【正文】 ....................................................... 17 程序標(biāo)簽設(shè)定 ........................................................ 18 程序流程 ............................................................ 18 程序簡(jiǎn)介 ............................................................ 24 小結(jié) ................................................................ 24 第 5章 課題特點(diǎn) .......................................................... 25 ControlNet 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用 ......................................... 25 雙機(jī)熱備冗余結(jié)構(gòu) .................................................... 25 PID 周期運(yùn)算 ........................................................ 25 第 6章 結(jié)論 .............................................................. 26 致謝 ...................................................................... 27 參考文獻(xiàn) .................................................................. 28 附錄 ...................................................................... 29 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 1 環(huán)道控制系統(tǒng)下位軟件設(shè)計(jì)方案二 第 1 章 緒論 課題背景及國(guó)內(nèi)外研究概況 一直以來(lái)，世界各國(guó)對(duì)能源的需求量還在不斷地?cái)U(kuò)大，能源作為一個(gè)國(guó)家發(fā)展的基本保障越來(lái)越受到重視。與此同時(shí)，因?yàn)槟茉刺貏e是石油而引發(fā)的沖突接連不斷。為了保證能源的供應(yīng)，我國(guó) 一直 在積極尋找國(guó)內(nèi)油田，而且在國(guó)際上也積極尋找供應(yīng)，因此目前我國(guó)的石油供應(yīng)呈現(xiàn)多樣化趨勢(shì)。 石油 的運(yùn)輸主要通過(guò)輸油管道進(jìn)行，而輸油本身就是一項(xiàng)耗能巨大的工業(yè)過(guò)程。如何在油品多樣化的現(xiàn)狀下尋找出不同油品運(yùn)輸?shù)淖畹统杀痉桨福@成為一項(xiàng)重要的研究課題。建設(shè)大口徑、多功能、自動(dòng)化水平高的石油試驗(yàn)環(huán)道，可以得到不同環(huán)境下石油儲(chǔ)運(yùn)的各種數(shù)據(jù)，為各儲(chǔ)運(yùn)站提供可靠、準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，使石油儲(chǔ)運(yùn)最大化、科學(xué)化，減少儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的維護(hù)工作。但是，我國(guó)目前還沒(méi)有這樣一個(gè)完善的、能夠?qū)Σ煌推愤\(yùn)輸工況進(jìn)行試驗(yàn)的場(chǎng)所，為此建立一個(gè)大型的、國(guó)際一流的輸油管道試驗(yàn)基地顯得十分必要。 本課題就是抓住了這一契機(jī)，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組 成上位機(jī)、 PLC 控制系統(tǒng)作為下位機(jī)，系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)控制功能和遠(yuǎn)程控制接口，同時(shí)為了確保系統(tǒng)的安全可靠性，上、下位機(jī)均擬采用硬件冗余的方案，完成輸油管道試驗(yàn)系統(tǒng)的控制與數(shù)據(jù)采集。通過(guò)本課題的研究提出適合一般工業(yè)領(lǐng)域基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的過(guò)程控制系統(tǒng)方案并推廣。 為了更好的滿足試驗(yàn)需求，工藝流程控制過(guò)程能夠?qū)崿F(xiàn)停輸再啟動(dòng)試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上，盡可能增加流程切換的靈活性，可在多種工況下進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，于是產(chǎn)生了本部分的各控制閥等的獨(dú)立控制。試驗(yàn)環(huán)道的數(shù)據(jù)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采集，檢測(cè)設(shè)備采用高精度儀表。為適應(yīng)環(huán)道將來(lái)進(jìn)行其他油品測(cè) 試的需要，預(yù)留原油卸車(chē)接口。 現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò) 在企業(yè)信息化和自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的結(jié)合孕育了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。作為近年來(lái)在國(guó)際上迅速發(fā)展起來(lái)的、備受關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)控制新技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)總線是一種應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)。被稱(chēng)為開(kāi)放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。