羅克韋爾自動化變頻器PowerFlex 70在ControlLogix係統中的通訊
2026-04-26 12:44:49
1 引言
隨著變頻器的不斷發展和推廣應用，越來越多的場合需要對變頻器進行網絡通訊和監控，過去多采用傳統的RS485/422接口采集實時信息，通過操作員界麵修改參數。今天，由於網絡和現場總線技術的發展和應用，變頻器之間的通訊、變(bian)頻(pin)器(qi)實(shi)時(shi)監(jian)控(kong)等(deng)功(gong)能(neng)已(yi)經(jing)已(yi)經(jing)演(yan)變(bian)成(cheng)為(wei)數(shu)字(zi)化(hua)時(shi)代(dai)，帶(dai)數(shu)字(zi)接(jie)口(kou)的(de)變(bian)頻(pin)器(qi)不(bu)但(dan)具(ju)有(you)提(ti)供(gong)更(geng)多(duo)的(de)數(shu)據(ju)信(xin)息(xi)網(wang)絡(luo)通(tong)信(xin)能(neng)力(li)，而(er)且(qie)還(hai)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)基(ji)於(yu)網(wang)絡(luo)的(de)參(can)數(shu)在(zai)線(xian)優(you)化(hua)。
A-B公司生產的PowerFlex係列變頻器就是基於羅克韋爾自動化的NetLinx開放網絡體係，為DeviceNet、ControlNet和EtherNet/IP網絡提供一係列通用的特性和服務，並導致更低的所有生產者成本。當用戶進行控製、組態和采集數據的時候，可以很容易地管理從車間底層到頂層的信息並無縫地將它們成為一個完整的係統。它適用於DeviceNet、ControlNet、Universal RIO、RS485DF1、Profibus、interbus-S等網絡。其中控製層網絡（ControlNet）、設備層網絡（DeviceNet）和信息層網絡（EtherNet）的三層網絡結構為羅克韋爾自動化公司最新開發出來的網絡結構，基於這種網絡結構設計的ControlLogix係統將這種網絡思想體現的淋漓盡致。本文以下將介紹變頻器PowerFlex70在ControlLogix係統中的組態及其網絡功能，從而揭示PowerFelx係列變頻器的網絡優越性。
2 ControlLogix係統簡介
ControlLogix體係結構是目前非常先進的控製平台，該控製平台集成多種控製規程（如：時序、運動、驅動、過程）。它所應用的處理器核心為Logix5550。Logix5550具有強大的處理能力和靈活性，它支持一個ControlLogix機架上可以插入多個控製器、多個控製器可以穿越多個機架實現分布式控製、預定的處理器對處理器的通訊、多個處理器共享相同的I/O模塊和通訊模塊等眾多功能。ControlLogix背板是一種無源的總線，采用的是流行的生產者/消費者技術，因此具有效率高、數據傳送準確等優點；另外ControlLogix背板是一個網關級的模塊，可以進行各層網絡協議之間的轉化，因此可以通過一個普通的網卡便可以訪問其他各層網絡。如圖2.1為ControlLogix網絡係統結構圖。
ControlLogix係統的編程軟件為RSLogix5000，它向用戶提供強大的功能，具有高級診斷能力、可靠的通訊、靈活的編輯器、強有力的數據庫編輯器、拖一放編輯功能以及方便易用的界麵等優點。
3 PowerFlex70三層網絡組態
3.1 信息網絡層（EtherNet）
信息層是整個控製係統的上層管理層，它采用開放性協議（IP協議）。bunengbaluokeweierxinxicengdeyitaiwangjiandandelijieweijuyuwang，keyijianggaicengkuozhandaozhenggehulianwang，weiyugaihulianwangshangderenheyitaigongzuozhan，zhiyaojubeibixuderuanjianhuanjingheshidangdequanxian，doukeyibakongzhichengxuyuanchengxiazaidaogongyexianchangdebianchengkongzhiqizhong，shixianduidicengshebeijinxingkongzhi。
