceNet上網(wǎng)的設(shè)備安裝比傳統(tǒng)的I/O布線更加節(jié)省費用，尤其是當(dāng)設(shè)備分布在幾百米范圍內(nèi)時，更有助于降低布線安裝成本。
（6）利用RSNetworkfor DeviceNet軟件可方便地對網(wǎng)上設(shè)備進行配置、測試和管理。網(wǎng)上設(shè)備以圖形方式顯示工作狀態(tài)，一目了然。
三、變頻器與DeviceNet的連接

DeviceNet變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2所示，各種拖動裝置通過DeviceNet通信模塊 1203GK5(也可選擇內(nèi)置式的 1336GM5通信模板 )連接到DeviceNet上，可編程控制器通過掃描模塊SDN去獲取網(wǎng)上信息及控制網(wǎng)上設(shè)備；而運行RSNetworkfor DeviceNet軟件的個人計算機，則可通過接口模塊KFD去組態(tài)及管理網(wǎng)絡(luò)。1305、1336、1557是幾種不同系列的變頻器，可直接控制電動機的運行狀態(tài)，如啟停、加減速、調(diào)速、故障診斷、保護等。PanelView是人機界面操作終端，它可取代現(xiàn)場的開關(guān)按鈕、顯示儀表等；通過PanelBuilder軟件組態(tài)，建立Tag與PLC數(shù)據(jù)文件交換信息，實現(xiàn)對網(wǎng)上設(shè)備操作、狀態(tài)顯示、故障報警等功能。DeviceNet掃描器作為PLC和現(xiàn)場設(shè)備之間的接口，其作用是進行設(shè)備數(shù)據(jù)的采樣和格式轉(zhuǎn)換。當(dāng)用RSNetworkfor DeviceNet軟件將網(wǎng)上某些設(shè)備指定由具體的一臺掃描器監(jiān)控后，該臺SDN所屬的PLC處理器運行時，SDN依次掃描各設(shè)備，采樣其參數(shù)，轉(zhuǎn)換成PLC接受的數(shù)據(jù)格式供PLC處理器讀取，并將PLC處理器處理后的輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成各設(shè)備可以接受的格式。這種將傳統(tǒng)的PLC的循環(huán)掃描工作分成專司數(shù)據(jù)處理的處理器和負責(zé)數(shù)據(jù)采集、發(fā)送、緩沖及格式轉(zhuǎn)換的掃描器的方式，能使整個系統(tǒng)維護方便，通用性加強；同時，處理器和掃描器并行工作也使處理器的輸出對輸入的響應(yīng)時間縮短，有利于實現(xiàn)實時閉環(huán)控制。
四、DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上變頻器的控制

圖3是PLC5通過掃描器、DeviceNet接口模塊和1336Plus變頻器進行數(shù)據(jù)交換的示意圖。信息交換有兩種方式 :一種是通過映射 (MAP)，最多允許 10個字的輸入和 10個字的輸出；映射方式可將網(wǎng)上多臺設(shè)備的某些信息映射到掃描器的同一緩沖區(qū)間，再通過塊傳送指令與PLC交換，也就是說，PLC通過同一條塊傳送指令就可實現(xiàn)對網(wǎng)上多臺設(shè)備的操作。另一種是對確定信息 (explicitmessage)的交換，如對變頻器參數(shù)的讀寫等，是使用 64個字長的BTR和BTW指令直接對網(wǎng)上設(shè)備進行操作；這種方式只能是針對某一臺設(shè)備，但可交換該設(shè)備所有信息。圖3PLC5和1336Plus變頻器數(shù)據(jù)交換圖圖 3中，映射輸出Word 0包括啟動、停止、清錯、正反轉(zhuǎn)、加減速、選擇哪個頻率作設(shè)定頻率等控制位，設(shè)置對應(yīng)的位就可使變頻器實現(xiàn)相應(yīng)的動作； Word 1存放的是變頻器設(shè)定工作頻率。映射輸入Word 0將變頻器使能、達速、運行、加減速、出錯等狀態(tài)信息反饋給PLC； Word 1存放的是變頻器實際工作頻率。Datalink A～D和變頻器上的Data In/Out A～D對應(yīng)，由變頻器設(shè)定哪些參數(shù)與其連接，從而實現(xiàn)PLC對這些參數(shù)的讀寫；將變頻器的常用監(jiān)控參數(shù)，如加減速時間、多個預(yù)置頻率、實際輸出電流電壓、故障代碼等參數(shù)設(shè)定到Data In/Out上，則結(jié)合Word 0和Word 1，通過映射方式，PLC對變頻器就可實現(xiàn)一般功能的監(jiān)控。PLC對掃描器映射信息的讀寫是通過BTR、BTW指令實現(xiàn)的，而塊傳送指令則以字長為標記去識別掃描器緩沖區(qū)不同區(qū)間的映射信息的；對 1771 SDN來說，映射緩沖區(qū)總共有 6組，357個字長的輸入和 357個字長的輸出可供使用，分配給DeviceNet上不同的設(shè)備。綜上所述，只要使用RSLogix 5對PLC進行編程， RSNetworkfor DeviceNet對掃描器和變頻器進行組態(tài)， PanelBuilder對PanelView進行組態(tài)，就可將DeviceNet上獨立的PLC、變頻器、操作終端構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對變頻器的運行狀態(tài)、運行參數(shù)進行監(jiān)測、控制和優(yōu)化。DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上的實時參數(shù)可以在ControlNet上共享，用先進控制算法進行優(yōu)化；它還可以在以太網(wǎng)上共享所有變頻器的運行狀態(tài)和參數(shù)等數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)變頻器的集成控制。它們已經(jīng)應(yīng)用在供水系統(tǒng)、消費品生產(chǎn)和冶金等行業(yè)上。