DeviceNet配置与通信实验系统

李凤阁，林景波，郑彦明

(哈尔滨工业大学 电气工程及其自动化实验中心,哈尔滨 150001)

0 引 言

DeviceNet是一种面向对象的开放式设备级网络，它将工业现场的智能设备与控制器直接连接，集成为分布式控制系统，减少了现场I/O接口和布线数量，并将控制功能直接下放到现场设备[1-4]。本文结合罗克韦尔的通用工业协议(Common Industrial Protocol,CIP)与ControlLogix控制系统开发了DeviceNet配置与通信实验系统[5]，并在教学实践中得以应用。

1 实验系统硬件及软件

1.1 实验系统硬件构成

DeviceNet网络配置与通信实验系统采用了自动化领域最先进的CIP网络架构，教室中的局域网计算机都可以用EtherNet直接通过1756-ENBT以太网模块访问ControlLogix框架上的所有模块，并可在此基础上实现远程操作、远程编程、远程网络配置等功能[6]。

系统硬件结构如图1所示，包括：计算机、1756-A10机架、1756-PA2电源模块、0号槽1756-L55控制器、1号槽1756-ENBT模块、5号槽的1756-IB16数字量输入模块、6号槽1756-OB16数字量输出模块。3号槽DeviceNet扫描器模块(1756-DNB)作为主站节点[7]，连接如图1所示的5个从站设备，为DeviceNet供电的24 V直流电源连接到1785分接器上。系统可以进行ControlLogix逻辑控制编程和DeviceNet网络配置与通信实验。

图1 系统硬件结构

1.2 实验系统软件

本实验所用软件：Windows 7操作系统；RSLinx V3.60通信工具软件，用于建立计算机与Rockwell硬件的通信驱动，以及软件之间的接口；RSLogix5000 编程软件用于ControlLogix控制器编程及程序监视；RSNetworx For DeviceNet 32位图形化网络组态工具软件，提供了网络组态所需要的信息和工具，并具有在线和离线组态的功能。

2 PLC基本编程实验

PLC是现场总线典型的应用场合，要深入了解现场总线技术及其应用，首先应当掌握PLC及其应用技术[8]。通过编制一个简单的ControlLogix PLC程序，学习系统I/O模块配置及梯形图程序的编写方法，掌握PLC基本控制逻辑及应用，进行程序上/下载和监控的操作，为进行DeviceNet通信配置实验打基础。

2.1 通信配置

本实验中ControlLogix控制系统通过EtherNet模块连接到实验室局域网上，需用RSLinx建立计算机和ControlLogix系统之间的通信。在计算机RSLinx软件Configure Drivers界面选择“Ethernet/IP”驱动程序，在EtherNet配置界面选择与控制系统相连的网络接口模块，即可实现计算机与ControlLogix系统1756-A10机架内所有模块的通信，并可通过CIP访问DeviceNet，[9]如图2所示，计算机可以直接与1756-DNB模块下的DeviceNet通信。还可以看到所连接设备的站点号、连接状态、设备属性等信息。

图2 RSLinx通信界面

2.2 控制器与I/O配置

用RSLogix5000软件创建一个新的工程项目，首先要选择一个控制器及其驻留的机架和槽号。根据图1的硬件配置选择1756-L55控制器，并为控制器命名，选择固件版本号，驻留在1756-A10机架，0号槽，最后选择所创建的工程项目存储的位置进行保存[10]。

为了实现控制器对外部I/O的控制，还要将系统5号槽的输入、6号槽的输出模块和3号槽的DeviceNet扫描器模块配置给控制器，配置时需输入模块实际所在的物理槽号、选择模块通信模式和匹配的电子钥匙，并为模块命名，然后根据模块的作用设置与控制器通信的请求数据包时间间隔。为了防止信号干扰，对于输入模块还可以设置信号上升沿和下降沿的滤波时间。输出模块可以对每个通道单独配置其在控制器故障或编辑状态时的输出状态，还可以用故障锁存功能设置核实清楚故障信号[11]。

2.3 编制梯形图控制程序

编写一个实现指示灯和电动机正反转控制的梯形图程序，这里将与5号槽输入模块的2号输入端连接的常闭触点按钮定义为电动机停止按钮，与3号和4号输入端连接的常开触点按钮分别用作电动机的正转和反转控制按钮。用与6号槽输出模块的3号和4号输出端连接的指示灯模拟电动机的正转和反转控制继电器。由于ControlLogix采用了别名标签(Alias)技术，使得软件设计和硬件设计可以同步进行，例如在编制电动机控制程序时，可以先定义一个“Motor_FRW_Start”内部变量标签用于电动机正转启动控制，这时该变量和硬件是没有关联的，在系统硬件配置完成后，再用别名标签的方式将其与真正控制电动机正转的按钮local:5:I.Data.3相关联[12]。如图3所示。

图3 电动机控制别名标签的定义

编制完成的梯形图程序如图4所示，梯级0用了常开触点指令(XIC)，即输入信号有效，则输出激励指令 (OTE)有效，这里是按下与5号槽0号输入端(local:5:I.Data.0)连接的常开按钮，使与6号槽0号输出端(local:6:O.Data.0)连接的指示灯点亮的操作。梯级1用了常闭触点指令(XIO)，实现的功能与梯级1相反，即按下按钮时1号指示灯熄灭。梯级2和梯级3因为使用了别名标签，增加了梯形图的可读性，每个标签对应的实际物理地址如图3所示，Motor_Stop标签对应的2号输入端连接的常闭按钮，因此梯级3和梯级4的停止控制都用了一个常开触点指令(XIO)。

