DeviceNet现场总线网络在黄金尾矿过滤系统中的应用

1 引言

    DeviceNet是由一种基于CAN的开放的现场总线标准，DeviceNet协议具有开放性、设计简单、速率快且成本低廉等特点，自20世纪末广泛应用以来，日益受到制造业的广泛注意和高度重视。DeviceNet总线尤其在远程I/O系统、电机控制中心和变频器的应用上，可达到最佳化的效果。本文以笔者参与的黄金尾矿过滤处理系统项目为例，详细论述基于台达机电产品的DeviceNet现场总线网络设计，让自动化爱好者能够获得DeviceNet现场总线网络设计应用的工程能力。

2 总体控制系统构成

       在黄金尾矿过滤系统项目中，采用台达PLC和触摸屏HMI来对本系统中的主要设备立式压滤机进行完全自动控制。立式压滤机电控共有主控柜和远程I/O控制箱组成；外围设备入料泵和挤压泵分别采用台达VFD-F变频器控制，距离主机设备较远。为此在本Fig.1 The block diagram of tailings filtration system系统中将PLC、远程控制RTUDENT、变频器组成台达DeviceNet网络，来实现主机设备与外围设备之间的通讯和数据交换以达到完全无缝控制。主控箱内的PLC控制器通过DeviceNet现场总线与现场控制器通讯，进行数据交换，触摸屏通过RS485总线以MODBUS协议与PLC通讯，设备的运行参数、水泵和入料泵频率等由触摸屏来设定，通过DeviceNet通讯分发给各现场控制器。系统组成如图1所示。

图1 尾矿过滤系统的结构框图

3 DeviceNet现场总线设计软硬件要求

3.1 软件要求

       在本系统中我们主要用到以下软件来进行网络的构建、程序编程和画面组态的设计。
       WPLSoft 2.10---PLC编程软件
       DeviceNetBuilder 1.01---网络组态软件
       Screen Editor 1.05.79---人机界面编辑软件

3.2 硬件要求

       根据项目中各设备的自动控制要求，主要由以下硬件来组成整个系统网络。
       DOP-AE10THTD—人机界面
       DVP28SV—台达PLC主机
       DVPDNET-SL—主站通讯扫描模块
       DNA02-MODBUS/DeviceNet转换模块
       RTU-DENT—远程I/O通讯模块
       VFD-F—变频器带DeviceNet通讯接口

3.3 DeviceNet电缆和其他

       本系统中采用DeviceNet粗电缆外径为12.2mm；终端电阻大小为121Ω，功率不小于1/4W电阻，必须连接在DeviceNet电缆的蓝色电缆与白色电缆之间且连在主干线的两个终端。

4 台达DeviceNet网络配置设计

4.1 网络设备节点设置

       从本系统网络结构框图中可看到在现场总线上挂有远程I/O设备和变频器，因此应首先按照表1对这些DeviceNet模块的地址进行设置，将模块上的拨码开关和地址号相应起来。

表1 模块节点地址设置

4.2 使用DeviceNet网络配置工具配置网络

       如何将上述这么多的设备组态起来，从而实现彼此的通讯是我们关注的主要问题，我们利用台达网络组态软件DeviceNetBuilder_V1.01，详细说明一下本项目的网络组态步骤和细节。

4.3 DeviceNet从站的配置

       我们选择『网络（N）』菜单，对DeviceNet网络进行在线扫描，网络中被扫描到的所有节点的图标和设备名称都会显示在软件界面上，如图3所示。

       运行DeviceNetBuilder软件，在软件界面中选择『设置（S）』菜单，点击『通讯设置』，选择『系统通道』指令对计算机与SV主机的通讯参数进行设置，如”通讯端口”、”通讯地址”、”通讯速率”、”通讯格式”，如图2正确设置后确定。

       在网络节点界面上分别双击VFD-F节点和RTU-DNET节点，对变频器和远程I/O模块的参数以及IO信息进行确认即可，在这里不再贴图叙述（相应产品说明书上都有详细的说明）。

4.4 DVPDNET扫描模块（主站）的配置

       在网络节点界面上首先双击DNETScanner（节点1）的图标，弹出“扫描模块配置”对话框，可以看到左边的列表里有当前可用节点VFD-FDrives380V15.0HP，RTU-DNET，VFD-FDrives380V15.0HP，右边有一个空的”扫描列表”。接着选中DeviceNet从站节点，然后点击向右箭头，将左边列表中的DeviceNet从站设备移入扫描模块的扫描列表中，如图4所示。图4中标明的输出列表指的是，DeviceNet主站向从站发送的数据的地址，也就是主站数据寄存器占用的地址；而输入列表指的是，DeviceNet从站向主站发送的数据的地址，也就是主站接受到从站的数据后在主站中存放这些数据占用的地址区间。

图2 主机通讯参数设置
 
图3 系统网络节点
 
图4 扫描模块配置

5 用户画面组态和编程设计

5.1 工艺画面组态设计

       台达DOP-A系列触摸屏拥有人性化的使用界面，也有高速的硬件构架，支持多种品牌PLC。其具有强大 通讯功能，灵活 系统构成，生动逼真且丰富 图库，简单易用。利用宏功能可以有效的帮助PLC处理艰难的运算功能及分担PLC控制器的工作量，可配合通讯宏指令自行撰写通信协议，并透过串行口与特定系统或控制器连接，利用USBVer1.1上/下载人机画面程序，将大大缩短传输资料的时间。我们根据本系统工艺要求组态编辑了工艺主画面、故障报警、运行报告、程序设置等多个画面，将许多可设参数做在画面上，使之可操作性强、修改简单，举例主画面如图5。

图5 工艺主画面

5.2 简要举例PLC通过程序实现DeviceNet网络的控制

       根据DVPDNET-SL扫描模块和从站设备的IO数据映射关系表，就可以对各个从站进行编程了。图6是一个简单的主机通过DeviceNet控制入料泵变频器的程序。程序中当M0=ON时，执行[MOVH2D6287]，启动变频器。当M1=ON时，执行[MOVH1D6287]，停止变频器。实时读取VFD-F变频器的错误代码、状态字、设置频率以及输出频率，分别存放至PLC主机的D0~D3，用户可以通过监控D0~D3的内容获知变频器的错误代码、状态字、设置。

图6 控制变频程序频率以及输出频率

6 结束语

       通过采用DeviceNet现场总线控制技术，极大地方便了尾矿过滤处理项目的安装和调试，并提高了控制系统的可靠性和实时性。DeviceNet现场总线组态简单、编程容易，已被越来越多的现场设备控制层广泛应用。

作者简介

刘彦伟（1970-）工程师，从事工业自动化系统设计。

参考文献

[1]张戟.基于现场总线DeviceNet的智能设备开发指南[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004（6）.
[2]董爱华，舒国汀.DeviceNet总线技术应用探讨[J].东北大学学报(自然科学版)， 2002（05）：017.
[3]凌空，蒋式勤.基于DeviceNet的小区监控[J].微计算机信息 2003，19（9）：27-28.