6ES7232-0HD22-0XA0选型手册

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本文概述了改造方案：PLC系统用A-B控制系统代替TDC3000控制系统，软件采用A-B的RSlogix5000和RSview32，现场总线部分采用德国图尔克公司的BL2O系列输出摸板、FDNL系列输入模板和网络附件。

    邯钢4#高炉自1993年投产至今，外部设备严重老化，热风炉原有的PLC控制系统TDC3000也经常出现模板损坏和通讯中断事故，急需改造。考虑到热风炉设备较为分散，而现场总线技术正适合于这种分散的、具有通信接口的现场受控设备的系统，所以决定引入现场总线技术对热风炉进行改造。

    现场总线改造方案

    1现场总线

    现场总线的概念是随着微电子技术的发展，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能后，于1984年左右提出的。现场总线一般定义为：一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式，数字化，双向串行，多节点的通信总线。其主要特征：

    (1)数字式通信方式取代设备级的模拟量(如4-20mA，0-5V等信号)和开关量信号；

    (2)在车间级与设备级通信的数字化网络；

    (3)现场总线是工厂自动化过程中现场级通信的一次数字化；

    (4)现场总线使自控系统与设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层。使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场；

    (5)在集成制造系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。

    (6)全数字化、全分布、双向传输、自诊断、节省布线及控制室空间、多功能仪表、开放性、智能化与自治性等。

    (7)现场总线控制系统通常包含现场总线仪表、控制器、现场总线线路、监控、组态计算机，这里的仪表、控制器、计算机都需要通过现场总线网卡、通信协议软件连接到网上。因此，现场总线网卡、通信协议软件是现场总线控制系统的基础和神经**。

    2改造方案

    (1)PLC系统用A-B控制系统代替TDC3000控制系统，软件采用A-B的RSlogix5000和RSview32。其优点为：

    备件易于采购(原有的TDC3000产品已不生产)；

    统一采用A-B的设备与软件，有利于系统的稳定；

    系统扩展性强。

    (2)现场总线部分采用德国图尔克公司的BL2O系列输出摸板、FDNL系列输入摸板和网络附件。

    (3)本次现场总线改造涉及热风炉自身的液压阀门以及三座公用的液压阀门，其余相对集中的电动阀门、液压站、风机控制均进主PLC。总线分为14个地址，即01~13。所有的总线输出点在01(BL20)站，输入点在02~13站。

   (4)取消原有PLC输入、输出柜，设备的各个输入点直接进PLC柜，输出点隔离继电器加在过程站控制柜中。

    系统配置

    (1)主PLC模板型号CPU：1756-L55ControlLogix5555(一块)，ENET：1756-ENBT/A(一块)，DI：1756-IB16(五块)，DO：1756-OB16E(三块)，AI：1756-IF16(一块)，AO：1756-OF16(一块)，DNB：1756-DNB(一块)，主PLC通过1756-ENET通讯模块挂在以太网上完成控制功能。

    (2)现场总线模板型号DI：FDNL-L1600-T、FDNL-L0800-T，DO：BL20-4DO-24V-0.5-P，由主PLC1756-DNB模块充当DeviceNet设备与Logix5550控制器之间的接口并实现通讯。

    (3)2套研华工控机通过3COM网卡挂在以太网上完成监视和操作功能。

    系统配置如附图。

    附图系统配置图

    网络协议

    (1)Ethernet协议：

    Ethernet用电缆将计算机和外围设备连接起来，使它们之间可以互相通讯。用于网络的实际连线称为网络?议都提供复杂的和网络管理功能。

    (2)在网络上使用Ethernet之前必须对其组态，包括：IP地址、默认网关和子网掩码。IP地址标识了网络上的每个节点。在网络上每个TCP/IP节点必须有一的IP地址。网关将单独的物理网络连接到系统中。当一个节点需要与另一个网络中的节点通讯时，网关可以在两个网络间传输数据。子网掩码是IP地址表的扩展，它允许站点在多个物理网络上使用单一的网络ID。本系统是通过RSLINX软件进行上述组态的。通过Ethernet协议完成热风炉两台工控机与CPU之间，以及与热风炉仪控、炉**和槽下CPU之间的通讯。

    (3)DeviceNet协议：通过1756-DNB模块控制器与DeviceNet设备之间进行数据交换。

    通讯速率与通讯距离关系附表。

    附表DeviceNet通讯数据

    本系统是通过RSNETWORXFORDeviceNet软件组态1756-DNB模块。通过1756-DNB模块完成热风炉主PLC与DeviceNet设备进行通讯。

    结束语

    通过现场总线改造，减少了热风炉的事故发生率，较之改造前更易排除故障，同时系统综合成本大副减少。投运以来，总线系统运行稳定，从而**了高炉的稳产、高产。现场总线是工业控制系统的新型通讯标准，是基于现场总线的自动化系统技术。现场总线技术的采用将带来工业控制系统技术的。采用现场总线技术可以促进现场仪表的智能化、控制功能分散化、控制系统开放化，符合工业控制系统领域的技术发展趋势。

  依靠强大的专业开发团队、PHILIPS半导体的良好技术与**CiA协会、ODVA协会的支持，我们致力于发展中国的CAN产品与应用事业。至现在，我们已成功开发出一系列CAN-bus教学、接口、工具、应用产品，能够为客户提供从“芯片”、“工具”、“模块”、“方案”、“产品”等各个方面的服务，涉及CAN-bus多个行业与应用领域。我们自主开发的数个型号产品已经良好于国外技术水平，并已投入广泛的实际应用。 
 
