一。引言

智能建筑是信息時(shí)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(jì)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(gè)計(jì)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(gè)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(cè)等設(shè)施是小區(qū)智能化的重要組成部分。采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，對(duì)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(hào)傳輸（簡(jiǎn)稱(chēng)方案1）和小區(qū)建筑設(shè)施的控制與檢測(cè)都采用DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的解決方案（簡(jiǎn)稱(chēng)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(jì)和硬件的備用。文中討論了通過(guò)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(wèn)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(jì)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(chǎng)總線(xiàn)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(hào)。也就是說(shuō)，小區(qū)建筑設(shè)施的控制與檢測(cè)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(cè)，但是，顯然它需要重復(fù)的I/O接點(diǎn)和接線(xiàn)，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(shí)，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)電梯設(shè)備的運(yùn)行狀況，對(duì)突發(fā)情況做出實(shí)時(shí)處理。這種控制和監(jiān)測(cè)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(gè)檢測(cè)信號(hào)直接輸入PLC，便于PLC及時(shí)做出判斷和處理。但是，在這種情況下，系統(tǒng)的連線(xiàn)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(cuò)，而且一旦出現(xiàn)故障，也難以排除。同時(shí)，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(duì)CPU的要求較高。而且，在同一個(gè)控制系統(tǒng)中，需要采用同一個(gè)廠商的相關(guān)產(chǎn)品，缺少多供貨商同類(lèi)產(chǎn)品之間的兼容性和互換性?；谏鲜龅膯?wèn)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(hào)傳輸。

三、DeviceNet單元和PLC的通信

DeviceNet是一種低成本的通訊總線(xiàn)鏈接，具有開(kāi)放現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范和協(xié)議都是開(kāi)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(shí)區(qū)，網(wǎng)絡(luò)利用標(biāo)識(shí)區(qū)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)仲裁，可以高效傳送I/O數(shù)據(jù)。DeviceNet有兩種不同類(lèi)型的消息：I/O消息和顯式消息（Explicit Message）。顯式消息用于兩個(gè)設(shè)備間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)消息傳遞，是典型的請(qǐng)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(shí)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(dòng)地傳送I/O數(shù)據(jù)，對(duì)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)，而不需編寫(xiě)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(shuō)明。

在組網(wǎng)時(shí)，首先通過(guò)主單元上的旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)設(shè)置主單元的單元號(hào)（即MACHINE NO.），通過(guò)DIP開(kāi)關(guān)設(shè)置節(jié)點(diǎn)號(hào)（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(huì)出錯(cuò)，并給出提示。主單元的單元號(hào)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(kāi)關(guān)除了設(shè)置波特率外，還需設(shè)置通信出錯(cuò)時(shí)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(duì)應(yīng)的字（見(jiàn)表1和2）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)它的控制，不需要編程，在系統(tǒng)上電后各個(gè)單元會(huì)自動(dòng)地被寫(xiě)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(hào)為1，則其對(duì)應(yīng)的軟件開(kāi)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(hào)設(shè)置為8，則在CPU單元的I/O存儲(chǔ)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(duì)應(yīng)于不同的字地址。這樣，CPU對(duì)各個(gè)單元的讀寫(xiě)操作就是讀寫(xiě)存儲(chǔ)區(qū)，可以直接利用PLC本身的指令系統(tǒng)。C200HG系列PLC的每個(gè)主單元可以有多個(gè)從單元，能控制相當(dāng)多的現(xiàn)場(chǎng)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(hào)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(cè)。相應(yīng)地，要求它們具有DeviceNet接口。

表1 從單元節(jié)點(diǎn)號(hào)和字地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系

