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1、自动化网络技术概貌以太网、控制网、设备网Joshua Lee.CIG,罗克韦尔自动化网络配置,以太网,控制网,设备网,通信模式正在改变：,各层间的数据流是两个方向不是每个应用场合都需要所有层每层之间有重迭,以前 五层结构,现在 最多三层结构,信息层,自动化和控制层,设备层,工厂中心单元站设备,体系结构平坦,客户网络要求的通信策略,产品 功能度 关键驱动器,信息控制设备,-大型数据包-多种存取方法-支持多销售商-响应时间-确定性-可重复性-支持多销售-量值-连接成本-诊断-支持多销售,罗克韦尔自动化网络配置,现场总线,信息网络要求,信息,工厂层和制造实施系统之间的链路与多销售商主计算机的连通传输
2、大型数据文件的大型网络标准化网络管理和诊断工具,数据传输用工业实际标准10MB网络与所有计算机制造商和软件连通客户能够选择自己的销售商支持大多数介质类型双绞线细缆和粗缆同轴电缆光纤射频，人造卫星标准网络管理软件：SNMP罗克韦尔自动化支持 PLC-5E,编程,PC编程卡,E-net“侧挂”模块,以太网网关,控制协处理器,RSView软件,核心信息网络：以太网 执行TCP/IP协议,实时功能确定性和可重复性控制器之间的互锁对等报文发送诊断功能使停机时间最小人机界面(MMI)支持编程,控制网络要求,自动化和控制,实际工业标准，已安装超过2M个节点超过100 第三方伙伴参与网络技术，共享金字塔解决方
3、案程序容易安装低成本对等和I/O网络罗克韦尔自动化产品包括：SLC,PLC,Flex and Block 处理器和I/O系列；运动控制器；条形码扫描器；组态，编程和人机界面；拖动装置；动力产品；机械视觉系统；介质；计算机接口；信息显示。,核心自动化和控制网络：DH+,DH485,远程 I/O,对于大多数应用场合DH和远程I/O是适用的，但是对更高性能是需要：体系结构平台客户自动化系统有更高的要求处理器，人机界面和软件产品变得更加复杂和功能更强，导致要求更高性能的网络现有网络不能满足客户的要求：安装每个节点和每英尺长度的低成本接受数据速率、节点数量和距离长度的折衷方案应用场合要求更高的吞吐量 确
4、定性 和可重复性的数据传送在同一网络上，适应I/O控制和编程的能力 开放网络支持多销售商产品和连通在整体研究以后，发现没有一个现有网络满足上述要求，因此需要开发控制网。,为什么使用控制网?,为了建立罗克韦尔自动化和其它自动化系统供应商控制体系结构，必须提供可靠的高速应用信息传输。,控制网的使命,在单根实际电缆上支持两种类型的信息传输：对时间有苛求的控制和I/O数据：I/O刷新和对等互锁指定最高的优先权确定性和可重复性无时间苛求信息：报文发送和程序上载/下载指定较低的优先权不允许牺牲控制和I/O数据功能,灵活的控制系统体系结构I/O控制和编程在同一网络上完成从每个节点，甚至适配器上进行网络存取使
5、用户编程过程简单化和增加功能用户可选择控制和I/O刷新速率刷新速率恒定，可增加或减少节点对远程逻辑机架消除块传输编程在线反馈带宽利用率开放网络对其它自动化供应商可用技术参数和网络技术规范罗克韦尔自动化产品PLC-5Cs,1771 and Flex I/O适配器,PanelView MMI,PC卡,交流变频器,电动机保护器,编程和组态,控制网用户获得的利益,高速(5 Mb/s)控制和I/O网络改进I/O性能改进对等通信灵活的安装方式可以在干线的任何地方安装设备可选冗余介质在同一物理链路上支持多达99个节点先进网络能力确定性-知道数据传输的时刻可重复性-传输时间恒定，甚至当设备接入网络或折除时生产
6、者/客户模式：多主结构，多信道广播输入和对等通信,控制网用户获得的利益,生产者/客户新的通信模式,源/目的(点对点)对每一个节点，当数据在不同的时间到达时，不同节点间的同步动作是非常困难的当只有目的地不同时，数据必须发送多次而造成带宽损失生产者/客户(数据被识别)多节点从单个生产者能够同时获得相同的数据节点能够同步化更高的带宽利用率,生产者/消费者控制实例,信息#1来自I/O 1多信道广播的位置基准点到CTLR1,2和HMI信息#2速度命令是通过多信道广播到3 个变频器和HMI多信道广播不可能带源和目的对等通信要求7个信息 vs.2,联系关系：一对一,在某一时间内，一个节点只能和另外一个节点联
