【正文】 ℃ 儲油罐液位：0～ 地溫場溫度： 20～ 80℃ ； 實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的單獨(dú)控制，設(shè)計(jì)流量、溫度的 PID 控制，保證上位機(jī)能自由組態(tài)。 工作環(huán)境及技術(shù)條件： 聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)一臺， RSLogix5000 軟件 ，有關(guān)的技術(shù)手冊。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（論文）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。本人遵循北華航天工業(yè)學(xué)院有關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的相關(guān)規(guī)定，提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本。論文的主要 論述了 各 類控制閥門的自由控制，尤其是使用周期性 PID 控制的方法解決大量運(yùn)算帶來的滯后問題。為了保證能源的供應(yīng)，我國 一直 在積極尋找國內(nèi)油田，而且在國際上也積極尋找供應(yīng)，因此目前我國的石油供應(yīng)呈現(xiàn)多樣化趨勢。但是，我國目前還沒有這樣一個(gè)完善的、能夠?qū)Σ煌推愤\(yùn)輸工況進(jìn)行試驗(yàn)的場所，為此建立一個(gè)大型的、國際一流的輸油管道試驗(yàn)基地顯得十分必要。試驗(yàn)環(huán)道的數(shù)據(jù)全部實(shí)現(xiàn)自動化采集，檢測設(shè)備采用高精度儀表。被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使它們各自都具有了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力。 目前，現(xiàn)場總線和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)研究與應(yīng)用的發(fā)展趨勢具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 1．以現(xiàn)場總線作為底 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)軟件及其開發(fā)平臺與工具、以及現(xiàn)場總線的實(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，推動了生產(chǎn)過程向更高層次的自動化水平發(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)綜合自動化打 下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)； 4．在信息技術(shù)大潮的推動下，各種新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場電動球閥、電動板閥、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，完成對現(xiàn)場設(shè)備的管理與控制。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層作為現(xiàn)場總線通信模型。 現(xiàn)場總線有多種方案，目前世界較流行的有 FF 現(xiàn)場總線、 HART、 ControlNet、 CAN、DEVICNET 和 PROFIBUS 現(xiàn)場總線等。 與傳統(tǒng)的工業(yè)控制體系相比， Rockwell 自動化系統(tǒng)提供了高效的、開放式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 5 構(gòu)。 ControlNet 現(xiàn)場總線技術(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)是一種用于對信息傳送有苛刻要求的、高速確定性網(wǎng)絡(luò)。美國 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)對點(diǎn)信息 ） 提供高速傳輸。要想實(shí)現(xiàn)從工作站到控制器的通訊，用戶必須對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?。?Rockwell 自動化系統(tǒng)簡化為三層結(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) ） 。 48 個(gè)節(jié)點(diǎn)距離可長達(dá) 250m，采用光纖和中繼器后通訊距離可達(dá)幾十公里。 ControlNet 則采用了一種基于開放網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新型通訊模式――生產(chǎn)者 /消費(fèi)者模式。從而可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的精確同步，提高帶寬的有效使用率；其他的設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)后并不增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，因?yàn)樗鼈兺瑯涌梢韵M(fèi)這些相同的信息，并且所有數(shù)據(jù)可以同時(shí)到達(dá)。 