【正文】 文結(jié)束，我所取得的每一個進(jìn)步、編寫的每一段程序都無不傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 26 第 6 章 結(jié)論 現(xiàn)場總線作為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)從底層現(xiàn)場設(shè)備到頂層生產(chǎn)管理之間正確的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，確保數(shù)據(jù)流的實(shí)時性和可靠性。伴隨更多人的關(guān)注， ControlNet 會有更大的發(fā)展。程序 主要控制的閥門有 V10 V10 V10 V20 V30 V30 V40 V40 V40 V40 V40V50 V50 V51 V51 V60 V60 V61 V61 V62 V62 V62 V624。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 20 圖 45 初始化子程序流程圖 3．復(fù)位子程序流程 如 圖 46 所示。例如： FF 基金會現(xiàn)場總線和 HART 總線； 6．每個 ControlLogix 控制器內(nèi)置的串口。 RSLogix5000 可同時完成順序控制與運(yùn)動控制。 圖 34 冗余控制器示意圖 小 結(jié) 系統(tǒng)硬件是設(shè)計的基礎(chǔ)，在設(shè)計軟件程序之前，要對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有個深入的了解，本章詳細(xì)介紹了整個系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和各模塊的選型，介紹了系統(tǒng)的概況，使讀者對總體的設(shè)計有個大致了解。每個模塊上有 A、 B 兩個 ControlNet 接口，互為冗余，使用時將四個 A 口用專用通信支線電纜和通信電纜連成一個網(wǎng)絡(luò)，四個 B 口連成另一個網(wǎng)絡(luò)，兩個網(wǎng)絡(luò)互為冗余。 1757SRM 冗余模塊是提供主框架和副框架之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。通過軟件編程實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程儀表（設(shè)備）、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集、處理與控制，實(shí)現(xiàn)總體設(shè)計功能和系統(tǒng)熱備功能。因為它的高速率，使其可以支持高度分布式的自動化系統(tǒng)，特別是那些具有高速數(shù)字量 I/O 和大量模擬量 I/O的系統(tǒng)。 在羅克韋爾推出的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺方案 —— “ NetLinx”體系中， ControlNet 處于核心地位，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 21 所示 。 ControlNet 現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，不僅要求現(xiàn)場設(shè)備完成本地的控制、監(jiān)視、診斷等任務(wù)，還要能通過網(wǎng)絡(luò)與其他控制設(shè)備及 PLC 進(jìn)行對等通信。 ControlNet 的技術(shù)規(guī)范規(guī)定可組態(tài)的 NUT 時間為 ～ 100ms（ 目前市場上可提供的有關(guān)產(chǎn)品的最小可組態(tài)的 NUT 為 2ms） 。相反，每個節(jié)點(diǎn)監(jiān)視收到的每個數(shù)據(jù)幀的源節(jié)點(diǎn)地址，在該數(shù)據(jù)幀結(jié)束之后，每個節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個隱性令牌寄存器（ Implicit Token Register），其值為收到的源 MAC 地址加 1?？梢哉f，基于此模式的 ControlNet 是當(dāng)今世界市場上各種工業(yè)控制底層現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中性能較為可靠的網(wǎng)絡(luò)。源 /目的地網(wǎng)絡(luò)模型采用應(yīng) /答式通訊，如果網(wǎng)絡(luò)要向多個設(shè)備傳送數(shù)據(jù)，則需要對這些設(shè)備分別進(jìn)行“呼”“應(yīng)”通信，即使是同一個數(shù)據(jù)，也需要制造多個數(shù)據(jù)包，消耗過多的帶寬，并且數(shù)據(jù)到達(dá)每個設(shè)備的時間還是不同的，這樣，不僅增大了網(wǎng)絡(luò)的通信量，網(wǎng)絡(luò) 響應(yīng)速度受到限制，容易發(fā)生信息瓶頸問題，而且當(dāng)系統(tǒng)對時間有苛求的實(shí)時控制信息要求傳送時，還需要采用其它不同的網(wǎng)絡(luò)。 傳統(tǒng)的工廠級控制體系結(jié)構(gòu)有五層即工廠層、車間層、單元層、工作站層、設(shè)備層組成。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。但發(fā)展共同遵從的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，真正形成開放互聯(lián)系統(tǒng)，是大勢所趨。 根據(jù)電工委員會 （ ICE） 和美國儀表協(xié)會 （ ISA） 定義，現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(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?？刂凭W(wǎng)絡(luò)一般指以控制對象為特征的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，簡稱為計算機(jī)亞網(wǎng)絡(luò) Infra（ Infrastructure Network），它主要面向某個企業(yè)或某個系統(tǒng)的底層，與一般的計算機(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)時性是對控制網(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――即互操作問題。作為近年來在國際上迅速發(fā)展起來的、備受關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)控制新技術(shù)，現(xiàn)場總線是一種應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機(jī)化測量控制設(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)。建設(shè)大口徑、多功能、自動化水平高的石油試驗環(huán)道，可以得到不同環(huán)境下石油儲運(yùn)的各種數(shù)據(jù)，為各儲運(yùn)站提供可靠、準(zhǔn)確的試驗數(shù)據(jù)，使石油儲運(yùn)最大化、科學(xué)化，減少儲運(yùn)過程中的維護(hù)工作。 本文在深入分析 ControlNet 總線技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)解析了 ControlNet 在各總線中的優(yōu)勢，同時闡述了其在環(huán)道控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并且以 Rockwell 出品的 RSLogix5000 為基礎(chǔ)，編寫了自由組態(tài)的獨(dú)立控制部分軟件。 