畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-校園安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).doc

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1、第1章 緒論1.1 選題意義及研究目的高校是一個(gè)人口非常稠密的地方，同時(shí)高校有大批微機(jī)室和先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室，但幾乎所有高校都不同程度的發(fā)生了火災(zāi)，失竊之類的安全事故，給學(xué)校和個(gè)人造成了不小的損失，影響了正常的教學(xué)和生活，校園的安全已成為高校深化改革進(jìn)程中不容忽視的大事，如何才能確保學(xué)校和個(gè)人的財(cái)產(chǎn)安全，師生的人身安全呢？除了加大安全教育的力度外，對(duì)學(xué)校安全進(jìn)行監(jiān)控正變得日益重要。我們可以利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與傳感器和信號(hào)采集，電視監(jiān)控等技術(shù)結(jié)合起來(lái)，建立校園安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對(duì)校園安全進(jìn)行集中監(jiān)控。同時(shí)也有利于發(fā)揮我們實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)，拓寬羅克韋爾自動(dòng)化產(chǎn)品的應(yīng)用途徑，使之應(yīng)用在樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域1.2 監(jiān)控系

2、統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的和原則 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的：在無(wú)人看守的情況下對(duì)辦公室，微機(jī)室實(shí)驗(yàn)室等場(chǎng)所進(jìn)行自動(dòng)集中監(jiān)控，以使安全危害減少到最小。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則：充分利用校園的現(xiàn)有資源，對(duì)火災(zāi)失竊等進(jìn)行實(shí)時(shí)，準(zhǔn)確，可靠的報(bào)警和處理。安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示 圖1-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1.2.2主要組成部分簡(jiǎn)介1.傳感器。傳感器的作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。根據(jù)校園安全監(jiān)控的要求，我選用了以下幾類傳感器。(1) Cu50溫度傳感器：用于探測(cè)環(huán)境溫度；(2) MQ煙霧傳感器：用于探測(cè)煙霧火險(xiǎn)；(3) 42GNP9000光電傳感器：用于檢測(cè)人員出入并計(jì)數(shù)；(4)數(shù)字?jǐn)z像頭：用于攝錄現(xiàn)場(chǎng)情況。2.PLC單

3、元。主要實(shí)現(xiàn)的功能：(1) 連接多個(gè)傳感器，利用傳感器進(jìn)行設(shè)防和撤防；(2) 采集各傳感器的數(shù)據(jù)并傳輸給前端監(jiān)控機(jī)；(3) 一旦出現(xiàn)異常，能在前端監(jiān)控主機(jī)的控制下啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警。3.前端監(jiān)控主機(jī)。前端監(jiān)控主機(jī)可以是實(shí)驗(yàn)室或辦公室的微機(jī)。主要作用是：(1) 對(duì)PLC傳來(lái)的信息進(jìn)行分析和處理，確定異常的類型，報(bào)警的位置(2)一旦出現(xiàn)異常，控制PLC啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警；(2) 存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)異常信息。4.報(bào)警器。報(bào)警器主要采用聲光報(bào)警器，作用是提醒人們有險(xiǎn)情發(fā)生。1.2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)監(jiān)控軟件以Windows環(huán)境為平臺(tái)，有兩大部分組成：前端監(jiān)控軟件和后端監(jiān)控軟件。本文主要負(fù)責(zé)前端監(jiān)控軟件

4、。前端監(jiān)控軟件主要包括以下幾個(gè)部分：(1) 信號(hào)收集和處理：收集現(xiàn)場(chǎng)各傳感器傳來(lái)的信號(hào)；(2) 前端控制處理：對(duì)收集的信號(hào)與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警門限進(jìn)行比較，判斷是否報(bào)警；(3) 現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警：對(duì)于一旦收到現(xiàn)場(chǎng)控制模塊發(fā)送來(lái)的報(bào)警信息，立即啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警。1.3 本文主要工作本文的工作主要包括以下三個(gè)方面，分別是：選擇系統(tǒng)所用傳感器；配置PLC并進(jìn)行編程；DeviceNet的硬件連接及組態(tài)。1.3.1 系統(tǒng)所用傳感器的選擇溫感：鑒于系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的要求，本打算采用達(dá)拉斯公司的DS18B20數(shù)字溫感，但由于DS18B20不能直接連接在PLC上，只好放棄。最后用模擬量溫感，基本實(shí)現(xiàn)了功能。煙感：選用了MQ氣敏元件

5、。光眼：實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的42GNP9000型散射式設(shè)備網(wǎng)用光電傳感器。1.3.2 PLC的配置及編程本次實(shí)驗(yàn)中采用的PLC是AB公司SLC500系列的SLC5/03型CPU，1747SDN掃描器（DeviceNet Scanner Module）；1746-OB16輸出模塊和1746IB16輸入模塊各一個(gè)；以及1746NR4模擬量輸入模塊一個(gè)。以上設(shè)備共同構(gòu)成了所用的PLC框架結(jié)構(gòu)。編程主要實(shí)現(xiàn)的是對(duì)傳感器信號(hào)輸入的檢測(cè)，比較以及輸出報(bào)警信號(hào)。第2章 傳感器特性及應(yīng)用傳感器在本實(shí)驗(yàn)中起到的功能主要是數(shù)據(jù)采集。一共采用了溫感，煙感和光電傳感器三種不同的傳感器。2.1 溫度傳感器特性及其在系統(tǒng)中的應(yīng)用

6、為了盡可能的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備，采用了Cu50熱敏電阻作為傳感器，與AB公司的1746NR4模擬量模塊配合使用。傳感器的特性如下表所示：溫度1001020304050阻值47.8550.0052.1454.2856.4258.5660.70表2-12.2 煙霧傳感器特性及其在系統(tǒng)中的應(yīng)用2.2.1 煙感的結(jié)構(gòu)，外形及特點(diǎn)MQ系列煙感元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖所示。由微型AL2O3陶瓷管,SnO2敏感層，測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件的工作提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有6支針狀管腳，其中4個(gè)用于信號(hào)取出，2個(gè)用于提供加熱電流。此類煙感具有很好

7、的靈敏度和良好的選擇性;并具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。 圖2-1煙感的結(jié)構(gòu)與外形2.2.2 煙感的性能和應(yīng)用電路1.標(biāo)準(zhǔn)回路：如圖3所示，MQ氣敏元件的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試回路由兩部分組成。一部分是加熱回路，另一部分是信號(hào)輸出回路，它可以準(zhǔn)確反映傳感器表面電阻的變化。標(biāo)準(zhǔn)回路原本是用來(lái)測(cè)試所用的傳感器是否能正常工作的，實(shí)際使用時(shí)廠家提供了較為復(fù)雜的應(yīng)用電路?？煞譃閮刹糠郑盒盘?hào)感測(cè)部分和報(bào)警部分。溫感本身工作時(shí)并不穩(wěn)定，其輸出電壓VRL在無(wú)煙環(huán)境下在13V間變化，在煙霧環(huán)境中為68V間變化。感測(cè)部分電路的設(shè)計(jì)主要針對(duì)這點(diǎn)進(jìn)行了處理，使其輸出較為穩(wěn)定。但是本文中只要求VRL輸出在一個(gè)合理的范圍內(nèi)即可，也