ControlNet 現(xiàn)場總線的仲裁方式 ControlNet 是一種新的面向控制層的實(shí)時(shí)性現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，在同一物理介質(zhì)鏈路上提供對時(shí)間有苛求的控制信息和 I/O 數(shù)據(jù)以及無時(shí)間苛求的信息發(fā)送，包括程序的上 /下載，組態(tài)數(shù)據(jù)和點(diǎn)對點(diǎn)的報(bào)文傳送等通訊支持， 是具有高度確定性、可重復(fù)的高速控制和數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)， I/O 性能和端到端通訊性能都較傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有較大提高。因此，為適應(yīng)工業(yè)控制需求， ControlNet 采用了一個(gè)特殊的令牌傳遞機(jī)制，叫做隱性令牌傳遞（ Implicit Token Passing）。如果隱性令牌寄存 器的值等于某個(gè)節(jié)點(diǎn)自己的 MAC 地址，然后該節(jié)點(diǎn)就可以立刻發(fā)送數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的特性，一些帶寬預(yù)先保留和預(yù)定用來支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳送，余下的帶寬則用于非實(shí)時(shí)和未預(yù)定數(shù)據(jù)的 傳送。網(wǎng)絡(luò)刷新時(shí)間（ NUT）分為三個(gè)部分：預(yù)定信息傳送時(shí)間、非預(yù)定信息傳 送時(shí)間和維護(hù)時(shí)間 ， 詳細(xì)內(nèi)容如表 22 所示 。 維護(hù)時(shí)間 能夠自動調(diào)整，以使 NUT 大小不變，并保證其他節(jié)點(diǎn)同步。工業(yè)現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)的許多應(yīng)用也不只要求在控制器和工業(yè)器件之間的緊耦合，還應(yīng)有確定性和可重復(fù)性。如協(xié)同工作的驅(qū)動系統(tǒng)，焊接控制，運(yùn)動控制，視覺系統(tǒng)，復(fù)雜的批次控制， 有大量數(shù)據(jù)傳送要求的過程控制系統(tǒng)，有多個(gè)控制器和人機(jī)界面共存的系統(tǒng)等。 圖 21 ControlNet 邏輯網(wǎng)絡(luò)體系 ControlNet 總線不僅可以與多種設(shè)備或子網(wǎng)直接相連，還能夠通過掃描器連接下層的DeviceNet 設(shè)備網(wǎng)和 FF 現(xiàn)場總線等產(chǎn)品；同時(shí)，通過通信接口模塊連通上層的信息以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成，共享信息資源。同時(shí) Windows 為 RSView 和基于 Windows 的應(yīng)用軟件提供接口，利用 DDE（ dynamic data exchange）技術(shù)，與 Windows 的應(yīng)用程序間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)本地控制網(wǎng)絡(luò)與上層信息網(wǎng)絡(luò)之間的信息共享，從而為用戶提供更為集中的數(shù)據(jù)操作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。 控制網(wǎng)結(jié)合了輸 入 /輸出網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對點(diǎn)信息網(wǎng)絡(luò)的功能，既可以滿足對時(shí)間苛求的控制數(shù)據(jù)傳輸（如 I/O 刷新、控制器到控制器的互鎖）的需要，又可以滿足對時(shí)間非苛求的數(shù)據(jù)傳輸（如程序上傳、下載、信息傳送）的需要 [4]。所需要采集的數(shù)據(jù)量為：壓力 10 點(diǎn)、差壓 2 點(diǎn)、溫度 26 點(diǎn)、地溫 30 點(diǎn)、液位 1 點(diǎn)、流量 2 點(diǎn)。 2．下位機(jī)擴(kuò)展采用采用美國 ROCKWELL 公司的模擬輸入、輸出模塊、數(shù)字輸入、北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 12 輸出模塊以及專用的 Pt 電阻（測溫 RTD）輸入模塊，對現(xiàn)場儀表、傳感器、 Pt 電阻（測溫）及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與控制。 本方案中的 CPU 模塊采用 ROCKWELL 的 1756L55M24（內(nèi)存數(shù)據(jù)和邏輯 ， I/O為 208K 字節(jié)，有非易失內(nèi)存；最大功率損耗 ，最大熱耗散 ， 5V 時(shí)的背板電流 ），共兩塊，分別插入兩個(gè) A4 框架的第 0 槽，不需接線。每個(gè)框架需要一個(gè)1757SRM 模塊。該模塊需接三根線： L1 接 220V交流電源， L2／ N 接零線，剩余一根接地線。 