【正文】 ，計算機技術(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)場總線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。自動化技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有機結(jié)合形成了網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。它貫徹全開放協(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)大大簡化，實現(xiàn)以全數(shù)字為主的通信方式，可靠性進一步提高，代表了工控自動化發(fā)展的方向。但由于利益的驅(qū)使，歐美有些實力雄厚的公司不支持國際標準，仍大力推銷自己的現(xiàn)場總線產(chǎn)品，如德國 Bosch 公司推出 CAN，美國 Echelon 公司推出的 Lon Works 等，導(dǎo)致 IEC 最終否決了 FF 現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層的 4 個標準，使其未能成為國際標準，預(yù)計在今后一段時期里，會出現(xiàn)幾種總線標準共存、同一生產(chǎn)現(xiàn)場有幾種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)通信的局面。它為對等通信提供實時控制和報文傳送服務(wù)。在 RSLinx軟件中組態(tài)適當?shù)耐ㄓ嶒?qū)動程序，選擇 ABPCIC driver，設(shè)置 NODE 站點。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文5 基于生產(chǎn)者/消費者的通訊模式目前工業(yè)自動化控制網(wǎng)絡(luò)采用的網(wǎng)絡(luò)模型主要有兩種：源/目的地模型（Source/Destination）和生產(chǎn)者 /消費者（Producer/Consumer）模型，絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)通訊都是采用源/目的地的通訊模式如 FF、Lonworks 、Profibus 等。顯然，與典型的源/目的地模式相比，生產(chǎn)者/消費者模型是一種更為靈活高效的處理機制。但是，網(wǎng)絡(luò)上并沒有真正的令牌在傳輸。在每一個網(wǎng)絡(luò)刷新時間（Network Update Time NUT）內(nèi)自動調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點拿到隱性令牌傳送信息的機會。由此可知，ControlNet 網(wǎng)絡(luò)具有預(yù)見數(shù)據(jù)何時能夠可靠傳輸?shù)侥繕说哪芰Γ⑶覕?shù)據(jù)的傳輸時間不受網(wǎng)絡(luò)節(jié)點添加/刪除或網(wǎng)絡(luò)繁忙等狀況的影響而保持恒定 [3]。ControlNet 允許多個各自擁有獨立或共享 I/O 的控制器之間相互通訊或以靈活的方式組織互鎖。它作為控制器和 I/O設(shè)備之間的一條高速通信鏈路，綜合了現(xiàn)有的 RI/O 和 DH 鏈路的能力。圖 31 系統(tǒng)設(shè)計方案圖其中：1．PLC 采用美國 ROCKWELL 公司先進的 ControlLogix 系列產(chǎn)品，可靠性高，具有雙機熱備功能，性能穩(wěn)定；同時采用了高速傳送、實時 I/O 的控制網(wǎng)絡(luò)（ControlNet）通信技術(shù)，實現(xiàn)了過程數(shù)據(jù)采集、實時傳輸和過程控制，增強下位機的擴展性和數(shù)據(jù)采集的實時性。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文13 SRM 熱備模塊SRM 熱備模塊采用 ROCKWELL 的 1757SRM/B（最大電壓 30V，最大電流100mA） ，共兩塊，分別插入兩個 A4 框架的第 3 槽，SRM 熱備模塊間采用專用光纖相互連接。圖 32 電源模塊功率示意圖 CNET 模塊CNET 模塊采用 ROCKWELL 的 1756CNBR 模塊，共四塊，分別插在兩個 A4 框架的第 1 槽、A7 框架的第 0 槽。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文15圖 33 冗余電源示意圖冗余控制器實現(xiàn)如圖 34 所示。RsLogix5000 編程軟件除了為順序控制提供梯形圖編程外，還可以為運動控制提供完整的編程及調(diào)試支持。典型的 ControlLogix 系統(tǒng)包括：1．ControlLogix 控制器；2．RSLogix5000 編程軟件；北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文173．安裝在 1756 框架上的 1756 ControlLogix I/O 模塊；4．不同的通訊模塊，用于連接 EtherNet/IP、ControlNet、DeviceNet、DH+以及通用遠程 I/O 網(wǎng)絡(luò)；5．通過第三方設(shè)備連接的其他網(wǎng)絡(luò)。圖 44 主程序流程圖2．初始化子程序流程如圖 45 所示。在RSLogix5000 編程環(huán)境中，根據(jù)現(xiàn)場的硬件基礎(chǔ)編寫完成下位 PLC 獨立控制部分的程序，其中有一個主程序和 28 個子程序，分別用來調(diào)用或控制相應(yīng)的功能模塊。