一。引言
智能建筑是信息時代的必然產(chǎn)物,建筑物智能化程度隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而逐步提高。將4C技術(shù)(即Computer計算機(jī)技術(shù)、Control控制技術(shù)、Communication通信技術(shù)、CRT圖形顯示技術(shù))綜合應(yīng)用于建筑物之中,在建筑物內(nèi)建立一個計算機(jī)綜合網(wǎng)絡(luò),使建筑物的設(shè)備智能化,結(jié)合現(xiàn)代化的服務(wù)與管理方式,給人們提供一個安全、 舒適的生活、學(xué)習(xí)與工作環(huán)境空間,是智能建筑追求的目標(biāo)。
電梯、供水、供電、防盜、防火、家庭水煤電用量監(jiān)測等設(shè)施是小區(qū)智能化的重要組成部分。采用計算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng),對商務(wù)或居住小區(qū)分散的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和管理,是提高小區(qū)設(shè)備運(yùn)行可靠性的有效途徑。DeviceNet(設(shè)備網(wǎng))是低成本、高可靠性、基于連接的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),具有強(qiáng)大的通信功能,提供在多種應(yīng)用之間交換信息的路徑,可以在網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備之間傳送I/O數(shù)據(jù)。
本文討論了采用DeviceNet主單元和PLC共同實(shí)現(xiàn)電梯控制,完成與上位機(jī)通信和信號傳輸(簡稱方案1)和小區(qū)建筑設(shè)施的控制與檢測都采用DeviceNet現(xiàn)場總線的解決方案(簡稱方案2)。這兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和目前通用的小區(qū)監(jiān)控方案相比,不僅可以節(jié)省遠(yuǎn)程控制器的I/O接點(diǎn)和大量電纜,而且,便于軟件設(shè)計和硬件的備用。文中討論了通過遠(yuǎn)程通信的冗余方式解決電梯運(yùn)行可靠性和安全性的問題。
二。小區(qū)監(jiān)控管理系統(tǒng)現(xiàn)狀
目前,小區(qū)建筑群的電梯和供水系統(tǒng)主要是用傳統(tǒng)的集中式可編程控制器。與其配套的小區(qū)計算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)大多是采用分布式監(jiān)控的方案,例如,利用LonWorks、 ProfiBus、DeviceNet等現(xiàn)場總線技術(shù),采集小區(qū)建筑群的電梯和供水系統(tǒng)、供電系統(tǒng)以及防盜、防火、家庭水煤電用量等信號。也就是說,小區(qū)建筑設(shè)施的控制與檢測是基于兩套相互完全獨(dú)立的系統(tǒng)。雖然這種方案不影響小區(qū)建筑設(shè)施的控制和檢測,但是,顯然它需要重復(fù)的I/O接點(diǎn)和接線,缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃。電梯是小區(qū)智能建筑的重要組成部分,電梯的運(yùn)行正常與否,直接影響到小區(qū)居民的日常生活。在小區(qū)建設(shè)中,為了確保居民生活的安全、高效、舒適便利,一般都采用雙梯或多梯運(yùn)行。同時,在線監(jiān)測電梯設(shè)備的運(yùn)行狀況,對突發(fā)情況做出實(shí)時處理。這種控制和監(jiān)測都利用PLC的方案,使得PLC在小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)中扮演了重要的角色。它的特點(diǎn)是系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠,系統(tǒng)各個檢測信號直接輸入PLC,便于PLC及時做出判斷和處理。但是,在這種情況下,系統(tǒng)的連線很多,占用較多的I/O點(diǎn),安裝成本高,施工不便,工程量大,容易出錯,而且一旦出現(xiàn)故障,也難以排除。同時,PLC還要和上位機(jī)通信,進(jìn)行信息交換,以使監(jiān)控系統(tǒng)獲得控制系統(tǒng)的運(yùn)行信息,這樣對CPU的要求較高。而且,在同一個控制系統(tǒng)中,需要采用同一個廠商的相關(guān)產(chǎn)品,缺少多供貨商同類產(chǎn)品之間的兼容性和互換性。基于上述的問題,本文首先討論采用DeviceNet主單元和PLC共同實(shí)現(xiàn)電梯控制,完成和上位機(jī)的通信和信號傳輸。
三、DeviceNet單元和PLC的通信