模擬輸入模塊 模擬輸入模塊采用 ROCKWELL 的 1756IF16 模塊（輸入電壓 0～ 、 0～ 、北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 14 － ～ ，輸入電源 4～ 20mA），共四塊，插在 1 站的 A17 框架的第 4槽中。 開關(guān)量輸出模塊 開關(guān)量輸入模塊采用 ROCKWELL 的 1756OW16I 模塊（最大輸出延遲時(shí)間 10ms，工作電壓 10～ 265V 交流或 5～ 150V 直流，輸出電流 ～ 2A），共 5 塊，插在 2 站的A17 框架的第 1 1 1 14 槽中。北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 16 第 4 章 下位系統(tǒng)軟件概況 下位 軟件概況 PLC 的控制包括 ControlNet 網(wǎng)絡(luò)的控制管理和流程控制兩部分。 流程的控制通過 PLC 程序?qū)崿F(xiàn)，編程軟件為 ROCKWELL 的 RSLogix5000 企業(yè)版。使用 RSLogix5000 軟件可以完全實(shí)現(xiàn)對模塊的設(shè)置和監(jiān)視通過 I/O 實(shí)現(xiàn) ControlLogix 背板連接 ， 所有模塊相關(guān)數(shù)據(jù)都包含在一個(gè)處理器數(shù)據(jù)對象中，這便于配置，監(jiān)視和連接模塊參數(shù) 。一個(gè)最簡單的 ControlLogix 系統(tǒng)由一個(gè)獨(dú)立的控制器和位于同一個(gè)框架上的 I/O 模塊組成。 程序界面 系統(tǒng)歡迎界面 及 如圖 41 所示 。 程序流程 根據(jù)課題要實(shí)現(xiàn)的功能及要求， PLC 軟件的獨(dú)立控制部分設(shè)計(jì)方案 如 圖 43 所示。 圖 46 復(fù)位子程序流程 圖 4．報(bào)警、顯示子程序流程 如 圖 47 所示。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 23 圖 410 變頻器 PID 控制控制流程圖 8． PID 運(yùn)算流程 如 圖 411 所示。其中 V10 V30 V405 三個(gè)閥門是可調(diào)節(jié)閥門，配合變頻器工作，分別控制著液位、溫度和流量三個(gè)參數(shù) ，它們的編程主要考 慮應(yīng)用 PID 運(yùn)算進(jìn)行控制，從而獲得更好的控制效果 。本章從軟件的概況、各控制程序的流程等方面詳細(xì)做了介紹，在保證了功能實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，盡量增加程序的可讀性，方便在需要時(shí)進(jìn)一步改進(jìn)。本系統(tǒng)采用的 ControlNet 總線結(jié)構(gòu)是現(xiàn)如今最有發(fā)展的總線之一，這就注定了在今后的使用當(dāng)中，有這更多的拓展的空間和進(jìn)行進(jìn)一步提高性能的基礎(chǔ) 。這對于確定性控制是致命的威脅。從長遠(yuǎn)來看，現(xiàn)場總線技術(shù)未來將向著工業(yè)以太控制網(wǎng)的方向發(fā)展和融合。 環(huán)道控制系統(tǒng)作為試驗(yàn)性、科研性的課題，在實(shí)施現(xiàn)場要求有高質(zhì)量的信號采集系統(tǒng)，而本設(shè)計(jì)中的獨(dú)立控制配合著流程控制，使得對現(xiàn)場的高要求等到保證。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的各科知識、無私的奉獻(xiàn)精神使我深受啟迪，從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 28 參考文獻(xiàn) [1] 蔡方偉 ， 吳章維 ， 劉珧 ， 魏成文 ． ControlNet/DeviceNet 現(xiàn)場總線技術(shù) ． 寶鋼技術(shù) ，20xx(6)： 343 48． [2] 朱春花 ， 周齊國 ． ControlNet 技術(shù)及其在冷站控制系統(tǒng)中的應(yīng) 用 ． 建筑電氣 ， 20xx(1)：2932． [3] 閆曉 ， 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PLC 進(jìn)行編程，但它同時(shí)要求必須使用相同的技術(shù)來傳輸 PLC 數(shù)據(jù)。默認(rèn)地，使用 TCP/IP 的端口 0xAF12 連接到EtherNet/IP 目標(biāo)之后，遵循封裝協(xié)議建立一個(gè)身份 ID，就可以直接進(jìn)行信息交換了。 3 CONTROLLOGIX 的以太網(wǎng)接口 ControlLogix 系列 PLC 使用 ControlNet 總線來聯(lián)接本地 I/O 板卡作為平臺，1756ENET 以太網(wǎng)模塊支持 EtherNet/IP。 使用 SendRRData 封裝命令來發(fā)送 CIP 數(shù)據(jù)到 PLC，必須通過連接管理器對象1756ENET 模塊來尋址，見下例： Service： CM_Unconnected_Send(0x52) Path： Connection Manager(class 0x06， instance 1) encoded timeout， embedded message Path： Port1(back plane)， Link (slot of PLC)。對于連接信息， 在 PLC 上的消息路由器被要求打開連接： Service： CM_Forward_Open(0x