在羅克韋爾三層網絡組態中，使用RSLinx軟件，增加一個新的以太網型設備驅動器NEU_RALab，然後在Host Name名中輸入遠程的以太網模塊的IP地址，就可以瀏覽到遠程係統位於各層網絡上的設備。在ControlLogix係統編程軟件RSLogix5000組態時，需要添加1756ENB或1756ENETmokuai，ranhoumingmingbingshezhiqisuozaicaohao。zheyiqieyiyingjianlianjiezhengqueweiqianti，mokuaileixingyaoyushijixiangpipei，lingwaicaohaoheshijilianjiedecaohaoxiangfu。ranhouzutaimokuaiduankou，zaigangtianjiademokuaishuxinglide“Port Configuration”選項清除“Enable Bootp”選項並添上IP地址、子網屏蔽、網關地址等。
3.2 控製網絡層（ControlNet）
3.2.1 ControlNet網絡
控製網是由控製網國際有限公司（ControlNet International,Ltd.）首先提出來的一種開放式網絡。羅克韋爾自動化公司的設計之初就提出了三層網絡的概念，上層信息用於全廠的數據采集和程序維護；中層自動化和控製層實現實時I/O的控製、控製器的互鎖和報文的傳送；底層設備網用於底層設備的低成本、高效率的信息集成。其中控製網通訊采用當今流行的生產者/消費者模式，該模式采用多信道廣播式，網絡所有節點同步，信息吞吐量大，速度快，網絡效率高；因此控製網具有高速、高度確定和可重複性的網絡，特別適用於對時間苛刻要求的複雜應用場合的信息傳輸。
3.2.2 PowerFlex70的控製網組態
變頻器PowerFlex70具有一種稱為SCANport的通信接口，通過此接口連接一個信息轉換模塊，可以接入ControlNet網絡端。信息轉換模塊的功能是將變頻器數據和處理器的輸入/輸出數據相映射連接，以達到數據通訊的目的。在ControlLogix係統中，我們采用1203-CN1信息轉換模塊，具體網絡結構如下圖所示：
在連接好硬件後，需要利用RSNetWorx軟件對諸如網絡刷新時間、最大預定節點數、非預定節點數以及介質是否冗餘等網絡參數進行組態，同時還要組態每個節點，以定義它向主/從網絡發送/接受什麼的數據，以及組態節點為主、多主、對等或多信道廣播通信方式。這些工作做好之後，使用RSLinx軟件對重新網絡掃描，可以從界麵上看到1203-CN1模塊。為了使變頻器和處理器之間建立良好的數據通訊，需要使用軟件RSNetWorx for ControlNet進行數據組態。
1203-CN1模塊有數據鏈（Datalink）和(he)報(bao)文(wen)兩(liang)種(zhong)數(shu)據(ju)結(jie)構(gou)。因(yin)此(ci)我(wo)們(men)應(ying)該(gai)按(an)此(ci)模(mo)塊(kuai)的(de)數(shu)據(ju)結(jie)構(gou)進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)，報(bao)文(wen)結(jie)構(gou)主(zhu)要(yao)用(yong)於(yu)對(dui)輸(shu)入(ru)數(shu)據(ju)或(huo)輸(shu)出(chu)數(shu)據(ju)不(bu)需(xu)要(yao)連(lian)續(xu)刷(shua)新(xin)的(de)情(qing)況(kuang)，因(yin)而(er)它(ta)適(shi)用(yong)於(yu)對(dui)變(bian)頻(pin)器(qi)參(can)數(shu)實(shi)時(shi)監(jian)控(kong)要(yao)求(qiu)不(bu)高(gao)的(de)場(chang)合(he)。在(zai)ControlLogix係統中采用數據鏈結構。其結構如下圖所示：
1203-CN1模塊和變頻器各有4個數據鏈A、B、C、D，每個數據鏈在處理器的輸入和輸出映像表中占用2個字，如A數據鏈在輸入映像表中占用字2和字3。可通過通信模塊的撥動開關來選通/截止某個數據鏈，如此，可通過數據鏈方式，PLC處理器每次可對變頻器讀或寫2—8個ge字zi的de數shu據ju信xin息xi。實shi際ji上shang數shu據ju鏈lian數shu據ju是shi要yao傳chuan送song數shu據ju信xin息xi的de指zhi針zhen。對dui於yu變bian頻pin器qi來lai說shuo，如ru要yao傳chuan送song某mou個ge參can數shu，則ze指zhi針zhen為wei該gai參can數shu的de參can數shu號hao。所suo以yi必bi須xu在zai變bian頻pin器qi中zhong對dui各ge個ge數shu據ju鏈lian進jin行xing組zu態tai，即ji決jue定ding數shu據ju鏈lian指zhi向xiang哪na個ge參can數shu。
3.3 設備網絡層（DeviceNet）
3.3.1 DeviceNet網絡
