Controlnet网络在现代粮食物流中的应用研究

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Controlnet网络在现代粮食物流中的应用研究

邱星亮1，尹

龙1，刘庆辉2

121007）

450053；

（1.国家粮食储备局郑州科学研究设计院，郑州

2.锦州港股份有限公司，锦州

摘要：文章分析了Controlnet网络系统的特点，指出Contrlnet网络参数的设置对其网络性能的影

响，最后以某粮食物流中心为例介绍了Controlnet网络在其中的成功应用。

关键词：现代粮食物流；Controlnet网络；连接数；NUT

AppliedResearchofControlnetnetworkinmoderngrainlogistics

（1.ZhengzhouScienceresearch&designInstitutestateadministrationofgrainreserve，Zhengzhou

2.JinzhouPortCO.，LTD.，Jinzhou121007，China）

450053，China

QiuXingliang1，YinLong1，LiuQinghui2

Abstract：ThispaperanalysesthecharacteristicsofControlnetnetworksystem,pointingoutsomemainintroducethegrainlogisticscenterinwhichControlnetnetworkwasappliedsuccessfully.

parameterssettingsofControlnetnetworktotheinfluenceofnetworkperformance.Finally,anexampletoKeywords：ModernGrainLogistics；Controlnetnetwork；Connections；NetworkUpdateTime

中图分类号：TD319

文献标识码：B

文章编号：1007－3582（2014）03－0032－04

1概述

随着自动化和信息化技术的快速发展，使粮食现代物流中的粮食入库和出库方式发生了巨大的变化，着力打造优质、高效、低成本的现代粮食物流的配送体系。高稳定性和高吞吐量总线技术的发展为现代粮食物流配送体系提供了强有力的通讯保障。

Controlnet网络总线是一种面向控制层的实时、

RG6同轴电缆或光纤通讯，支持冗余网络。网络拓扑最大通讯距离达30km，最大支持99个网络节点。2.1Controlnet网络系统规划设计

形式支持总线型、星型、树型及其任何拓扑的混合，

判断的过程，合理的网络规划设计，也是Controlnet网络能稳定、快速运行的基础。Controlnet网络系统规划设计需要重点考虑网络介质、通讯距离和确定网络的拓扑结构等3个主要方面的内容。2.1.1Controlnet网络介质

Controlnet网络系统的规划设计是一个测量和

开放并具有确定性和可重复性的现场总线。目前该得到成功应用。

Controlnet总线技术已经在很多现代粮食物流项目

2Controlnet总线网络系统

络，通讯速率为5m/s，不受通讯距离的影响。采用

收稿日期：2013-12-22作者简介：邱星亮（1979-），男，工程师；专业方向为自控程序设计及电气设计工作。

Controlnet网络介质中主要组成部件如下：①干线电可以是RG6同轴电缆，或是光纤，当采用光纤时，需要配置光纤适配器和光纤中继器。②电缆连接器。电缆连接器主要用于结合或断开网络介质与设备。③

图1是采用冗余介质的Controlnet网络简图，

Controlnet网络是一种高速，稳定的工业控制网

缆。干线电缆是两个终端设备之间的主要通讯干线，

中继器。中继器用于接收电缆上的信号，放大信号并转发给电缆的另一段。④终端电阻。终端电阻安装在

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网络的末端用于吸收信号，避免信号因反射而造成对信号的干扰。Controlnet网络的终端电阻是安装在BNC插头上的75Ω电阻。⑤分接器：分接器是网络和分。

介质需求是网络的物理要求，它也是用于衡量所选介质限制条件的标准。不合理的网络介质规划设计，则会导致网络信号的衰减，最终导致网络系统的中断。

设备之间的通讯链路，它将干线电缆信号分出一部

的网络拓扑形式下，最终达到稳定的一个网络通讯系统。Controlnet网络作为一个高性能的工业控制网主要支持如下的几种网络拓扑形式，见图3所示。

图3Controlnet

网络拓扑形式图

图1Controlnet网络简图

在Controlnet网络中，可以通过灵活使用中继的形式来实现上述的网络拓扑形式及其上述各种网络拓扑形式的组合，但是在一个网络中最多串联使用5个中继器，并联最多使用48个中继器。

Controlnet网络完全支持光纤链路的上述网络

2.1.2Controlnet网络通讯距离

对于每一种网络总线都有通讯距离上的要求。图2反应了Controlnet节点数与通讯距离的一个关系。

拓扑形式极其组合，但每一个光纤适配器最多并联使用4个光纤中继器，另外每增加一个光纤适配器需要使用一个分接器。

灵活的网络拓扑形式，同轴干线与光纤链路的有效组合为实现大型Controlnet网络提供了可靠保

图2节点数与通讯距离关系图

障。

2.2Controlnet的网络参数

所以，在Controlnet网络总线规划设计时，要考虑以下3点。①从某一个网络节点至相邻的下一个网络节点的距离。②从第一个网络节点至最后一个网络节点的距离。③Controlnet总线通讯距离随着干线上节点数的增加而缩短，总线通讯距离与节点数之间的计算公式为：

网段最长距离＝1000m－16.3m×（节点数-2）。在Controlnet网络规划设计时，当通讯距离接近其临界计算距离时，应首先考虑增加中继或采用光纤通讯，否则会导致通讯连接的失败。2.1.3确定网络的拓扑结构

对于Controlnet网络来说，主要影响其性能的参数主要有连接数、NUT、RPI、SMAX和UMAX等。

连接数：在Controlnet网络系统中，连接的各设备之间建立通讯就涉及到连接数的问题，对于通讯设备来说，与其所建立的连接数不能超过其本身所支持的最大连接数能力，否则，Controlnet网络性能将大大降低，最终导致其网络通讯的中断或失败。对于控制器和通讯模块来说，其通讯设备占用其连接数的计算如表1所示。