8、不需要報(bào)警電路，所以，出于簡(jiǎn)化電路，提高可靠性的考慮，使用了標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試電路作為PLC的信號(hào)輸入電流。圖2-2 煙感的標(biāo)準(zhǔn)回路2傳感器表面電阻Rs的變化，是通過(guò)與其串聯(lián)的負(fù)載電阻RL上的有效電壓信號(hào)輸出而獲得的。二者之間關(guān)系表述為：Rs/RL=(Vc-VRL)/ VRL3.標(biāo)準(zhǔn)工作條件符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Vc回路電壓10 VAC or DcVh加熱電壓5VAC or DcRL負(fù)載電阻可調(diào)0.5200KRh加熱器電阻335%室溫Ph加熱功耗800mw表2-24.環(huán)境條件符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件備注Tao使用溫度-2050Tas儲(chǔ)存溫度-2070RH相對(duì)濕度95%RHO2氧氣濃度21%(標(biāo)準(zhǔn)條件)氧氣

9、濃度輝影響靈敏度最小值大于2%表2-35.靈敏度條件符號(hào)參數(shù)名稱技術(shù)條件Rs氣敏電阻10100K(清潔空氣中)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件Temp:202 Ve:10V0.1V Vh:5V0.1V表2-42.3 光電傳感器特性及其在系統(tǒng)中的應(yīng)用本文使用的是42GNP9000型散射式設(shè)備網(wǎng)用光電傳感器。2.3.1光電傳感器的技術(shù)規(guī)格光源紅色發(fā)光二極管，660nm視角3.5傳感器反應(yīng)時(shí)間1ms電源24V直流電（設(shè)備網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)）極性顛倒保護(hù)有輸出設(shè)備網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤脈沖保護(hù)有工作溫度范圍25到70相對(duì)濕度5到95鏡頭材料丙烯酸表2-5值得注意的是：雖然傳感器反應(yīng)時(shí)間基本為常數(shù)，但實(shí)際使用時(shí)的有效反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短要取決于傳感器反

10、應(yīng)時(shí)間與網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)和反饋時(shí)間的綜合作用。而網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)及反饋時(shí)間的長(zhǎng)短則隨著具體的網(wǎng)絡(luò)配置不同而變化。2.3.2 光電傳感器的設(shè)置及狀態(tài)顯示1.光眼的狀態(tài)顯示42GNP9000型光眼有三個(gè)指示燈（紅，黃，紅/綠），通過(guò)指示燈的閃爍可以表示出光眼的工作狀態(tài)：指示燈運(yùn)行狀態(tài)全滅光眼沒(méi)被供電綠燈亮光眼被激活且被分派任務(wù)綠燈閃光眼被激活但未被分派任務(wù)紅燈閃錯(cuò)誤的波特率或通信錯(cuò)誤紅燈亮地址或通信錯(cuò)誤2.光眼工作狀態(tài)的設(shè)定本次畢設(shè)中，在連接光眼到DeviceNet中時(shí)，曾遇到問(wèn)題：光眼在接入網(wǎng)絡(luò)接口后，其中一個(gè)光眼（出于提高系統(tǒng)可靠性、排除干擾的考慮，本次畢設(shè)用了2個(gè)光眼）在RSLink的網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)框中顯示“

11、Unrocognized”，表示無(wú)法識(shí)別。開(kāi)始以為是硬件連接有問(wèn)題，檢查后卻未發(fā)現(xiàn)異常，換了一個(gè)光眼后顯示正常。那么，問(wèn)題出在哪里呢？最后查閱用戶手冊(cè)，發(fā)現(xiàn)可能是地址出錯(cuò)，重新設(shè)定了光眼地址后?？梢灾匦聶z測(cè)到，問(wèn)題解決。42GNP9000型光眼的工作狀態(tài)的設(shè)定是很有意思的，光眼上用于編輯的只有一個(gè)按鍵，但是通過(guò)此按鍵，卻可以完成對(duì)光眼地址、運(yùn)行模式等所有狀態(tài)的設(shè)定，具體過(guò)程如下：首先按住按鍵3秒以上，紅、綠指示燈均閃爍2次，表示光眼已進(jìn)入編輯狀態(tài)；此后如果15秒內(nèi)沒(méi)有按動(dòng)按鍵，光眼自動(dòng)恢復(fù)到運(yùn)行模式。接著迅速按1次按鍵，紅燈會(huì)閃爍1次，表示進(jìn)入到高位地址編輯狀態(tài)，這時(shí)快速按動(dòng)按鍵幾次，就給高位

12、賦值為幾，1次表示高位為1，10次表示為0；迅速按動(dòng)按鍵2次，紅燈相應(yīng)閃爍2次，表示進(jìn)入低位地址編輯狀態(tài)，具體方法同高位編輯；迅速按動(dòng)按鍵3次，紅燈相應(yīng)閃爍3次，表示進(jìn)入操作模式編輯狀態(tài)，這時(shí)按1次、兩次分別對(duì)應(yīng)燈亮操作和燈滅操作；迅速按動(dòng)按鍵4次，紅燈相應(yīng)閃爍4次，進(jìn)入波特率編輯狀態(tài)，這時(shí)按一次表示選擇125kb，2次對(duì)應(yīng)250kb，3次對(duì)應(yīng)500kb；迅速按動(dòng)按鍵5次，紅燈相應(yīng)閃爍5次，進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，這時(shí)所有的原先設(shè)定均被清零。第3章 DeviceNet及其在系統(tǒng)中的應(yīng)用3.1 DeviceNet 概述3.1.1 DeviceNet發(fā)展簡(jiǎn)介DeviceNet最初由Rockwell旗下的Al

13、len-Bradly公司研制開(kāi)發(fā)。憑借該公司在可編程控制器和變頻器領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，使得DeviceNet很快得到了廣泛的應(yīng)用和支持。目前已由ODVA(開(kāi)放設(shè)備網(wǎng)供貨商協(xié)會(huì))負(fù)責(zé)它的進(jìn)一步發(fā)展，并已在中國(guó)設(shè)立了聯(lián)絡(luò)處。迄今為止已有超過(guò)300家廠商加入ODVA，提供支持DeviceNet相關(guān)設(shè)備。DeviceNet（設(shè)備網(wǎng)）是一種開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)，可以運(yùn)行多種不同的工業(yè)設(shè)備（如：限位開(kāi)關(guān)、光電傳感器、閥門、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器、過(guò)程傳感器、條型碼讀入器等）3.1.2 DeviceNet的協(xié)議層次結(jié)構(gòu)及能力1.DeviceNet的協(xié)議層次結(jié)構(gòu)DeviceNet沿用了CAN協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的總線網(wǎng)絡(luò)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，

