基于DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的組態(tài)軟件SEARI-KingView

1．現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) 　　現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的測(cè)控自動(dòng)化系統(tǒng)采用一對(duì)一連線(xiàn)，用電壓、電流的模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量控制，屬于自封閉的集散系統(tǒng)，難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間以及與外界之間的信息交換。而現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)將專(zhuān)用微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表，使他們各自具有了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，采用可進(jìn)行簡(jiǎn)單連接的雙絞線(xiàn)等作為總線(xiàn)，把多個(gè)測(cè)量控制儀表連接成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開(kāi)、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間以及現(xiàn)場(chǎng)儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成了各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 　　現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通過(guò)底層控制網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)造了網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)。是繼基地式氣動(dòng)儀表控制系統(tǒng)、電動(dòng)單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)、集散控制系統(tǒng)后的新一代控制系統(tǒng)。 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)具有系統(tǒng)的開(kāi)放性、互可操作性與互用性、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性等特點(diǎn)。 　　現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省電纜線(xiàn)和部分附件，降低工程的設(shè)計(jì)和安置成本；規(guī)范數(shù)據(jù)格式，使其更易讀懂和存取，便于交換；用戶(hù)具有高度的系統(tǒng)集成主動(dòng)權(quán)，可以自由選擇不同廠(chǎng)商、不同品牌的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備達(dá)到最佳的系統(tǒng)集成；規(guī)定連接方式，客觀(guān)地避免配線(xiàn)錯(cuò)誤，提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性；系統(tǒng)維護(hù)、設(shè)備更換和系統(tǒng)擴(kuò)充方便，節(jié)省維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)；完善了企業(yè)信息系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合自動(dòng)化提供了基礎(chǔ)； 全數(shù)字化，免去了D/A與A/D變換，使精度可以從±0.5％提高到±0.1％；組態(tài)簡(jiǎn)單，安裝、運(yùn)行、維修方便；系統(tǒng)的安全可靠性好,故障停機(jī)時(shí)間減少。 圖1：傳統(tǒng)控制系統(tǒng)與總線(xiàn)控制系統(tǒng)布線(xiàn)比較 2．DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) 　　DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是當(dāng)前國(guó)際上流行的一種總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn).已批準(zhǔn)為IEC標(biāo)準(zhǔn)（IEC62026-3）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN50325），并已經(jīng)通過(guò)國(guó)家認(rèn)證，成為第一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 18858.3-2002）. DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是Allen-Bradley公司于1994年專(zhuān)為工業(yè)自動(dòng)化推出的，它以CAN 報(bào)文傳輸為layer 2 (數(shù)據(jù)鏈路層) ，并重新設(shè)計(jì)了layer 7 (應(yīng)用層) 及 layer 1 (物理層)。1995年6月成立了開(kāi)放式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)供貨商協(xié)會(huì)（Open DeviceNet Vendor Association）,簡(jiǎn)稱(chēng)ODVA。2000年7月正式成立中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)委員會(huì)（ODVA CHINA）。 　　DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)采用5芯電纜傳輸，其中2芯信號(hào)，2芯電源，1芯屏蔽。所有總線(xiàn)設(shè)備都可以通過(guò)總線(xiàn)供電，無(wú)需另外敷設(shè)供電電纜。 　　DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)繼承了CAN總線(xiàn)的穩(wěn)定性和可靠性，可以適用于各種惡劣復(fù)雜的環(huán)境。 　　DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)采用完全免費(fèi)的開(kāi)放的DeviceNet通信規(guī)約，在保證不同廠(chǎng)商的產(chǎn)品能夠互連和互換的同時(shí)，大大降低了用戶(hù)的使用成本。 　　DeviceNet通訊協(xié)議采用無(wú)損的仲裁，高效率的傳送機(jī)制，使通訊效率大大提高，保證了設(shè)備的高速響應(yīng)。不但可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，設(shè)備的配置和操作，而且通信的快速性和時(shí)間確定性可以保證多設(shè)備協(xié)調(diào)控制和連鎖功能的實(shí)現(xiàn)。 　　DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)可以帶電插拔在線(xiàn)增減節(jié)點(diǎn)，修改網(wǎng)絡(luò)配置，無(wú)需編程進(jìn)行設(shè)備配置。用戶(hù)只需使用直觀(guān)的配置器軟件就能在屏幕上看到已接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，使用簡(jiǎn)單的操作就可以完成從站到主站的配置連接。 DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)功能參數(shù)： 網(wǎng)絡(luò)大?。鹤疃?4個(gè)節(jié)點(diǎn) 網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度：可選的主干網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度隨網(wǎng)絡(luò)傳輸速度變化，波特率為125kbp時(shí)傳輸距離最長(zhǎng)500m(1,640ft)；波特率為250kbp時(shí)傳輸距離最長(zhǎng)250m(820ft)；波特率為500kbp時(shí)傳輸距離最長(zhǎng)100m(328ft)。 還可使用中繼可擴(kuò)展，增加一個(gè)中繼數(shù)據(jù)傳輸速率約損失2～3ms。 數(shù)據(jù)包：0～8字節(jié) 總線(xiàn)拓?fù)洌壕€(xiàn)性(干線(xiàn)/支線(xiàn))；電源和信號(hào)在同一網(wǎng)絡(luò)電纜中 總線(xiàn)尋址：帶多點(diǎn)傳送(一對(duì)多)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)；多主站和主/從；輪詢(xún)或狀態(tài)改變 圖2：DeviceNet總線(xiàn)布線(xiàn)方式 3．SEARI-KingView組態(tài)軟件 　　傳統(tǒng)的監(jiān)控方式建立在輪詢(xún)的基礎(chǔ)之上，雖然可以提供逢變則報(bào)、事故追憶等方式，但都還是針對(duì)周期性數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)非周期性數(shù)據(jù)的處理方面，傳統(tǒng)的組態(tài)軟件要么是將非周期性數(shù)據(jù)當(dāng)作周期性數(shù)據(jù)處理，要么需要另外編程處理，總之，還沒(méi)有較好的辦法。 　　DeviceNet除了一般意義下的I/O通信以外，最具特色的就是它的顯式信息通信，而如何處理顯式信息的讀取就成了能否體現(xiàn)DeviceNet優(yōu)點(diǎn)的關(guān)鍵。DeviceNet的顯式信息不象傳統(tǒng)的I/O信息按輪詢(xún)周期定期更新，而是采用一問(wèn)一答的方式，不問(wèn)不刷新。DeviceNet硬件設(shè)備將常用的信息定義為I/O信息，而將大部分不常用的信息，如配置信息、出錯(cuò)信息、廠(chǎng)商信息、產(chǎn)品信息等定義為顯式信息。在大部分時(shí)間內(nèi)，DeviceNet總線(xiàn)上只有I/O信息，只有在需要時(shí)，才有顯式信息的通信，這樣大大降低了通信強(qiáng)度。而且顯式信息定義在EDS文件中，主站通過(guò)EDS文件無(wú)需組態(tài)就可以方便的讀取顯式信息，所以DeviceNet總線(xiàn)的特點(diǎn)之一就是可以即插即用，可以方便的增減設(shè)備。 　　PLC作為傳統(tǒng)的工業(yè)控制編程器，其數(shù)據(jù)采集方式就是地址映射，做為DeviceNet總線(xiàn)的主站，要讀取顯式信息也必須組態(tài)成PLC的內(nèi)存映射，定期掃描，由于顯式信息采用一問(wèn)一答方式，效率極低，顯式信息的實(shí)時(shí)性根本沒(méi)有，造成用戶(hù)關(guān)心的數(shù)據(jù)看不到，不關(guān)心的數(shù)據(jù)倒有一堆，人為造成DeviceNet網(wǎng)絡(luò)很忙，而且一旦設(shè)備的地址更改，就要改一大堆程序，想要增加一個(gè)設(shè)備，PLC就要開(kāi)一大堆內(nèi)存映射，增加一大堆程序，也增加了PLC的工作量。同樣上位機(jī)軟件也要增加一大堆與PLC的通信點(diǎn)，重新組態(tài)，既增加與PLC的通信強(qiáng)度，又增加了上位機(jī)軟件的工作量，完全體現(xiàn)不出DeviceNet總線(xiàn)的優(yōu)勢(shì)。 　　現(xiàn)有的組態(tài)軟件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是建立在傳統(tǒng)的I/O信息的基礎(chǔ)之上的，要想在組態(tài)軟件中讀取數(shù)據(jù)，必須先定義點(diǎn)，哪怕是內(nèi)存點(diǎn)，這樣就造成兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是想要增加一個(gè)設(shè)備，組態(tài)軟件勢(shì)必要增加一大堆點(diǎn)，一個(gè)是如何在組態(tài)軟件中將一問(wèn)一答的數(shù)據(jù)正確分配到定義好的點(diǎn)上，程序量極大，而且不是所有的組態(tài)軟件都有辦法實(shí)現(xiàn)。 　　用編程軟件處理顯式信息，用組態(tài)軟件處理I/O信息。