DeviceNet是一種低成本的通訊總線鏈接,具有開放現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范和協(xié)議都是開放的。DeviceNet將控制和數(shù)據(jù)融合在一起,信息具有數(shù)據(jù)標(biāo)識區(qū),網(wǎng)絡(luò)利用標(biāo)識區(qū)進(jìn)行優(yōu)先級仲裁,可以高效傳送I/O數(shù)據(jù)。DeviceNet有兩種不同類型的消息:I/O消息和顯式消息(Explicit Message)。顯式消息用于兩個設(shè)備間點(diǎn)對點(diǎn)消息傳遞,是典型的請求/響應(yīng)方式,常用于設(shè)備主參數(shù)、節(jié)點(diǎn)的配置、故障診斷數(shù)據(jù)等。顯式消息可以在不同公司的設(shè)備間進(jìn)行通信,I/O消息適用于實(shí)時性要求較高和面向控制的數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程I/O通信功能使得在從單元和安裝主單元的CPU之間能自動地傳送I/O數(shù)據(jù),對于需要位數(shù)據(jù)又需要信息數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用,非常適合采用DeviceNet網(wǎng)絡(luò)。其典型的應(yīng)用如圖1所示:
圖1 DeviceNet典型應(yīng)用圖示
主DeviceNet單元作為特殊I/O單元,和CPU的通信非常方便,比如,OMRON公司的C200HG和CJ系列的CPU和OMRON公司的DeviceNet的主單元C200HW-DRM21-V1間的通信,只需利用PLC本身具有的豐富的數(shù)據(jù)傳送指令,即可對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫,而不需編寫特別的程序。本文以C200HW-DRM21-V1主單元與傳感器終端模塊DRT1-ND16S間的通信為例說明。
在組網(wǎng)時,首先通過主單元上的旋轉(zhuǎn)開關(guān)設(shè)置主單元的單元號(即MACHINE NO.),通過DIP開關(guān)設(shè)置節(jié)點(diǎn)號(即NODE NO.),以及通信的波特率。波特率不同的單元間不能通信,否則系統(tǒng)會出錯,并給出提示。主單元的單元號可以設(shè)置為十六進(jìn)制的0~F。主單元和從單元的節(jié)點(diǎn)可以設(shè)置為0~63。主單元的DIP開關(guān)除了設(shè)置波特率外,還需設(shè)置通信出錯時通信是否停止。各單元設(shè)置好以后,在PLC的內(nèi)存區(qū)中有對應(yīng)的字(見表1和2)來實(shí)現(xiàn)對它的控制,不需要編程,在系統(tǒng)上電后各個單元會自動地被寫入掃描表,從而完成網(wǎng)絡(luò)連接。比如,設(shè)置主單元的單元號為1,則其對應(yīng)的軟件開關(guān)和狀態(tài)區(qū)分配的字為IR110~I(xiàn)R119和DM6034~6035。如果把主單元C200HW-DRM21-V1的節(jié)點(diǎn)號設(shè)置為8,則在CPU單元的I/O存儲區(qū)中為從單元分配字地址:輸出區(qū)為IR58,輸入?yún)^(qū)為IR358。不同的節(jié)點(diǎn),對應(yīng)于不同的字地址。這樣,CPU對各個單元的讀寫操作就是讀寫存儲區(qū),可以直接利用PLC本身的指令系統(tǒng)。C200HG系列PLC的每個主單元可以有多個從單元,能控制相當(dāng)多的現(xiàn)場設(shè)備,可以方便地在PLC和從單元之間的遠(yuǎn)程I/O進(jìn)行通信,也可以在OMRON PLC之間、OMRON PLC和從單元及其兼容產(chǎn)品之間進(jìn)行通信。在小區(qū)的監(jiān)控中,水煤電等儀表的信號也可以接入DeviceNet網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)讀取和工況監(jiān)測。相應(yīng)地,要求它們具有DeviceNet接口。
表1 從單元節(jié)點(diǎn)號和字地址的對應(yīng)關(guān)系
表2 主單元的軟件開關(guān)字、狀態(tài)區(qū)和單元號的對應(yīng)關(guān)系
四.DeviceNet在電梯控制上的應(yīng)用
采用DeviceNet控制電梯的優(yōu)點(diǎn)很多。首先,網(wǎng)絡(luò)接線簡單,僅五根線,包括兩根電源線,兩根信號線和一根屏蔽線。而且電源分接頭可加在網(wǎng)絡(luò)的任何一點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)多電源的冗余供電。網(wǎng)絡(luò)可有T型、菊花鏈型等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備可以直接由總線供電,并通過同一根電纜進(jìn)行相互通信。主干電纜的最大距離為500米,分支電纜的最大長度為6米, 可以實(shí)現(xiàn)相距較遠(yuǎn)的設(shè)備互連。它可以將工業(yè)設(shè)備(比如:限位開關(guān)、變頻驅(qū)動器、操作員接口等)連接到網(wǎng)絡(luò),節(jié)省大量的設(shè)備連線,減少敷線的開銷,比傳統(tǒng)的I/O布線經(jīng)濟(jì),可大大降低硬接線成本。DeviceNet使設(shè)備之間以一根電纜互相連接和通訊,其直接互連性簡化了設(shè)備間的通訊,并提供了非常重要的設(shè)備級診斷功能,可以通過主單元的指示燈和數(shù)碼管對常見的設(shè)備故障給出提示,線路的故障和通信電源的故障,也可以由主單元自動的進(jìn)行檢測,并且會給出提示或報警,從而可以判斷故障,進(jìn)行及時處理。通過傳統(tǒng)的I/O硬接線是難以實(shí)現(xiàn)這種功能的。在電梯運(yùn)行的井道內(nèi),可以把各層的轎廂選層信號,廳外召喚信號、停層位置信號、消防按鈕等信號,通過DeviceNet從單元的I/O口連接到PLC的主單元,這樣,可以節(jié)省多條從樓層到PLC機(jī)房的硬接線;PLC和小區(qū)監(jiān)控中心的通信,只需通過一根通訊電纜,采用總線方式來實(shí)現(xiàn)。接線的減少,大大降低的安裝施工的難度和成本。