設備層是羅克韋爾三層網絡中的最底層網絡，它的功能是將工業現場的最底層設備直接連接到車間控製器上。DeviceNet通訊連接是建立在控製器局部網（CAN）之上的，也基於最先進的生產者/消費者模式的一種網絡形式。它使得控製數據對於該網絡上的所有設備都可用，最有效的利用了網絡的帶寬。DeviceNet上的設備可以隨時連接或斷開，而不會影響網上其他設備的運行，方便維護和減少維修費用，也便於係統的擴充和改造。
3.3.2 PowerFlex70的設備網組態
實際上，PowerFlex70的通訊端口為串口，它將串口通訊分作5getongdaoyiyongweiwaibutongxun，meigetongdaodouduiyingbutongdetongxunshebei，yincijuyoufengfudetongxunfangfa，congerzuodaoleduibutongchanghebutongyongtuxiadetongyongxingyushiyingxing。xiamiantubiaodui5 個通道進行說明。
在控製網上使用的SCANport是DPI端口2，而DPI端口5允許用戶添加網絡適配器與變頻器進行通訊，這樣變頻器的參數更改和監控功能都將通過一條電纜在網絡環境下進行。因此在ControlLogix中，在DPI端口5增加一個A-B公司的20-COMM-D網絡適配器與DeviceNet連接。
完成好變頻器與ControlLogix的設備網模塊硬件連接後，需要進行對網絡適配器的硬件設定。網絡適配器的硬件設定由兩部分構成，一個用來設置變頻器在DeviceNet網絡中的節點號；另一個用來設置變頻器網絡通訊的傳輸速率。PowerFlex70網絡適配器的節點地址由個位和十位兩個開關來設定，允許設定的範圍是0～63。如果數據傳輸速率開關打到PGM狀態，那麼變頻器的節點地址將由軟件來設定。數據傳輸速率可設定為AUTO、125K、250K、500K和PGM幾種。AUTO的意思是適配器傳輸速率由其他網絡設備確定，顧網絡中另外一個設備必須設定數據傳輸速率；PGM為軟件編程設定。
PowerFlex70的DeviceNet通訊需要通過兩個部分的組態來完成。一個是適配器的組態，另一個是網絡掃描器的組態。變頻器將網絡傳輸的數據通過20個字（輸入輸出各10個）與適配器進行通訊，適配器再將數據通過I/O映像的方式將數據保存在網絡掃描器中。而掃描器中的數據可以在程序中直接進行監控，這樣就實現了通過DeviceNet網絡與變頻器進行通訊。
隨著變頻器的不斷發展和推廣應用，越來越多的場合需要對變頻器進行網絡通訊和監控，過去多采用傳統的RS485/422接口采集實時信息，通過操作員界麵修改參數。今天，由於網絡和現場總線技術的發展和應用，變頻器之間的通訊、變(bian)頻(pin)器(qi)實(shi)時(shi)監(jian)控(kong)等(deng)功(gong)能(neng)已(yi)經(jing)已(yi)經(jing)演(yan)變(bian)成(cheng)為(wei)數(shu)字(zi)化(hua)時(shi)代(dai)，帶(dai)數(shu)字(zi)接(jie)口(kou)的(de)變(bian)頻(pin)器(qi)不(bu)但(dan)具(ju)有(you)提(ti)供(gong)更(geng)多(duo)的(de)數(shu)據(ju)信(xin)息(xi)網(wang)絡(luo)通(tong)信(xin)能(neng)力(li)，而(er)且(qie)還(hai)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)基(ji)於(yu)網(wang)絡(luo)的(de)參(can)數(shu)在(zai)線(xian)優(you)化(hua)。
A-B公司生產的PowerFlex係列變頻器就是基於羅克韋爾自動化的NetLinx開放網絡體係，為DeviceNet、ControlNet和EtherNet/IP網絡提供一係列通用的特性和服務，並導致更低的所有生產者成本。當用戶進行控製、組態和采集數據的時候，可以很容易地管理從車間底層到頂層的信息並無縫地將它們成為一個完整的係統。它適用於DeviceNet、ControlNet、Universal RIO、RS485DF1、Profibus、interbus-S等網絡。其中控製層網絡（ControlNet）、設備層網絡（DeviceNet）和信息層網絡（EtherNet）的三層網絡結構為羅克韋爾自動化公司最新開發出來的網絡結構，基於這種網絡結構設計的ControlLogix係統將這種網絡思想體現的淋漓盡致。本文以下將介紹變頻器PowerFlex70在ControlLogix係統中的組態及其網絡功能，從而揭示PowerFelx係列變頻器的網絡優越性。
2 ControlLogix係統簡介
