《现场总线技术综合实训》
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课程报告
计算机控制技术102班 崔建彪 101413233 张士磊 2012年12月28日
目 录
现场总线技术课程设计
一、 引言 ........................................................................................... 2 二、 系统总体方案设计 .................................................................... 3
2.1 系统硬件配置及组成原理 ................................................. 3 2.2本系统所用类似的三层架构模拟图 ................................... 4 2.3 EtherNet/IP网络配置与通信验证过程 ............................. 5 三、 控制系统设计 .......................................................................... 15
3.1 EtherNet_IP通信配置流程图设计 ................................. 15 3.2 EtherNet_IP通信配置设计思路..................................... 16 四、上位监控系统设计 .................................................................... 16
4.1 PLC与上位监控软件通讯............................................. 16 4.2 实现的效果 ..................................................................... 17 五、 系统调试及结果分析............................................................... 17
5.1 通过本次通信验证所解决的问题.................................... 17 5.2 结果分析 ......................................................................... 17 六、结束语 ....................................................................................... 18 七、参考文献 ................................................................................... 19
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一、 引言
20世纪90年代以后随着现场总线控制技术的逐渐成熟，智能化与功能自治性的现场设备的广泛应用，嵌入式控制器、智能现场测控仪表和传感器等方便地接入了现场总线。
控制专家们纷纷预言：FCS将成为21世纪控制系统的主流。然而在控制界对FCS进行概念炒作的时候，却注意到它的发展在某些方面的不协调，其主要表现在迄今为止现场总线的通讯标准尚未统一：8种现场总线经过14年的纷争，最后IEC的现场总线标准化组织经投票，通过以下这8种现场总线成为IEC61158现场总线标准，即：FF H1，Control Net，ProfiBus，InterBus，P．Net，World FIP，Swift Net，FF之高速EtherNet即HSE。此外，FCS的传输速率也不尽人意，以基金会现场总线(FF)正在制定的国际标准为例，它采用了ISO的参考模型中的3层(物理层、数据链路层和应用层)和极具特色的用户层，其低速总线H1的传输速度为31．25kbps，高速总线H2的传输速度为1 Mbps或2．5Mbps，这在有些场合下仍无法满足实时控制的要求。又如广泛用于汽车行业的Can总线
系统，其最高的传输速率为1 Mbps／40米；这些现场总线受通讯距离制约较大。 由于上述原因，使FCS在工业控制中的推广应用受到了一定的限制。
以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势，由于它 支持几乎所有流行的网络协议，所以在商业系统中被广泛采用。但是传统以太网 采用总线式拓朴结构和多路存取载波侦听碰撞检测(CSMA／CD)通讯方式，在实时性要求较高的场合下，重要数据的传输过程会产生传输延滞，这被称为以太网的“不确定性”。研究表明：商业以太网在工业应用中的传输延滞在2～30ms之间，这是影响以太网长期无法进入过程控制领域的重要原因之一。因此对以太网的研究具有工程实用价值，从而产生了一种新型的针对工业控制领域的以太网一工业以太网。
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二、 系统总体方案设计
2.1
系统硬件配置及组成原理
本系统采用了目前自动化领域最先进的NetLinx 网络架构，在NetLinx架构中，计算机通过EtherNet对其它网络进行访问的接入成本是最低的。利用EtherNet 可以实现远程操作、远程编程、远程网络配置等功能。计算机通过以太网连接1756-ENBT 模块，通过ControlLogix 框架访问控制系统本地及远程的输入输出模块。其中每台计算机都可以通过EtherNet 直接与1756-ENBT 模块通信，进而通过ControlLogix 框架与相应的CPU模块通信，进行网络配置及程序下载。
