【文章內(nèi)容簡介】 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)絡與信息網(wǎng)絡的集成，共享信息資源。組態(tài)軟件是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)普遍應用的人機接口（HMI）監(jiān)控軟件，是控制網(wǎng)絡底層總線與現(xiàn)場設備直接進行數(shù)據(jù)交換的軟件接口和控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡集成的橋梁。RSView3RSView SE 是基于 Windows 環(huán)境（Windows 98，Windows NT）的工業(yè)監(jiān)控軟件，使用方便、直觀、可靠，同時允許用戶進行圖形觀察和組態(tài)整個網(wǎng)絡。它全面支持 ActiveX 技術(shù)，同時支持 OPC 的服務器和客戶端模式，既可以通過 OPC 和硬件通訊，又可以向其它軟件提供 OPC 的服務。同時 Windows 為 RSView 和基于 Windows 的應用軟件提供接口，利用 DDE（dynamic data exchange）技術(shù)，與 Windows 的應用程序間進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)本地控制網(wǎng)絡與上層信息網(wǎng)絡之間的信息共享，從而為用戶提供更為集中的數(shù)據(jù)操作環(huán)境，實現(xiàn)系統(tǒng)集成。綜上所述，ControlNet 控制網(wǎng)是一種高速確定性網(wǎng)絡，用于對時間有較高要求的應用場合的信息傳輸，它為對等通信提供實時控制和報文傳送服務。它作為控制器和 I/O設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。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)?？刂凭W(wǎng)結(jié)合了輸入/輸出網(wǎng)絡和點對點信息網(wǎng)絡的功能，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]。 小結(jié)本章對現(xiàn)場總線控制技術(shù)，尤其是 ControlNet 總線技術(shù)的技術(shù)特點和應用范圍進行了深入分析，著重闡述了它的通訊模式、仲裁方式以及其網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)，并與其它常見北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文10總線技術(shù)進行了對比。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文11第 3 章 系統(tǒng)硬件概況 系統(tǒng)概況為了保證數(shù)據(jù)采集的準備性和安全性，系統(tǒng)采用雙機熱備，以避免由于特殊原因使數(shù)據(jù)丟失。系統(tǒng)中所要控制的執(zhí)行機構(gòu)包含：電動球閥 16 個、電動閘閥 7 個、變頻器 1臺、攪拌器 1 臺。所需要采集的數(shù)據(jù)量為：壓力 10 點、差壓 2 點、溫度 26 點、地溫 30點、液位 1 點、流量 2 點?？傮w設計方案見如圖 31 所示。圖 31 系統(tǒng)設計方案圖其中：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（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。通過軟件編程實現(xiàn)對遠程儀表（設備） 、傳感器及執(zhí)行機構(gòu)的數(shù)據(jù)采集、處理與控制，實現(xiàn)總體設計功能和系統(tǒng)熱備功能。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。 功能模塊程序選擇的模塊如表 31 所示。表 31 PLC 配置清單表序號 部件名稱 型號 數(shù)量（套）1 CPU 處理器 1756L55M24 22 熱備通訊模塊 1757SRM 23 電源 1756PA75 44 4 槽熱備框架 1756A4 25 CNET 通訊模塊 1756CNBR 46 17 槽框架 1756A17 27 空槽蓋板 1756N2 98 16 路模擬量輸入模塊,36 針 1756IF16 49 16 路開關量輸入模塊,20 針 1756IB16 910 16 路繼電器輸出模塊,36 針 1756OW16I 511 6 路熱電阻輸入模塊,20 針 1756IR6I 612 8 路模擬量輸出模塊,20 針 1756OF8 1 CPU 模塊ControlLogix 控制器可提供系統(tǒng)規(guī)?？勺兓目刂破鹘鉀Q方案，可以訪問大量的 I/O點（數(shù)字量 I/O 最多為 128，000 個，模擬量 I/O 最多為 4000 個） 。ControlLogix 控制器能夠通過 ControlLogix I/O 框架的任一槽內(nèi)，而且多個控制器可安裝在同一框架內(nèi)，它們之間通過背板進行通訊，而運行是相互獨立的。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。為實現(xiàn)控制器冗余，要滿足到如下要求：1．冗余控制器系統(tǒng)需要一個 Logix5555 控制器；2．由于在副控制器內(nèi)數(shù)據(jù)需要緩存，所以控制器內(nèi)需要兩倍的數(shù)據(jù)存儲空間；3．冗余控制器必須在 ControlNet 網(wǎng)絡上。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。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。每個框架需要一個 1757SRM 模塊。該模塊支持最多每個框架內(nèi)有五個 1756CNB 模塊。 電源模塊1756 機架上的 ControlLogix 電源模塊直接給機架背板提供 ，5V 和 24V直流電源?？墒褂梅侨哂啵?756PA72，PB72，PA75，PB75 ）和冗余（1756PA75R，PB75R）電源模塊，本方案中電源模塊采用 ROCKWELL 的 1756PA75（額定輸入電壓 120V ac 或 220V ac，最大有功輸入功率 95W，最大視在輸入功率 240VA，最大變壓器負載 238VA，頻率 4763Hz，最大背板輸出電流 dc、 dc、10A@5V dc、@24Vdc，共 75W） ，共四塊，分別外掛在四個框架上。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。其功率如圖 32 所示。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。