6ES7332-7ND02-0AB0详细说明

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精度”是用来描述物理量的准确程度，其反应的是测量值与真实值之间的误差，而“分辨率”是用来描述刻度划分的，其反应的是数值读取过程中所能读取的较小变化值。简比喻：一把常见的量程为10厘米的刻度尺，上面有100个刻度，较小能读出1毫米的有效值。那么我们就说这把尺子的分辨率是1毫米，他只能1、2、3、4……100这样读值；而它的实际精度就不得而知了，因为用这把尺读出来的2毫米，我们并不知道他与真实**的2毫米之间的误差值。而当我们用火来烤一下它，并且把它拉长一段，然后再考察一下它。我们不难发现，它还有100个刻度，因而它的“分辨率”还是1毫米，跟原来一样！然而，它的精度显然已经改变了。

对于编码器来说，“分辨率”除了与刻线数有关外，还会因信号方面的影响而改变，它是可调的，可控的，它可以随着对信号的细分而改变，细分倍数越高，分辨率越小，但是细分倍数越高，引入加大的误差就越大。而精度，更多的偏向于机械方面，一个产品生产出来后，他的精度基本已经固定（有些高精度的产品可以对信号进行补偿等来提高精度），这个数值是通过出来的，它与产品的做工，材料等综合性能息息相关，我们难以通过计算来得出一个具体的数值作为精度的依据，大多只能在使用的过程当中判断出精度的好坏来。

例如，对于13bit的，其码盘上的**位置数为：8192，则：计算出的分辨率为158角秒，也就是说，在读取数值的时候，要求数值间的跳动是158角秒，如果要读取的**个数值是0，则*二个读取的数值要大于158，若要小于158，则我们需要选取更小的分辨率。当要读取158这个数值的时候，由于误差的存在，并不可能得到**的158秒，编码器所读取出来的158秒与**真实158秒之间的误差，就取决于精度了。所以说，精度，是在分辨率的基础上来谈的。

而并非越细分得到小的分辨率就越好，因为细分会引入误差和扩大误差，过度的细分将无法保证精度！需要多少倍的细分，能做到多少倍的细分，前提必须是在保证精度的基础上进行的，因为精度在使用前的不可见性而高倍细分是不负责任的。码盘质量越高，刻线越好，信号质量信号越好，细分后产生的误差就越小，这受到一台编码器综合性能的影响，这也就是为什么会在相同的参数下，会有不同品牌，不同价位编码器的一个原因。

例如，我们要读取的数值为1、2、4、7、8，我至少要选择1个单位的分辨率，选择2个单位的分辨率是显然不行的，因为我们读出了1这个数值，则2是读不出来的，在选择1个单位分辨率的基础上，我们读出来的1与真实**的1的误差就是精度。机床上的数控系统对于直光栅是有分辨率的设定的，需要读取的数值间隔小于分辨率，机床就有可能会抖动或出错等。

对于**式带增量信号编码器，能够精确的保持串行传输的**位置值与增量值同步，**值确切的对应一个增量信号，位置值一定在一个增量信号的正弦周期之内。如13位**式，带512线的增量信号，**位置间隔158秒，若要读取两个码盘位置中间的一个位置是不合适的，但是，我们可以通过对其所带的1vpp增量信号进行细分，如细分100倍，则相当于在两个**位置之间又引入了几个细分后的位置，我们可以在**位置值的基础上，通过计算细分后的增量脉冲数而读取两个**位置之间的一个位置值，如：512线细分100倍，**位置1数值是0，**位置2数值是158，则读取这两个位置间的位置可以在位置1：数值0的基础上多出一个脉冲则是25，两个则是25x2=50……但是，带增量信号的**式编码器本身是不带细分的，这就要求用户能自行的对增量信号进行细分处理。