<1>系统所用硬件：
（1） 计算机——配置EtherNet网络，编制控制程序； （2） ControlLogix 控制系统－—在本系统中用到的模块：
① 1756-PA75 电源模块——电源模块将外部的交流或直流电源转换成控制器内部可用的电源，并防止电压脉冲对可编程序控制器内部部件的干扰。
② 1756-L61 ControlLogix 处理器（对应Slot 0）——控制EtherNet网络演示系统的运行。
③ 1756-ENET/1756-ENBT/1756-EWEB 以太网通信模块（对应Slot 1）——与计算机或其它控制系统通信，本系统中计算机对EtherNet网络的配置及控制程序的下载都是通过该模块实现的。
④ 1756-IB32/OB32 数字量输入输出――与外部被控对象连接的接口。 （3）CompactLogix 控制系统－—在本系统中用到的模块： ①1769—ECL 左侧终端－—左侧阻抗匹配，防止信号衰减。
② CompactLogix L32 E/ CompactLogix L43（对应Slot 0）——控制EtherNet网络演示系统的运行。
③ 1769-PA2 电源模块——电源模块将外部的的交流或直流电源转换成控制器内部可用的电源，并防止电压脉冲对可编程序控制器内部部件的干扰。
④ 1756-IB32/OB32 数字量输入输出――与外部被控对象连接的接口。
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⑤1769—ECL 右侧终端－—右侧阻抗匹配，防止信号衰减 （3）FlexLogix 控制系统－—在本系统中用到的模块：
① 1794—PS13 电源模块－—将外部的的交流电源转换成通信适配器和输入输出模块内部可用的电源。
② 1794—AENT 以太网通信适配器－—与计算机或其它控制系统通信。 ③1794—IB32/OB32 数字量输入输出――与外部被控对象连接的接口。 （4）集线式交换机、连接电缆及其他附件。
系统中所用Logix系统的组成如下表格所示：（次序与Rockwell实验室展示墙上安装的实际位置依次对应）
2.2本系统所用类似的三层架构模拟图
图1、三层架构模拟图
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2.3 EtherNet/IP网络配置与通信验证过程
１．配置RSLinx通信，添加驱动
1）打开RSLinx，点击或
2）在工具条上点击
3）选择Ethernet /IP Driver, 按下 Add New 键
4）单击 OK
5）单击，通过上述方式查看硬件网络结构。
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2．配置EtherNet/IP网络
1）在开始菜单中选择“程序”－“Rockwell Software”－“ RSNetWorx”－“ RSNetWorx for EtherNet/IP”并左键点击，如图所示。
图2、 启动EtherNet/IP网络
2）在弹出的界面下，点击
图标。
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图3、 RSNetWorx For DeviceNet 软件界面
3）在弹出的“Browse for Network”窗口中，从通信路径中选择“AB _ETH-1，Ethernet”。单击“OK”按钮开始在线扫描网络。也可点击其前面的“＋”号，浏览网络。
图4、 选择要扫描的网络
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图5、 浏览网络界面
图6、EtherNet/IP网络设备扫描中
4) 扫描结束之后可看到连接到EtherNet/IP网络上的设备数量及其组成。
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图7、 EtherNet/IP网络上的设备
至此，可通过软件在线或离线编辑网络参数，查看并设置网络上相应模块的参数等。
3. 用RSLogix5000软件创建一个项目，建立相应的I/O组态和通信组态。
图8、 双击EtherNet/IP网络设备
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图9、 新建并命名
图10、添加本地通信模块
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图11、 添加本地输入模块
图12、 添加本地输出模块
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图13、 添加远程通信模块
图14、 添加远程输入模块
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图15、 添加远程输出模块
4. 编写梯形图程序，下载并监控程序的运行。
图16、 编写互锁程序
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图17、 下载程序
图18、 程序下载中
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三、 控制系统设计
3.1
EtherNet_IP通信配置流程图设计
开始打开RSLinx软件添加EtherNet/IP驱动创建一个新项目关闭页面打开RS Networx for EtherNet/IP软件 打开Main Routine创建一个新的工程项目添加逻辑程序，下载项目并测试配置本地通信模块配置远程通信模块完成配置本地I/O模块配置远程I/O模块启动RSLogix5000软件
图 19、 EtherNet/IP通信流程图设计
