Device Net总线在隔膜纸插入机中的应用

杨上华

（宁波倍特瑞能源科技有限公司，浙江 宁波 315000）

1 Device Net的通讯模式

现在，现场总线的通讯模式主要有2种，传统的点对点模式和先进的生产者/消费者模式。后者是在前者的基础上来实现，并解决传统通讯模式的一些不足。

1.1 传统通讯模式的主要缺点

在传统的点对点通讯模式中，传送的报文中由指定的源信息、目标地址信息以及校验码组成，对于不同节点来说，数据总是在不同的时间点到达接收方，想要实现不同节点之间的同步几乎不太可能。如果数据的目标地址不一样，那么源节点在所有不同的目标节点发送数据时会占用很宽的带宽，因此严重的损失了带宽。

1.2 Device Net通讯模式的主要优点

Device Net采用的是生产者/消费者模式，与传统的点对点通讯模式相比，主要是报文的结构发生了改变。Device Net通讯模式的报文是由标识符、数据和校验码来组成，标识符的作用是供需要接收数据的设备识别报文。

1.2.1 节省费用和资源

当设备识别到相应的标识符时，便接收该报文，因此控制器就只需要发出一个报文，识别后接收报文的过程被称之为“消费”。控制器作为“生产者”只需要发出一份数据，而不同的“消费者”可以根据标识符来判断是否接收数据，这样就只使用了很窄的带宽，大大节省了带宽资源。

1.2.2 降低设备发生故障的几率，且易于维修

由于Device Net只用一根电缆连接，从而使得设备可能出现的地方大幅度减少，并且各个站点的端口支持热插热拔，所以如果站点出现问题，也不会影响到其他站点的工作，使得系统的稳定性进一步提升。

1.2.3 Device Net系统的监听十分方便

控制室可以通过监控界面来对站点进行访问和监听，可以随时掌握设备的工作状态，可以根据实际需要来修改控制参数，例如隔膜纸插入机的插入位置参数，将确保设备正常工作。

2 Device Net协议

Device Net协议是一种非常简单、高效的协议，而且它的制作成本也很低，广泛运用与较低层的现场总线，比如本文所提到的隔膜纸插入机。Device Net也是一个串行通信链路，可以减少大量的硬接线。通过硬接线I/O接口很难实现的诊断功能，可由Device Net来实现，并且Device Net协议能够直接热插热拔，进一步提高了设备之间的通信效率。Device Net协议还定义了物理层和应用层。

2.1 Device Net协议的简单介绍

Device Net协议是一种以控制器局域网（CAN）为基础的通信链路，它直接采用一根导线将可编程控制器和智能设备连接起来，智能设备通常是指传感器、按钮、电机启动器、简单的操作界面接口、变频器等。其安装十分方便，调试工作也较简单，已经在工业自动化生产系统中得到了广泛应用。

2.2 Device Net物理层协议特性

Device Net协议的网络控制的节点数大约有60多个，运行速度最高可达到1.2M/S，相当于34m的网络长度，网络长度最长可达到5600m，相当于运行速度为1.3kM/S。Device Net协议运用了 132kM/S、261kM/S以及538kM/S的网络运行速度，这3种都比较常见。

2.3 Device Net应用层协议特性

2.3.1 防止总线上的节点设备地址发生冲突

所有与总线相连接的设备都要在开始工作前，保证其地址的唯一性，不能够与总线上其它设备的地址一致，否则在工作过程中，可能会导致报文的接收异常。

2.3.2 要标明设备的数据

所有有关设备的类型、生产商家、节点地址以及通讯速率在应用层信息中都有说明，并且还对Device Net节点的物理连接作出了明确的规定。

2.3.3 用户能够修改设备参数

在应用层中，设备的每一个参数都是采用ASCII码值来进行标明，用户能够借助一些专门的软件，通过电子数据表单EDS对其进行修改，以便于满足不同用户的实际需求，使设备达到最高性能。

3 Device Net的硬件和软件设计

3.1 硬件结构

该装置采用气动执行器来完成所有的工作，选择网关单元作为从站，使用一系列的可编程逻辑控制器来控制系统，并且采用相匹配的Device Net模块cjlw-drm21与CPU进行连接，主要与智能从站的紧密连接能够控制终端的下一个水平，控制所有的检测位。