1、给拖动电机套上编码器，可以精确电机转轴的角位移；

2、给拖动电机套上编码器，可以精确电机转轴的角位移，但是不能精确控制电机转轴的角位移；

3、由于电机转轴的角位移与工件的位置有关系，但不是精确对应关系，所以工件的位置精确检测和精确控制不能靠编码器来解决！

4、企图用拖动电机套上编码器，实现工件、加工位置的精确控制是一个大误区！

“1、给拖动电机套上编码器，可以精确电机转轴的角位移；”

1、举例说，你用手转动电机转轴，这时编码器会告诉你，转轴转过多少各脉冲，或者告诉你转过了多少角度；

2、这个检测是精确的，不容置疑的！

3、但是，这种精确检测，必须是在编码器反馈脉冲频率允许范围内，**出频率范围，脉冲数就失真！或者说就不准确了！

“2、给拖动电机套上编码器，可以精确电机转轴的角位移，但是不能精确控制电机转轴的角位移；”

1、举例说，你用手转动电机转轴，这时编码器会告诉你，转轴转过54个脉冲的角位移，你要相信这个检测结果；

2、但是，你要看着编码器的反馈脉冲数，用手转电机转轴，你想让电机转51个脉冲，电机就转51个脉冲，你想让电机转52个脉冲，电机就转52个脉冲，你想让电机转53个脉冲，电机就转53个脉冲……，你不可能控制到这个精度！

3、不仅你做不到，任何人都做不到，中国人做不到，外国人也做不到！

“3、由于电机转轴的角位移与工件的位置有关系，但不是精确对应关系，所以工件的位置精确检测和精确控制不能靠编码器来解决！”

1、举例说，电机轴在“零”位置时，工件在位置a点，当电机转动侯，再回到“零”位置时，工件并没有准确回到a点；

2、举例说，电机轴在“零”位置时，工件在位置a点，当电机转动侯，再回到“零”位置时，工件并没有准确回到a点；不同的过程，工件再回到“零”位置时，工件回到a点的实际位置不同；

3、电机轴安装编码器，只是检测了电机轴是否回到“零位”，不能控制或者确定工件一定回到a点！

“4、企图用拖动电机套上编码器，实现工件、加工位置的精确控制是一个大误区！”

1、很多人以为有了编码器，有了17位的编码器，就能实现精确控制，其实是不可能的；

2、不管你用增量式，还是**式编码器，结果都是一样的，因为“企图用拖动电机套上编码器，实现工件、加工位置的精确控制”是一个大误区！

3、“编码器”只是个“精确控制骗术”的“道具”！

4、机械定位控制才是较准确的位置控制模式，用给定指令脉冲数与反馈脉冲数的比较指令控制电机的启动、加速、匀速、减速、停车制动，不可能实现真正意义上精确定位控制！

1、如果国人不认真思考编码器的作用和弊端，终将一事无成！

2、国人一定要明白，编码器只是检测，没有控制电机的运动；

3、位置控制，对工件进行机械定位、钳位，比用编码器检测电机轴位移要精确得多、实用得多、简便得多；

4、绣花工艺会告诉大家，步进控制方式才是真正意义上的“伺服运动控制”；

5、依靠编码器的反馈脉冲与用户给定的指令脉冲数，比较产生的启动、加速、匀速、减速、停车指令，实现电机的运动控制，并非真正意义上的伺服控制！

一、概述
华菱衡阳钢管厂石油管生产线是华菱衡阳钢管厂为适应市场需求新投资建设的一条生产线。生产线主要由加厚修磨线、热处理线以及水处理等组成。

该生产广泛地应用了罗克韦尔自动化A-B品牌的产品和技术，包括1397DC Drive直流传动、1336 Plus II 
交流传动、ControlLogix系统、ProcessLogix系统、ControlNet、DeviceNet、EtherNet 。此项目为罗克韦尔自动化集成架构策略一次较为全面、典型的应用。

二、设备
加厚修磨包括运输辊道、液压站、加厚机以及修磨等组成，使用ControlLogix与Flex I/O共有9个站点、1 台1397 DC 
Drive直流传动和3 台1336 Plus II交流变频器。