編程軟件通過(guò)組態(tài)軟件提供的接口向組態(tài)軟件發(fā)問(wèn)，組態(tài)軟件再將信息寫(xiě)入PLC，PLC再向DeviceNet總線(xiàn)上的設(shè)備發(fā)問(wèn)，有結(jié)果之后，組態(tài)軟件通過(guò)輪詢(xún)方式從PLC讀取結(jié)果，編程軟件再定時(shí)讀取組態(tài)軟件相應(yīng)的點(diǎn)得到結(jié)果。雖然解決了即插即用增減設(shè)備的問(wèn)題，但由于環(huán)節(jié)太多，顯式信息的讀取速度問(wèn)題仍然沒(méi)有得到很好解決。 　　SEARI-KingView組態(tài)軟件是上海電器科學(xué)研究所（集團(tuán)）有限公司在北京亞控公司組態(tài)王6.02的基礎(chǔ)上，為了解決上述問(wèn)題，專(zhuān)門(mén)針對(duì)DeviceNet總線(xiàn)非周期性數(shù)據(jù)的特點(diǎn)而開(kāi)發(fā)的一套專(zhuān)用工控組態(tài)軟件。 　　SEARI-KingView組態(tài)軟件將I/O信息和顯式信息分開(kāi)定義，結(jié)合了傳統(tǒng)組態(tài)軟件和DeviceNet總線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，添加了許多人性化的設(shè)計(jì)，大大降低了組態(tài)的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了因龐大的數(shù)據(jù)定義而引起的失誤，解決了運(yùn)行過(guò)程中傳統(tǒng)I/O數(shù)據(jù)與顯式信息（非周期性數(shù)據(jù)）傳輸?shù)拿堋?　　SEARI-KingView組態(tài)軟件在解決非周期性數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，還針對(duì)DeviceNet總線(xiàn)設(shè)備類(lèi)型文件的特點(diǎn)，解決了兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題： 　　一個(gè)就是每個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)的自動(dòng)生成，每個(gè)設(shè)備的I/O點(diǎn)及顯式信息從幾十到幾百不等，而這些點(diǎn)的定義是以往監(jiān)控軟件的主要工作量之一，現(xiàn)在SEARI-KingView組態(tài)軟件根據(jù)設(shè)備類(lèi)型管理數(shù)據(jù)字典，相同的設(shè)備共用同一個(gè)設(shè)備類(lèi)型文件，每個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)按照對(duì)象和類(lèi)型可以分為很多組，設(shè)備類(lèi)型文件可以重復(fù)使用，用戶(hù)根據(jù)設(shè)備類(lèi)型文件添加設(shè)備，系統(tǒng)自動(dòng)將相應(yīng)數(shù)據(jù)添加到數(shù)據(jù)字典中，大大減少了數(shù)據(jù)庫(kù)定義的工作量，同時(shí)也減少了出錯(cuò)的幾率和修改錯(cuò)誤的工作量。因?yàn)檫@些點(diǎn)的類(lèi)型定義等都是在設(shè)備管理類(lèi)型中定義的，如果定義中有錯(cuò)誤，只需要修改相應(yīng)設(shè)備的管理類(lèi)型文件，而不必每個(gè)設(shè)備一一修改。這樣，大大降低了數(shù)據(jù)字典定義的工作量，降低了由大量重復(fù)勞動(dòng)而造成的出錯(cuò)概率，減少了修改錯(cuò)誤的工作量，方便了因設(shè)備的變更造成的數(shù)據(jù)字典的修改，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，降低施工成本。 　　解決的另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題就是畫(huà)面模版的建立。SEARI-KingView根據(jù)設(shè)備類(lèi)型建立畫(huà)面模板，對(duì)于每種管理類(lèi)型的從站設(shè)備，對(duì)應(yīng)一種畫(huà)面模板類(lèi)型，也就是說(shuō)，同種類(lèi)型的設(shè)備，相同的畫(huà)面只要定義一幅，設(shè)備切換時(shí)，畫(huà)面不用切換，而只要通過(guò)命令語(yǔ)言改變相應(yīng)從站設(shè)備就可以了。通過(guò)畫(huà)面模版的建立，減少了畫(huà)面定義的數(shù)量，減少了畫(huà)面組態(tài)的工作量，降低了由大量重復(fù)勞動(dòng)而造成的出錯(cuò)概率，節(jié)省了大量人力、物力和系統(tǒng)資源的占用。 4．現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例 　　2003年8月底，SEARI-KINGVIEW軟件成功運(yùn)用到江蘇常熟開(kāi)關(guān)制造有限公司試驗(yàn)大樓二次配電監(jiān)控系統(tǒng)中。該二次配電監(jiān)控系統(tǒng)中共有34個(gè)智能開(kāi)關(guān)，分布在試驗(yàn)大樓的三層樓面的各個(gè)開(kāi)關(guān)柜中，這34個(gè)智能開(kāi)關(guān)通過(guò)DeviceNet總線(xiàn)相連，再把信息傳遞到上位機(jī)，上位機(jī)軟件采用SEARI-KINGVIEW。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖： 　　因?yàn)樗渲械?3個(gè)開(kāi)關(guān)都是MCCB，所以33個(gè)開(kāi)關(guān)只需用一類(lèi)畫(huà)面就可以了。如果是采用傳統(tǒng)的組態(tài)軟件，這33個(gè)開(kāi)關(guān)勢(shì)必每一個(gè)開(kāi)關(guān)至少建立一幅畫(huà)面，每幅畫(huà)面再對(duì)每個(gè)開(kāi)關(guān)組態(tài)，而采用SEARI-KINGVIEW后，這33個(gè)開(kāi)關(guān)的一類(lèi)畫(huà)面只要建立一幅，組態(tài)也只要按照一個(gè)開(kāi)關(guān)組態(tài)；數(shù)據(jù)庫(kù)也比以前簡(jiǎn)單方便的多，只需添加33個(gè)從站設(shè)備，這些開(kāi)關(guān)的IO變量和顯<