其次,它提供了多個復(fù)雜設(shè)備間的互連性及不同供貨商的同類部件間的可互換性:來自不同的廠家設(shè)備,只要按照DeviceNet的標(biāo)準(zhǔn),即可進(jìn)行互換,使用戶不必局限于同一個供貨商的產(chǎn)品,給用戶帶來了更多的靈活性,同時減少了配線和安裝自動化設(shè)備的成本和時間。一般系統(tǒng)用到的I/O單元有限,所以采用DeviceNet單元,有很大的擴(kuò)展空間,新增加的單元只需和網(wǎng)絡(luò)電纜連接,通過系統(tǒng)的重新上電即可加入網(wǎng)絡(luò),對程序稍做擴(kuò)展就可實(shí)現(xiàn)控制。同時,DeviceNet支持設(shè)備的熱插拔,可在線修改網(wǎng)絡(luò)配置, DeviceNet作為開放的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn),將全面地提高效率,用戶只需做一些選擇設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)控制。通信時它傳輸0~8個字節(jié)的短幀信息,提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_性能。
在小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)中,電梯的監(jiān)控部分信號量雖然很多,但是,由于電梯的各個控制信號有一定的規(guī)律性,不同樓層的信號之間有時間差,采用DeviceNet能夠滿足實(shí)時性要求。在必要時,可以根據(jù)電梯運(yùn)行的要求,選擇具有較高速度的PLC和DeviceNet單元,以滿足控制需要。當(dāng)然,采用DeviceNet也存在不足。 DeviceNet不是把檢測信號直接送到PLC的I/O口,而是轉(zhuǎn)換為串行總線信號來傳輸。這樣就可能出現(xiàn)關(guān)鍵信號的丟失,由于電梯控制安全可靠性要求高,需要系統(tǒng)對各個信號實(shí)時反應(yīng),特別是系統(tǒng)的監(jiān)測信號(即反饋信號)有更為嚴(yán)格的要求。PLC有一定的掃描循環(huán)周期,例如,對梯速為2m/s的電梯來說,如果循環(huán)周期為250ms,這樣將有0.5m距離可能是失控的,即某層廳外召喚信號若要令電梯順向停車,則這個召喚信號必須在預(yù)置減速距離前0.5m處發(fā)出并自保持。否則,會造成運(yùn)行不可靠。
另外,限位信號,在電梯的運(yùn)行中是至關(guān)重要的,如果丟失,導(dǎo)致電梯沖頂或撞地,這可能造成極具破壞性的嚴(yán)重后果。對這類關(guān)鍵信號,需要設(shè)置兩個檢測點(diǎn),以產(chǎn)生冗余信號,確保檢測信號的產(chǎn)生。在程序?qū)崿F(xiàn)時,可利用“或”指令OR對兩個檢測點(diǎn)的檢測信號進(jìn)行或處理,只要一個有效,即可產(chǎn)生控制信號。對于模擬量可以做類似的處理,從而提高電梯運(yùn)行的安全可靠性。對于更復(fù)雜的情況,在程序中還要做具體的考慮。
五。結(jié)論
在現(xiàn)場總線這個領(lǐng)域,OMRON和Rockwell等二百多家廠商支持的DeviceNet,已于2002年10月8日被國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會批準(zhǔn)為首個國家標(biāo)準(zhǔn)。雖然DeviceNet在小區(qū)監(jiān)控方面的應(yīng)用尚不成熟,但是這是一個有益的嘗試。
通信技術(shù)的成本近幾年已經(jīng)明顯降低,將簡單設(shè)備直接連接到網(wǎng)絡(luò)上的成本變得更經(jīng)濟(jì)。DeviceNet在允許多個復(fù)雜設(shè)備互連的同時,具有同類設(shè)備的兼容性。除了讀取設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)外,DeviceNet還可以讀取或者輸出模擬信息,它的廣泛應(yīng)用可以大大降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。隨著DeviceNet技術(shù)的日益成熟和推廣,有可能完全采用DeviceNet來實(shí)現(xiàn)小區(qū)監(jiān)控(即上述方案2)。鑒于DeviceNet的特點(diǎn),它的應(yīng)用會更加普遍,將具有廣闊的應(yīng)用前景。
責(zé)任編輯:gt
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