热处理包括运输辊道、液压站、回火炉、淬火炉、高压水除磷、水泵站、矫直机、探伤、DCS系统，使用ControlLogix与Flex 
I/O共有22个站点、DCS采集系统、2台1397 DC Drive直流传动和36 台1336 Plus II交流变频器。

ControlLogix系统，采用Logix5550处理器，是32位的总线控制器，其控制能力可达280000个数字量/4000个模拟量，不仅能组态本地框架的输入模块，还能组态控制网上其他远程ControlNet的输入输出模块，支持热插拔。
水处理采用的FlexLogix系统，其使用与ControlLogix系统同样的组态编程软件，支持ControlNet、DeviceNet、EtherNet网络。

ProcessLogix系统包括一个工程师站，两个操作人员工作站；ProcessLogix系统使用一天服务器和两个操作人员工作站，用来对系统进行维护和监控。

三、软件
工程师站使用RSLogix5000、RSLinx、RSNetWorx for ControlNet、RSNetWorx for DeviceNet，操作人员工作站使用上位软件RSView32与RSLinx。

ProcessLogix系统服务器安装设置：bbbbbbs NT4 for Engling SP6、RSLinx、ProcessLogix R320.0；操作员站安装设置：bbbbbbs NT4 for SP6、ProcessLogix R320.0。

四、网络
随着自动化控制设备、工业控制网络一级计算机技术的发展，越来越多的工厂自动化系统采用设备总线、分布式控制、集中信息管理的系统结构。这种结构较大的降低了工程投资，有效地增强了系统的开发性、可维护性，缩短了设计开发的周期，从而获得了广泛的应用。罗克韦尔自动化的ControlLogix 
可编程控制器、ControlNet、DeviceNet 等网络技术就是顺应这种发展方向开发的产品。

用通讯网络代替以往的硬电缆连接，在国内很多时候被认为不好维护的方式。因为一旦发生故障，常规工人会不知如何下手，而要求电气维护人员具备的不仅是常规电气知识，还必须具有自动化知识和网络知识。

但网络的优点是无可比拟的，系统越大越体现出网络的优势：
1．设计简单，减少设计时间和设计出错的可能性；
2．减少现场控制柜之间的控制电缆数量，使施工变得简单；
3．减少了柜间控制电缆的校对工作，使调试过程大大缩短；
4．维护较为方便。

正因为如此，所以减少了投资的三个要素：劳动成本（减少50%），材料成本（减少15%），时间成本（减少50%）。从而节省了成本，获得益：

设计（减少20%）―→硬件（减少15%）―→软件（减少20%）―→验收（减少＞50%）―→维护 (减少＞50%)。

DeviceNet连接1397 DC Drive直流传动和1336 Plus II交流变频器等现场设备，其传输速率为125—500Kbps，传输较大距离500m，每段节点数为64，允许在线热插拔。DeviceNet支持主从、多主和对等通讯，用户应用程序和PC数据可以通过DeviceNet实现设备的有效控制，并且网络具有24VDC电源，以此可以省去连接每一台设备的独立供电电源。DeviceNet使用RSNetWorx 
for DeviceNet软件对网络管理和组态。DeviceNet网络结构简单，实时性强，通讯简单，即插即用，是一种理想的设备层现场总线网络，用以实现，高性能的网络互连。

ControlNet连接主控设备ControlLogix或ProcessLogix，Flex I/O以及工程师站和操作人员工作站等。ControlNet是一个开放的高速的确定网络，它用于传输对时间有苛刻要求的信息，通讯速度为5Mbps，提供实时的对等的通讯服务。ControlNet融合了现有远程I/O和DH+网的性能，对于离散和连续过程控制应用均具有确定性和可重复性功能，用户可自设定网络交换时间达毫秒级，从而大大改善了网络控制的实时性和快速性，采用生产者/客户方式，将传动网络针对不同站点需要多次发送改为一次发送多点共享，减少网络发送次数，从而使网络实时。

ControlNet网络中的I/O，无论CPU框架还是远程扩展框架均通过通讯模块挂在ControlNet网上，然后由软件管理其归属，从而使网络扩展和走线十分灵活。