3.2 软件设计

Device Net系统主要完成人机界面设计、PLC程序设计和Device Net配置设计。

3.2.1 人机界面设计

人机界面设计采用的是Pro-face系列触摸屏，这款触摸屏是由DIGITAL公司来研发，用它来作为人机界面操作和维护的一个工具，并且在平面上显示出来。

3.2.2 PLC程序设计

PLC编程软件的设计思想和传统使用的没有什么太大不同，但是为了与Device Net系统所使用的中间继电器地址相匹配，它必须改变过去所使用的输入、输出地址，并且重新分配其他地址。

3.2.3 Device Net配置设计

Device Net配置的设计十分直观，这是该软件最鲜明的一个特点。首先确定主要站点和其他站点，然后根据硬件配置来找寻所需要的硬件，然后往总线上拉。我们需要从SMC数据库的EDS文件得到exs00-gdni，然后导入到硬件树，建立一个“SMCexs00”系列网关从站，储备，然后把cjlw-drm21主站、DRT2一IDl6以及“SMCexs00”系列网关从站全部加到系统中，并使用参数编辑#00单元。在这些准备工作都做完后，Device Net配置系统就会自动分配一个满足OMRONCJIM配置要求的I/O地址，由PLC识别。

4 隔膜纸插入机的工作原理

隔膜纸插入机的主要工作是将隔膜纸筒按照要求插入到钢壳。它首先是将托盘推到特定的部位，再将隔膜纸筒插到滚筒上的芯棒里面，然后滚筒将所有旋转部位的隔膜纸的底部进行封装，使其成型并固定好，最后将隔膜纸筒插入钢壳，然后放入托盘排出。在整个制作过程中使用了23个气缸，大概需要40个控制线圈，而且有90多个需要进行检查的地方，再算上安全操作中必不可少的基本控制，如果按照以前的点对点接线方法，控制箱里大概会有500多根电线。一旦电气发生故障，就算是图纸齐全，维修人员有丰厚的维修技术，进行故障点的排查也十分耗时，维修进度缓慢。如果采用Device Net协议来建立系统，那么维修工作就简单易行。

5 通讯过程中的干扰问题及解决方法

5.1 干扰产生的主要原因

阻抗不连续信号和阻抗失配信号会引起通讯过程中的信号反射。当阻抗不连续时，传输线末端的信号突然与电缆的阻抗非常接近或不符合，信号会在这个地方引起反射。这种信号反射的主要原理类似于光从一种介质反射到另一种介质中，为了消除这种反射，必须在电缆的一端连接一个与电缆的特性相同的终端电阻，保证电缆阻抗的连续性。因为电缆上的信号传输是双向的，所以在通信电缆的另一头，可连接一个相同尺寸的终端电阻。

数据收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配也是造成信号反射的一个重要原因。这种现象主要表现在通信线路空闲时整个网络数据的混乱。我们可以通过隔离噪音和消除电阻的方法，来减少反射信号对通信线路的影响。在现实生活中中，如果反射信号相对来说比较小，通常采用加偏置电阻的方法，简单便于操作。

5.2 预防干扰的方法

将通信电缆单独布线，能够有效的避免通讯电缆受到动力电缆的干扰。如果通信电缆和电力电缆共用一条线槽，应该使用金属屏蔽管去包裹通讯电缆。如果站点之间距离较远或者网络的部署范围太广，应该使用比较粗的通信电缆。当某个地点的设备发生故障时，必须及时更换相同类型的备用设备，否则可能会带来很多不必要的麻烦。如果使用了其它类型的设备，那么当网络扫描器检测到的物理设备与列表不同时，扫描仪会发出警报，致使站点瘫痪，无法正常工作。

6 结语

Device Net是一个非常简单实用的总线现场总线标准。隔膜纸插入机采用了符合Device Net协议的网络系统，使得布线变得简单、紧凑。如果设备需要被转移到其它地方和重新组装，操作起来也十分简单方便。作为一个标准的且全球化的网络系统，在不同国家、不同水准的工程师之间，Device Net总线也不存在沟通障碍。

参考文献：

[1]钱靖、潘如刚.影像系统结合PLC在电池行业中的应用[J].(电池 )，2017，35-38.

[2]欧姆龙自动化(中国)集团.SYSMACCJ系列可编程控制器操作手册[M].2017，82.