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 教研室主任意見： 教研室主任簽字： 年 月 日 北華航天工業(yè)學(xué)院 本 科 生 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性及知識產(chǎn)權(quán)聲明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 環(huán)道控制系統(tǒng)下位軟件設(shè)計方案二 是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作取得的成果。 工作環(huán)境及技術(shù)條件： 聯(lián)網(wǎng)計算機(jī)一臺， RSLogix5000 軟件 ，有關(guān)的技術(shù)手冊。本人遵循北華航天工業(yè)學(xué)院有關(guān)畢業(yè)設(shè)計（論文）的相關(guān)規(guī)定，提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本。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。試驗環(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?，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)字計算和數(shù)字通信能力。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。 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。 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)。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嵆绦颉?48 個節(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。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，因為它們同樣可以消費(fèi)這些相同的信息，并且所有數(shù)據(jù)可以同時到達(dá)。因此，為適應(yīng)工業(yè)控制需求， ControlNet 采用了一個特殊的令牌傳遞機(jī)制，叫做隱性令牌傳遞（ Implicit Token Passing）。根據(jù)實(shí)時數(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)時數(shù)據(jù)的傳送，余下的帶寬則用于非實(shí)時和未預(yù)定數(shù)據(jù)的 傳送。 維護(hù)時間 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。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)，有多個控制器和人機(jī)界面共存的系統(tǒng)等。同時 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。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)。 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 時的背板電流 ），共兩塊，分別插入兩個 A4 框架的第 0 槽，不需接線。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。 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。 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。一個最簡單的 ControlLogix 系統(tǒng)由一個獨(dú)立的控制器和位于同一個框架上的 I/O 模塊組成。 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)計方案 如 圖 43 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。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，盡量增加程序的可讀性，方便在需要時進(jìn)一步改進(jìn)。這對于確定性控制是致命的威脅。 環(huán)道控制系統(tǒng)作為試驗性、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。 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 ， 汪晉寬 ， 金廣業(yè) ， 張維杰 ． ControlNet 現(xiàn)場總線本安防爆系統(tǒng)設(shè)計 ． 儀器儀表學(xué)報 ， 20xx， 26(8)： 3133． [4] 肖金林，翁正新 ． ControlNet 數(shù)據(jù)通信的研究 ． 微型電腦應(yīng)用， 20xx， 22(4)： 5051． [5] 李蔚 ， 李巧玲 ． 現(xiàn)場總線評析 ． 電子產(chǎn)品世界 ， 20xx， 7172． [6] 卞洪元 ， 郁建平 ． ControlLogix 控制的交流伺服系統(tǒng)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用 ． 機(jī)械制造與自動化 ， 20xx， 34(6)： 114116． [7] 高希學(xué) ， 陳維金鈞 ． 基于 DeviceNet 現(xiàn)場總線的 160 變頻器變速控制 ． 微型電腦應(yīng)用 ，20xx， 19(4)： 575 56． [8] 吳曉梅 ， 包金明 ， 崔利生 ． Rockwell PLC 在十層電梯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 ． 電子技術(shù)應(yīng)用 ， 20xx， 7： 2931． [9] 黃子恩 ． Rockwell RsView32 在液化氣儲罐廠監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 ． 電工技術(shù) ， 20xx(4)：3537． [10] K． U． Kasemir, L． R． Dalesio, Lanl． Interfacing The Controllogix Plc Over Ether/IP． In: 8th International Conference on Accelerator amp。有了輸入輸出控制器 (IOC)， Unix 或 Win32 系統(tǒng)的計算機(jī)和所有裝有以太網(wǎng)連接口的個人計算機(jī)都可以對 PLC 進(jìn)行編程，但它同時要求必須使用相同的技術(shù)來傳輸 PLC 數(shù)據(jù)。 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。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(0x54) Path： Connection Manager(class 0x06， instance 1) timeout， connection ID， update interval， ? Connection Path： Port1， Link0(back plane， PLC slot)， Message Router(class 0x02， instance 1) 回復(fù)信息中提供一個號碼。一周期內(nèi)每個 PLC 將處理所有讀寫請求。因為持續(xù)傳輸，同樣的 PLC 數(shù)組被其它數(shù)據(jù)來源也修改了 (由 PanelView 顯示 )，輸入輸出控制器 (IOC)對這些變動。當(dāng)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(biāo)簽名就必須使用標(biāo)量值。 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。原因