【文章內容簡介】 （）水位調節(jié)器的傳遞函數是： （）前饋調節(jié)器的傳遞函數是： （）第3章 AB工業(yè)網絡以及控制硬件選型 概述 美國羅克韋爾自動化公司是全球最早生產PLC的廠家之一，也是全球PLC技術最為先進的廠家之一，它與德國的西門子PLC，日本三菱的PLC，美國的GE PLC 等多家公司一起促進PLC技術的發(fā)展。Rockwell AllenBradley自從20世紀70年代開始生產可編程程序控制器以來，經過幾十年的發(fā)展，形成了很大的生產規(guī)模。據統(tǒng)計，其PLC在北美的市場占有率達67%以上，而且在其他地區(qū)的占有率也在日益增長。AB的PLC與其他公司的產品相比，除了性能好，可靠性高等特點之外，在通信網絡，編程軟件等方面還具有獨特的優(yōu)勢。AB的世界級自動化系統(tǒng)給用戶提供了一個開放性的網絡。這是一個完整的開放性網絡，它的三個網絡層，在設備層，采用DeviceNet（設備層）將底層的設備直接連接到車間的控制器上，這種連接無需通過I/O模塊。在控制層，采用ControlNet網絡，它滿足了連接PLC處理器，I/O計算機，操作員界面以及其它智能化設備所需要的實時，高信息量應用的要求?？刂凭W網絡組合了I/O網絡和對等網絡的功能，同時也提供了這兩個網絡的高速性能。一方面，利用控制網5Mb/s的傳速速率 可編程序控制器的通信層傳輸諸如I/O數據刷新和處理器信息互鎖的關鍵數據，同時，它支持非實時關鍵數據的處理的傳輸。因此，控制網網絡非常適合于滿足工業(yè)應用方面的要求。在信息層，采用以太網（支持TCP/IP通信協議），通過以太網可以訪問車間級的數據，從而將控制系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)集成起來。另外，AB還有傳統(tǒng)意義上的遠程I/O鏈路，增強型數據高速公路，DH+485等通信網絡，通過這些網絡，就可以構成一個開放性網絡。 信息層EtherNet/IP羅克韋爾自動化公司推出的EtherNet/IP(以太網的基于主機/客戶端的控制和信息協議CIP)的工業(yè)解決方案，首先在以太網上實現實時控制功能，可在ControlLogix，ProcessLogix，Flex I/O和PaneView等設備的網絡上達到100Mbit/s的傳輸速率。其主要性能優(yōu)勢如下：（1） 采用全雙工端口交換的方式避免總線沖突。（2） 采用高速以太網，突破瓶頸限制。（3） 采用交換技術，大大提高了以太網的確定性。（4） 解決以太網的工業(yè)可靠性問題。（5） 解決總線供電問題。（6） 互操作性。（7） 網絡安全性。 控制網ControlNet控制網是由控制網國際有限公司(ControlNet International,Ltd.)首先提出來的一種開放式網絡。羅克韋爾自動化公司的設計之初就提出了三層網絡的概念,分別是以太網，Controlnet網，Deveicenet網，上層信息用于全廠的數據采集和程序維護。中層自動化和控制層實現實時I/O的控制,控制器的互鎖和報文的傳送。底層設備網用于底層設備的低成本,該模式采用多信道廣播式,定點傳送，屬于預定性信息，每個信號對應一個單獨的地址，占一個網絡節(jié)點，網絡所有節(jié)點同步,信息吞吐量大,速度快,網絡效率高。因此控制網具有高速,高度確定和可重復性的網絡,特別適用于對時間苛刻要求的復雜應用場合的信息傳輸，但是Controlnet網絡中的節(jié)點數目是有限制的，最高不能超過99個，節(jié)點數超過限制會發(fā)生不可預測的故障，未超過但是過多會影響網速，造成網絡遲滯。Controlnet用同軸網線或者光纖作為介質，相對而言，Controlnet比西門子的Profibus網絡更加穩(wěn)定，易于維護，有助于實現無縫連接。ControlNet是一種比較理想的網絡，它在同一鏈路上支持顯性和I/O（隱形）兩種報文，而且對具有嚴格時間要求的I/O報文傳輸有確定性，可重復性和可靠性的技術指標，這要歸功于ControlNet的生產者/消費者模型采用標示來標記報文，它對顯性報文采用另外一種標示符，再和ControlNet數據鏈路層的介質存取控制的協議的“優(yōu)先級仲裁”機制相結合，以保證顯性報文在網絡中傳送的優(yōu)先級低于I/O信息，因此，使大量的顯性報文不會影響網絡中實時I/O數據的傳送。操作員終端與控制器之間的通信可以在ControlNet上完成，以同軸電纜作為傳輸介質，并用A/B兩個相互冗余的通道。同設備網一樣，控制網也有它的組態(tài)軟件RSNetWorx for ControlNet,它負責控制網上設備的規(guī)劃，包括節(jié)點地址的設置和各種網絡時間的設置等。 