14、定義了不同的報(bào)文格式、總線訪問(wèn)仲裁規(guī)則及故障檢測(cè)和故障隔離的方法。而應(yīng)用層規(guī)范則是由廠商自主開(kāi)發(fā)，對(duì)應(yīng)于ISO網(wǎng)絡(luò)協(xié)議7層模型的第1、2、7層。其關(guān)系如下圖所示。由此圖可以看出：DeviceNet的協(xié)議層次結(jié)構(gòu)使其可以輕易的融入3層自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中。關(guān)于這幾個(gè)協(xié)議層次的詳細(xì)描述，將在本章的第3節(jié)中進(jìn)行。ISO第二層數(shù)據(jù)鏈路層ISO第七層應(yīng)用層ISO第一層物理層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層信號(hào)收發(fā)器傳輸介質(zhì)CAN協(xié)議規(guī)范DeviceNet應(yīng)用層規(guī)范DeviceNet物理層規(guī)范圖4基于CAN的DeviceNet協(xié)議分層結(jié)構(gòu)2.DeviceNet的能力設(shè)備網(wǎng)為簡(jiǎn)單設(shè)備網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)高性能價(jià)格比的解決方案。它們

15、從例如傳感器一類的設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)；提供主控/叢屬和對(duì)等通信能力。另外，設(shè)備網(wǎng)以控制器局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（CAN）為基礎(chǔ)，定義了一個(gè)介質(zhì)訪問(wèn)控制方法（MAC）以及物理信號(hào)，還提供了冗于循環(huán)校驗(yàn)（CRC）、錯(cuò)幀檢驗(yàn)、幾種其他錯(cuò)誤檢查方法和保護(hù)機(jī)制。除了讀傳感器的狀態(tài)以外，設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)還可以報(bào)告電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器的工作溫度和負(fù)載電流，改變拖動(dòng)裝置的減速率，調(diào)整傳感器的靈敏度等等。針對(duì)設(shè)備網(wǎng)的具體產(chǎn)品，它具有如下能力：(1) 當(dāng)與本文所采用的9000系列光電傳感器相連時(shí)，在傳感器失效前，就知道它正在變模糊；(2) 用FLEX I/O系統(tǒng)和單個(gè)的1746-AND適配器連接多達(dá)128個(gè)I/O點(diǎn)；(3) 共享多個(gè)適配器掃

16、描條型碼閱讀器的查詢表和I/O狀態(tài)；(4) 用防護(hù)型塊形I/O組件省掉額外封裝，同時(shí)節(jié)省安裝時(shí)間；(5) 利用DevicePort分接器減少設(shè)備網(wǎng)主干線上物理分接器的數(shù)目，降低安裝成本。3.網(wǎng)絡(luò)特性作為一個(gè)集成控制系統(tǒng)，它的功能費(fèi)用是由如何簡(jiǎn)單有效地組裝系統(tǒng)元部件來(lái)決定的，設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)正是為了迎合這些要求而設(shè)計(jì)的，它為用戶的控制系統(tǒng)增加了靈活性，提高了效率，具體表現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：(1) 設(shè)備的相互可操作性。設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)提供不止一個(gè)協(xié)議技術(shù)條件，它的相互可操作性所根據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)有：敞開(kāi)型和密封型的設(shè)備連接器；診斷指示器(LED)；(2) 設(shè)備可互換性。不同廠商生產(chǎn)的簡(jiǎn)單裝置，只要符合設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備行規(guī)標(biāo)

17、準(zhǔn)，就可以互換，為客戶提供靈活性和選擇性。(3) 一個(gè)公用的網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)開(kāi)放型的設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)提供一般終端用戶的解決方案。它降低了網(wǎng)絡(luò)銷售商必須支持各種各樣設(shè)備的要求。(4) 以一個(gè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)。設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)基于被公認(rèn)的、著名的CAN技術(shù)，它有助于保證最終用戶和工業(yè)界雙方廣泛的理解和接受。(5) 改善生產(chǎn)率。一個(gè)開(kāi)放的設(shè)備網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)有利于改善整體生產(chǎn)，它 給予最終用戶更多的選擇和鼓勵(lì)設(shè)備更新，從而改善了精度、提供診斷和增加處理器數(shù)據(jù)的總量。(6) 有助于減少維修費(fèi)用。設(shè)備可以在不需要切斷其他設(shè)備電源的情況下拆卸和更換，也不需要編程工具。3.1.3 與羅克韋爾各種網(wǎng)絡(luò)特性比較除了設(shè)備網(wǎng)以外，羅克

18、韋爾還提出了一些其它的網(wǎng)絡(luò)形式，如：通用遠(yuǎn)程I/O鏈路、DH-485網(wǎng)絡(luò)、DH+網(wǎng)絡(luò)。其網(wǎng)絡(luò)特性如下：表2-1 羅克韋爾各種網(wǎng)絡(luò)的性能比較DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)ControlNet 網(wǎng)絡(luò)EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)通用遠(yuǎn)程I/O鏈路DH-485 網(wǎng)絡(luò)DH+ 網(wǎng)絡(luò)功能不通過(guò)I/O模塊，直接把底層設(shè)備連接到工廠級(jí)的處理器上支持PLC和I/O設(shè)備直接的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸集成了工廠管理系統(tǒng)（物資管理）；網(wǎng)絡(luò)配置；數(shù)據(jù)采集；控制另一個(gè)獨(dú)立的高速網(wǎng)絡(luò)；和未預(yù)定的實(shí)時(shí)應(yīng)用提供PLC和I/O適配器之間的連接提供SLC處理器、人機(jī)界面和編程設(shè)備之間的連接允許工廠級(jí)和車間級(jí)的數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)程編程典型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳感器、馬達(dá)

19、啟動(dòng)器、變頻器、按鈕、低端人機(jī)界面、條形碼閱讀器、PLC、氣動(dòng)閥PLC 處理器、I/O機(jī)架，人機(jī)界面，個(gè)人計(jì)算機(jī)，變頻器、機(jī)器人大型計(jì)算機(jī)，PLC控制器，機(jī)器人，人機(jī)界面，I/O接口和I/O適配器PLC處理器，I/O機(jī)架、變頻器、操作員介面, 遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)、 操作模塊SLC處理器，個(gè)人計(jì)算機(jī)，低端人機(jī)界面PLC處理器，個(gè)人計(jì)算機(jī)，高端人機(jī)界面數(shù)據(jù)的再現(xiàn)小的數(shù)據(jù)報(bào)；需要的時(shí)候才發(fā)送數(shù)據(jù)中度大小的數(shù)據(jù)報(bào)；數(shù)據(jù)的傳遞是確定的、可以重復(fù)的大數(shù)據(jù)報(bào)，周期發(fā)送中度大小的數(shù)據(jù)報(bào)周期傳送小的數(shù)據(jù)報(bào)，通過(guò)周期傳送或指定傳送中度大小的數(shù)據(jù)報(bào)周期傳送最大節(jié)點(diǎn)數(shù)64個(gè)邏輯結(jié)點(diǎn)（2048個(gè)設(shè)備）99個(gè)無(wú)限1 掃描器和 32