7、系。用于配置和调试设备。用于控制数据为设备所独享。类似于人们的电话通讯。,CTLR1,HMI,Drive1,Sensor,Drive3,Drive2,CTLR2,联系方式：一对多,一个节点可以同时与系统中的一部分节点进行通讯。用于控制数据为多台设备所共享。,CTLR1,HMI,Drive1,Sensor,Drive3,Drive2,CTLR2,联系方式：一对全体,一个节点可以同时与系统中的所有设备进行联系。用于控制数据为所有设备共享。用于报警/出错的情况。,CTLR1,HMI,Drive1,Sensor,Drive3,Drive2,CTLR2,分类：主/从,一个主设备，多台从设备。从设备只能与
8、主设备进行数据交换。,分类：多主,一个系统中有多个主机。每一个主机都有自记得一套从机。冲设备只和自己的主机进行通讯。,CTLR1,HMI,Drive1,Sensor,Drive3,Drive2,CTLR2,分类：点对点,所有的设备都是平等的，设备之间可以自由的交换信息。,CTLR1,HMI,Drive1,Sensor,Drive3,Drive2,CTLR2,生产者/客户 vs.源/目的(例 1),任务：把今天当前的时间通知一个房间里的20个人源/目的模式 一个人(“源”)同时告诉室内的每一个(“目的”)人今天当前的时间(数据)某些人可能选择听，其他人则被忽略(效果消失)当源逐个通信时，时间将被
9、传递数据通信在第一个人以后(“旧的数据”)数据通信将变得不准确通过源或通过每一个目的调整时间，以达到所有20个人同步,生产者/客户 vs.源/目的(例1 续),任务：把今天当前的时间通知一个房间里的20个人生产者/客户模式一个人一旦动作(“生产者”)，今天当前时间(数据)所有20个人同时听到数据某些人可能选择听(“客户”)数据(通过摆动调整他们的手表)其他人可能选择忽略(“不是客户”)数据高效率(一旦数据产生，生产者和客户都不需要调整数据)高确定性(如果房间增加到30个人，或减少5个人，数据传输时间仍然一致),生产者/客户(例 2),信息#1来自I/O 1多信道广播的位置基准点到CTLR1,2
10、和HMI信息#2速度命令是通过多信道广播到3 个变频器和HMI多信道广播不可能带源和目的对等通信要求7个信息 vs.2,生产者/客户模式支持多路通信范例,在同一介质上发送 报文和I/O控制多主结构状态数据的改变周期性数据的产生多信道广播对等通信,获得更高的性能、更强的确定性和增加灵活性,何种网络支持这种模式?,源/目的-“旧模式范例”主/从结构对等通信-Profibus DP-Profibus FMS-Interbus S-Lonworks-Modbus-Modbus Plus-远程 I/O-DH生产者/客户-“新模式范例”ControlNet FIP,WorldFIPDeviceNetFF现
11、场总线,在网络上每一个节点都需要一个分接器,网络连接,用于编程连接的网络存取端口，甚至在I/O位置。Four types available to meet aplication needs:“Y”or“T”,straight or right endedNetwork Access Port(NAP)is built into all products to allow temporary access to the network and/or products attached.,单段能够用于两节点之间：两个节点长达1000米48个节点长达 250米子网的组成.最大99可寻址的节点全部距
