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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(lái)越多的場(chǎng)合需要對(duì)變頻器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊和監(jiān)控，過(guò)去多采用傳統(tǒng)的RS485/422接口采集實(shí)時(shí)信息，通過(guò)操作員界面修改參數(shù)。今天，由于網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)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(shí)監(jiān)控等功能已經(jīng)已經(jīng)演變成為數(shù)字化時(shí)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(dòng)化的NetLinx開(kāi)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(shí)候，可以很容易地管理從車(chē)間底層到頂層的信息并無(wú)縫地將它們成為一個(gè)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(dòng)化公司最新開(kāi)發(fā)出來(lái)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(jiǎn)介
ControlLogix體系結(jié)構(gòu)是目前非常先進(jìn)的控制平臺(tái)，該控制平臺(tái)集成多種控制規(guī)程（如：時(shí)序、運(yùn)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)、過(guò)程）。它所應(yīng)用的處理器核心為L(zhǎng)ogix5550。Logix5550具有強(qiáng)大的處理能力和靈活性，它支持一個(gè)ControlLogix機(jī)架上可以插入多個(gè)控制器、多個(gè)控制器可以穿越多個(gè)機(jī)架實(shí)現(xiàn)分布式控制、預(yù)定的處理器對(duì)處理器的通訊、多個(gè)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(wú)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(gè)網(wǎng)關(guān)級(jí)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(guò)一個(gè)普通的網(wǎng)卡便可以訪問(wèn)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(jí)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(kù)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(gè)控制系統(tǒng)的上層管理層，它采用開(kāi)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(jiǎn)單的理解為局域網(wǎng)，可以將該層擴(kuò)展到整個(gè)互連網(wǎng)，位于該互連網(wǎng)上的任何一臺(tái)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(chǎng)的編程控制器中，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)新的以太網(wǎng)型設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(shí)，需要添加1756ENB或1756ENET模塊，然后命名并設(shè)置其所在槽號(hào)。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(hào)和實(shí)際連接的槽號(hào)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(guó)際有限公司（ControlNet International,Ltd.）首先提出來(lái)的一種開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)。羅克韋爾自動(dòng)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(dòng)化和控制層實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(duì)時(shí)間苛刻要求的復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)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(guò)此接口連接一個(gè)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(duì)諸如網(wǎng)絡(luò)刷新時(shí)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(shí)還要組態(tài)每個(gè)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)變頻器參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控要求不高的場(chǎng)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(gè)數(shù)據(jù)鏈A、B、C、D，每個(gè)數(shù)據(jù)鏈在處理器的輸入和輸出映像表中占用2個(gè)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(guò)通信模塊的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)選通/截止某個(gè)數(shù)據(jù)鏈，如此，可通過(guò)數(shù)據(jù)鏈方式，PLC處理器每次可對(duì)變頻器讀或?qū)?―8個(gè)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(duì)于變頻器來(lái)說(shuō)，如要傳送某個(gè)參數(shù)，則指針為該參數(shù)的參數(shù)號(hào)。所以必須在變頻器中對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行組態(tài)，即決定數(shù)據(jù)鏈指向哪個(gè)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(chǎng)的最底層設(shè)備直接連接到車(chē)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(duì)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(shí)連接或斷開(kāi)，而不會(huì)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(gè)通道以用為外部通訊，每個(gè)通道都對(duì)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(duì)不同場(chǎng)合不同用途下的通用型與適應(yīng)性。下面圖表對(duì)5 個(gè)通道進(jìn)行說(shuō)明。
連接端口 說(shuō)明
① DPI端口1 機(jī)箱內(nèi)安裝時(shí)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(gè)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(guò)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(gè)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(duì)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(gè)用來(lái)設(shè)置變頻器在DeviceNet網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)號(hào)；另一個(gè)用來(lái)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(gè)位和十位兩個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)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(kāi)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(lái)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(gè)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(guò)兩個(gè)部分的組態(tài)來(lái)完成。一個(gè)是適配器的組態(tài)，另一個(gè)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(guò)20個(gè)字（輸入輸出各10個(gè)）與適配器進(jìn)行通訊，適配器再將數(shù)據(jù)通過(guò)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(guò)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(lái)對(duì)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(gè)面板控制，具有良好的人機(jī)界面，可以直接人機(jī)對(duì)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(guò)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(guò)更改變頻器參數(shù)來(lái)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(xiě)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(xiě)下需要輸入輸出的參數(shù)編號(hào)，然后下載到網(wǎng)絡(luò)適配器中即可。
4 結(jié)束語(yǔ)
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(guò)對(duì)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(jiǎn)自選，從而也適應(yīng)了市場(chǎng)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)
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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(shí)監(jiān)控 廣東工業(yè)大學(xué)
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)