    CAN在汽车中的应用  

    对于CAN在汽车上的应用，具有很多行业标准或者是**标准，比如**标准化组织（International Organization for Standardization）的ISO11992、ISO11783以及汽车工程协会（Society of Automotive Engineers ）的SAE J1939。CAN总线已经作为汽车的一种标准设备列入汽车的整体设计中。 
    
    对此，很多*的半导体厂商专门针对CAN总线在汽车上的应用，提出了自己的全套解决方案。下图是PHILIPS半导体公司的汽车网络解决方案。  

    通过上图可以看到，蓝色较粗线代表CAN总线，它连接了传动装置控制单元、灯控单元、门控单元、座椅控制单元以及仪表盘控制单元等等。红色较细线代表LIN总线，由LIN总线构成的LIN网络作为CAN网络的辅助网络，连接了车窗控制单元、雨刷控制单元、天窗控制单元等低速设备。 

    LIN网络（Local Interconnect Network），由汽车厂商为汽车开发，作为CAN网络的辅助网络，目标应用在低端系统，不需要CAN的性能、带宽以及复杂性。LIN的工作方式是一主多从，单线双向低速传送数据（较高20K位/秒），与CAN相比具有更低的成本，且基于UART接口，*硬件协议控制器，使系统成本更低。 
在未来的汽车中，由汽车厂商和半导体厂商共同组成的团体FlexRay Consortium，致力于发展更高速的、具有容错性的、支持分布式控制系统的总线“X-by-Wire”，X-by-Wire的通信速率将达到10M。届时，X-by-Wire将和CAN、LIN一起组成整个汽车的通信控制网络。下图为具备X-by-Wire的概念车型。

    ECU中的CAN电路 

    - CAN控制器＋CAN收发器 
    - CAN控制器＋CAN收发器＋LIN收发器 
 
    下面的电路图为在汽车电子ECU设计中推荐使用的电路图。图中，左边的MCU部分（P87C52X2）可以根据应用场合的需要而选择适应度更高的元器件。 
 

    建议：所有ECU的物理层电路应保护收发器电路。此外，节点设计时，优先考虑采用分离终端电路。将产品设计为分离终端的形式，这样，在汽车原型或ECU EMC的评估过程中，可以使CAN总线实现要求更高的抗干扰／幅射性能。只有当各个收发器都使用这种功能时，才要求“Split”管脚的电路。当然，在网络中允许混合单终端和分离终端。 

    在ECU电路中，增加保护电路是必要的。另外，收发器板应尽可能放在接近PCB边沿连接器的位置。边沿连接器和收发器之间不允许有其他EC。CAN_H/L或Tx/Rx电路不应穿越总线或跳线。

 CAN在汽车中的应用  

    对于CAN在汽车上的应用，具有很多行业标准或者是**标准，比如**标准化组织（International Organization for Standardization）的ISO11992、ISO11783以及汽车工程协会（Society of Automotive Engineers ）的SAE J1939。CAN总线已经作为汽车的一种标准设备列入汽车的整体设计中。 
    
    对此，很多*的半导体厂商专门针对CAN总线在汽车上的应用，提出了自己的全套解决方案。下图是PHILIPS半导体公司的汽车网络解决方案。  

    通过上图可以看到，蓝色较粗线代表CAN总线，它连接了传动装置控制单元、灯控单元、门控单元、座椅控制单元以及仪表盘控制单元等等。红色较细线代表LIN总线，由LIN总线构成的LIN网络作为CAN网络的辅助网络，连接了车窗控制单元、雨刷控制单元、天窗控制单元等低速设备。 

    LIN网络（Local Interconnect Network），由汽车厂商为汽车开发，作为CAN网络的辅助网络，目标应用在低端系统，不需要CAN的性能、带宽以及复杂性。LIN的工作方式是一主多从，单线双向低速传送数据（较高20K位/秒），与CAN相比具有更低的成本，且基于UART接口，*硬件协议控制器，使系统成本更低。 
在未来的汽车中，由汽车厂商和半导体厂商共同组成的团体FlexRay Consortium，致力于发展更高速的、具有容错性的、支持分布式控制系统的总线“X-by-Wire”，X-by-Wire的通信速率将达到10M。届时，X-by-Wire将和CAN、LIN一起组成整个汽车的通信控制网络。下图为具备X-by-Wire的概念车型。

    ECU中的CAN电路 

    - CAN控制器＋CAN收发器 
    - CAN控制器＋CAN收发器＋LIN收发器 
 
    下面的电路图为在汽车电子ECU设计中推荐使用的电路图。图中，左边的MCU部分（P87C52X2）可以根据应用场合的需要而选择适应度更高的元器件。 
 

    建议：所有ECU的物理层电路应保护收发器电路。此外，节点设计时，优先考虑采用分离终端电路。将产品设计为分离终端的形式，这样，在汽车原型或ECU EMC的评估过程中，可以使CAN总线实现要求更高的抗干扰／幅射性能。只有当各个收发器都使用这种功能时，才要求“Split”管脚的电路。当然，在网络中允许混合单终端和分离终端。 

    在ECU电路中，增加保护电路是必要的。另外，收发器板应尽可能放在接近PCB边沿连接器的位置。边沿连接器和收发器之间不允许有其他EC。CAN_H/L或Tx/Rx电路不应穿越总线或跳线。