20、 適配器32個(gè)每條鏈路64個(gè)（網(wǎng)絡(luò)可以有99個(gè)鏈路）數(shù)據(jù)傳輸速率500, 250, 或者 125k bit/s5M bit/s 10M bit/s100M bit/s230.4, 115.2, 或者57.6k bit/s 19.2k bit/s57.6k bit/s表2-1（續(xù)） 羅克韋爾各種網(wǎng)絡(luò)的性能比較DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)ControlNet 網(wǎng)絡(luò)EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)通用遠(yuǎn)程I/O鏈路DH-485 網(wǎng)絡(luò)DH+ 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商完全開(kāi)放完全開(kāi)放完全開(kāi)放羅克韋爾自動(dòng)化公司及其合作者應(yīng)用舉例控制、配置、采集數(shù)據(jù)；傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)網(wǎng)到PLC控制器或個(gè)人計(jì)算機(jī)以減少導(dǎo)線并提供更多的故障診斷

21、信息. 控制、配置、采集數(shù)據(jù)；PLC處理器控制遠(yuǎn)程I/O機(jī)架；和其它處理器進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，并對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采用冗余介質(zhì)連接使用一臺(tái)單獨(dú)的個(gè)人計(jì)算機(jī)對(duì)多個(gè)PLC處理器控制、配置和采集數(shù)據(jù)，或者用一臺(tái)單獨(dú)的個(gè)人計(jì)算機(jī)在多個(gè)PLC控制器之間上載下載非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)一個(gè)PLC-5處理器控制I/O機(jī)架、PanelView操作員介面、1336拖動(dòng)裝置和第三方生產(chǎn)的焊接裝置閥門在一個(gè)小工廠使用一個(gè)編程用的個(gè)人計(jì)算機(jī)連接到一個(gè)或者多個(gè)SLC處理器上使用一個(gè)個(gè)人計(jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)的一端對(duì)全工廠的多個(gè)PLC處理器編程由上表可以看出，DeviceNet是一種支持多方廠家產(chǎn)品互操作的開(kāi)放式通訊標(biāo)準(zhǔn)；是一種考慮未來(lái)的設(shè)計(jì)，能根據(jù)擴(kuò)展和

22、變化需要來(lái)方便地增加功能；它是一種低層網(wǎng)絡(luò)，只在簡(jiǎn)單的工業(yè)設(shè)備（如表中提到的傳感器和傳動(dòng)裝置等）和高層設(shè)備（如PLC和計(jì)算機(jī)）之間提供連接，與ControlNet不同，無(wú)需通過(guò)導(dǎo)線將其與I/O模塊連接。DeviceNet是一種柔性、開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)，可以運(yùn)行多種銷售商生產(chǎn)的設(shè)備。3.2 DeviceNet的傳輸特性目前，在現(xiàn)場(chǎng)總線中由有兩種常用的通訊模式。一種是傳統(tǒng)的源/目標(biāo)（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）模式，另外一種是新型的生產(chǎn)者/客戶網(wǎng)絡(luò)模式。老式的源/目標(biāo)模式采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式進(jìn)行通訊，在報(bào)文中含有特定的源/目標(biāo)地址信息，如圖(a)所示,對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)在不同的時(shí)刻到達(dá)，實(shí)現(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)間的同步是非常困難的。當(dāng)信

23、息的目的地不同時(shí)，源節(jié)點(diǎn)必須多次發(fā)送數(shù)據(jù)給不同的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，從而造成了帶寬的損失。 DeviceNet使用更為有效的生產(chǎn)者/客戶模式取代了傳統(tǒng)的源/目標(biāo)模式，報(bào)文將不再專屬于特定的源或目的。該模式要求對(duì)信息打包，使其具有數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)區(qū)，如圖2(b)所示。這時(shí)，控制器僅僅需要發(fā)出一個(gè)報(bào)文，其他需要數(shù)據(jù)的設(shè)備通過(guò)報(bào)文識(shí)別符過(guò)濾方式對(duì)總線上的報(bào)文進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，當(dāng)識(shí)別到相應(yīng)的標(biāo)志符后，便開(kāi)始接受整個(gè)報(bào)文，即“消費(fèi)”。從而可以使多個(gè)消費(fèi)者節(jié)點(diǎn)從單個(gè)生產(chǎn)者節(jié)點(diǎn)那里同時(shí)獲得相同的數(shù)據(jù)，這樣用很窄的帶寬就可以供多個(gè)設(shè)備同時(shí)動(dòng)作。同時(shí)，標(biāo)志符還提供解決多級(jí)優(yōu)先權(quán)的手段，以便更高效的傳送I/O數(shù)據(jù)，并供多個(gè)消費(fèi)者使用。目前

24、，包括DeviceNet和ControlNet在內(nèi)的多種網(wǎng)絡(luò)都采用了這種通訊模式。設(shè)備網(wǎng)的技術(shù)參數(shù)如表所示。傳輸速率使 用 電 纜干線長(zhǎng)度最大支線長(zhǎng)度最大節(jié)點(diǎn)數(shù)累計(jì)支線長(zhǎng)度125 kb/s500m 6m 64 156m250 kb/s250m 78m500 kb/s100m 39m 3.3 DeviceNet協(xié)議3.3.1物理層與傳輸介質(zhì)DeviceNet網(wǎng)絡(luò)元件包括系統(tǒng)接地、粗纜和細(xì)纜混合結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)端接口和電源分配。線纜包括粗纜（多用作干線）和細(xì)纜（多用于分支線），總線的線纜中包括24V直流電源和信號(hào)線兩個(gè)雙絞線線對(duì)以及信號(hào)屏蔽線。DeviceNet提供125/250/500 Kbps三種可

25、選的通訊波特率,最大拓?fù)渚嚯x為500米，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)段最大可達(dá)64個(gè)節(jié)點(diǎn)。波特率、線纜類型、拓?fù)渚嚯x之間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。3.3.2 數(shù)據(jù)鏈路層1.數(shù)據(jù)幀格式幀起始標(biāo)志確認(rèn)幀結(jié)束標(biāo)志11位標(biāo)識(shí)符控制字段幀長(zhǎng)08字節(jié)數(shù)據(jù)循環(huán)冗余校驗(yàn)圖3-2 CAN數(shù)據(jù)幀格式DeviceNet數(shù)據(jù)鏈路層遵循CAN協(xié)議規(guī)范，并由CAN控制器芯片實(shí)現(xiàn)。CAN提供數(shù)據(jù)幀、出錯(cuò)幀、遠(yuǎn)程幀和過(guò)載幀等多種幀格式，最重要的是數(shù)據(jù)幀，其格式如所示。2.沖突處理機(jī)制DeviceNet采用非破壞性逐位仲裁（NBA）的方法解決共享介質(zhì)總線訪問(wèn)沖突問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符，這個(gè)標(biāo)識(shí)符的值決定了仲裁中優(yōu)先級(jí)的大小，優(yōu)先級(jí)值小