隨著微處理器與計(jì)算機(jī)功能的不斷增強(qiáng)和價(jià)格的急劇降低，計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制得到迅速發(fā)展。工廠底層控制除需完成現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備之間的多點(diǎn)數(shù)字通信外，還必須實(shí) 現(xiàn)底層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與外界的信息交換。現(xiàn)場(chǎng)總線就是在這種實(shí)際需求的驅(qū)動(dòng)下應(yīng)運(yùn)而生的?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將專(zhuān)用微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表，使它們各自都具有了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力。 of ,8AvS(3)wkBO4IPT1~2%Hj。:xM39。在此基礎(chǔ)上，即可采用簡(jiǎn)單連接的雙絞線、同軸電纜等作為總線，把多個(gè)測(cè)量控制儀表連接成為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按照公開(kāi)規(guī)范的通信協(xié)議，使位于現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備以及現(xiàn)場(chǎng)儀表與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，從而實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)集成。 自動(dòng)化技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合形成了網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)一般指以控制對(duì)象為特征的計(jì)算機(jī)網(wǎng) 絡(luò)，簡(jiǎn)稱(chēng)為計(jì)算機(jī)亞網(wǎng)絡(luò) Infra（ Infrastructure Network），它主要面向某個(gè)企業(yè)或某個(gè)系統(tǒng)的底層，與一般的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)既有很多共同點(diǎn)，又有不同和獨(dú)特之處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1．控制網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸和系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性是對(duì)控制網(wǎng)絡(luò)的基本要求； 2．控制網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)調(diào)在惡劣環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院涂煽啃裕? 3．對(duì)信道容量要求不是太高； 4．通信方式多采用廣播或組播方式； 5．控制網(wǎng)絡(luò)必須解決多家公司產(chǎn)品和系統(tǒng)在同一網(wǎng)絡(luò)中兼容――即互操作問(wèn)題。 目前，現(xiàn)場(chǎng)總線和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)研究與應(yīng)用的發(fā)展趨 勢(shì)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 1．以現(xiàn)場(chǎng)總線作為底層的控制網(wǎng)絡(luò)，在體系結(jié)構(gòu)、儀表的數(shù)字化與智能化、監(jiān)控組態(tài)軟件及其開(kāi)發(fā)平臺(tái)與工具、以及現(xiàn)場(chǎng)總線的實(shí)際應(yīng)用等各方面都取得了很大發(fā)展； 2．在 OSI 體系結(jié)構(gòu)、控制網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、可靠性技術(shù)等方面都進(jìn)行了深入研究，特別是以太控制網(wǎng)絡(luò)的研究，推動(dòng)了生產(chǎn)過(guò)程向更高層次的自動(dòng)化水平發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化控制，協(xié)調(diào)控制與遠(yuǎn)程監(jiān)控； 3．控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成已成為網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)，各種控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成技術(shù)研究日趨激烈，網(wǎng)絡(luò)集成的產(chǎn)品化程度不斷提高，統(tǒng) 一的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)想將為企業(yè)計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)； 4．在信息技術(shù)大潮的推動(dòng)下，各種新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。嵌入式技術(shù)推動(dòng)了嵌入式控制器的發(fā)展，嵌入式控制器不但能即插即用，而且能與已有的控制網(wǎng)絡(luò)一同協(xié)調(diào)工作。嵌入式技術(shù)正朝著控制網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放性發(fā)展方向邁進(jìn) ； 5．在網(wǎng)絡(luò)控制的軟件集成技術(shù)方面，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的 DDE（ Dynamic Data Exchange）技術(shù)、 OPC（ OLE for Process Control） 技術(shù)、集成軟件套件技術(shù)、 Web 技術(shù)、國(guó)際公認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 TCP/IP 以及網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)已經(jīng)逐漸融合到網(wǎng)絡(luò) 控制技術(shù)中，大大推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的發(fā)展 ； 6．