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1、自动化网络自动化网络技术概貌技术概貌以太网、控制网、设备网Joshua Lee.CIG2罗克韦尔自动化网络配置信息信息设备设备自动化和控制自动化和控制24vdc509 -BOD24vdc509 -BOD以太网控制网设备网4客户网络要求的通信策略客户网络要求的通信策略产品产品 功能度功能度 关键驱动器关键驱动器信息信息控制控制设备设备- 大型数据包大型数据包- 多种存取方法多种存取方法- 支持多销售商支持多销售商- 响应时间响应时间- 确定性确定性- 可重复性可重复性- 支持多销售支持多销售- 量值量值- 连接成本连接成本- 诊断诊断- 支持多销售支持多销售6信息网络要求信息信息工厂层和制造实施
2、系统之间的链路与多销售商主计算机的连通传输大型数据文件的大型网络标准化网络管理和诊断工具信息信息设备设备自动化和控制自动化和控制24vdc509 -BOD24vdc509 -BOD8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信息信息设备设备自动化和控制自动化和控制24vdc509 -BOD24vdc509 -BOD自动化和控制自动化和控制9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
3、 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：核心自动化和控制网络： DH+, DH485, 远程远程 I/O10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
4、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 ?11为了建立罗克韦尔自动化和其它自动化系统供应商控制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。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12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
5、点，甚至适配器上进行网络存取使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13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
6、性 - 传输时间恒定，甚至当设备接入网络或折除时生产者生产者/客户模式：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14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源源目的目的数据数据校验校验识别符识别符数据数据校验校验15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
7、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. 2CTLR1CTLR1HMIHMI变频器变频器变频器变频器1 1传感器传感器传感器传感器变频器变频器变频器变频器3 3变频器变频器变频器变频器2 2CTLR2CTLR2#1#1#2#216联系关系：一对一联系关系：一对一在某一时间内，一个节点只能和另外一个节点联系。在某一时间内，一个节点只能和另外一个节点联系。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。CTLR1CTLR1HMIHMIDrive1Drive1SensorSensorDrive3Drive3Drive2Drive2CTLR2CTLR217联系
8、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。CTLR1CTLR1HMIHMIDrive1Drive1SensorSensorDrive3Drive3Drive2Drive2CTLR2CTLR218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。CTLR1CTLR1HMIHMIDrive1Drive1SensorSensorDrive3Drive3Drive2Drive2CTLR2CTLR219分类：主/从一个主设备，多台从设备。从设备只能与主设备进行数据交换。20分类：多主一个系统中有多
9、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。CTLR1CTLR1HMIHMIDrive1Drive1SensorSensorDrive3Drive3Drive2Drive2CTLR2CTLR221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。CTLR1CTLR1HMIHMIDrive1Drive1SensorSensorDrive3Drive3Drive2Drive2CTLR2CTLR224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
10、和目的对等通信要求7个信息 vs. 2CTLR1CTLR1HMIHMI变频器变频器变频器变频器1 1传感器传感器传感器传感器变频器变频器变频器变频器3 3变频器变频器变频器变频器2 2CTLR2CTLR2#1#1#2#225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获得更高的性能、更强的确定性和增加灵活性获得更高的性能、更强的确定性和增加灵活性获得更高的性能、更强的确定性和增加灵活性26何种网络支持这种模式?源源/目的目的 - “旧模式范例”主/从结构对等通信 - Prof
11、ibus DP - Profibus FMS - Interbus S - Lonworks - Modbus - Modbus Plus - 远程远程 I/O - DH生产者生产者生产者生产者/ /客户客户客户客户 - “新模式范例”ControlNet FIP, WorldFIPDeviceNetFF现场总线27在网络上每一个节点都需要一个分接器A BNAPABControlNetLEDs网络存取端口网络存取端口 (RJ45)同轴电缆介质连接(可选冗余介质 BNCs)模块前面板(典型)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 me
12、et 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.28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离能够长达6 km同轴电缆干线段技术规范设备的数量设备的数量21632482505007501000同轴电缆同轴电缆干线长度干线长度米米
13、单段图表单段图表如果系统处于如果系统处于这个区域不需要中继器这个区域不需要中继器如果系统处于如果系统处于这个区域需要中继器这个区域需要中继器29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)。“星型星型”“树型树型”同轴电缆和光纤中继器RRRRRRRRRR30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