26、的節(jié)點(diǎn)在競(jìng)爭(zhēng)仲裁中為獲勝的一方。不同于以太網(wǎng)，總線上不會(huì)發(fā)生沖突，競(jìng)爭(zhēng)中獲勝的節(jié)點(diǎn)可以繼續(xù)發(fā)送，直至完成為止。這種機(jī)制保證了總線上的信息不會(huì)丟失，總線資源也得到最大的利用，不會(huì)浪費(fèi)。3.3.3 應(yīng)用層1.數(shù)據(jù)生成源/消費(fèi)源(Producer/Consumer Model)的網(wǎng)絡(luò)模型現(xiàn)今的工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中有兩種主要的網(wǎng)絡(luò)模型，即源/目的地模型(Source/Destination)和生產(chǎn)者/消費(fèi)者(Producer/Customer)模型。較早出現(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)總線，如Profibus DP、Profibus PA、Interbus S、AS-I等，都是基于源/目的網(wǎng)絡(luò)模型的產(chǎn)品，90年代中期以后推出的

27、一些現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，則采用了生產(chǎn)者/消費(fèi)者通訊模型，以期獲得更高的通訊效率，滿足更高的控制要求。如ControlNet、DeviceNet等。源/目的地模型(Source/Destination)，存在明顯的不足。下圖給出了控制網(wǎng)生產(chǎn)者/消費(fèi)者通訊模型與源/目的通訊模型的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)。源地址目的地址數(shù)據(jù)CRC圖3-3 源/目的通訊模型的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)標(biāo)識(shí)符數(shù)據(jù)CRC圖3-4生產(chǎn)者/消費(fèi)者通訊模型的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)DeviceNet利用了CAN的技術(shù)，使用生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)，多個(gè)消費(fèi)者可以同時(shí)接收到來(lái)自同一個(gè)生產(chǎn)者發(fā)送的信息。DeviceNet上的設(shè)備既可能是客戶，也可能是服務(wù)器，或者兼?zhèn)鋬蓚€(gè)角色。而

28、每一個(gè)客戶/服務(wù)器又都可能是生產(chǎn)者、消費(fèi)者，或者兩者皆是。典型地，服務(wù)器“消費(fèi)”請(qǐng)求，同時(shí)“產(chǎn)出”響應(yīng)；相應(yīng)地，客戶“消費(fèi)”響應(yīng)，同時(shí)“產(chǎn)出”請(qǐng)求。也存在一些獨(dú)立的連接，它們不屬于客戶或服務(wù)器，而只是單純生產(chǎn)或消費(fèi)數(shù)據(jù)，這分別對(duì)應(yīng)了周期性或狀態(tài)改變類數(shù)據(jù)傳送方式的源/目的，這樣就可以顯著降低帶寬消耗。與典型的源/目的模式相比，生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型是一種更為靈活高效的處理機(jī)制。在DeviceNet上，產(chǎn)生數(shù)據(jù)的設(shè)備提供數(shù)據(jù)，并給這些數(shù)據(jù)賦予相應(yīng)的標(biāo)識(shí)符。需要接收數(shù)據(jù)的設(shè)備則監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)上所傳送的報(bào)文，并根據(jù)其標(biāo)識(shí)符選擇接收（即“消費(fèi)”）合適的報(bào)文。按照生產(chǎn)者/消費(fèi)者模型，在網(wǎng)絡(luò)上傳送的報(bào)文不一定專屬于

29、某個(gè)固定的源/目的地，網(wǎng)絡(luò)可以支持多點(diǎn)發(fā)送，大大節(jié)約了帶寬。2.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)粗電纜和細(xì)電纜都可以用作干線和支線。但是速度與網(wǎng)絡(luò)距離有關(guān)。表3-1 DeviceNet的網(wǎng)絡(luò)距離和速率的關(guān)系數(shù)據(jù)速率125Kbps250Kbps500Kbps主干線長(zhǎng)度500m250m100m支線長(zhǎng)度100m100m100m最大單個(gè)支線長(zhǎng)度6m6m6m累加的支線長(zhǎng)度156m78m128mDeviceNet可以采用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式靈活，如圖3-5所示：圖3-5 DeviceNet的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3.數(shù)據(jù)通訊方式DeviceNet支持多種數(shù)據(jù)通訊方式，如循環(huán)（Cyclic）、狀態(tài)改變（Change Of State）、選通（

30、Strobe）、查詢（Polled）等。循環(huán)方式適用于一些模擬設(shè)備，可以根據(jù)設(shè)備的信號(hào)發(fā)生的速度，靈活設(shè)定循環(huán)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的時(shí)間間隔，這樣就可以大大降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)的帶寬要求。狀態(tài)改變方式用于離散的設(shè)備，使用事件觸發(fā)方式，當(dāng)設(shè)備狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)才發(fā)生通訊，而不是由主設(shè)備不斷的查詢來(lái)完成。選通方式下，利用8字節(jié)的報(bào)文廣播，64個(gè)二進(jìn)制位的值對(duì)應(yīng)著網(wǎng)絡(luò)上64個(gè)可能的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)位的標(biāo)識(shí)，指定要求響應(yīng)的從設(shè)備。查詢方式下，I/O報(bào)文直接依次發(fā)送到各個(gè)從設(shè)備（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）。多種可選的數(shù)據(jù)交換形式，均可以由用戶方便地指定。通過(guò)選擇合理的數(shù)據(jù)通訊方式，網(wǎng)絡(luò)使用的效率得以明顯的提高。4.對(duì)象模型與設(shè)備描述DeviceNe

31、t使用了對(duì)象的概念來(lái)描述應(yīng)用層的協(xié)議。對(duì)象模型提供了組織和實(shí)現(xiàn)DeviceNet產(chǎn)品構(gòu)成元件屬性、服務(wù)和行為的簡(jiǎn)便的模板。模型為每個(gè)屬性提供了由4個(gè)數(shù)字組成的尋址方案。它們分別是節(jié)點(diǎn)地址（MAC ID），對(duì)象類標(biāo)識(shí)符，實(shí)例編號(hào)和屬性編號(hào)。表3-2 各個(gè)對(duì)象組件的范圍地址最低最高節(jié)點(diǎn)（MAC ID）063類165535實(shí)例065535屬性12555.數(shù)據(jù)傳送技術(shù)DeviceNet主要有二種信息傳送的方法:I/O通訊(I/O messaging)和直接通訊(explicit messaging)。I/O messaging(I/O messaging)用于實(shí)時(shí)面向控制的通訊，它可以和單用戶或多用戶