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，四個 B 口連成另一個網(wǎng)絡，兩個網(wǎng)絡互為冗余。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。 模擬輸出模塊模擬輸入模塊采用 ROCKWELL 的 1756OF8（模塊輸入電壓0～、0～、～，輸入電源 4～20mA） ，共 1 塊，插在 1 站的A17 框架的第 11 槽中。 RTD 模塊RTD 模塊采用 ROCKWELL 的 1756IR6I 模塊，共 6 塊，插在 1 站的 A17 框架的第10 槽中。 開關量輸入模塊開關量輸入模塊采用 ROCKWELL 的 1756IB16 模塊（輸入點數(shù) 16，電壓類型12/24V 直流，工作電壓 10～，輸入延遲 2ms，最小導通輸入電流 ，最大導通狀態(tài)電流 10V，最大狀態(tài) ，負載電流 100mA） ，共 9 塊，插在 2 站的 A17 框架的第 9 槽中。 開關量輸出模塊開關量輸入模塊采用 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 11114 槽中。 冗余的實現(xiàn)冗余電源的實現(xiàn)如圖 33 所示。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。圖 34 冗余控制器示意圖 小結(jié)系統(tǒng)硬件是設計的基礎，在設計軟件程序之前，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，使讀者對總體的設計有個大致了解。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)絡的控制管理和流程控制兩部分。其中網(wǎng)絡控制管理通過 ROCKWELL ControlNet 網(wǎng)絡專用的 RSLinx 作為網(wǎng)絡配置軟件，RSNetWorx 作為網(wǎng)絡的管理軟件。使用這兩個軟件進行相關的配置和管理，就能正確的使用掛在ControlNet 網(wǎng)絡上的 PLC 單元。通過本系統(tǒng)的獨立控制部分，管理者可輕松實現(xiàn)對于任何流程的控制，只要形成清晰的控制思路，通過對每一個閥門的控制，即可實現(xiàn)任意的控制流程，如進油流程、自循環(huán)流程、旁接流程、清管流程、倒罐流程、高壓泄放流程等。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。 RSLogix5000 軟件簡介 軟件概況與第一代可編程控制軟件相比，RSLogix5000 功能更加強大，更加方便實用。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。RSLogix5000 可同時完成順序控制與運動控制。使用 RSLogix5000軟件可以完全實現(xiàn)對模塊的設置和監(jiān)視通過 I/O 實現(xiàn) ControlLogix 背板連接，所有模塊相關數(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)。高度集成的 RSLogix5000 編程軟件基于 IEC11313 標準，Logix5550 控制器的指令集保持了已有的 AllenBradley 產(chǎn)品共同的看則有悟的特點，這使我們能充分利用已有的編程技能。只需要安裝一個 RSLogix5000 編程軟件包即可完成可編程序控制器、伺服控制器和伺服驅(qū)動器的編程和設置，而不像有些系統(tǒng)那樣需要 2 個甚至是 3 個單獨的軟件包。ControlLogix 是一種框架式控制系統(tǒng)，它將順序控制、過程控制、運動控制和傳動控制功能集成在一起，同時還提供通訊和 I/O 功能。一個最簡單的 ControlLogix 系統(tǒng)由一個獨立的控制器和位于同一個框架上的 I/O 模塊組成。ControlLogix 控制器是 Logix5000 系列控制器的一種。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；5．通過第三方設備連接的其他網(wǎng)絡。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。 程序界面系統(tǒng)歡迎界面及如圖 41 所示。圖 41 RSLogix5000 歡迎界面軟件界面如圖 42 所示。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文18圖 42 RSLogix5000（企業(yè)版）軟件界面 程序標簽設定本設計使用了較多的標簽，命名皆以控制的對象或是作用為名，目的是增加程序的可讀性。詳細標簽內(nèi)容見附錄。 程序流程根據(jù)課題要實現(xiàn)的功能及要求，PLC 軟件的獨立控制部分設計方案如圖 43 所示。圖 43 程序總流程圖北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文19各個程序的流程圖如下：1．主程序流程如圖 44 所示。圖 44 主程序流程圖2．初始化子程序流程如圖 45 所示。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文20圖 45 初始化子程序流程圖3．復位子程序流程如圖 46 所示。圖 46 復位子程序流程圖4．報警、顯示子程序流程如圖 47 所示。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文21圖 47 報警、顯示子程序流程圖5．開關閥控制子程序流程如圖 48 所示。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文22圖 48 開關閥子程序流程圖6．調(diào)節(jié)閥控制子程序流程如圖 49 所示。圖 49 調(diào)節(jié)閥子程序流程圖7．變頻器 PID 控制流程如圖 410 所示。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文23圖 410 變頻器 PID 控制控制流程圖8．PID 運算流程如圖 411 所示。圖 411 PID 運算流程圖北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文24 程序簡介環(huán)道控制系統(tǒng)下位軟件方案二目的在于單獨控制每一個閥門，實現(xiàn)靈活控制。在RSLogix5000 編程環(huán)境中，根據(jù)現(xiàn)場的硬件基礎編寫完成下位 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)用或控制相應的功能模塊。程序主要控制的閥門有V10V10V10V20V30V30V403 、V40V405 、V407 、V40V501