14、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制网物理层节点节点 节点节点节点节点节点节点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节点需要分接器需要分接器31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网络时间间隔#1时间时间 网络网络刷新时间刷新时间网络时间间隔#2网络时间间隔#3网络时间间隔#4网络时间间隔#5非预约带宽非预
15、约带宽*预约带宽预约带宽技术实例 网络刷新时间网络时间间隔#1时间时间网络时间间隔#2网络时间间隔#3网络时间间隔#4网络时间间隔#51 2 3 41 2 4 1 2 3 43 5 1 2 3 42 3 4 5 2 预约、非预约 网络时间间隔网络时间间隔 1 预约、非预约 网络时间间隔网络时间间隔 2 预约、非预约 网络时间间隔网络时间间隔 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。33控制网产品发展阶段版本1.0 - 高速 RIO/
16、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35ACNFlex I/ODINDOUTAINDINDOUT540CAINAOUTDINDOUTACN1771 I/OAINAOUTDINDOUT520CAINAOUT1770-KFC串/并行设备控制网控制网AOUTACNFlex I/ODINDOUTAINDINDOUTACN1771 I/OAINAOUTAOUTDINDOUT580CAIN
17、AOUT1784-KTX,KT6200INTERCHANGEsoftwarePC1784-KTCX6200INTERCHANGEsoftwarePCRIO控制网体系结构的能力同一网络上的多个同一网络上的多个同一网络上的多个同一网络上的多个PLC-PLC-每一个带自己的每一个带自己的每一个带自己的每一个带自己的I/OI/O或共享输入数或共享输入数或共享输入数或共享输入数据和允许任何互锁的组合据和允许任何互锁的组合据和允许任何互锁的组合据和允许任何互锁的组合37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Informatio
18、nDeviceAutomation and Control24vdc509 -BOD24vdc509 -BODDevice24vdc509 -BOD24vdc509 -BOD38智能智能 I/O逻辑机架逻辑机架I/O逻辑机架逻辑机架ARS232设备现行标准现行标准将来标准将来标准1-5 vDC4-20 ma120 vAC24 vDC设备网络24vdc509 -BODT24vdc509 -BODTADADDD硬接线I/O到直接网络连接的转变过程.39减少硬接线减少硬接线减少硬接线减少硬接线减少劳动力开支减少劳动力开支在许多情况下，减少硬件成本在许多情况下，减少硬件成本减少起动时间减少起动时间减少
19、起动时间减少起动时间接线错误最少接线错误最少诊断功能有助于解决焦急的问题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资源快速分配给下一个任务减少停机时间减少停机时间减少停机时间减少停机时间诊断功能提供预兆故障报警诊断功能提供预兆故障报警诊断功能有助于排除故障诊断功能有助于排除故障减少故障点减少故障点用于网络化设备的市场要求52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 生产者生产者生产者生产者/ /客户模式客户模式客户模式客户模式罗克韦尔自动化产品：PLC和SLC扫
20、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：设备网核心设备网络：设备网53 CANCAN 是开放的、支持多种应用的技术是开放的、支持多种应用的技术今天可有的芯片由今天可有的芯片由Intel, Motorola, Philips/Signetics, NEC, Hitachi, Siemens生产生产大量的工业应用目的，降低了成本的压力大量的工业应用目的，降低了成本的压力 - 1
21、995年超过6兆个芯片今天流行应用在汽车环境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( 控制器局域网络控制器局域网络控制器局域网络控制器局域网络 )对于简单设备网络，CAN是一个极好基础54设备网规格概貌物理层特性物理层特性双绞线双绞线 (24Vdc 电源和信号电源和信号) + 一根支线电缆一根支线电缆每个网络多达每个网络多达64个节点个节点数据率数据率干线长度干线长度支线束支线束500 Kbps100 米 (328 英尺)39 米 (128 英尺)250 Kbps250 米 (820 英尺)78 米 (256 英尺)125 Kbps500 米 (1640 英尺)1
22、56 米 (512 英尺)总距离可长达总距离可长达3 km， 带中继器带中继器/网桥网桥支线支线: 0 - 6 米米 (20 英尺英尺)开发控制应用层开发控制应用层每个数据包每个数据包 8 字节字节(64位位)芯片支持的报文超过芯片支持的报文超过 8 个字节个字节I/O数据多信道广播数据多信道广播 (生产者生产者/客户模式客户模式)对于低优先权点对点报文发送使用客户对于低优先权点对点报文发送使用客户/服务器模式服务器模式55典型的密封型分接器多端口连接器多端口连接器T型分接器型分接器干线段干线段 -注塑小型连接器支线支线 - 注塑连接器 - 0 到 20 英尺. - 小型和微型设备现场安装现场
23、安装干线干线连接器连接器 -螺纹型 -弯曲型56典型的敞开型连接支持无下垂暂时端子连接 分接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57支持菊花链和分支连接支线支线分接器插入设备连接器分接器干线干线用于多个设备连接在用于多个设备连接在一起的控制面板里面一起的控制面板里面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58开放网络销售商协会 (ODVA)设备网技术所有权设备网技术所有权技术规格电子数据表格 (EDS)商标全球超过全球超过175家公司家公司ABB, Allen-Bradley, AEG Schneider, ASCO/Joucomati
24、c, Banner, Beldon, Cutler-Hammer, Festo, Hitachi, Intellution, Mitsubishi, Nematron, Omron, Parker Hannifin, Pepperl+Fuchs, Reliance, SMC, Toshiba, Turck, Wonderware, etc.超过超过40家家SI/OEM厂商厂商Alvey, Jervis B. Webb, KR Automation, Rapistan Demag, .互联网主页互联网主页 ( (http:/www.http:/www.odvaodva.org).org)在线产品
25、目录简讯/当前事件公司成员 + 联系名称技术订货形式59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, ODVA63通信技术汇总开放性开放性 - 允许各种允许各种IS, MES和数和数据存档系统，从所有控制系统存据存档系统，从所有控制系统存取工厂层数据。取工厂层数据。开放性开放性 - 经常是单个控制销售经常是单个控制销售商负责任完成每个控制系统内机商负责任完成每个控制系统内机械设备和它的安全运行。械设备和它的安全运行。开放性开放性 - 允许用户选择大多数相关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。其它设备，以连接到控制系统。以太网以太网控制网控制网设备网设备网信息信息设备设备自动化与控制自动化与控制24vdc509 -BOD24vdc509 -BOD65结 束