12、离能够长达6 km,同轴电缆干线段技术规范,控制网支持大多数介质结构，包括总线、树型、星型和使用中继器的组合结构可用高压交流和低压直流单元故障继电器将诊断反馈到控制系统应用扩展物理长度，增加节点数量，提高安全，户外电缆安装(光纤)，高噪声环境(光纤)。,“星型”,“树型”,同轴电缆和光纤中继器,介质是RG-6/U同轴电缆使用电视工业标准电缆(75)廉价(0.10/英尺t)抗噪声干扰(2层金属膜加2 层金属编织物屏蔽)可用不同供应商的各种类型(充气，高柔软性，铠装)使用BNC标准的连接器 可用多种资源客户指定的分接器使设备和电缆匹配，以避免反射干扰和提供简单的安装干线的任何地方允许安装分接器,控
13、制网物理层,节点,节点,节点,节点,75,75,没有最小分接器间隔,支线电缆1 米,干线电缆要求终结器,干线电缆,节点,需要分接器,时间片算法保证所有节点同步预约数据传输以确定的和可重复的速率发送数据有时间苛求I/O和控制器之间的互锁非预约数据传输允许数据同时发送无时间苛求的对等报文发送和编程数据,控制网技术概貌,技术实例,网络刷新时间,网络时间间隔#1,时间,网络时间间隔#2,网络时间间隔#3,网络时间间隔#4,网络时间间隔#5,1 2 3 4,1 2 4,1 2 3 4,3 5,1 2 3 4,2 3 4 5 2,预约、非预约 网络时间间隔 1,预约、非预约 网络时间间隔 2,预约、非预约
14、 网络时间间隔 3,预约部分总是允许每个已组态的预约节点，在给定时间间隔内只允许一个节点发送。在不同节点的每个时间间隔内，非预约部分轮回起动。在任何一个时间间隔内，根据网络的负载，每个节点可能为0、1或许多机会允许发射。,控制网产品发展阶段,版本1.0-高速 RIO/DH+可供货集中控制单个控制器控制I/OPLC之间预约对等通信非预约报文发送版本1.597年2季度单个控制网组态管理器多个控制器在同一链路上控制I/O共享输入和对等通信数据附加产品(罗克韦尔自动化和第三方伙伴)版本2.0待定根据第 1.5阶段反馈制定特性,DIN,DOUT,540C,AIN,AOUT,DIN,DOUT,ACN,17
15、71 I/O,AIN,AOUT,1770-KFC,串/并行设备,DH+,RIO,DIN,DOUT,520C,AIN,AOUT,1784-KTCX,6200INTERCHANGEsoftware,PC,网络地方 1,InterchangeWinLinx6200ControlView,控制网,高速 I/O 网络,预约I/O数据,预约对等通信,非预约报文发送,第1阶段体系结构,操作员界面PV1400E,提示：PLC控制I/O必须在网络的一个地址上。,ACN,Flex I/O,DIN,DOUT,AIN,DIN,DOUT,540C,AIN,AOUT,DIN,DOUT,ACN,1771 I/O,AIN,A
16、OUT,DIN,DOUT,520C,AIN,AOUT,1770-KFC,串/并行设备,控制网,AOUT,ACN,Flex I/O,DIN,DOUT,AIN,DIN,DOUT,ACN,1771 I/O,AIN,AOUT,AOUT,DIN,DOUT,580C,AIN,AOUT,PC,1784-KTCX,6200INTERCHANGEsoftware,PC,RIO,控制网体系结构的能力,同一网络上的多个PLC-每一个带自己的I/O或共享输入数据和允许任何互锁的组合,新的控制网产品-1996/97,A-B PV1200e,PV1400e 操作员界面1784-PCC PCMCIA 编程卡1203-FM1
17、 Flex to ScanPort模块(用于推动，动力产品连接)1336 Force 变频器(直接连接)1747-ACN(R)适配器用于SLC I/O1784-PCIC PCI卡RSIWinTelligent Linx/网关AI5 PLC 编程 s/w(Windows 3.1)RSLinx ver 2.0 通信APIRSView,RSTrend,RSDataRSLogix 5带控制网组态工具(Windows 95,NT),布线小尺寸物理设备低节点成本增加到相关设备快速呼应时间设备组态和诊断的带宽支持控制器/系统支持多销售商设备,设备网络要求,智能 I/O逻辑机架,I/O逻辑机架,A,RS232