32、通訊，主要采用了高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)符的應(yīng)用。I/O信息包括了無(wú)協(xié)議的8位字節(jié)數(shù)據(jù)，只有一個(gè)例外：分段的I/O信息，它有一字節(jié)用作協(xié)議用。直接數(shù)據(jù)通訊(explicit messaging)在二個(gè)設(shè)備之間提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的多用途通訊，它提供了典型的請(qǐng)求/應(yīng)答式通訊，主要用于節(jié)點(diǎn)組態(tài)和故障診斷。它主要用于低優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)。分段數(shù)據(jù)是用于長(zhǎng)于8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)傳送，每次信息需要一個(gè)字節(jié)的協(xié)議。圖3-6 I/O通訊的格式圖3-7 直接通訊的格式3.4DeviceNet硬件連接及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)在本文中，主要的工作是用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備，進(jìn)行DeviceNet的硬件連接并用AB公司的通信軟件RSLink進(jìn)行組態(tài)。3.4.1

33、系統(tǒng)硬件設(shè)備圖3-8 DeviceNet可以使用的開(kāi)放式和密封式連接器本文使用的硬件可以歸為兩類：1.組網(wǎng)元件。組網(wǎng)元件包括DeviceNet線纜、連接端頭、設(shè)備分接盒、電源分接器等，均為較通用的產(chǎn)品。2.適用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。適用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通?？捎刹煌膹S商按照統(tǒng)一的DeviceNet協(xié)議規(guī)范生產(chǎn)。本文中均采用AB公司的產(chǎn)品，包括1747SDN掃描器，F(xiàn)LEXI/O等。3.4.2 網(wǎng)絡(luò)通信軟件RSLink1.RSLink簡(jiǎn)介A-B可編程序控制器的RSLink是在WindowsNT、Windows95、Windows98操作系統(tǒng)下建立工廠所有通信方案的工具。它為A-B的可編程序控制器與各種Rockw

34、ellSoftware及A-B應(yīng)用軟件（如RSLogix500等）之間建立起通信聯(lián)系。通過(guò)RSLink能夠清楚了解網(wǎng)絡(luò)是否通斷及各種硬件設(shè)備是否連接在網(wǎng)上，并且能讀取來(lái)自PLC或I/O口端的數(shù)據(jù)。可以說(shuō)，RSLink是應(yīng)用軟件與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)上硬件設(shè)備間溝通的橋梁。RSLink共分五種類型，本文所使用的是具有完整特征的產(chǎn)品。它包含了RSLink Lite和RSLink OEM的所有特點(diǎn)并在功能上進(jìn)一步完善。2.本文主要任務(wù)本文中主要利用RSLink實(shí)現(xiàn)兩部分功能(1) 用RSWho 菜單項(xiàng)實(shí)現(xiàn)查看網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)功能。在RSWho中，用戶可以在一屏內(nèi)查看所有活動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)通信。RSWho的左框?yàn)闃?shù)型控制框，用于

35、顯示網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備；右框?yàn)榱斜砜刂瓶?，用于顯示一個(gè)集合的所有成員。如下圖所示在本文中主要用RSLink來(lái)查看兩個(gè)項(xiàng)目：一個(gè)是以串口RS232協(xié)議連接的SLC500型PLC及上位機(jī)的通信情況，如果通信正常，那么當(dāng)選中左邊樹(shù)型控制框中的相應(yīng)項(xiàng)目時(shí)，右邊列表控制框中應(yīng)顯示出如下成員：SLC5/03CPU、1747-SDN掃描器（DeviceNet Scanner module）、1746OB16輸出模塊、1746IB16輸入模塊、1746NR4模擬量輸入模塊及上位機(jī)。如果沒(méi)有出現(xiàn)相應(yīng)成員或者出現(xiàn)但是被打，表示設(shè)備未連接或連接了但通信沒(méi)有建立。如圖示有時(shí)，當(dāng)上位機(jī)重新開(kāi)機(jī)后，會(huì)發(fā)現(xiàn)SLC5/03處理器連接

36、無(wú)誤卻被打，這時(shí)只要在右邊列表框中以右鍵點(diǎn)擊圖標(biāo)，在出現(xiàn)的列表選項(xiàng)中選擇Configure Driver 就會(huì)出現(xiàn)組態(tài)表，選擇正確的串口，進(jìn)行組態(tài)，即可使通信重新建立。（2）用Configure drivers 菜單項(xiàng)完成對(duì)設(shè)備網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序的組態(tài)；和PLC與上位機(jī)之間進(jìn)行串口通訊的驅(qū)動(dòng)程序的組態(tài)。通過(guò)選擇不同的通訊協(xié)議，以及不同的端口通常可以成功的完成對(duì)驅(qū)動(dòng)程序的組態(tài)。但有時(shí)也會(huì)遇到無(wú)法成功的情形，根據(jù)本人的經(jīng)驗(yàn)，在保證沒(méi)有節(jié)點(diǎn)斷開(kāi)的條件下，組態(tài)無(wú)法完成通常是由于串口被其他程序占用；DeviceNet上連接的設(shè)備沒(méi)有上電等原因造成的。組態(tài)的具體操作過(guò)程如圖所示，確定了串口號(hào)等屬性后，單擊Auto

37、-Configure鍵即可開(kāi)始組態(tài)。3.評(píng)價(jià).把RSLinx作為各種應(yīng)用程序之間的中間橋梁，大大方便了用戶的使用和程序的開(kāi)發(fā)，也使得用戶自己定制程序成為可能，但是，這種應(yīng)用也有一定的缺陷。u 把RSLinx作為中間橋梁，獨(dú)立于應(yīng)用程序的好處：(1)設(shè)備更新升級(jí)后，不需要對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行升級(jí)，僅僅需要在RSLinx中加裝新的驅(qū)動(dòng)程序。(2)RSLinx的升級(jí)有利于優(yōu)化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。u 把RSLinx作為中間橋梁，獨(dú)立于應(yīng)用程序的缺點(diǎn)：增加了中間環(huán)節(jié)，不利于自身軟件的穩(wěn)定。如果RSLinx在運(yùn)行中出現(xiàn)錯(cuò)誤，其后果不堪設(shè)想。3.4.3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的讀取、處理、及輸出數(shù)據(jù)對(duì)警報(bào)裝置

38、進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控的功能，將底層設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)。3.4.4 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)在完成硬件連接并用RSLink將驅(qū)動(dòng)程序正確進(jìn)行組態(tài)后，就可以對(duì)Device Net進(jìn)行組態(tài)了。這是通過(guò)羅克韋爾的軟件RSNetworx for DeviceNet來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 圖3-10 RSNetworx for DeviceNet界面使用該軟件，用戶可以通過(guò)生成和管理項(xiàng)目，方便地檢查網(wǎng)上設(shè)備活動(dòng)情況、指定具體設(shè)備的數(shù)據(jù)存取方式和與控制器所屬掃描設(shè)備間的數(shù)據(jù)映射關(guān)系，設(shè)備的增刪與更改，調(diào)節(jié)設(shè)備的可控制參數(shù)等。本項(xiàng)目就是利用該軟件生成項(xiàng)目，并通過(guò)對(duì)1747SDN掃描器進(jìn)行配置，建立了光眼等硬件設(shè)備與其的映射關(guān)系，完成了網(wǎng)絡(luò)的

