【導(dǎo)讀】拌器單獨控制的軟件，以方便在上位機按工藝要求，自由構(gòu)成流程。0～地溫場溫度：-20～80℃；聯(lián)網(wǎng)計算機一臺，RSLogix5000軟件，有關(guān)的技術(shù)手冊。同種類閥門的分流程圖以及PID控制流程圖；是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作取得的成果。本畢業(yè)設(shè)計（論文）成果歸北華航天工業(yè)學(xué)院所有。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?？梢怨挤巧婷墚厴I(yè)設(shè)計（論文）的部分或全部內(nèi)容。尤其是使用周期性PID控制的方法解決大量運算帶來的滯后問題。系統(tǒng)的下位控制特點也進行總結(jié)說明，比較詳盡地敘述了整個系統(tǒng)的相關(guān)事宜。

　　

【正文】 現(xiàn)場總線作為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，實現(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)流的實時性和可靠性。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。 ControlNet 作為現(xiàn)場總線中的優(yōu)秀代表，也會在不斷的發(fā)展過程中占領(lǐng)市場份額，以它高效的傳輸速率、安全的性能等諸多方面的出色表現(xiàn)，定會捍 衛(wèi)自己主流的地位。 論文在分析 ControlNet 總線技術(shù)的基礎(chǔ)上，詳細闡述了其在環(huán)道控制系統(tǒng)下位軟件中的應(yīng)用。 同時，采用該總線 的環(huán)道控制 系統(tǒng) 下位軟件 也表現(xiàn)出了強大的優(yōu)勢： 1．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(yīng)用范圍進行了深入分析，著重闡述了它的通訊模式、仲裁方式及其網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，并與其它常見總線技術(shù)進行了對比，從而肯定了 ControlNet 現(xiàn)場總線技術(shù)在具有多個 PLC 控制器和較高數(shù)據(jù)傳輸率控制系統(tǒng)的應(yīng)用； 2．在了解了本系統(tǒng)的控制要求基礎(chǔ)上，詳細分析了各硬件模塊的選 用，同 時，出于保護特殊數(shù)據(jù)的安全考慮，對整個系統(tǒng)均采用冗余設(shè)計 ； 3．對環(huán)道控制系統(tǒng)下位軟件 PLC 控制進行了軟件設(shè)計，詳細列出了獨立控制的流程圖，本部分也是 作者 本人所做設(shè)計的核心部分； 4． 介紹了 RSLogix5000 軟件 在建立自由組態(tài)的獨立控制系統(tǒng)時 的使用方法； 5．最后對整個控制系統(tǒng)的特點及優(yōu)勢進行了總結(jié) 。 環(huán)道控制系統(tǒng)作為試驗性、科研性的課題，在實施現(xiàn)場要求有高質(zhì)量的信號采集系統(tǒng)，而本設(shè)計中的獨立控制配合著流程控制，使得對現(xiàn)場的高要求等到保證。更靈活的控制方式，更方便的操作方式也在下位機 PLC 控制中突顯了其 高效、高質(zhì)的優(yōu)點。也決定了獨立控制在下位軟件中不可或缺的地位。北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 27 致 謝 本文研究工作是在我的導(dǎo)師孫東輝副教授的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，從開題伊始到論文結(jié)束，我所取得的每一個進步、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。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、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。在今后的學(xué)習(xí)工作中，我將銘記恩師對我的教誨和鼓勵，盡自己最大的努力取得更好的成績。 在此我要向我的導(dǎo)師孫東輝副教授致以最衷心的感謝和深深的 敬意！ 在四年的大學(xué)學(xué)習(xí)期間，自動化教研室的每位老師對我的學(xué)習(xí)、生活和工作都給予了熱情的關(guān)心和幫助，使我的水平得到了很大的提高，取得了長足的進步。 在此，向所有關(guān)心和幫助過我的老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意！ 衷心感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 28 參考文獻 [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)機器人中的應(yīng)用 ． 機械制造與自動化 ， 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。 Large Experimental Physics Control Systems, San Jose, California, 20xx． [11] J． Y． Tang． SNS VACUUM INSTRUMENTATION AND CONTROL SYSTEM,In: 8th International Conference on Accelerator amp。 Large Experimental Physics Control Systems, San Jose, California, 20xx． 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 29 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。 ControlLogix 以太網(wǎng)連接模塊“ 1756ENET”使用了 EtherNet/IP、 ControlNet 等協(xié)議，并采用了專業(yè)的服務(wù)代碼封裝于以太網(wǎng)協(xié)議包中。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。現(xiàn)在來分析一下這個接口的特點和使用場合。 1 引言 散裂中子源項目 (SNS)的幾個子系統(tǒng)使用了 AB公司的 ControlLogix 系列 PLC。通過集成這些 EPICS 加速器控制系統(tǒng)和輸入輸出控制器 (IOC)，系統(tǒng)可以直接進行讀取和寫入PLC 數(shù)據(jù)。