EtherNet 在此用来连接ProcessLogix系统服务器与操作员站。

EtherNet 作为信息层网络，同样可以实现与ControlNet互连，用户通过工厂EtherNet网络对系统进行维护，真正地实现系统管控、信息一体化。

罗克韦尔自动化网络从结构上看，一个典型的控制系统由三层网络组成，即信息层、控制层和设备层。但各层之间可灵活运用：在设备层的DeviceNet除连接现场设备外同时还可以是I/O，同样在ControlNet同时也可以是现场设备，ControlNet网也可以用EtherNet来实现。

五、调试、问题和解决
由于此系统站点数以及I/O量较大，我们采用分段的方法，将整个系统按工艺区分两部分调试。每工艺区有由中控室往外站点逐一连通，分站点调试。ProcessLogix部分先调试服务器，然后调试工作站，ControlNet调试完成后调试DeviceNet。

调试过程中问题是难免的，主要有ControlLogix、网络以及ProcessLogix方面的问题。
ControlLogix及网络方面表现在以下几点：

1．连接数的问题和解决
ControlLogix系统的控制能力虽然可达280000个数字量/4000个模拟量，以及ControlNet网络每段能达到99个节点。但在使用规划时，还有一个重要的参数——连接数，我们在调试过程中随着站点的增加出现了网络不通，就控制器的处理能力以及网络的节点数来说远远没达到，原因就是**出了控制器连接数。

在ControlLogix系统中连接可以是：
控制器到本地I/O模块或者本地通讯模块；
控制器到远程I/O模块或者远程通讯模块；
生产者和客户标签
通讯

由于在RSLogix5000里对I/O模块组态时采用的是I/O模块直接连接，致使每个数字I/O模块的占用一个连接，使得连接数**出。当重做I/O模块组态采用机架优化连接，这样一来I/O模块的连接压缩到了一个机架优化连接内，节省了连接数量和带宽。

2．NUT、RPI、带宽
NUT（Network Update Time）、RPI（Requested Packet 
Interval）这两个参数在网络中常常影响到网络的带宽，使得网络不畅通或效率不高。在理论上来说当带宽在60%~70%网络效率较高，当带宽不够时就应该减少NUT与RPI时间。另外NUT，RPI之间按一定的关系来确定数值，也能提高网络效率减少带宽，即RPI=2nNUT。

3．安装
除了软件设置，安装不合格同样会引起很多问题。

敷设ControlNet网络的RG6电缆保护要做好。电缆破损，分支器进水以及BNC头做得不好都将影响网络的畅通。在网线敷设好后，分支器不联入节点，装上终端电阻，测量分支器联入节点的BNC芯线与外层电阻应在37.5 ~43Ω之间，小于37.5则有短路现象，过大则接触不好。BNC头的制作建议使用1786-CTK**工具制作，在工具箱内光盘中有制作的全过程的影像文件。

DeviceNet 
网络采用的五芯屏蔽电缆，注意不要接错，另外当电缆接入分接器时，线头如不烫锡或不使用接线鼻，很容易断线引起网络不通，所以要特别注意。
Flex I/O中经常有能扫描到站点而扫描不到模块或个别模块的现象，这主要是由于使用的安装轨道不平整或质量不高，以至于模块底座安装不稳，底座之间联接不可靠引起。拆下模块重新安装到位即可。建议使用质量高不易变形的安装导轨安装Flex I/O。

4．接地
系统接地的可靠性大家一般不会忽略，但计算机的接地往往会忽略。当计算机连接于ControlNet时，如果计算机接地不好，很容易损坏与其连接的CNB模块。

5．ProcessLogix
ProcessLogix系统关键是软件的安装，由于ProcessLogix R320.0 软件在很多地方与bbbbbbs NT4 系统相关联，所以建议从bbbbbbs NT4系统安装开始就照着手册一步一步安装，否则可能会出现不可预见的问题。当然，如果对bbbbbbs NT4熟悉也不会有大问题。