ControlLogix體係結構是目前非常先進的控製平台，該控製平台集成多種控製規程（如：時序、運動、驅動、過程）。它所應用的處理器核心為Logix5550。Logix5550具有強大的處理能力和靈活性，它支持一個ControlLogix機架上可以插入多個控製器、多個控製器可以穿越多個機架實現分布式控製、預定的處理器對處理器的通訊、多個處理器共享相同的I/O模塊和通訊模塊等眾多功能。ControlLogix背板是一種無源的總線，采用的是流行的生產者/消費者技術，因此具有效率高、數據傳送準確等優點；另外ControlLogix背板是一個網關級的模塊，可以進行各層網絡協議之間的轉化，因此可以通過一個普通的網卡便可以訪問其他各層網絡。如圖2.1為ControlLogix網絡係統結構圖。
ControlLogix係統的編程軟件為RSLogix5000，它向用戶提供強大的功能，具有高級診斷能力、可靠的通訊、靈活的編輯器、強有力的數據庫編輯器、拖一放編輯功能以及方便易用的界麵等優點。
3 PowerFlex70三層網絡組態
3.1 信息網絡層（EtherNet）
信息層是整個控製係統的上層管理層，它采用開放性協議（IP協議）。bunengbaluokeweierxinxicengdeyitaiwangjiandandelijieweijuyuwang，keyijianggaicengkuozhandaozhenggehulianwang，weiyugaihulianwangshangderenheyitaigongzuozhan，zhiyaojubeibixuderuanjianhuanjingheshidangdequanxian，doukeyibakongzhichengxuyuanchengxiazaidaogongyexianchangdebianchengkongzhiqizhong，shixianduidicengshebeijinxingkongzhi。
在羅克韋爾三層網絡組態中，使用RSLinx軟件，增加一個新的以太網型設備驅動器NEU_RALab，然後在Host Name名中輸入遠程的以太網模塊的IP地址，就可以瀏覽到遠程係統位於各層網絡上的設備。在ControlLogix係統編程軟件RSLogix5000組態時，需要添加1756ENB或1756ENETmokuai，ranhoumingmingbingshezhiqisuozaicaohao。zheyiqieyiyingjianlianjiezhengqueweiqianti，mokuaileixingyaoyushijixiangpipei，lingwaicaohaoheshijilianjiedecaohaoxiangfu。ranhouzutaimokuaiduankou，zaigangtianjiademokuaishuxinglide“Port Configuration”選項清除“Enable Bootp”選項並添上IP地址、子網屏蔽、網關地址等。
3.2 控製網絡層（ControlNet）
3.2.1 ControlNet網絡
控製網是由控製網國際有限公司（ControlNet International,Ltd.）首先提出來的一種開放式網絡。羅克韋爾自動化公司的設計之初就提出了三層網絡的概念，上層信息用於全廠的數據采集和程序維護；中層自動化和控製層實現實時I/O的控製、控製器的互鎖和報文的傳送；底層設備網用於底層設備的低成本、高效率的信息集成。其中控製網通訊采用當今流行的生產者/消費者模式，該模式采用多信道廣播式，網絡所有節點同步，信息吞吐量大，速度快，網絡效率高；因此控製網具有高速、高度確定和可重複性的網絡，特別適用於對時間苛刻要求的複雜應用場合的信息傳輸。
3.2.2 PowerFlex70的控製網組態
變頻器PowerFlex70具有一種稱為SCANport的通信接口，通過此接口連接一個信息轉換模塊，可以接入ControlNet網絡端。信息轉換模塊的功能是將變頻器數據和處理器的輸入/輸出數據相映射連接，以達到數據通訊的目的。在ControlLogix係統中，我們采用1203-CN1信息轉換模塊，具體網絡結構如下圖所示：
在連接好硬件後，需要利用RSNetWorx軟件對諸如網絡刷新時間、最大預定節點數、非預定節點數以及介質是否冗餘等網絡參數進行組態，同時還要組態每個節點，以定義它向主/從網絡發送/接受什麼的數據，以及組態節點為主、多主、對等或多信道廣播通信方式。這些工作做好之後，使用RSLinx軟件對重新網絡掃描，可以從界麵上看到1203-CN1模塊。為了使變頻器和處理器之間建立良好的數據通訊，需要使用軟件RSNetWorx for ControlNet進行數據組態。
