羅克韋爾Netlinx網絡架構的應用

埃斯特維華義制藥有限公司 袁洪良

1 引言

埃斯特維華義制藥有限公司是一家新建的化學原料藥制造企業，整個公司的生產系統分為合成車間、精烘包車間、罐區、溶劑回收、動力車間等。全公司需要非常高的自動化水平，不但各個車間內部的生產過程需要自動控制，各個車間也需要協同工作。因此，車間內部的設備之間、各個車間之間的數據交換的可靠、及時、快捷顯得尤為重要。

羅克韋爾Netlinx網絡架構將原有的Devicenet 網絡、Contronet 網絡與新一代的Ethernet/IP 網絡進行了整合，在各個網絡的應用層中都采用了統一的通用工業協議，從而實現了網絡之間的信息路由和無縫連接，構造了一個從車間到企業，從設備底層到管理信息層的開放與集成的網絡。

埃斯特維華義制藥有限公司充分應用了羅克韋爾Netlinx網絡架構的優勢，將整個工廠的通信系統進行了有層次的劃分，最底層使用Devicenet網絡實現對所有變頻設備及第三方設備的通信，對非羅克韋爾PLC控制的第三方設備采用MODBUS實現了通信，對車間內部的控制級如現場I/O柜使用了Contronet通信，現場HMI及各個車間之間的通信采用Ethernet/IP 網絡實現。

2 DCS自動控制系統網絡架構

2.1 DCS自動控制系統網絡架構簡介

根據各個車間的控制點位和控制要求，精烘包車間、動力車間各采用了一套獨立的基于ControlLogix5000系列的大型PLC的DCS控制系統，合成車間由于控制點位為3587個，考慮到PLC的運算能力和響應速度，采用了兩套獨立的基于ControlLogix5000系列的大型PLC的DCS控制系統，罐區和溶劑回收由于控制點位較少，兩個車間共用了一套獨立的基于ControlLogix5000系列的大型PLC的DCS控制系統，各DCS系統之間采用Ethernet/IP 網絡實現通信，各DCS系統與HMI之間也采用Ethernet/IP 網絡實現通信。

根據控制點位的分布情況，在車間內部控制點位密集區設立了I/O遠程柜，I/O遠程柜與車間DCS系統之間采用Contronet通信，I/O遠程柜內采用羅克韋爾的智能模塊，從而分散風險，同時減少了大量的布線，節省了投資。

各車間內部大量采用了羅克韋爾的4系列和7系列的變頻器，同時還有許多第三方設備。對羅克韋爾變頻器采用Devicenet網絡實現通信，從而實現了對變頻器的集中控制，對第三方設備在設備訂貨時盡量約定采用Devicenet通信，但對一些標準設備，折中采用了雙方均可接受的MODBUS實現了通信。

各車間內部的傳感器均采用了帶有HART協議的Rousement 或E+H的智能產品，它們與羅克韋爾的現場支持HART協議的智能I/O模塊之間進行數據交換，實現了智能儀表的遠程維護功能。

2.2 通信網絡的物理實現

2.2.1 Ethernet/IP 網絡

用Ethernet/IP 網絡實現各個車間之間的通信，這充分利用了 Ethernet/IP 網絡應用廣泛，成本低廉，通信速率高，軟硬件資源豐富，可持續發展潛力大，易于與Internet連接等優點。