分布式網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)提出了一個(gè)全新的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不但實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)、控制設(shè)備的協(xié)調(diào)工作，而且也為實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫集成，組建統(tǒng)一的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)提供強(qiáng)了有力的技術(shù)支持，為實(shí)施企業(yè)資源計(jì)劃 （ Enterprise Resource Planning ERP） 系統(tǒng)創(chuàng)造了良好的條件 [2]。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 3 課題的建立以及本文完成的主要工作 本文主要包括以下內(nèi)容： 1．以現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備為核心，建立下位 PLC 控制系統(tǒng)，編制各控制閥門(mén)獨(dú)立控制程序，為操作管理人員提供靈活、準(zhǔn)確的控制信 息。實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)球閥、電動(dòng)板閥、變頻器等設(shè)備的管理 ； 2．下位機(jī) （ PLC） 為上位監(jiān)控系統(tǒng)提供控制途徑，具體地，要提供出程序的控制變量和入口程序等 ； 3．配合流程控制，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管理與控制。 of ,8AvS(3)wkBO4IPT1~2%Hj。:xM39。第 2 章 ControlNet 總線技術(shù) 現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展 隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益推廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域，控制規(guī)模的擴(kuò)大，控制信息、管理信息的增加以及控制系統(tǒng)的柔性、設(shè)備間互操作性的要求，八十年代中后期出現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。它貫徹全開(kāi)放協(xié)議，使不同生產(chǎn)商產(chǎn)品之間具有可操作性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化 ，實(shí)現(xiàn)以全數(shù)字為主的通信方式，可靠性進(jìn)一步提高，代表了工控自動(dòng)化發(fā)展的方向。 根據(jù)電工委員會(huì) （ ICE） 和美國(guó)儀表協(xié)會(huì) （ ISA） 定義，現(xiàn)場(chǎng)總線是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，支持雙向、多分支、總線式、全數(shù)字通信。采用 OSI 七層模型中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，增加了自己特有的用戶(hù)層作為現(xiàn)場(chǎng)總線通信模型?，F(xiàn)場(chǎng)總線的特點(diǎn)使其在自動(dòng)化控制領(lǐng)域顯示諸多優(yōu)勢(shì)： 1．構(gòu)筑系統(tǒng)成本低，系統(tǒng)硬件減少，節(jié)省工程費(fèi)用 ； 2．互操作性好。采用同一的技術(shù)規(guī)范，使任何生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備相互間能 連接在一起 ； 3．現(xiàn)場(chǎng)總線能綜合信息，現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制設(shè)備都采用全數(shù)字實(shí)現(xiàn)雙向通信、多變量訪問(wèn) ； 4．提高生產(chǎn)率?，F(xiàn)場(chǎng)總線其有診斷數(shù)據(jù)、操作統(tǒng)計(jì)和自動(dòng)故障通知，使人更有效地分析、診斷系統(tǒng) ； 5．具有可靠的診斷和預(yù)估，從而減少了維護(hù)費(fèi)用 ； 6．系統(tǒng)擴(kuò)充和修改容易，不必或很少增加新的硬件 ； 7．故障定位準(zhǔn)確，安全性進(jìn)一步提高。 現(xiàn)場(chǎng)總線有多種方案，目前世界較流行的有 FF 現(xiàn)場(chǎng)總線、 HART、 ControlNet、 CAN、DEVICNET 和 PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線等。 1994 年，現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì) FF（ FILED BUS FOUNDATION） 集中了世界著名儀表、 DCS 和自動(dòng)化設(shè)備制造商、科研機(jī)構(gòu)和用戶(hù)，成為唯一世界公認(rèn)不隸屬于某個(gè)企業(yè)的國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)組織，推動(dòng)了現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的制定和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，其制定的現(xiàn)場(chǎng)總線物理層〔低速總線 H高速總線 H2） 標(biāo)準(zhǔn)已獲得 IEC 批準(zhǔn)。