39、組態(tài)。第4章 可編程序控制器及I/O模塊4.1 PLC簡(jiǎn)介自從1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)美國(guó)通用汽車公司（GM）的要求，研制出了世界上第一臺(tái)可編程序控制器PLC（Programmable Logic Controller）以來(lái)，由于結(jié)合了繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、使用方便、價(jià)格低廉以及計(jì)算機(jī)的功能完善、靈活性、通用性好的優(yōu)點(diǎn)，PLC得到了非常迅速的發(fā)展，已做為一個(gè)獨(dú)立的工業(yè)設(shè)備被列入生產(chǎn)中，成為當(dāng)代電控裝置的主導(dǎo)。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）1985年1月對(duì)可編程序控制器做過(guò)如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在

40、內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)?！?.2 SLC500系列小型可編程序處理器4.2.1 SLC500系列簡(jiǎn)介SLC500系列小型可編程序處理器是由AB公司研制的應(yīng)用廣泛的PLC。它提供了多種功能不同的離散量和模擬量I/O模塊以方便用戶選擇，還可通過(guò)擴(kuò)展機(jī)架提高I/O容量，并提供了特殊I/O模塊如高速計(jì)數(shù)器模塊、步進(jìn)控制器模塊等，以加強(qiáng)用戶的控制系統(tǒng)。而且，通過(guò)通信接口模塊，用戶還可以用Rockwell開(kāi)發(fā)的軟件

41、如RSNetworx for DeviceNet來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)，構(gòu)成強(qiáng)大的分布式控制系統(tǒng)。尤其方便的是，它提供了強(qiáng)大的控制指令集，使用戶編程非常方便有效。4.2.2 SLC5/03處理器由于設(shè)計(jì)要求處理器支持終端設(shè)備之間的異步串行數(shù)據(jù)通信（如編程），所以選擇了有RS-232通信口的SLC5/03處理器。它的性能比起之前的產(chǎn)品如SLC5/01、SLC5/02有顯著提高，程序內(nèi)存容量、最多控制本地I/O點(diǎn)數(shù)目等都大為增強(qiáng)，它提供： 16K的程序內(nèi)存（SLC5/01、SLC5/02最多為4K）； 最多控制960個(gè)本地I/O點(diǎn)，可通過(guò)遠(yuǎn)程I/O和DeviceNet擴(kuò)展； 內(nèi)置RS-232通信口，支

42、持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、DF1全雙工遠(yuǎn)程等多種通信方式； 內(nèi)置DH-485通道； 鑰匙開(kāi)關(guān)。4.2.3 1746-NR4模擬量輸入模塊1.簡(jiǎn)介本文使用的溫感是熱敏電阻，產(chǎn)生的信號(hào)不能直接送入PLC，這就需要模擬量輸入模塊。模擬量輸入模塊在模擬量信號(hào)和可編程序控制器數(shù)據(jù)表之間進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，包括標(biāo)準(zhǔn)模擬量的輸入及直接熱電阻和熱電偶輸入。這些模塊可用軟件設(shè)置信號(hào)濾波，以屏蔽環(huán)境和傳輸噪聲；可對(duì)每個(gè)I/O設(shè)置有效范圍；提供多種自診斷測(cè)試如超范圍、超變化率報(bào)警等。隔離措施有輸入信號(hào)與電源噪聲隔離、輸入回路之間信號(hào)隔離。本文使用的是專門針對(duì)SLC500系列PLC的1746NR4模擬量輸入模塊。2.硬件連接及尋址 使用

43、該模塊時(shí)，直接將模塊插入匹配機(jī)架即可完成與PLC的連接，無(wú)需其他線路與電源、CPU等設(shè)備相連，因?yàn)闄C(jī)架本身就配有相應(yīng)線路。在1746NR4模塊上有03共4個(gè)輸入接口，對(duì)應(yīng)在面板上有03共4個(gè)指示燈，燈綠表示工作正常，紅或不亮則表示出錯(cuò)；每個(gè)接口有3個(gè)端子，分別與Cu50的3根線（RTD、SENSE、RETURN）相連，在PLC中，會(huì)根據(jù)模塊在機(jī)架中的位置給模塊的4個(gè)輸入接口分配I/O映象文件（均為16位），在本文中，因?yàn)闇馗薪釉诮涌?上，所以，對(duì)應(yīng)的輸入及輸出映象字分別是I：3.0和O：3.0，程序運(yùn)行時(shí)，首先要向O：3.0送入16位的狀態(tài)字使其的工作狀態(tài)得到設(shè)定，否則，模塊的燈不亮，模塊未進(jìn)

44、入工作狀態(tài)。4.2.4 SLC500硬件配置SLC500系列有兩種硬件結(jié)構(gòu)：固定式控制器與模塊式控制器。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本文采用的是模塊式控制器。本文所選擇的硬件裝置包括：SLC5/03CPU、1747-SDN掃描器（DeviceNet Scanner module）、1746OB16輸出模塊、1746IB16輸入模塊、1746NR4模擬量輸入模塊、1746-A10十槽框架及1746P2電源。進(jìn)行硬件連接時(shí)，除了電源和CPU的位置是固定的，其他模塊在機(jī)架中的位置可以任意選定，不過(guò)將模塊插入機(jī)架的插槽后，要用RSLogix軟件的I/O Configuration 選項(xiàng)進(jìn)行組態(tài)，輸入各模塊在機(jī)架中的

45、位置，否則CPU會(huì)處于錯(cuò)誤（FAULT）狀態(tài)。本文的機(jī)架配置如圖所示：由圖中可以看出，由04的5個(gè)機(jī)架中，依次為SLC5/03CPU、1747-SDN掃描器（DeviceNet Scanner module）、1746OB16輸出模塊、1746NR4模擬量輸入模塊、1746IB16輸入模塊。電源為默認(rèn)，不在機(jī)架配置圖中。第5章 可編程序控制器的編程5.1 可編程序控制器的編程方式可編程序控制器的編程方式通常為三種：梯形圖；結(jié)構(gòu)文本；順序功能圖SFC。本文采用的是梯形圖編程。梯形圖編程是最直觀，最基本的編程方式。它采用圖形符號(hào)，沿用了繼電器的觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語(yǔ)，不需學(xué)習(xí)更深的計(jì)算機(jī)知識(shí)即可理