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3.2 EtherNet_IP通信配置设计思路
Ethernet/IP是一个面向工业自动化应用的工业应用层协议。它建立在标准TCP/IP协议之上，利用固定的以太网硬件和软件，为配置、访问和控制工业自动化设备定义了一个应用层协议。
Ethernet/IP以特殊的方式将以太网节点分成预定义的设备类型。Ethernet/IP应用层协议是基于控制和信息协议（CIP）层的，提供了从工业楼层到企业网络的一整套无缝整合系统。Ethernet/IP使用所有传统的以太网协议，构建于标准以太网技术之上，这意味着Ethernet/IP可以和现在所有的标准以太网设备透明衔接工作。更重要的是，将Ethernet/IP建立在一个标准的以太网技术平台上，保证了前者会随着后者技术的发展而进一步发展。
本次的系统要求主要是满足对Ethernet/IP的通信的配置要求符合Rockwell PLC的编程规则，实现对通信过程的验证，以期用明显的较简单的实验现象来说明问题。
四、上位监控系统设计
4.1
PLC与上位监控软件通讯
本次现场总线的设计是用罗克韦尔公司生产的rslogix500软件进行编程硬件上用rslogix1500PLC实现与上位机的监控软件通讯。PLC与上位机之间用RS-232/485通讯线实现PLC与上位机的硬件连接。本次所设计的系统是在校罗克韦尔实验室中进行的，实验室中上位机通过屏蔽双绞线与前端的集线式交换机连接，而后再通过双绞线与展示墙后边的交换机连接可以实现远程的终端控制，此交换机与展示墙上的中型、小型，大型PLC的CPU连接，再通过通信模块和I/O模块与设备层的控制器件进行连接，在上位机中载入程序下载并调试，观看实验效果。
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4.2 实现的效果
Rockwell PLC与上位机监控软件实现通讯，并且实现了本次所编程序的逻辑功能，即互锁功能，程序执行后接在输出模块上相应的指示灯被点亮。具有明显的实验效果来说明Ethernet/IP通信配置成功。同时也实现了本次课程设计所要求的实现远程的网络终端控制。
五、 系统调试及结果分析
5.1
通过本次通信验证所解决的问题
1、问题一：软件中扫描到得硬件设备和实际的硬件设备数目有所出入，为什么？
解决后的答案可能：可能是该硬件设备未上电或者是通信接口接触不良甚至是没有接。
2、问题二：怎样实现远程的终端控制？
解决后的答案：通过对以太网配置通信驱动，在RSNet work for Ethernet/IP软件上添加远程通信模块和远程I/O模块，在RSlogix5000软件上载入程序并设定相应的IP地址，调试即可实现。
5.2 结果分析
通过对系统的调试和对问题的分析，可以知道只要有完整的硬件配置和正确的硬件通信连接，以及实现对软件的正确操控，即可实现远程的终端控制。 Ethernet/IP具有广泛的优越性，它不仅解决了设备间的一致性问题，而且使得采用Ethernet/IP组建的控制网络可以较容易的集成到Internet上，可以通过Internet来管理整个企业网，使环境较恶劣的生产加工厂区实现无人化，即直接在远程控制室实现对厂区的作业控制，方便，简单，安全，又可节省劳动力资源，必将对以后的工厂作业产生重大的改革和影响！
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六、结束语
此次设计是在张士磊老师的悉心指导下完成的。老师为设计课题的研究提出了许多指导性的意见，为课程设计的撰写、修改提供了许多具体的指导和帮助。张士磊老师的严谨治学、不断探索的科研作风，敏锐深邃的学术洞察力，孜孜不倦的敬业精神，给我留下了深刻的印象，使我受益良多。在本文结束之际，特向我敬爱的老师致以最崇高的敬礼和深深的感谢！
通过此次设计，一方面让我认识到自己的不足，发现了学习中的错误之处；另一方面又积累丰富的知识，吸取别人好的方法和经验，增强对复杂问题的解决能力，摸索出一套解决综合问题的方法，为自己以后的工作和学习打下坚实的基础。再一方面也加强了我和老师的交流，认识到知识的渊博度。
因为理论知识学的不牢固，在设计遇到了不少问题，如：遗忘以前学过的专业基础知识。通过理论与实际的结合，进一步提高观察、分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。运用学习成果，把理论运用于实际，使理论得以提升，形成创新思想。通过此次设计过程，巩固了专业基础知识，培养了我综合应用机械设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，为今后的学习和工作过程打下基础。
经过这次的努力，使我顺利的完成了此次课程设计。这份课程设计既是对这学期所学知识的总结，又是自己知识的积累，也大大加深了对现场总线技术的了解。
鉴于本人所学知识有限，经验不足，又是初次研究这种复杂的设计，在此过程中难免存在一些错误和不足之处，恳请老师给予批评和指正！
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七、参考文献
1、现场总线技术实验指导书 河南机电高等专科学校讲义 张士磊编写 2、工业网络技术 北京邮电大学出版社 汪晋宽主编 3、工业控制网络与现场总线技术机械工业出版社 4、深入浅出NetLinx网络架构 机械工业出版社 5、工业控制组态及现场总线技术北京理工大学出版社 6、计算机控制技术与系统 中国电力出版社 7、集散控制系统的设计与应用 清华大学出版社
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陈在平主编 黄允凯主编 赵文兵主编 李大中主编 王常力主编
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