在Controllogix系统中，表2给出了一些主要的控制器和通讯模块所能支持的最大连接数。

在网络通讯正常的情况下，可以通过Rslinx在线查看每一个通讯模块所建立的连接数，对于即将

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在一个大型的Controlnet网络系统中，需要将网络涉及到的所有网络介质进行有效的组合，在合理

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达到其连接数能力的，要通过优化各连接模块或者更换高性能的网卡来优化其Controlnet网络，否则将造成网络的不稳定或通讯设备的连接失败。①NUT。网络刷新时间，该时间是由用户组态的网络可以重复性地发送数据的基本时间单元。用户需要设定NUT的时间处于2~100ms之间，并且要使NUT的时间满足必须的网络通信量流通的时间需求。②RPI。请求的数据包间隔，它是为网络上的特定数据块指定的更新速率。例如，如果将输入模块的RPI设定为10ms，那就是每隔10ms输入模块会向控制器发送其数据。RPI越快，占用网络带宽就越多，所以合理设置RPI可以避免不必要的网络带宽的浪费。③SMAX。最大预定性节点，是用户网络组态的参数，它定义了哪些节点可以访问规划带宽，节点号大于SMAX的节点不能够占用预定带宽。④UMAX。最大

3Controlnet网络在粮食物流中的应用

某港口现代粮食物流中心现有36万t仓容，具有完备的进仓、出仓、倒仓、装船和装车流程，其控制I/O达6000点之多，其控制网络结构如图4所示。

在该粮食物流中心建设初期，考虑到该控制系

统的规模，信息层采用了C/S架构，客户端与服务器以及服务器与PLC主站之间采用了工业以太网。控制层是以Controllogix系统为平台，Controlnet冗余总线网络，在不同的控制区域分布有数量不等的站点，各站点之间通过同轴电缆和光纤进行通讯，网络拓扑涉及到总线型和星型。

非规划节点，是用户网络组态的参数，它定义了哪些节点可以访问非预定性带宽。在高于最大非规划节点的地址上设置的节点不在网络上进行通讯。

合理的Controlnet网络参数设置对其网络性能有很大的影响，通过优化网络参数对提高控制性能是极其重要的。

表1设备占用节点数计算表连接设备本地I/O模块远程框架非离散量模块远程框架未优化离散量模块远程同一框架内所有优化离散量模块

DH+/RIO模块Rslogix5000在线DNB模块

连接数数量每块1个每块1个每块1个同一框架，共占1个每块1个每块2个占用1个占用4个占用5个

图4控制网络系统结构简图

RslinxEnterprise为HMI或第三方软

件提供访问

Rslinx为HMI或第三方软件提供访问

在网络布设之前，通过合理的网络规划以及有效的对网络介质的组合，使控制器和通讯模块的连接数控制在其合理的范围，再通过对Controlnet网络参数合理的设置，使得控制层中Controlnet网络达到了良好的运行状态。

在通过对该港口现代粮食物流中心中Controlnet网络参数的不断调整和试验，得出如下几点经验：①控制器和通讯网卡上的连接数不能超过其所能支持最大连接数能力的80%，否则网络连接将出现连接数竞争现象，至使网络连接不稳定甚至网络中断。②对于数据要求实时传送时，要设置NUT小一些，这

表2设备所支持最大连接数能力表设备名称CPU1756-L6x1756-ENBT1756-EN2T

支持的最大连接数能力

250个，建议不超过200个128个，建议不超过100个128个，建议不超过100个250个

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1756-CN2R

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样也可以提高网络带宽的利用率，但过小的NUT容易造成网络的堵塞。如果网络上的节点数过多时，应该设置NUT的值大一些，这样能确保在一个网络刷新时间内扫描所有的接点，但过大的NUT容易造成网络带宽利用率的降低，在正常的情况下，NUT设置在15~30ms即可。③对于RPI，只需将RPI设置为应用程序所需要的值即可，过小的RPI会占用较大的网络带宽。另外，不要将RPI的速率设置快于NUT，因为网络不能以快于NUT的速率发送数据，在没有特殊情况的要求下，RPI设置在50~100ms即可。④对于SMAX应做到最大预定性节点为规划带宽内通讯的最高节点地址，并且要求最大预定性节点不要预留低于该节点号的空节点地址，因为这样做将容易浪费规划带宽，例如网络中的最大节点地址为24，那么设置SMAX为25即可。⑤对于UMAX要求址，因为这样做将浪费非规划网络带宽。

通过对Controlnet网络参数的合理设置及调整，最大非规划节点不要预留低于该节点号的空节点地

该Controlnet网络运行良好，保证了设备的正常运行，同时也为该粮食物流中心创造年粮食吞吐量达380万t提供了良好的网络通讯保障，为该港口带来了可观的经济效益。

4结束语

针对现代粮食物流中心自动化程度的不断提高，介绍了Controlnet网络的特点及其影响其性能的参数优化。通过分析和实践证明，Controlnet控制网络以其稳定快速的网络性能，灵活的网络拓扑形式等优点将为现代粮食物流中心提供可靠的网络通讯保障。参考文献：

［1］中罗克韦尔自动化.Controllogix［C］.用户手册.2011.［2］罗克韦尔自动化.Controlnet用户手册［C］.2005.

［3］陆文娟.Controlnet与Ethernet/IP总线的性能研究与分析

［C］.浙江大学硕士学位论文，2008.

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