46、解，適用于順序邏輯控制、離散量控制等。5.2 可編程序控制器的輸入/輸出尋址5.2.1 有關(guān)尋址的幾個(gè)概念1 物理地址物理地址也就是I/O模塊在物理框架中的位置，常以第幾框架第幾槽中的第幾個(gè)端子表示。2邏輯地址邏輯地址是對(duì)應(yīng)于內(nèi)存中的地址，在SLC500中，以槽號(hào)（十進(jìn)制）、字號(hào)、端子號(hào)來(lái)表示。物理地址和邏輯地址在概念上是不同的，不過(guò)，在兩者間有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。5.2.2 SLC500的輸入/輸出尋址在SLC500中，是用輸出和輸入數(shù)據(jù)文件（文件O：0和I：1）表示外部的輸出和輸入，在文件1中的各位表示外部輸入。在大多數(shù)情況下，這些文件中的每個(gè)16位字與位于控制器內(nèi)的一槽對(duì)應(yīng)，位號(hào)與響應(yīng)的輸

47、入或輸出端子號(hào)對(duì)應(yīng)。使用字中沒(méi)用到的位無(wú)效。下表解釋了輸出和輸入的地址格式。注意該格式用e表示槽號(hào)，用s表示字號(hào)。處理文件指令時(shí)，數(shù)據(jù)文件元素按e.s格式一起使用。 格式說(shuō)明O 輸出I 輸入 ： 元素分隔符e 槽號(hào)（十進(jìn)制）0號(hào)槽，即第一個(gè)框架中靠近電源的槽，用于處理器模塊（CPU）。接下來(lái)的槽是 I/O槽，槽號(hào)從1到30。 字分隔符。只有如下指明必須用到字號(hào)時(shí)才要求用字分隔符。 s 字號(hào)如果某槽的輸入或輸出點(diǎn)數(shù)超過(guò)16時(shí)需要使用字號(hào)。范圍：0255（該范圍供多字特殊模塊使用） / 位分隔符 b 端子號(hào) 輸入：015 輸出：0155.3本文工作在使用1746-NR4溫感模塊的過(guò)程中，曾遇到許多

48、問(wèn)題：開(kāi)始將模塊接入溫感后，根據(jù)使用電壓模擬量模塊的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為可在輸入映象文件中直接讀到輸入，但是卻沒(méi)有，經(jīng)查閱資料了解到首先得通過(guò)對(duì)1746NR4模塊設(shè)定工作狀態(tài)，才可以讓其正常工作，狀態(tài)的設(shè)定是通過(guò)向模塊地址送一個(gè)16位的狀態(tài)字實(shí)現(xiàn)的。由于對(duì)1746-NR4模塊的端子地址不清楚：1746-NR4有4個(gè)接口，每個(gè)接口有3個(gè)端子，與溫感的3個(gè)端子對(duì)應(yīng)，那么按照SLC500對(duì)輸入輸出文件格式的要求，似乎應(yīng)該對(duì)每個(gè)端子都賦地址值，但是按照這樣操作，一直無(wú)法使溫感模塊工作在正常狀態(tài)。開(kāi)始曾認(rèn)為是溫感的問(wèn)題，但用萬(wàn)用表測(cè)量溫感工作正常，最后，經(jīng)過(guò)請(qǐng)教師兄及自己測(cè)試，本文用的溫感連在模塊的2號(hào)接口上，所

49、以地址應(yīng)為O：3.0，向此位送入限定了工作狀態(tài)的16位字后，下載并運(yùn)行程序，即可使溫感進(jìn)入工作狀態(tài)。接下來(lái)的工作是編程。本文的編程工作較為簡(jiǎn)單，編程主要針對(duì)溫感和煙感進(jìn)行。煙感的數(shù)據(jù)可以直接從I/O映象表中讀到，用萬(wàn)用表可測(cè)得正常環(huán)境下，煙感標(biāo)準(zhǔn)回路的電壓在3V以內(nèi)變化，但是在煙霧環(huán)境下，電壓會(huì)升至6V7V，將5V對(duì)應(yīng)的輸入映象字作為常量，利用大于等于比較指令（GEQ）當(dāng)輸入大于等于5V的對(duì)應(yīng)值時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警燈。溫感的編程基本相同，只是先要送狀態(tài)字到溫感端子的地址，然后利用大于等于比較指令（GEQ）與預(yù)先設(shè)定好的常量進(jìn)行比較，當(dāng)大于等于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警燈。 第6章 總 結(jié)本文以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室安全監(jiān)

50、控為目標(biāo)，采用了羅克韋爾自動(dòng)化公司的先進(jìn)技術(shù)，并利用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線DeviceNet及PLC組建了監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，較為成功地將現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于該監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了以PLC為核心的實(shí)時(shí)監(jiān)控。總結(jié)起來(lái)，本文所做工作主要有： 1.分析、連接DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行了組態(tài)；2.根據(jù)設(shè)計(jì)要求及實(shí)際情況選擇傳感器并接入網(wǎng)絡(luò)；3.利用DeviceNet及PLC實(shí)現(xiàn)了信號(hào)檢測(cè)；4.用PLC實(shí)現(xiàn)了信號(hào)處理及報(bào)警；本系統(tǒng)采用了先進(jìn)而通用的監(jiān)控方法。這種實(shí)現(xiàn)，可以直接移植到實(shí)際系統(tǒng)當(dāng)中。但是實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要對(duì)傳感器的選擇有更高的要求。本文存在的主要不足有：1.對(duì)羅克韋爾網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用還處于比較淺的層次；2.傳感器尤其是溫感

51、性能普通，不能符合實(shí)際應(yīng)用的要求。致 謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我非常榮幸地得到甘詠梅老師認(rèn)真、熱情的指導(dǎo)。甘老師不僅指導(dǎo)我完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，還向我傳授了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和對(duì)學(xué)術(shù)研究的奉獻(xiàn)精神。無(wú)論是畢業(yè)設(shè)計(jì)中還是論文的寫作中，我都得到了王宇、王雪，姜慶明、王曉鈺幾位學(xué)長(zhǎng)悉心幫助和熱情指導(dǎo)，他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和解決問(wèn)題的方法使我受益匪淺。李程同學(xué)和我合作完成了本課題，他孜孜不倦學(xué)習(xí)的毅力和追求完善的精神永遠(yuǎn)都值得我學(xué)習(xí)。在此，我向他們表示最誠(chéng)摯的謝意。參考文獻(xiàn)【1】 http:/【2】 中國(guó)期刊網(wǎng) 【3】 SLC500 and Micrologix1000指令集 參考手冊(cè)【4】 面向樓宇自動(dòng)化的保安探測(cè)與自動(dòng)化系統(tǒng)【5】 用SLC實(shí)現(xiàn)多溫區(qū)的電加熱爐的PID解耦控制【6】 浙江大學(xué)羅克韋爾自動(dòng)化技術(shù)中心，可編程序控制器系統(tǒng)，浙江大學(xué)出版社，1999【7】 Installation/Configuration Instructions for 42GNU9000 Retroreflective Photoelectric Sensor for DeviceNet -36-