随着网络技术向工业控制领域的渗透,产生了工业控制网络,它广泛地应用于对生产、生活设备的控制,对生产过程的状态检测、监视或控制,技术上要求具备高度的可靠性,实时性和安全性。它的网络节点除了常规微机、工作站以外,更多的是具有计算与通信能力的智能电器设备和仪表。因此,智能电器的主要特征就是:产品内嵌微处理器,有通信接口,能与现场总线连接,且采用网络标准化结构等,它不仅完成对现场的各种控制任务,而且还肩负着各类信息的网络远程采集、传输和控制功能,即实现信息控制与管理的网络化。随着目前控制网络结构形式的迅速发展,协议种类增多而协议标准各异,造成诸多问题,开始影响控制网络的进一步发展,而且也成为影响智能电器的研发、产品化、工程应用与推广的主要因素。因此,智能电器作为控制网络中的一个节点,应用场合往往是工业现场,在目前多种总线系统并存的情况下,控制网络的互联技术和智能电器控制网络规范研究成为用户和厂家关心的焦点问题。目前的研究与应用主要采用系统级集成(基于OPC的系统级集成方法)和设备级集成(基于网关的设备级集成)的方法来解决异构控制网络互连问题。
1基于DeviceNet总线的控制网络系统结构
智能电器设备实现信息控制与管理的网络化,就是从传统的现场开关量、模拟量信号控制方式转化为通过现场总线构成的网络控制方式,实现网络化、开放式、分散式、全数字化控制。基于DeviceNet总线的控制网络系统结构如图1所示,主要由三部分组成:DeviceNet总线、上位机(主站)和智能电器节点(从站)。
DeviceNet是现场总线国际标准IEC61158的第二类总线的设备级网络,也是国际标准IEC62026《低压开关设备和控制设备控制器一设备接口(CDI)》所推荐的第二种总线。我国已公布国标GB/T18858.3-2002等同采用该标准。DeviceNet是基于CAN总线技术的现场总线,它沿袭了CAN总线的短报文帧传输、无破坏性的总线仲裁技术、强大的故障诊断能力和抗干扰能力等优点,主要用于实时传输、控制数据。由于智能电器控制网络系统中的通信数据量不大,有些信息的处理可以由智能电器节点本身实现就地控制。因此,可以充分利用DeviceNet特性,对通信数据进行良好的配置以达到实时性、安全性和可靠性的要求。
上位机(包括DeviceNet接口卡)实现智能电器与主机PC的高速数据交换,主要负责对整个智能电器控制网络系统的管理和调度；同时,主机可通过内置网卡或Modem连接到以太网,与以太网上其他总线组成的子网进行数据交换。目前已有商品化的DeviceNet总线PC接口卡。
智能电器节点主要包括微处理器基本系统、采集控制逻辑、系统监测与保护,DeviceNet通用I/0(含A/D,数字I/0)等,主要完成对现场信号检测、参数显示和控制任务,它和传统电器产品的本质区别是内嵌有具有控制与通信功能的DeviceNet通用I/0接口,它不仅是智能电器的组成部分,而且还可独立作为DeviceNet网络I/0设备,主要用于连接工业控制系统中的按钮、开关、电磁阀、继电器、指示灯、照明灯等各种现场装置。由于其开发过程涉及DeviceNet核心协议内容的实现,是开发DeviceNet网络智能电器的基础。目前其开发途径主要是以微处理器为平台,在确定DeviceNet通用I/0的功能和硬件构成的基础上,重点进行DeviceNet协议栈及应用层的软件设计。
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