18、设备,现行标准,将来标准,1-5 vDC4-20 ma120 vAC24 vDC,设备网络,A,D,A,D,D,D,硬接线I/O到直接网络连接的转变过程.,减少硬接线减少劳动力开支在许多情况下，减少硬件成本减少起动时间接线错误最少诊断功能有助于解决焦急的问题资源快速分配给下一个任务减少停机时间诊断功能提供预兆故障报警诊断功能有助于排除故障减少故障点,用于网络化设备的市场要求,一个设备网络不能满足全部要求,产品 功能度典型数据 关键要求,设备分段,没有销售商能够提供全部要求的设备限制用户选择设备销售商支持多种网络非常困难,设备网络标准是销售商和客户最感兴趣的,网络的激增积累了系统令人头痛的问题,
19、而现在出现重叠，需要两种物理网络,罗克韦尔设备网络策略,现场总线和设备网络,.部分列表.,DeviceNet,什么是FF现场总线?,一个单个开放的国际化的现场总线响应用户的要求。统一化的现场总线标准由 ISPF和 WorldFIP N.A.制定一个组织机构致力于：加速现场总线的可使用性为全球现场总线技术提供非并行的支持支持和帮助 IEC/ISA提供国际现场总线标准的定义该组织包括 ABB,A-B,Fisher-Rosemount,Foxboro,Fuji,Group Schneider,Honeywell,Johnson Yokogawa,Siemens AG和其它厂商,现场总线基金会提供：低
20、速和高速网络提供本质安全型产品开发工具生产者-客户模式与标准组织和相关的现有解决方案协调工作象一个商用程序一样，管理技术规范的制定和测试,现场总线基金会正在做什么?,低速总线：H1 计划 完成情况技术规范概貌95年2季度 开始认证测试95年2季度 第二堆栈技术95年3季度开始现场试验95年4季度最终堆栈技术96年1季度高速总线：H2第二堆栈技术95年4季度开始现场试验96年1季度最终堆栈技术96年3季度,FF满足下述计划，打破封闭体系!,-口号：测试，认证，1996年完成,控制器,计算机,过程,控制,网络,连接箱,H1 现场总线,H1-低速现场总线，31.25 Kbps,H1 现场总线,H2-
21、高速总线，1 或 2.5 Mbps,现场设备,过程控制器,计算机,H1 现场总线31.25 Kbps,网桥,H2 现场总线1或2.5 Mbps,拖动,仪表,分析仪,机器人,信息网络,现场总线 设备能力H1,#设备号说明2-6I.S.标准;带电的现场总线2-12非 I.S.标准;带电的现场总线2-32非I.S.标准;不带电的现场总线,物理层,物理层：电缆类型,电缆类型与说明规格电缆长度A型屏蔽双绞线H1;31.25 Kbps#18 AWG1900 mH2;1 Mbps#22 AWG 750 mH2;2.5 Mbps#22 AWG 500 mB型多股屏蔽双绞线#22 AWG1200 mH1C型单股
22、/多股屏蔽双绞线,#26 AWG 400 mH1D型多芯屏蔽线 H1#16 AWG 200 m,DDL:关键是相互可操作性,其它办法,FF方法,标准,完成者的协议客户,优先权,标准行规,DDL:开放和免费,标准产品软件,开放网络超过175家公司正在开发的产品从低层设备数据采集和诊断功能最优化减少接线和硬件成本减少起动和维修时间增加设备层诊断功能，以用于趋势分析和故障诊断网络技术采用 生产者/客户模式罗克韦尔自动化产品：PLC和SLC扫描器，网络组态软件物理介质，通信接口Flex I/O,ArmorBlock I/O,DeviceLink I/O,光电传感器条形码扫描器，操作员界面AC&DC 拖
23、动装置，软起动器，智能电动机保护器智能轴承，AutoCAD 设计和文档软件等,核心设备网络：设备网,CAN 是开放的、支持多种应用的技术今天可有的芯片由Intel,Motorola,Philips/Signetics,NEC,Hitachi,Siemens生产大量的工业应用目的，降低了成本的压力-1995年超过6兆个芯片今天流行应用在汽车环境-工业应用的优秀代表-恶劣温度，高噪声环境,(控制器局域网络),对于简单设备网络，CAN是一个极好基础,设备网规格概貌,物理层特性双绞线(24Vdc 电源和信号)+一根支线电缆每个网络多达64个节点数据率干线长度支线束500 Kbps100 米(328 英