但由于利益的驅(qū)使，歐美有些實(shí)力雄厚的公司不支持國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，仍大力推銷(xiāo)自己的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品，如德國(guó) Bosch 公司推出 CAN，美國(guó) Echelon 公司推出的 Lon Works 等，導(dǎo)致 IEC最終否決了 FF 現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層的 4 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，使其未能成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)計(jì)在今后一段 時(shí)期里，會(huì)出現(xiàn)幾種總線標(biāo)準(zhǔn)共存、同一生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有幾種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)通信的局面。但發(fā)展共同遵從的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，真正形成開(kāi)放互聯(lián)系統(tǒng)，是大勢(shì)所趨。 與傳統(tǒng)的工業(yè)控制體系相比， Rockwell 自動(dòng)化系統(tǒng)提供了高效的、開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 5 構(gòu)。在信息層和設(shè)備層常常需要傳遞大量的 I/O 和對(duì)等通訊信息，需要具有確定性和可重復(fù)性的，緊密聯(lián)系控制器和 I/O 設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)。控制網(wǎng)（ ControlNet）以其高速（ 5Mb/s）的通信速度、先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)模型、高效率的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及靈活方便的安裝方式等特點(diǎn)，提供了滿足以上需要的解決方案。本系統(tǒng)中的設(shè) 計(jì)與實(shí)現(xiàn)主要采用了 ControlNet 現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 ControlNet 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)特點(diǎn)及其網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) ControlNet/DeviceNet 控制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)是一種用于對(duì)信息傳送有苛刻要求的、高速確定性網(wǎng)絡(luò)。它允許傳送無(wú)時(shí)間苛求的報(bào)文數(shù)據(jù)，但不會(huì)對(duì)有時(shí)間要求數(shù)據(jù)傳送造成沖擊。它為對(duì)等通信提供實(shí)時(shí)控制和報(bào)文傳送服務(wù)。作為 PLC 與 I/O 設(shè)備之間的一條高速通信鏈路，它綜合了遠(yuǎn)程 I/O 和 DH+鏈路的功能。美國(guó) AB 公司的 ControlNet 網(wǎng)是一個(gè)實(shí)時(shí)的控制層網(wǎng)絡(luò)，為在專(zhuān)一物理鏈路上的實(shí)時(shí) I/O 數(shù)據(jù)和 message 數(shù)據(jù) （ 包括程序的上載 /下載、組態(tài)數(shù)據(jù)及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信息 ） 提供高速傳輸。它最重要的功能就是傳輸從一個(gè) NODE（ 站點(diǎn) ）到另一個(gè) NODE（ 站點(diǎn) ） 的實(shí)時(shí)控制信息。在 PLC編程軟件中為本地框架來(lái)組態(tài) ControlNet網(wǎng)通訊，模塊 1756CNB 負(fù)責(zé)處理控制器主框架與本地框架和遠(yuǎn)程框架之間的通訊。通訊模塊組態(tài)完成之后必須運(yùn)行 ControlNet 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件 RsNetWorx。要想實(shí)現(xiàn)從工作站到控制器的通訊，用戶(hù)必須對(duì)鏈接工作站和控制器的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)適當(dāng)?shù)耐ㄓ嵆绦?。通訊?qū)動(dòng)程序使得控制器可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。在 RSLinx 軟件中組態(tài)適當(dāng)?shù)耐ㄓ嶒?qū)動(dòng)程序，選擇ABPCIC driver，設(shè)置 NODE 站點(diǎn)。 傳統(tǒng)的工廠級(jí)控制體系結(jié)構(gòu)有五層即工廠層、車(chē)間層、單元層、工作站層、設(shè)備層組成。而 Rockwell 自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)化為三層結(jié)構(gòu)模式：信息層 （ Ether 以太網(wǎng) ） ，控制層（ ControlNet 控制網(wǎng) ） ，設(shè)備層 （ DeviceNet 設(shè)備網(wǎng) ） 。 ControlNet 層常傳輸大量的 I/O 和對(duì)等通訊信息，具有確定性、可重復(fù)性以及緊密聯(lián)系控制器和 I/O 設(shè)備的特點(diǎn)。同時(shí)，它還具備如下特點(diǎn)： ControlNet 在單根電纜上支持兩種類(lèi)型的信息 傳輸，即有實(shí)時(shí)性的控制信息和 I/O 數(shù)據(jù)傳輸，無(wú)時(shí)間苛求的信息發(fā)送和程序上 /下載；另外， ControlNet 技術(shù)采取了一種新的通信模式，以生產(chǎn)者 /消費(fèi)者模式取代了傳統(tǒng)的源舊的模式它不僅支持傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，而且允許同時(shí)向多個(gè)設(shè)備傳遞信息。生產(chǎn)者 /客戶(hù)模式使用時(shí)間片算法保證各節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)同步，從而提高了帶寬利用率；同時(shí)， ControlNet 使用同軸電纜可達(dá) 6000m 長(zhǎng)