CIP网络技术在板坯连铸机控制系统中的应用

摘 要：本文归纳和总结了美国罗克韦尔公司Allen-Bradley的CIP网络技术，在新疆八钢股份公司第二炼钢厂1＃板坯连铸机自动控制系统中应用中的硬件构成、网络配置特点和系统主要功能等，是网络技术在生产实际中的典型应用。 关键词： CIP网络 CIP网络特点 CIP网络构成 1、前言　　　　 新疆八钢股份公司第二炼钢厂1#板坯连铸机网络系统主要采用了美国罗克韦尔公司Allen-Bradley部门开发的CIP网络技术。 2、CIP网络概况 2.1 CIP网络简介 CIP（Commmon Industrail Protocol通用工业协议）是一种为工业应用开发的应用层协议，被DeviceNet、ControllNet、EtherNet/IP三种网络所采用，因此这三种网络相应地统称为CIP网络。三种CIP网络都已成为国际标准，DeviceNet、ControllNet、EtherNet/IP各自的规范中分别给出CIP的定义（以下称CIP规范），三种规范对CIP的定义大同小异，只是在与网络底层有关的部分不一样。三种CIP网络的网络模型和ISO/OSI参考模型对照如图2－1所示。 DeviceNet是一种基于控制器局域网（Controller Area Work―CAN）的网络，除了其物理层的传输介质、收发器等是自己定义的以外，物理层的其它部分和数据链路都采用CAN协议。ControllNet的物理层是自己定义的，数据链路层用的是同时间域多路访问（Concurrent Time Domain Multiple Access―CTDDMA）协议。EtherNet/IP是一种基于以太网技术和TCP/IPJ技术的工业以太网，因此其物理层和数据链路层用的是以太网的协议、网络层和传输层用的是TCP/IP协议族中的协议，应用层除了使用CIP外，也使用了TCP/IP协议族中的应用层协议。 2.2 CIP网络特点： 由于应用层采用CIP，相对而言CIP网络具有以下特点: 1、功能强大、灵活性强. CIP网络功能的强大，体现在可通过一个网络传输多种类型的数据，完成以前需要两个网络才能完成的任务。其灵活性题现在对多种通讯模式和多种I/O数据触发方式的支持。 2、具有良好的实时性、确定性、可重复性和可靠性。主要体现在用基于生产者/消费者（Producer/Consumer）模型的方式发送对时间有苛求的报文等方面。 ①在基于生产者/消费者模型的网络中，每个报文都有唯一的报文标识符（Message ID-MID），其格式如图2－2所示。在发送报文之前，要在发送节点和接收节点之间建立连接，这样，接收节点就知道发送给自己的报文MID是什么样的。然后，报文发送节点把MID、数据、校验以及其他一些必要的信息组成报文，发送到网络上。报文接收节点根据报文的MID来判断是不是发给自己的，如果是，就接收。 ②基于生产者/消费者模型的网络支持点对点通讯，还支持多播通讯，即在网络上可以同时给几个其他节点发送报文。CIP对多播的支持由CIP的原理决定，但同时也需要网络底层提供支持。比如， EthererNet/IP多播功能的实现需要用到IP多播技术。 2.3 三种CIP网络对比 依据网络底层采用的协议不同，每种CIP网络又有各自的一些特点。三种CIP网络对比见表2－1： 从表中可以看出DeviceNet具有节点成本低、网络供电等特点；ControllNet具有通讯波特率高、支持介质冗余和本质安全等特点；而EtherNet/IP作为一种工业以太网，具有高性能、低成本、易使用、易于和内部网甚至因特网进行信息集成等特点。 3、CIP网络构成 3.1 L1系统网络构成：见下图3－1 板坯连铸机网络配置图。 本文重点研究的是基础自动化级L1级CIP网络系统，信息层采用工业以太网（EtherNet/IP）实现系统数据交换，将控制数据通过网关，连接至企业的信息系统，操作员通过EtherNet/IP网络与PLC系统通讯；同时，以太网还作为中间控制层负责系统通讯，作为PLC和I/O、机架和PLC之间通讯的高速数据通道；实现实时I/O控制、联锁和状态传送，从而保证了控制数据和信息的实时性和稳定性；底层是设备层，采用ControlNet和DeviceNet网络，ControlNet网采用Scanport（适配器）完成变频器信号的采集和控制；DeviceNet网通过Gateway通讯模块完成现场I/O箱信号的采集和控制。它们与上位机构成了一个集中管理、分散控制的全流程生产的连铸计算机自动控制系统，所以对控制系统的精度、可靠性和实时性都提出了很高的要求。 3.2 CIP网络配置： 1、 3．2．1 3、DeviceNet网络配置使用通讯模块（DNB））挂在DeviceNet网络上，然后由软件RSNetwork for DeviceNet进行网络管理和组态。通过DeviceNet连接设备变频器、现场I/O箱等。 3．1．2 ControlNet通讯网 ControlNet网是一个开放的自动化及高速确定性控制网络，满足IEC61158国际工业现场总线标准，它提供了一种在PLC之间，PLC与MMI操作站、变频器及I/O子系统之间实现高速的、可冗余的通讯方式，它可以支持多达99个节点，最大网络距离20KM，它可以连接总线型、树型、星型及混合型等不同的网络拓扑结构。主要有以下特点： 1、 它用于传输对时间有苛刻要求的信息，通信速率可达5Mbps，提供实时的控 制和对等的通讯服务。 2、 ControlNet网络的配置特点是，无论CPU框架还是远程扩展框架均由通讯模块（CNB）挂在ControlNet网络上，然后由软件RSNetwork for ControllNet进行管理模块的归属，从而使网络的扩展和走线十分灵活。通过ControlNet连接主控设备PLC、变频器等。 3.1．3工业以太网 EtherNet： EtherNet工业协议（EtherNet/IP）是一个开放式工业网络标准，采用IEEE 802.3物理介质及数据链路标准，提供了实时I/O消息和对等信息通讯。交换机提供虚拟连接，有助于控制网络碰撞并减少网络堵塞。系统用以太网通讯模块作网桥，实现对工厂以太网的连接，真正实现系统的管控一体化。该网络支持标准的TCP/IP以太网协议，传输速率为10MBPS。 通过EtherNet网络监视可编程序控制器内存储的各种数据，用于现场数据采集、监控、生产管理、设备维护、生产流程及物料配比等。同时通过Producer/Consumer通讯模式，采用MSG指令可以使不同的PLC之间进行数据交换，I/O数据可以同时被多个设备共享。 应用效果：系统运行1年多来的实际结果表明，CIP网络在板坯连铸机自动控制系统中的应用，在安全生产、节能降耗等方面发挥了重要作用，设备和网络表现出了很好的可维护性和可扩展性，钢坯的产量和质量均有了稳步的提高。更为突出的是，工控系统与信息技术的结合，有效地实现了企业的规范化管理，带来了巨大的经济和社会效益。 参考文献： 1.吴乃优等. DeviceNet网络的通信原理 电气传动. 2000.6 2. ControlNet用户手册 3. ControlLogix EtherNet 通讯接口模块用户手册 4. 甘永梅等. 现场总线技术及其应用 机械工业出版社. 2004年5月