24、尺)39 米(128 英尺)250 Kbps250 米(820 英尺)78 米(256 英尺)125 Kbps500 米(1640 英尺)156 米(512 英尺)总距离可长达3 km，带中继器/网桥支线:0-6 米(20 英尺)开发控制应用层每个数据包 8 字节(64位)芯片支持的报文超过 8 个字节I/O数据多信道广播(生产者/客户模式)对于低优先权点对点报文发送使用客户/服务器模式,典型的密封型分接器,多端口连接器,T型分接器,干线段-注塑小型连接器,支线-注塑连接器-0 到 20 英尺.-小型和微型设备,现场安装干线连接器-螺纹型-弯曲型,典型的敞开型连接,支持无下垂暂时端子连接,分接
25、器可能安装在面板上或插在带电缆的接线盒里,干线,干线,支线(0-6 m),支线,支持菊花链和分支连接,支线,插入设备连接器,干线,分支长度限制从分接器到最远的节点最长6 米支线数电缆长度的总和,开放网络销售商协会(ODVA),设备网技术所有权技术规格电子数据表格(EDS)商标全球超过175家公司ABB,Allen-Bradley,AEG Schneider,ASCO/Joucomatic,Banner,Beldon,Cutler-Hammer,Festo,Hitachi,Intellution,Mitsubishi,Nematron,Omron,Parker Hannifin,Pepperl+
26、Fuchs,Reliance,SMC,Toshiba,Turck,Wonderware,etc.超过40家SI/OEM厂商Alvey,Jervis B.Webb,KR Automation,Rapistan Demag,.互联网主页(http:/www.odva.org)在线产品目录简讯/当前事件公司成员+联系名称技术订货形式,设备网安装日益增长,51,000个以上节点每月增加 5,000以上节点每季度增长40%每月500个以上网络,资源来源：Bill Moss,Executive Director,ODVA,设备网安装工业及其它应用,材料处理包装/码垛机运输造纸机械冶金与采矿食品与饮料半导体
27、文娱活动管理控制其它,罗克韦尔自动化设备网客户(部分清单),ALCOAAnheuser-BuschCaterpillarChryslerCompaqDuPontFiatFordGeneral MotorsHeineken,Hershey Hewlett-PackardMEADMotorolaNestlePepsiPhilip MorrisProctor&GambleQuaker OatsToyota,设备网领先技术汇总,设备网是基于一种公认的技术，CAN总线。设备网是一种全球性网络标准，用于低端设备作为FF总线的补充。设备网是开放结构，支持所有客户和控制/设备供应商没有任何公司只从一家公司购买
28、硬件,微控制程序,软件,开发 工具,芯片,介质,许可证或其它，以完成设备网系统或生产设备网兼容的产品。,通信技术汇总,开放性-允许各种IS,MES和数据存档系统，从所有控制系统存取工厂层数据。,开放性-经常是单个控制销售商负责任完成每个控制系统内机械设备和它的安全运行。,开放性-允许用户选择大多数相关的销售商提供各种传感器、执行器和其它设备，以连接到控制系统。,以太网,控制网,设备网,通信技术汇总,以太网,控制网DH+TM,DH485 RIO,FF总线设备网,开放性-允许各种IS,MES和数据存档系统，从所有控制系统存取工厂层数据。,开放性-经常是单个控制销售商负责任完成每个控制系统内机械设备和它的安全运行。,开放性-允许用户选择大多数相关的销售商提供各种传感器、执行器和其它设备，以连接到控制系统。,结 束,