1203-CN1模塊有數據鏈（Datalink）和(he)報(bao)文(wen)兩(liang)種(zhong)數(shu)據(ju)結(jie)構(gou)。因(yin)此(ci)我(wo)們(men)應(ying)該(gai)按(an)此(ci)模(mo)塊(kuai)的(de)數(shu)據(ju)結(jie)構(gou)進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)傳(chuan)輸(shu)，報(bao)文(wen)結(jie)構(gou)主(zhu)要(yao)用(yong)於(yu)對(dui)輸(shu)入(ru)數(shu)據(ju)或(huo)輸(shu)出(chu)數(shu)據(ju)不(bu)需(xu)要(yao)連(lian)續(xu)刷(shua)新(xin)的(de)情(qing)況(kuang)，因(yin)而(er)它(ta)適(shi)用(yong)於(yu)對(dui)變(bian)頻(pin)器(qi)參(can)數(shu)實(shi)時(shi)監(jian)控(kong)要(yao)求(qiu)不(bu)高(gao)的(de)場(chang)合(he)。在(zai)ControlLogix係統中采用數據鏈結構。其結構如下圖所示：
1203-CN1模塊和變頻器各有4個數據鏈A、B、C、D，每個數據鏈在處理器的輸入和輸出映像表中占用2個字，如A數據鏈在輸入映像表中占用字2和字3。可通過通信模塊的撥動開關來選通/截止某個數據鏈，如此，可通過數據鏈方式，PLC處理器每次可對變頻器讀或寫2—8個ge字zi的de數shu據ju信xin息xi。實shi際ji上shang數shu據ju鏈lian數shu據ju是shi要yao傳chuan送song數shu據ju信xin息xi的de指zhi針zhen。對dui於yu變bian頻pin器qi來lai說shuo，如ru要yao傳chuan送song某mou個ge參can數shu，則ze指zhi針zhen為wei該gai參can數shu的de參can數shu號hao。所suo以yi必bi須xu在zai變bian頻pin器qi中zhong對dui各ge個ge數shu據ju鏈lian進jin行xing組zu態tai，即ji決jue定ding數shu據ju鏈lian指zhi向xiang哪na個ge參can數shu。
3.3 設備網絡層（DeviceNet）
3.3.1 DeviceNet網絡
設備層是羅克韋爾三層網絡中的最底層網絡，它的功能是將工業現場的最底層設備直接連接到車間控製器上。DeviceNet通訊連接是建立在控製器局部網（CAN）之上的，也基於最先進的生產者/消費者模式的一種網絡形式。它使得控製數據對於該網絡上的所有設備都可用，最有效的利用了網絡的帶寬。DeviceNet上的設備可以隨時連接或斷開，而不會影響網上其他設備的運行，方便維護和減少維修費用，也便於係統的擴充和改造。
3.3.2 PowerFlex70的設備網組態
實際上，PowerFlex70的通訊端口為串口，它將串口通訊分作5getongdaoyiyongweiwaibutongxun，meigetongdaodouduiyingbutongdetongxunshebei，yincijuyoufengfudetongxunfangfa，congerzuodaoleduibutongchanghebutongyongtuxiadetongyongxingyushiyingxing。xiamiantubiaodui5 個通道進行說明。
在控製網上使用的SCANport是DPI端口2，而DPI端口5允許用戶添加網絡適配器與變頻器進行通訊，這樣變頻器的參數更改和監控功能都將通過一條電纜在網絡環境下進行。因此在ControlLogix中，在DPI端口5增加一個A-B公司的20-COMM-D網絡適配器與DeviceNet連接。
完成好變頻器與ControlLogix的設備網模塊硬件連接後，需要進行對網絡適配器的硬件設定。網絡適配器的硬件設定由兩部分構成，一個用來設置變頻器在DeviceNet網絡中的節點號；另一個用來設置變頻器網絡通訊的傳輸速率。PowerFlex70網絡適配器的節點地址由個位和十位兩個開關來設定，允許設定的範圍是0～63。如果數據傳輸速率開關打到PGM狀態，那麼變頻器的節點地址將由軟件來設定。數據傳輸速率可設定為AUTO、125K、250K、500K和PGM幾種。AUTO的意思是適配器傳輸速率由其他網絡設備確定，顧網絡中另外一個設備必須設定數據傳輸速率；PGM為軟件編程設定。
PowerFlex70的DeviceNet通訊需要通過兩個部分的組態來完成。一個是適配器的組態，另一個是網絡掃描器的組態。變頻器將網絡傳輸的數據通過20個字（輸入輸出各10個）與適配器進行通訊，適配器再將數據通過I/O映像的方式將數據保存在網絡掃描器中。而掃描器中的數據可以在程序中直接進行監控，這樣就實現了通過DeviceNet網絡與變頻器進行通訊。