图4 梯形图逻辑控制程序

3 DeviceNet配置

ControlLogix控制器要想与DeviceNet上的设备通信，首先要用RSNetWorx For DeviceNet软件对网络上的节点进行参数配置。

3.1 DeviceNet节点号配置

RSNetWorx For DeviceNet软件通过1756-ENBT 模块与1756-A10机架上的1756-DNB模块通信进而访问DeviceNet上的所有节点设备，通信完成后的软件界面如图5所示，这时可以直接点击设备，在设备属性界面设置参数，这里将42EF-D1LDAK-F5光电开关、855T塔灯、871TM-D5ED18-D5接近开关分别设置为1、3、5号节点。1791D-8B8P开关量输入输出模块和1792D-4BVT4D 4输入/4输出分接器(口2连接872C-DH2NP8D4 接近开关)则由设备本身的开关分别设置为2和4号节点。

图5 实验系统DeviceNet上的设备

3.2 配置DeviceNet扫描器

1756-DNB DeviceNet扫描器作为设备网上的主设备与ControlLogix控制器及DeviceNet上的设备通信，完成管理网络通信、保存配置数据、与设备进行双向数据传输、监控设备的运行状态等功能[13]。配置时双击图5中的1756-DNB/A模块，会弹出模块属性对话框。常规属性(General)显示模块的名称、节点地址、生产厂家、版本号等信息；模块(Module)设置模块所在槽号(Slot)，这里根据图1设置为3；扫描列表(Scanlist)对话框，左侧的有效设备列表中按设备节点号的顺序，列出了与1756-DNB设备网络扫描器模块连接的所有设备，与图5是一致的。

此时扫描列表对话框的右侧Scanlist是空的，这时分别点击输入列表(Input)和输出列表(Output)，都是空的，这说明此时DeviceNet上设备的I/O数据与扫描器的I/O数据表没有关联。可以通过点击》符号按钮，将设备的I/O数据配置到扫描器的I/O数据表中，再分别点击Input和Output菜单可见设备的I/O数据在相应的列表中。说明网络节点上的I/O数据已经映射到1756-DNB扫描器的I/O数据表中。总览(Summary)对话框可以在一个界面总览I/O的全部信息，扫描列表配置前后的总览对话框如图6所示，图中上部是配置之前的对话框，只有一个1756-DNB模块，而配置完成后能够看到节点上的所有设备及其输入(I)和输出(O)数据大小。

图6 配置前后1756-DNB属性Summary对话框

3.3 配置DeviceNet节点I/O参数

DeviceNet的I/O参数可以选择位选通(Strobed)、轮询(Polled)和状态改变/周期(COS/Cycle)3种I/O触发方式，本实验中光电开关01和871TM接近开关05选择Strobed方式；1791D-8B8P开关量I/O模块02选择COS方式；塔灯03和1492D-4BVT4D 4输入4输出模块选择Polled方式。DeviceNet上的设备数据是以字节为单位的，配置时要注意每个设备的数据大小[14]。

3.4 配置DeviceNet扫描器I/O数据表

为了便于理解程序，设置01-05号节点的I/O数据依次映射到扫描器的1-5号I/O数据表。配置结果如图7所示，1号和5号节点没有输出数据，所以其输出数据表示空的。

图7 配置的1756-DNB Input和Output数据表

4 编制DeviceNet控制程序

DeviceNet上的所有节点配置完成后，其I/O数据都映射到3号槽1756-DNB的I/O映像表中，Controllogix梯形图程序只需访问3号槽的I/O数据就可以实现对DeviceNet上设备的控制。编制一个控制程序，要求：光电开关(01)和872C接近开关(04)分别控制塔灯(03)2层指示灯，871TM模拟量接近开关(05)的测距数据通过1791-8B8P(02)的输出8位指示灯显示。编程方法与2.3是一样的，这里只需在I/O配置时将设备网络扫描器模块1756-DNB配置到1756-L55控制器本地框架的3号槽即可。

编制的梯形图程序如图8所示。梯级0是一条无条件指令CommandRegister.RUN，将扫描器模块的输出命令寄存器的运行位设置为“1”，使1756-DNB模块能正常工作。结合图7的1756-DNB的 Input和Output数据表分析梯形图指令所访问的数据，可知图8的梯形图实现了控制要求。例如梯级1的输入指令XIC访问“Local:3:I.Data[1].0”，它存储的是1756-DNB模块读取的DeviceNet网络节点1的光电开关状态，输出指令OTE访问“Local:3:O.Data[3].0”，1756-DNB模块会将该数据传送给3号节点的底层塔灯，由此实现光电开关对塔灯的控制[15]。可见Controllogix控制器的梯形图程序是通过访问本地1756-DNB模块的数据实现对DeviceNet网络上设备控制的。

图8 DeviceNet梯形图控制程序

5 结 语

DeviceNet实验系统将PLC与现场总线完美结合，充分体现了设备网络的开放、灵活、可靠性，该系统作为罗克韦尔CIP网络架构的一部分[16]，可以与局域网上的任何一台计算机通信，学生可以在计算机上进行离线配置与编程，操作完成后各组分时将网络配置和程序下载到实验系统，进行在线调试和监控，大大提高了实验系统的利用率，还可以进一步开放通过RSLinx的Gateways功能与外部互联网连接，进行远程通信实验[17-18]。