罗克韦尔Netlinx网络架构的应用

埃斯特维华义制药有限公司 袁洪良

1 引言

埃斯特维华义制药有限公司是一家新建的化学原料药制造企业，整个公司的生产系统分为合成车间、精烘包车间、罐区、溶剂回收、动力车间等。全公司需要非常高的自动化水平，不但各个车间内部的生产过程需要自动控制，各个车间也需要协同工作。因此，车间内部的设备之间、各个车间之间的数据交换的可靠、及时、快捷显得尤为重要。

罗克韦尔Netlinx网络架构将原有的Devicenet 网络、Contronet 网络与新一代的Ethernet/IP 网络进行了整合，在各个网络的应用层中都采用了统一的通用工业协议，从而实现了网络之间的信息路由和无缝连接，构造了一个从车间到企业，从设备底层到管理信息层的开放与集成的网络。

埃斯特维华义制药有限公司充分应用了罗克韦尔Netlinx网络架构的优势，将整个工厂的通信系统进行了有层次的划分，最底层使用Devicenet网络实现对所有变频设备及第三方设备的通信，对非罗克韦尔PLC控制的第三方设备采用MODBUS实现了通信，对车间内部的控制级如现场I/O柜使用了Contronet通信，现场HMI及各个车间之间的通信采用Ethernet/IP 网络实现。

2 DCS自动控制系统网络架构

2.1 DCS自动控制系统网络架构简介

根据各个车间的控制点位和控制要求，精烘包车间、动力车间各采用了一套独立的基于ControlLogix5000系列的大型PLC的DCS控制系统，合成车间由于控制点位为3587个，考虑到PLC的运算能力和响应速度，采用了两套独立的基于ControlLogix5000系列的大型PLC的DCS控制系统，罐区和溶剂回收由于控制点位较少，两个车间共用了一套独立的基于ControlLogix5000系列的大型PLC的DCS控制系统，各DCS系统之间采用Ethernet/IP 网络实现通信，各DCS系统与HMI之间也采用Ethernet/IP 网络实现通信。

根据控制点位的分布情况，在车间内部控制点位密集区设立了I/O远程柜，I/O远程柜与车间DCS系统之间采用Contronet通信，I/O远程柜内采用罗克韦尔的智能模块，从而分散风险，同时减少了大量的布线，节省了投资。

各车间内部大量采用了罗克韦尔的4系列和7系列的变频器，同时还有许多第三方设备。对罗克韦尔变频器采用Devicenet网络实现通信，从而实现了对变频器的集中控制，对第三方设备在设备订货时尽量约定采用Devicenet通信，但对一些标准设备，折中采用了双方均可接受的MODBUS实现了通信。

各车间内部的传感器均采用了带有HART协议的Rousement 或E+H的智能产品，它们与罗克韦尔的现场支持HART协议的智能I/O模块之间进行数据交换，实现了智能仪表的远程维护功能。

2.2 通信网络的物理实现

2.2.1 Ethernet/IP 网络

用Ethernet/IP 网络实现各个车间之间的通信，这充分利用了 Ethernet/IP 网络应用广泛，成本低廉，通信速率高，软硬件资源丰富，可持续发展潜力大，易于与Internet连接等优点。