有了輸入輸出控制器 (IOC)， Unix 或 Win32 系統(tǒng)的計算機和所有裝有以太網(wǎng)連接口的個人計算機都可以對 PLC 進行編程，但它同時要求必須使用相同的技術(shù)來傳輸 PLC 數(shù)據(jù)。在現(xiàn)有的綜合布線、網(wǎng)絡(luò)硬件、配置和維護等技術(shù)知識的支持下，該產(chǎn)品完全可以使用。 2 ETHERNET/IP ControlNet 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。 版本引入了數(shù)據(jù)包的 TCP/IP 封裝，而代替了基于以太網(wǎng)（ IP/UDP/TCP）的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，最終形成“基于以太網(wǎng)的 ControlNet”，稱為 EtherNet/IP。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)議建立一個身份 ID，就可以直接進行信息交換了。他們定義了目標(biāo)對象控制和信息協(xié)議 (CIP)，此協(xié)議被列為 ControlNet 協(xié)議的一部分。對于ControlNet 傳送層，協(xié)議區(qū)別“無關(guān)聯(lián)”和“關(guān)聯(lián)” CIP 信息。雖然他們封 裝方式不同，北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 30 但都可以通過默認(rèn)的 TCP 協(xié)議進行連接。 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。只要遵循 EtherNet/IP 協(xié)議，我們就可以使用SendRRData 等封裝命令，發(fā)送 CIP 消息即可： Service： Get_Attribute_Single(0x0E) Path： Identity Object(class 0x01， instance 1)， Product Name() 作為回復(fù)，接口送回如下信息： Service： Get_Attribute_SingleReply(0x8E) Response： length=12， “1756 ENET/A” CIP 對象模型同樣包括“模擬輸入點” (0x0A)和“離散輸入組” (0x1D)對象，但是到目前為止，我們一切試圖使用它們來訪問 ControlLogix 模擬或數(shù)字輸入模塊的行為都失敗了。原因是沒有一個標(biāo)準(zhǔn)的 CIP 對象可以用來訪問 PLC 的標(biāo)簽名稱。 與此同時， AB 公司針對 ControlLogix 推出了新的 CIP 服務(wù)編碼，包括使用 CIP 路徑來命名梯形圖邏輯標(biāo)簽、單獨使用讀寫的服務(wù)代碼以及結(jié)合了傳輸二進制數(shù)據(jù)格式而使用的一些傳輸協(xié)議。 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)。 這則消息是讀取一個標(biāo)簽‘ TEST’： Service： CIP_Read_Data(0x4C) Path： ‘TEST’(ANSI extended symbol segment) Elements： UINT1 當(dāng)從 PLC 的回復(fù)顯示端口連接成功則連接管理器開始傳輸： Service： CIP_Read_DataReply(0xCC) Response： CA 00 00 80 38 3B=REAL CIP_Write_Data 服務(wù) (0x53) 允許在 PLC 上通過相似嵌入修改標(biāo)簽。 與其它通信協(xié)議相比，它對梯形邏輯圖的要求并沒有改變！ CIP 讀寫服務(wù)能夠訪問所有控制器標(biāo)簽而不需要預(yù)先在 PLC 編程的軟件標(biāo)記他們?yōu)椤吧a(chǎn)”或“消費”類型，這包北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 31 括對 I/O模塊的接入：模擬輸入模塊可利用在槽 1上的第一通道，即“ Local:1:”。 這種類型的傳輸稱為明確無關(guān)聯(lián)傳輸，因為標(biāo)簽名被明確地提出，各個協(xié)議包是單獨尋址。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。 CIP_Read_Data 請求能夠按照 SendUnitData 封裝命令的連接消息立即發(fā)送， 同時在信息前加上一個順序編號 ，發(fā)送 CM_Unconnected_Send 消息則并不需要嵌入這些。 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。對于 CIP_Read_Data 請求，比起關(guān)聯(lián)信息，無關(guān)聯(lián)信息有效地壓縮了信息，并且在傳輸中提高了 3%的速率。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。以太網(wǎng)的延遲將導(dǎo)致 PLC斷開連接。 ControlLogix 多請求服務(wù) (0x0A)是用作合并 CIP_Read/Write_Data 請求，即當(dāng)總請求或期望的請求值的大小到達 PLC 的緩沖極限（大約 500 字節(jié)）的時候使用。 5 EPICS 技術(shù)支持的實施 根據(jù)請求的更新率， vxWorks 驅(qū)動代碼針對各個 PLC 在掃瞄列表中都安排了標(biāo)簽名。一周期內(nèi)每個 PLC 將處理所有讀寫請求。 EPICS 設(shè)備的輸入和輸出驅(qū)動支持：模擬量、二進制數(shù)和多位記錄類型。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?？梢蕴幚淼?PLC 數(shù)據(jù)類型包括 BOOL、 SINT、 INT、 DINT 和 REAL。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(biāo)簽名記錄能實時替換。當(dāng)發(fā)生通信錯誤或超時，驅(qū)動將默認(rèn)斷開 PLC 連接并嘗試再連接。 數(shù)組元素進入數(shù)組時，驅(qū)動默認(rèn)要求傳輸順序是從第一個元素到請求最高的元素。這樣就決定了傳送時間會大量減少，但可能會產(chǎn)生其他作用：每當(dāng)輸出改變的記錄超過一個元素時，輸入輸出控制器 (IOC)總將重寫整個數(shù)組。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