六、总结：
在ControlLogix系统要注意：先规划，再实施；调试中注意连接数、NUT、RPI、带宽以及安装，系统就可以顺利地开通

计算机和网络技术的发展，引发了控制领域深刻的技术变革。控制系统结构向网络化、开放性方向发展将是控制系统技术发展的主要潮流。以太网作为目前应用较为广泛的局域网技术，在工业自动化和过程控制领域得到了越来越多的应用。 

    1． 以太网技术介绍 
    一般来讲，控制系统网络可分为3层：信息层、控制层和设备层(传感/执行层)。传统的控制系统在信息层大都采用以太网，而在控制层和设备层一般采用不同的现场总线或其他**网络。目前，以太网已经渗透到了控制层和设备层，很多的PLC和远程I/O供应商都能提供支持TCP/IP的以太网接口的产品。以太网之所以给自动化市场带来风暴式的，主要有3个原因：的刺激和速度的提高；现代企业对实时生产信息有越来越多的要求；以太网的开放性和兼容性。 

    早期的以太网，多节点共享同一个传输媒体，称为共享以太网(Shared Ethernet)，节点间通信采用广播方式，易发生冲突。共享以太网用CSMA/CD技术来避免冲突，即发送方检测到冲突就暂停发送，随机延迟一段时间后再重新发送直到成功。由于延迟时间是随机的，不能事先知道，因而共享以太网的时间响应具有不确定性，不能用于强实时性场合。 

    交换以太网(Switched Ethernet)的出现克服了这一缺点，以太网的交换机(Switch)是数据链路层(ISO/OSI参考模型*二层)的多端口网桥，也可以说是智能分配器。交换机将其管理的网络以星型拓扑结构划分为许多物理上互相隔离而逻辑上互相联系的节点，每一节点单独与交换机建立物理连接，在通信的时候交换机会在发送端口与接受端口间建立一个独占的全双工通道，它具有以太网的全部带宽并避免冲突。 

    交换以太网在获得确定性的同时，传输速度也有较大的提高。千兆以太网已普及，10Gb/s的交换以太网正在开发。当以太网用于信息技术时，应用层含有HTTP(**级文本传输协议)、FTP (文件传输协议)、SMTP(简单电子邮件传送协议)和bbbnet(远程登录)。这些基于TCP/IP的协议簇已经成为工业界事实上的网络标准，在不同厂商的不同网络系统互联方面起着关键作用。但当以太网用于工业控制时，体现在应用层的是实时通信、用于系统组态的对象以及工程模型的应用协议。 

    工业以太网和Internet技术的发展将完全改变传统工业企业的网络架构。工业以太网已经从信息层向下延伸到控制层和设备层采用以太网架构以后，控制器的位置也可以突破传统网络架构的限制，可以位于现场，也可以位于中央控制室。目前控制器甚至远程I/O支持以太网的功能越来越强，在有些控制器和远程I/O模块中已经集成了Web服务器，从而允许信息层的用户也可以和控制层的用户一样直接获取控制器和远程I/O模块中的当前状态值。采用以太网架构和开放的软件系统的制造企业也被称为“”。 

    此外，通过Internet可以实现对工业生产过程的实时远程监控，将实时生产数据与ERP系统以及实时的用户需求结合起来，使生产不只是面向定单的生产，而是直接面向机会和市场的“电子制造”，从而使企业能够适应经济**化的要求。 

    2． 串口上网技术 
    以太网作为IT产业的主要通讯骨干，已是众所皆知的事实，并已大量的应用在人类生活息息相关的信息产业上。面对这股网络化的潮流，身为所有产业基础建设的工业自动化系统，也广泛的应用TCP/IP以太网作为系统通讯界面，并积极发展更符合工业标准的网络技术与产品，提高系统自动化的能力，从而达到降、提升竞争力的目标。 

    但是,在系统网络化的过程里,由于许多传统的串口设备未具备联网能力,在控制指令与设备信息的传递上,必须要有串行通讯转TCP/IP网络的方案。而串口通讯网络技术简单、易用，性价比高，是系统网络化的理想选择。现在市场上已出现MOXA的Nport系列串口上网服务器。 