設備網DeviceNetDeviceNet是由羅克韋爾自動化公司在控制器局域網基礎上推出的一種低成本的通信鏈接，它是一種低端網絡系統(tǒng)。它將工業(yè)設備（如：限位開關，光電傳感器，閥組，馬達啟動器，過程傳感器，條形碼讀取器，變頻驅動器，面板顯示器和操作員接口）連接到網絡，從而消除了昂貴的硬接線成本。直接互連性改善了設備間的通訊，并同時提供了相當重要的設備級診斷功能，這是通過硬接線I/O接口很難實現的。Devicenet是一種簡單的網絡解決方案，它在提供多供貨商同類部件間的可互換性的同時，減少了配線和安裝工業(yè)自動化設備的成本和時間。DeviceNet不僅僅使設備之間以一根電纜互相連接和通訊，更重要的是它給系統(tǒng)所帶來的設備級的診斷功能。該功能在傳統(tǒng)的I/O上是很難實現的。Devicenet是一個開放的網絡標準。規(guī)范和協議都是開放的，供貨商將設備連接到系統(tǒng)時，無需為硬件，軟件或授權付費。任何對DeviceNet技術感興趣的組織或個人都可以從開放式DeciceNet供貨商協會（ODVA）獲得DeviceNet規(guī)范，并可以加入ODVA，參加對DeviceNet規(guī)范進行增補的技術工作組。Devicenet的許多特性沿襲于CAN，CAN總線是一種設計良好的通信總線，它主要用于實時傳輸控制數據。DeviceNet的主要特點是：短幀傳輸，每幀的最大數據為8個字節(jié)；無破壞性的逐位仲裁技術；網絡最多可連接64個節(jié)點；數據傳輸波特率為128kb/s、256kb/s、512kb/s；點對點、多主或主/從通信方式；采用CAN的物理和數據鏈路層規(guī)約。Devicenet帶來的好處（1）提高設計的彈性通過提供網絡數據流的能力來提供無限制的IO端口提供互操作性和即插即用能力（2）改善的過程數據管理提供對等(PeertoPeer)或主/從(Master/Slave)管理作為一個快速響應處理元的結果，提高了吞吐量和可重復性包含在位置刻度和預先事件及報警通知中的隱含診斷信息在診斷中可延長定期檢修的間隔周期（3）降低安裝成本 簡化配線，避免了潛在的錯誤點，減少了所需的文件，減少勞動力資源并節(jié)省了安裝空間 控制器的選型及控制平臺控制器的選型對于一個項目的重要性是不言而喻的。在設計一個工程項目時，良好的選型既要符合控制系統(tǒng)設計的要求有要考慮性價比，同時有要滿足控制系統(tǒng)的可擴展性。一般控制器的選型主要考慮的因素是：系統(tǒng)I/O點的數量，編程工具，擴展性。 控制器選型步驟（1）控制器類型。根據存儲量，I/O，附加功能，編程指令及尺寸大小進行選擇。（2）考慮以后的擴展需要。（1）通信網絡。取決于應用項目的具體要求。（2）通信接口設備。除了提供基本的RS232電氣接口外，根據系統(tǒng)需要配置合適的網絡通信接口設備。根據可編程控制器類型選用合適的編程工具。根據設備端口要求選擇所需要的電纜。（1）根據電源和I/O配置選擇，確定控制器產品目錄號。（2）查看電源和I/O參數，獲取更詳細的信息。（1）數字量的輸入輸出，模擬量的輸入輸出。（2）系統(tǒng)擴展性計算。與控制器相連的AIC+以及DNI的配件和終端連接器。填寫系統(tǒng)所需要全部的產品目錄號。 羅克韋爾ControlLogix平臺ControlLogix是羅克韋爾自動化Logix控制引擎系列中最具有代表性的產品。從外表起來似乎像一個可編程控制系統(tǒng)，但是實際上它卻遠遠超越了傳統(tǒng)意義上的PLC系統(tǒng)。ControlLogix體系結構是最新科技的多控制 ControlLogix圖片集成控制平臺，是最先進的混成控制，可以完成順序控制，運動控制和過程控制。ControlLogix系統(tǒng)是基于機架的系統(tǒng)，可以提供對使用順序控制、過程控制、運動控制和驅動控制的控制系統(tǒng)進行組態(tài)的選項，還可提供通信I/O 功能。Controllogix 系統(tǒng)集中了Logix 通用平臺的多種優(yōu)點通用的編程環(huán)境、通用的通訊網絡、通用的控制引擎提供了一個既能滿足您高性能應用需求又易于使用的環(huán)境。Controllogix 系統(tǒng)在編程軟件、控制器和輸入輸出諸方面的緊密集成降低了在試運行和正常操作的開發(fā)成本和時間。Controllogix 系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：1. Controllogix 系統(tǒng)以緊湊的、經濟的產品提供離散控制、驅動控制、運動控制、過程控制、安全控制、便利的通訊連接、藝術級的輸入輸出功能。