結(jié)合成功例子，使得 ControlNet 應(yīng)用于環(huán)道控制系統(tǒng)有了強大的保障。這樣做的目的就是為了解決在工控中大量進行PID 運算帶來的高負荷。也決定了獨立控制在下位軟件中不可或缺的地位。 Large Experimental Physics Control Systems, San Jose, California, 2022．北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文30附 錄附錄 1基于 ETHERNET/IP 的 CONTROLLOGIX 系列 PLC 的接口凱瑟米爾，美國摘要由美國 AB 公司生產(chǎn)的 ControlLogix 系列可編程序邏輯控制器(PLC)提供了多種接口類型：如以太網(wǎng)、ControlNet、DeviceNet、RS232 等等。2 ETHERNET/IPControlNet 是一種確定性的串行通信系統(tǒng)，它的協(xié)議模型同七層的 ISO OSI 模型相似，采用了從物理層到應(yīng)用層分層方式。原因是沒有一個標準的 CIP 對象可以用來訪問 PLC 的標簽名稱。4 設(shè)計的方案因為 ControlNet 連接信息的優(yōu)勢不能在 EtherNet/IP 上體現(xiàn)，這時就可以使用無關(guān)聯(lián)信息：以太網(wǎng)不預(yù)留帶寬；通過 TCP 協(xié)議來保證傳輸。當使用單個數(shù)組元素或結(jié)構(gòu)體元素，以及并非數(shù)組或結(jié)構(gòu)體的全部時，標簽名就必須使用標量值。針對這些情況，記錄配置允許個別的數(shù)組元素傳輸?shù)焦ぷ鲄^(qū)。所以對于二進制記錄，所有數(shù)組被作為BOOL 數(shù)組進行連通，并且“TEST[5]”會在對 DINT[0]（第 5 位）請求時傳輸。從 EPICS 驅(qū)動合并多個請求是由 PLC 決定并受緩沖極限限制的，大約 15 個標簽，每個以 15 個字符命名，當單獨的傳輸要求超過 160ms 時，合并后可能只需大約 20ms。7 結(jié)論在使用開放的 AB 公司產(chǎn)品進行讀寫標簽等操作時，遵循 EtherNet/IP 協(xié)議是十分重要的。CIP 服務(wù)代碼不允許讀取 PLC 標簽名字及類型等信息，但它可以使用更為友好的EPICS 驅(qū)動。測試的 1756ENET 模塊版本不支持隱性信息。在系統(tǒng)運行時也可以隨意改變記錄配置；傳輸中由 PLC 緩沖極限的限制從而自動地決定是否合并。而 120 個模擬輸入記錄，以 2Hz 掃描的三個元素為 40個 REAL 的數(shù)組。更底層的驅(qū)動層會依次處理其他的字節(jié)。否則它將周期性地從 PLC 上讀取標簽，并且當記錄內(nèi)容不同時，在 PLC 上將不斷更新輸出記錄值。也可以在運行時改變記錄的配置，這些是不需要重新起動輸入輸出控制器(IOC)的，即所涉及的標簽名記錄能實時替換。而缺點是，客戶端應(yīng)用程序必須在建立更新連接時發(fā)送請求，或者更快。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 messagePath：Port1(back plane)，Link (slot of PLC)。默認地，使用 TCP/IP 的端口 0xAF12 連接到EtherNet/IP 目標之后，遵循封裝協(xié)議建立一個身份 ID，就可以直接進行信息交換了。針對“實驗性物理和工業(yè)控制系統(tǒng)”(EPICS)開發(fā)的驅(qū)動程序使用了 EtherNet/IP 協(xié)議，從而使得控制器可以運行 vxWorks RTOS、Win32 和 Unix/Linux的測試程序。導(dǎo)師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、淵博的各科知識、無私的奉獻精神使我深受啟迪，從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學到了做人的道理。從長遠來看，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。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中，有這更多的拓展的空間和進行進一步提高性能的基礎(chǔ)。其中V10V30V405 三個閥門是可調(diào)節(jié)閥門，配合變頻器工作，分別控制著液位、溫度和流量三個參數(shù)，它們的編程主要考慮應(yīng)用 PID 運算進行控制，從而獲得更好的控制效果。圖 46 復(fù)位子程序流程圖4．報警、顯示子程序流程如圖 47 所示。 程序界面系統(tǒng)歡迎界面及如圖 41 所示。使用 RSLogix5000軟件可以完全實現(xiàn)對模塊的設(shè)置和監(jiān)視通過 I/O 實現(xiàn) ControlLogix 背板連接，所有模塊相關(guān)數(shù)據(jù)都包含在一個處理器數(shù)據(jù)對象中，這便于配置，監(jiān)視和連接模塊參數(shù)。北華航天工業(yè)學院畢業(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。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文14 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～、－～，輸入電源 4～20mA） ，共四塊，插在 1 站的A17 框架的第 4 槽中。每個框架需要一個 1757SRM 模塊。2．