    使用MOXA的标准串口驱动程序，MOXA的串行端口可以被成是远程的COM端口，不需要更改系统原有使用串行通讯的应用软件或通讯元件。好处在于，有了bbbbbbs和Linux/Unix的驱动程序支持，Nport 家族 可以立即让串口设备具备联网的能力。Nport 家族设备联网服务器包含完整的TCP/IP协议。它可以把串口数据包装成TCP封包，并转换成可以在Ethernet上传送的Frame，传送到主机的以太网卡上。主机以自己的TCP/IP协议解封包后，应用程序可以接收到完整的串口数据。 

    通过Nport 家族 TCP端口，可不是用驱动程序，而以TCP/IP Socket来存取串口数据。这种解决方案适合于所有具备TCP/IP连接功能的系统。让串口设备具备TCP/IP网络界面，可提高企业管理与原作效率。由TCP/IP网络可远程、机动性管理的特性，大大减低系统故障维护与人力成本，是一个底成本效益的串口设备管理模式。 

     3.基于以太网的DCS系统设计 

    3．1以某石膏粉生产线DCS系统为例，原理：石膏粉生产线分破碎、粉磨、炒制及包装等几大部分。 
    破碎：将生料送入一次破碎机中破碎，一次破碎后的生料由提升机送入料仓1中，料仓1下挂有电振机，启动电振机即可将一次破碎后的生料送入二次破碎机中进行二次破碎，二次破碎后的生料由提升机送入料仓2，待料仓2下的电振机启动即可将破碎后生料送入磨机进行粉磨。 

     粉磨：破碎后的生料进入磨机进行粉磨，粉磨后的粉料由绞1#经提升机、绞2#送入预热仓，预热仓的粉料再经下面双绞3#、4#送入炒锅进行炒制。其中，预热仓中粉料的料位由料位传感器测得，经变送后输出给PLC模拟块的输入通道。 
             
    炒制及包装：粉料经双绞3#、4#送入炒锅中进行炒制，当炒锅中粉料的料位达到上限值时，停止双绞3#、4#。炒锅一边加热，一边用搅拌器搅拌粉料，当粉料温度达温度设定值时，启动阀门电机，粉料泄入料仓3中。当炒锅中粉料的料位达到下限值时，启动双绞3#、4#，预热仓中的粉料进入炒锅，使炒锅的温度低于温度设定值，停止阀门电机，粉料进入下一轮炒制。料仓3中的熟料，由绞5#经提升机机送入料仓4，再经绞6#输出包装。其中，炒锅中粉料的温度由温度传感器测得，经变送后输出给PLC模拟块的输入通道；绞6#的输出速度由变频器控制，以便调节其输出速度。限于篇幅省略工艺流程图（需要可与作者联系） 

    3． 2系统硬件结构设计 
    系统利用以太网技术，采用集中管理分散控制的方式。根据石膏粉生产线破碎、粉磨、炒制及包装三大部分的控制要求，用三台CPM1A型OMRON PLC实现控制。 

    本系统选择1对3串口服务器。只需在上位机按装 bbbbbbs 95/98/ME, bbbbbbs NT, 和 bbbbbbs 2000 native COM 驱动程序, 给MOXA多串口服务器设置IP地址，上位机通过实验室局域网与MOXA Nport-Server通讯，下位机（PLC）通过RS-232转换器与MOXA多串口服务器通讯相连，并分配虚拟COM口，上位机组态软件需要设计下位计算机的所有系统组态程序，建立相应的COM3-COM5硬件设备，进行系统的人机界面设置组态，系统的远程监控可以通过访问上位机实现（与以太网方案相同，需要在组态软件上发布WEB页面），远程计算机可以直接访问MOXA多串口服务器的IP地址，直接读取TCP/IP数据包，进行网络远程监控。具体设计为破碎站PLC为COM3口，粉磨站PLC为COM4口、炒制及包装站PLC为COM5口