现场总线控制系统（FCS）系列：Rockwell Automation DeviceNet (用于石油和天然气行业)_（10）.案例分析：DeviceNet在石油钻井平台上的应用.docx

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案例分析：DeviceNet在石油钻井平台上的应用

1.石油钻井平台概述

石油钻井平台是石油和天然气行业中极为重要的设施，其工作环境复杂多变，对自动化控制系统的可靠性和实时性要求极高。一个先进的自动化控制系统可以显著提高钻井效率，降低运营成本，保障人员安全。在这部分中，我们将详细介绍DeviceNet在现场总线控制系统中的应用，特别是在石油钻井平台上的具体实现。

1.1石油钻井平台的自动化需求

石油钻井平台的自动化需求主要包括以下几个方面：

实时数据采集：需要实时采集各种传感器数据，如压力、温度、流量等。

设备控制：对钻井设备、泵、阀门等进行精确控制。

故障诊断：能够及时检测和诊断设备故障，减少停机时间。

通信网络：确保设备之间的高效通信，支持远程监控和操作。

2.DeviceNet在现场总线控制系统中的角色

DeviceNet是一种开放式的现场总线协议，由RockwellAutomation开发，广泛应用于工业自动化领域。其主要特点包括：

低成本：使用标准的RS-485通信技术，成本较低。

高可靠性：支持主从通信模式，具有良好的抗干扰能力。

易扩展：支持热插拔，可以方便地添加或移除设备。

实时性：支持高速数据传输，满足实时控制需求。

2.1DeviceNet协议的基本原理

DeviceNet协议基于CAN（ControllerAreaNetwork）技术，使用120Ω终端电阻的差分信号传输方式。每个DeviceNet网络可以连接最多64个设备，传输速率从125kbit/s到500kbit/s不等。DeviceNet网络中的设备分为Master和Slave两种类型，Master设备负责网络管理、数据请求和数据分发，而Slave设备则负责数据采集和控制执行。

2.2DeviceNet设备的连接方式

DeviceNet设备通过标准的5芯电缆连接，其中两根用于CAN通信，两根用于电源供应，一根为屏蔽线。常见的连接设备包括：

PLC（可编程逻辑控制器）：作为Master设备，负责网络管理和数据处理。

传感器：如压力传感器、温度传感器等，作为Slave设备，提供实时数据。

执行器：如电动机、阀门等，作为Slave设备，执行控制命令。

HMI（人机界面）：用于操作人员监控和控制设备。

3.DeviceNet在石油钻井平台上的应用案例

3.1应用背景

假设我们有一个石油钻井平台，需要实现对钻井设备的实时监控和控制。具体需求包括：

压力传感器：实时监测钻井液的压力。

温度传感器：实时监测钻井液的温度。

流量传感器：实时监测钻井液的流量。

电动机：控制钻井泵的运行。

阀门：控制钻井液的流向。

3.2系统设计

3.2.1网络拓扑

石油钻井平台的DeviceNet网络采用总线型拓扑结构，所有设备通过一条主电缆连接，每台设备之间使用T型连接器。网络中包括一台PLC作为Master设备，多个传感器和执行器作为Slave设备。

3.2.2设备配置

PLC配置：使用Allen-Bradley的ControlLogix系列PLC，通过DeviceNet模块（如1794-IB8）连接到网络。

传感器配置：使用支持DeviceNet协议的传感器，如E+H的Memosens系列压力传感器和温度传感器。

执行器配置：使用支持DeviceNet协议的电动机和阀门控制器，如Moeller的电动机驱动器。

3.3系统实现

3.3.1硬件连接

主电缆：使用标准的5芯DeviceNet电缆，长度根据实际需求确定。

T型连接器：每个设备使用T型连接器连接到主电缆。

终端电阻：在网络的两端各安装一个120Ω的终端电阻，以减少信号反射。

3.3.2软件配置

使用RSLogix5000软件配置PLC和DeviceNet模块。以下是一个具体的配置示例：

//设备配置示例

1.打开RSLogix5000软件，创建一个新的项目。

2.在项目中添加一个ControlLogixPLC。

3.在I/O配置中添加一个1794-IB8DeviceNet模块。

4.配置DeviceNet模块的网络参数，如波特率、节点地址等。

5.添加需要连接的传感器和执行器，配置其节点地址和数据类型。

//代码示例：配置DeviceNet模块

//RSLogix5000中的L5K文件配置

Module

Name:DeviceNet_Module

ModuleType:1794-IB8

Parameters:

NetworkNumber:0

BaudRate:250000

NodeAddress:1

ConnectionType:E