Controllogix 系統(tǒng)是模塊化的系統(tǒng)，有效的設計、建立和修改它，這有助于在培訓和工程方面顯著的降低成本。、更多的模擬量、數字量和特殊輸入輸出模塊。 產品通過了TUV 認證，能夠應用于SIL 2 要求的項目中。Controllogix 系統(tǒng) 內容容量最大可擴展到8M,Controllogix 控制器支持高標準過程控制應用，提供了在一個單一的集成環(huán)境中對運動控制指令進行高速處理的功能。Controllogix 系統(tǒng)提供了模塊化的通訊網絡連接選擇，您根據您的需要購買相應的通訊模塊即可。Controllogix 系統(tǒng)解決方案同樣提供時間同步能力,這個在第一故障條件和過程順序應用中是特別重要的?？梢愿鶕靡?，選用不同存儲容量的Controllogix 控制器?？捎肅ompactFlash 卡做程序的移動存儲設備。、過程、傳動、運動控制的模塊化高性能控制平臺每個 Controllogix 控制器可以執(zhí)行多個控制任務，減少需要的控制器數量，這樣，解決故障更快。可以分別出發(fā)幾個周期性任務以達到更高的性能水平。、通訊模塊和輸入輸出模塊Controllogix 處理器、輸入輸出模塊、通訊模塊就像網絡上的智能節(jié)點。 Logix 控制引擎。Controllogix 與CompactLogix、FlexLogix、SoftLogix、DriveLogix 都是基于通用Logix 平臺建立的，它們具有通用的編程環(huán)境和Logix 控制引擎。 NetLinx 開放式網絡 從設備到車間再到信息管理層，Controllogix 高度支持三層網絡通訊。Controllogix的獨特之處：Controllogix處理器提供可選的用戶內存模塊(750K到8M字節(jié)),能解決有大量輸入輸出點數系統(tǒng)的應用問題(支持多達4000點模擬量和128，000點數字量)。處理器可以控制本地輸入輸出和遠程輸入輸出。處理器可以通過以太網EtherNet/IP、 控制網ControlNet、 設備網DeviceNet和遠程輸入輸出Universal Remote I/O來監(jiān)控系統(tǒng)中的輸入和輸出。當在Controllogix機架內有多個處理器模塊，甚至在控制網ControlNet網內有多個處理器模塊時，所有的處理器都可以從所有的輸入模塊讀到輸入值。任何一個處理器也都可以控制任何特定的輸出模塊。通過系統(tǒng)組態(tài)指定每個輸出模塊具體由哪個處理器控制。Controllogix系統(tǒng)是機架式、模塊化安裝。Controllogix輸入輸出模塊是是模塊式安裝的。電源模塊直接安裝在Controllogix機架的左端。Controllogix機架有13或17槽五種類型。模塊可以插在機架上任意一個槽位內。Controllogix輸入輸出模塊的最大通道數是32通道。每個模塊的可拆卸端子塊的機械鎖可以防止向模塊施加錯誤的電壓。輸入輸出模塊可以進行帶電插拔。除了內置的RS232(DF1/DH485協議)通訊口外，網絡通訊的接口是模塊化的。包括以太網EtherNet/IP, 控制網ControlNet, 設備網DeviceNet, DH+網絡, 遠程輸入輸出網絡Universal Remote I/O。Controllogix通過第三方的通訊模塊也可以連接到Profibus DP和 Modus等網絡上。 Logix5550處理器Logix 5550處理器提供模塊化的用戶內存，并且可對大量的I/O進行尋址（最多可達4000個模擬量或者12800個數字量I/O）。對于內存為160KB的處理器模塊，用戶可以通過往處理器模塊中插入一個內存子模塊來將其內存擴展到512KB，1MB。Logix 5550 處理器還可以控制遠距離的I/O。Logix 5550 處理器模塊可以插在Controllogix I/O框架中的任何一個槽內，并且多個處理器模塊可以插在同一個背板上，處理器之間通過背板實現相互通信（就像處理器通過網絡通信一樣），但另一方面他們的運行優(yōu)勢相互獨立的。Logix 5550 處理器可以通過多種網絡進行連接，以實現與計算機，分布式處理器和分布式I/O的互聯，Logix 5550 處理器可以通過ControlNet背板以及I/O鏈路來監(jiān)測/控制I/O。ControlLogix處理器還可以通過RS232，DeviceNet，DH+和Ethernet網絡與計算機或其他處理器進行同行，用戶只需要將相應的通信模塊接口插入到1756背板上。總之，基于ControlLogix 平臺的Logix 5550處理器模塊可以為工業(yè)控制提供一種最新的而且具有靈活性的完整控制方案。Logix 5550處理器型號以及性能參數如下表格。 Lo