下位機擴展采用采用美國 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)行機構(gòu)的數(shù)據(jù)進行采集與控制?？刂凭W(wǎng)結(jié)合了輸入/輸出網(wǎng)絡(luò)和點對點信息網(wǎng)絡(luò)的功能，既可以滿足對時間苛求的控制數(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]。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文9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，通過通信接口模塊連通上層的信息以太網(wǎng)，實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成，共享信息資源。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。網(wǎng)絡(luò)刷新時間（NUT）分為三個部分：預(yù)定信息傳送時間、非預(yù)定信息傳送時間和維護時間，詳細內(nèi)容如表 22 所示。如果隱性令牌寄存器的值等于某個節(jié)點自己的 MAC 地址，然后該節(jié)點就可以立刻發(fā)送數(shù)據(jù)。 ControlNet 現(xiàn)場總線的仲裁方式ControlNet 是一種新的面向控制層的實時性現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，在同一物理介質(zhì)鏈路上提供對時間有苛求的控制信息和 I/O 數(shù)據(jù)以及無時間苛求的信息發(fā)送，包括程序的上/ 下載，組態(tài)數(shù)據(jù)和點對點的報文傳送等通訊支持，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。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/消費者模式。而 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)） 。美國 AB 公司的 ControlNet 網(wǎng)是一個實時的控制層網(wǎng)絡(luò)，為在專一物理鏈路上的實時 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)及點對點信息）提供高速傳輸。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)構(gòu)。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。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特點：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)、實時網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、可靠性技術(shù)等方面都進行了深入研究，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，實現(xiàn)了優(yōu)化控制，協(xié)調(diào)控制與遠程監(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)展的一個熱點，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)計算機綜合自動化打下堅實的基礎(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)。被稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。但是，我國目前還沒有這樣一個完善的、能夠?qū)Σ煌推愤\輸工況進行試驗的場所，為此建立一個大型的、國際一流的輸油管道試驗基地顯得十分必要。與此同時，因為能源特別是石油而引發(fā)的沖突接連不斷。為了更好的滿足試驗需求，工藝流程控制過程能夠?qū)崿F(xiàn)停輸再啟動試驗，在此基礎(chǔ)上，盡可能增加流程切換的靈活性，可在多種工況下進行各項試驗，于是產(chǎn)生了本部分的各控制閥等的獨立控制。現(xiàn)場總線就是在這種實際需求的驅(qū)動下應(yīng)運而生的。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文2 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)場設(shè)備為核心，建立下位 PLC 控制系統(tǒng)，編制各控制閥門獨立控制程序，為操作管理人員提供靈活、準確的控制信息?，F(xiàn)場總線其有診斷數(shù)據(jù)、操作統(tǒng)計和自動故障通知，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，從而減少了維護費用；6．系統(tǒng)擴充和修改容易，不必或很少增加新的硬件；7．故障定位準確，安全性進一步提高。本系統(tǒng)中的設(shè)計與實現(xiàn)主要采用了ControlNet 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。通訊模塊組態(tài)完成之后必須運行 ControlNet 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件RsNetWorx。生產(chǎn)者/