Ethernet/IP 网络电缆传输介质主要分为双绞线对电缆和同轴电缆，本系统采用同轴电缆实现远距离传输。

结合厂区的特点，各个车间的DCS系统之间通过环网实现通信，一条同轴电缆实现了Ethernet/IP 网络的硬件冗余，节省了硬件投资。

ControlLogix系统中配置ENBT模块和交换机实现各DCS系统之间，DCS与HMI之间的通信。

2.2.2 Contronet 网络

用Contronet 网络实现对工厂控制级的通信，充分利用了Contronet 网络通信的实时性高、确定性、可重复性、传输效率高的优点。

Contronet 网络电缆系统是一个完全与地隔离的同轴介质网络系统，为了确保没有偶然的接地情况发生，必须严格选择电缆、连接器和各种附件，并采用正确的安装技术。

（1）根据应用和安装地点的环境因素综合选择不同类型的RG-6 4芯屏蔽电缆。

（2）确定干线电缆段的长度。

（3）确定所需的连接器的数目和类型。

（4）确定是否需要中继器。

本系统采用了硬件冗余的Contronet 网络，用同轴电缆实现传输，用中继模块实现不同传输介质的转换，根据现场情况采用不同的分接器件。

现场I/O柜内配备ACNR模块实现对现场I/O扫描，ControlLogix系统中配置DNBR模块与之通信。

2.2.3 Devicenet 网络

Devicenet 网络具有开放、低价、可靠、有效的优点。Devicenet 网络作为一种串行通信链接，减少了昂贵的硬接线，同时Devicenet 网络所提供的直接互连改善了设备间的通信，也提供了相当重要的设备级诊断功能。

Devicenet 网络采用5线电缆连接，其中包括2条信号线，2条电源线（DC24V）和1条屏蔽线，设备既可以网络供电，也可以独立供电。

Devicenet 网络的底层通信设备必须配备Devicenet通讯适配器，ControlLogix系统中配置DNB扫描模块。

2.2.4 其它

DCS系统采用第三方通信模块MVI56-MCM与其它第三方设备之间实现MODBUS通信，所要做的工作只是对该模块实现组态。

2.3 网络组态

RSLINX网络组态软件是开放网络Contronet和Devicenet通信的组态工具。它提供实现网络设计，网络设备参数设定、通信规划、在线监测、故障诊断等功能的友好操作界面，通过Rsnetworx组态软件，可以很好地发挥 Contronet和Devicenet网络优异的性能，实现统一网络的多处理器结构、端到端的互锁，预定和非预定通信以及共享输入等功能，充分利用CIP的优点，把过去以处理器为核心的网络组态模式变成了单一界面的软件网络图形设定的方法。

Rsnetworx组态软件提供了一个图形界面来配置用户网络，EDS文件包含在这个软件中，EDS文件允许不同的设备在离线状态下被添加到项目中，也允许设备在离线或上线的情况下进行组态，对于连接到用户网络上的任何设备，即不论是什么 的设备，使用EDS文件能够快速地安装到Rsnetworx网络组态软件中。

使用Rsnetworx组态软件配置Ethernet/IP、Contronet和Devicenet的过程大同小异，以下就本系统用Rsnetworx组态软件配制Devicenet网络的过程进行说明：

（1）扫描Devicenet 网络。

（2）配置网络节点。

（3）网络参数的配置。

（4）组态主从通信。

（5）选择数据源。

（6）标签的建立。

（7）系统安全设置。

（8）组态数据记录。

（9）组态报警记录。

2.4 通信模式

Netlinx网络采用通信模式为生产者/消费者的通信模式。采用这一数据传送模式，它可以在同一时间，网络中一台设备与多台设备之间实现数据传送，一台设备播出自己的数据之后，其它设备将同时接收到数据，并靠标识符来决定获取或舍弃数据，标识符将说明该数据包是否与本设备相关，或数据的哪部分与本设备相关。它的优点是：

（1）让所有的设备识别区域的代码。

（2）多个站点可以同时从一个生产者处得到相同的数据。

（3）各站点之间可以同步。

（4）更有效地运用了带宽。

本系统的各DCS系统之间正是应用了这一通信模式，通过对各通信数据标签的组态，在各DCS站点之间建立起固定的连接，在每次发送信息时不需要耗用时间来确定双方的通信。

3 结束语

使用Netlinx网络架构半年多来，运行稳定。目前整个工厂控制网络层次清晰，数据通讯流畅，组态与修改非常方便，与第三方设备的兼容性也很好。整个工厂的自控系统得到了厂内及整个行业的好评，达到了预期的目标。