表2 主單元的軟件開(kāi)關(guān)字、狀態(tài)區(qū)和單元號(hào)的對(duì)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(xiàn)簡(jiǎn)單，僅五根線(xiàn)，包括兩根電源線(xiàn)，兩根信號(hào)線(xiàn)和一根屏蔽線(xiàn)。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(xiàn)供電，并通過(guò)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(zhǎng)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(kāi)關(guān)、變頻驅(qū)動(dòng)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(xiàn)，減少敷線(xiàn)的開(kāi)銷(xiāo)，比傳統(tǒng)的I/O布線(xiàn)經(jīng)濟(jì)，可大大降低硬接線(xiàn)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(jiǎn)化了設(shè)備間的通訊，并提供了非常重要的設(shè)備級(jí)診斷功能，可以通過(guò)主單元的指示燈和數(shù)碼管對(duì)常見(jiàn)的設(shè)備故障給出提示，線(xiàn)路的故障和通信電源的故障，也可以由主單元自動(dòng)的進(jìn)行檢測(cè)，并且會(huì)給出提示或報(bào)警，從而可以判斷故障，進(jìn)行及時(shí)處理。通過(guò)傳統(tǒng)的I/O硬接線(xiàn)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(hào)，廳外召喚信號(hào)、停層位置信號(hào)、消防按鈕等信號(hào)，通過(guò)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(xiàn);PLC和小區(qū)監(jiān)控中心的通信，只需通過(guò)一根通訊電纜，采用總線(xiàn)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。接線(xiàn)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(gè)復(fù)雜設(shè)備間的互連性及不同供貨商的同類(lèi)部件間的可互換性：來(lái)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(hù)不必局限于同一個(gè)供貨商的產(chǎn)品，給用戶(hù)帶來(lái)了更多的靈活性，同時(shí)減少了配線(xiàn)和安裝自動(dòng)化設(shè)備的成本和時(shí)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(guò)系統(tǒng)的重新上電即可加入網(wǎng)絡(luò)，對(duì)程序稍做擴(kuò)展就可實(shí)現(xiàn)控制。同時(shí)，DeviceNet支持設(shè)備的熱插拔，可在線(xiàn)修改網(wǎng)絡(luò)配置， DeviceNet作為開(kāi)放的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，將全面地提高效率，用戶(hù)只需做一些選擇設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)控制。通信時(shí)它傳輸0～8個(gè)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(hào)量雖然很多，但是，由于電梯的各個(gè)控制信號(hào)有一定的規(guī)律性，不同樓層的信號(hào)之間有時(shí)間差，采用DeviceNet能夠滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求。在必要時(shí)，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(mǎn)足控制需要。當(dāng)然，采用DeviceNet也存在不足。 DeviceNet不是把檢測(cè)信號(hào)直接送到PLC的I/O口，而是轉(zhuǎn)換為串行總線(xiàn)信號(hào)來(lái)傳輸。這樣就可能出現(xiàn)關(guān)鍵信號(hào)的丟失，由于電梯控制安全可靠性要求高，需要系統(tǒng)對(duì)各個(gè)信號(hào)實(shí)時(shí)反應(yīng)，特別是系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)信號(hào)（即反饋信號(hào)）有更為嚴(yán)格的要求。PLC有一定的掃描循環(huán)周期，例如，對(duì)梯速為2m/s的電梯來(lái)說(shuō)，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(hào)若要令電梯順向停車(chē)，則這個(gè)召喚信號(hào)必須在預(yù)置減速距離前0.5m處發(fā)出并自保持。否則，會(huì)造成運(yùn)行不可靠。

另外，限位信號(hào)，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(duì)這類(lèi)關(guān)鍵信號(hào)，需要設(shè)置兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，以產(chǎn)生冗余信號(hào)，確保檢測(cè)信號(hào)的產(chǎn)生。在程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)，可利用“或”指令OR對(duì)兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行或處理，只要一個(gè)有效，即可產(chǎn)生控制信號(hào)。對(duì)于模擬量可以做類(lèi)似的處理，從而提高電梯運(yùn)行的安全可靠性。對(duì)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(chǎng)總線(xiàn)這個(gè)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)批準(zhǔn)為首個(gè)國(guó)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(gè)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(jiǎn)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(gè)復(fù)雜設(shè)備互連的同時(shí)，具有同類(lèi)設(shè)備的兼容性。除了讀取設(shè)備的開(kāi)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(lái)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(huì)更加普遍，將具有廣闊的應(yīng)用前景。

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