Ethernet/IP 網絡電纜傳輸介質主要分為雙絞線對電纜和同軸電纜，本系統采用同軸電纜實現遠距離傳輸。

結合廠區的特點，各個車間的DCS系統之間通過環網實現通信，一條同軸電纜實現了Ethernet/IP 網絡的硬件冗余，節省了硬件投資。

ControlLogix系統中配置ENBT模塊和交換機實現各DCS系統之間，DCS與HMI之間的通信。

2.2.2 Contronet 網絡

用Contronet 網絡實現對工廠控制級的通信，充分利用了Contronet 網絡通信的實時性高、確定性、可重復性、傳輸效率高的優點。

Contronet 網絡電纜系統是一個完全與地隔離的同軸介質網絡系統，為了確保沒有偶然的接地情況發生，必須嚴格選擇電纜、連接器和各種附件，并采用正確的安裝技術。

（1）根據應用和安裝地點的環境因素綜合選擇不同類型的RG-6 4芯屏蔽電纜。

（2）確定干線電纜段的長度。

（3）確定所需的連接器的數目和類型。

（4）確定是否需要中繼器。

本系統采用了硬件冗余的Contronet 網絡，用同軸電纜實現傳輸，用中繼模塊實現不同傳輸介質的轉換，根據現場情況采用不同的分接器件。

現場I/O柜內配備ACNR模塊實現對現場I/O掃描，ControlLogix系統中配置DNBR模塊與之通信。

2.2.3 Devicenet 網絡

Devicenet 網絡具有開放、低價、可靠、有效的優點。Devicenet 網絡作為一種串行通信鏈接，減少了昂貴的硬接線，同時Devicenet 網絡所提供的直接互連改善了設備間的通信，也提供了相當重要的設備級診斷功能。

Devicenet 網絡采用5線電纜連接，其中包括2條信號線，2條電源線（DC24V）和1條屏蔽線，設備既可以網絡供電，也可以獨立供電。

Devicenet 網絡的底層通信設備必須配備Devicenet通訊適配器，ControlLogix系統中配置DNB掃描模塊。

2.2.4 其它

DCS系統采用第三方通信模塊MVI56-MCM與其它第三方設備之間實現MODBUS通信，所要做的工作只是對該模塊實現組態。

2.3 網絡組態

RSLINX網絡組態軟件是開放網絡Contronet和Devicenet通信的組態工具。它提供實現網絡設計，網絡設備參數設定、通信規劃、在線監測、故障診斷等功能的友好操作界面，通過Rsnetworx組態軟件，可以很好地發揮 Contronet和Devicenet網絡優異的性能，實現統一網絡的多處理器結構、端到端的互鎖，預定和非預定通信以及共享輸入等功能，充分利用CIP的優點，把過去以處理器為核心的網絡組態模式變成了單一界面的軟件網絡圖形設定的方法。

Rsnetworx組態軟件提供了一個圖形界面來配置用戶網絡，EDS文件包含在這個軟件中，EDS文件允許不同的設備在離線狀態下被添加到項目中，也允許設備在離線或上線的情況下進行組態，對于連接到用戶網絡上的任何設備，即不論是什么 的設備，使用EDS文件能夠快速地安裝到Rsnetworx網絡組態軟件中。

使用Rsnetworx組態軟件配置Ethernet/IP、Contronet和Devicenet的過程大同小異，以下就本系統用Rsnetworx組態軟件配制Devicenet網絡的過程進行說明：

（1）掃描Devicenet 網絡。

（2）配置網絡節點。

（3）網絡參數的配置。

（4）組態主從通信。

（5）選擇數據源。

（6）標簽的建立。

（7）系統安全設置。

（8）組態數據記錄。

（9）組態報警記錄。

2.4 通信模式

Netlinx網絡采用通信模式為生產者/消費者的通信模式。采用這一數據傳送模式，它可以在同一時間，網絡中一臺設備與多臺設備之間實現數據傳送，一臺設備播出自己的數據之后，其它設備將同時接收到數據，并靠標識符來決定獲取或舍棄數據，標識符將說明該數據包是否與本設備相關，或數據的哪部分與本設備相關。它的優點是：

（1）讓所有的設備識別區域的代碼。

（2）多個站點可以同時從一個生產者處得到相同的數據。

（3）各站點之間可以同步。

（4）更有效地運用了帶寬。

本系統的各DCS系統之間正是應用了這一通信模式，通過對各通信數據標簽的組態，在各DCS站點之間建立起固定的連接，在每次發送信息時不需要耗用時間來確定雙方的通信。

3 結束語

使用Netlinx網絡架構半年多來，運行穩定。目前整個工廠控制網絡層次清晰，數據通訊流暢，組態與修改非常方便，與第三方設備的兼容性也很好。整個工廠的自控系統得到了廠內及整個行業的好評，達到了預期的目標。