【正文】 架的第 0 槽。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。 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。每個框架需要一個 1757SRM 模塊。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文14 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。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。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(guān)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） 。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13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。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。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。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文12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?？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]。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。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)用程序間進行數(shù)據(jù)交換，實現(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，實現(xiàn)系統(tǒng)集成。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(luò)。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文10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。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。如協(xié)同工作的驅(qū)動系統(tǒng)，焊接控制，運動控制，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界面共存的系統(tǒng)等。在實際應(yīng)用中，通過網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時選擇性設(shè)定有計劃的 I/O 分組或互鎖時間，這些要求能得到更進一步的保證。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。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?，并且?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]。維護時間 能夠自動調(diào)整，以使 NUT 大小不變，并保證其他節(jié)點同步。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文9非預(yù)定信息傳送時間傳送非預(yù)定節(jié)點（按順序進行循環(huán)傳送，一直到分配給非預(yù)定傳送的時間用完為止）沒有時間苛求的信息。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。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。根據(jù)實時數(shù)據(jù)的特性，一些帶寬預(yù)先保留和預(yù)定用來支持實時數(shù)據(jù)的傳送，余下的帶寬則用于非實時和未預(yù)定數(shù)據(jù)的傳送。如果某個節(jié)點沒有要發(fā)的數(shù)據(jù)，則只須發(fā)一個空的數(shù)據(jù)幀（Null Frame） 。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)。但是，網(wǎng)絡(luò)上并沒有真正的令牌在傳輸。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制，叫做隱性令牌傳遞（Implicit Token Passing） 。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文7表 21 幾種現(xiàn)場總線技術(shù)的性能比較性能指標 ControlNet DeviceNet Profibus ASI FF級別 現(xiàn)場級、設(shè) 備級 傳感器級、 設(shè)備級 現(xiàn)場級、設(shè)備級 傳感器級 現(xiàn)場級發(fā)起組織羅克韋爾－AB 羅克韋爾－AB 西門子 ASi 國際 FF 基金會投入日期 1997 年 1994 年DP:1994,PA:1995 1993 年 1995 年拓撲結(jié)構(gòu)星形、樹形、總線形線形、總線供電總線、環(huán)形、星形總線、環(huán)形星形、樹形多降、總線供電通信速率 5Mb/s125kb/s,300 kb/s,500kb/s－12Mb/s, kb/s,1 Mb/s, Mb/s最多節(jié)點 99 64 127 31 個從站 每段 240 個最多 65000 個最大無中繼距離同軸：5km光纖：30km 500m電纜：光纖： 100m ::500m總線冗余 可 不能 可 不能 可有關(guān)標準IEC61158 子集 歐洲標準EN50254歐洲標準EN50252IEC61158 子集 歐洲標準 EN50170歐洲標準EN50295IEC61158基本子集最大幀長 510 字節(jié) 8 字節(jié) 244 字節(jié)31 從站：4 入/4 出 信息對象/設(shè)備仲裁 時間片多路 音頻載波多路 令牌傳送 主/從，周 調(diào)度/周期，非調(diào)度/非周北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文8方法 存取CTDMA，生產(chǎn)者/消費者存取，生產(chǎn)者/消費者期查詢 期，生產(chǎn)者/消費者通信方法主/從，多主，對等主/從，多主 主/從，對等 主/從，周 期查詢 服務(wù)器/客戶機網(wǎng)絡(luò)效率 高 高 不高 不高 高相比可知，ControlNet 網(wǎng)絡(luò)具有吞吐量高、體系結(jié)構(gòu)靈活、組態(tài)和編程簡單、信息交換可靠等特點，是一種適合工業(yè)控制信息傳輸與控制的實時控制系統(tǒng)。 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。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。從而可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的精確同步，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)負載，因為它們同樣可以消費這些相同的信息，并且所有數(shù)據(jù)可以同時到達。因為數(shù)據(jù)是按內(nèi)容進行標識的，數(shù)據(jù)源只需將數(shù)據(jù)發(fā)送一次。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。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文6 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。48 個節(jié)點距離可長達 250m，采用光纖和中繼器后通訊距離可達幾十公里。同時，它還具備如下特點：ControlNet 在單根電纜上支持兩種類型的信息傳輸，即有實時性的控制信息和 I/O 數(shù)據(jù)傳輸，無時間苛求的信息發(fā)送和程序上/ 下載；另外，ControlNet 技術(shù)采取了一種新的通信模式，以生產(chǎn)者/消費者模式取代了傳統(tǒng)的源舊的模式它不僅支持傳統(tǒng)的點對點通訊，而且允許同時向多個設(shè)備傳遞信息。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)） 。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。要想實現(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?shù)耐ㄓ嵆绦颉Ｔ?PLC 編程軟件中為本地框架來組態(tài) ControlNet 網(wǎng)通訊，模塊 1756CNB 負責處理控制器主框架與本地框架和遠程框架之間的通訊。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。它為對等通信提供實時控制和報文傳送服務(wù)。 ControlNet 現(xiàn)場總線技術(shù)特點及其網(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)?？刂凭W(wǎng)（ControlNet）以其高速（5Mb/s）的通信速度、先進的網(wǎng)絡(luò)模型、高效率的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及靈活方便的安裝方式等特點，提供了滿足以上需要的解決方案。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)。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?，F(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。采用同一的技術(shù)規(guī)范，使任何生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線設(shè)備相互間能連接在一起；3．現(xiàn)場總線能綜合信息，現(xiàn)場儀表、控制設(shè)備都采用全數(shù)字實現(xiàn)雙向通信、多變量訪問；4．提高生產(chǎn)率。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。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。實現(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（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。嵌入式技術(shù)正朝著控制網(wǎng)絡(luò)開放性發(fā)展方向邁進；5．在網(wǎng)絡(luò)控制的軟件集成技術(shù)方面，計算機領(lǐng)域的 DDE（Dynamic Data Exchange）技術(shù)、OPC（OLE for Process Control）技術(shù)、集成軟件套件技術(shù)、Web 技術(shù)、國際公認的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 TCP/IP 以及網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)已經(jīng)逐漸融合到網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)中，大大推動了網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的發(fā)展；6．分布式網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)提出了一個全新的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不但實現(xiàn)了控制系統(tǒng)、控制設(shè)備的協(xié)調(diào)工作，而且也為實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的無縫集成，組建統(tǒng)一的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)提供強了有力的技術(shù)支持，為實施企業(yè)資源計劃（Enterprise Resource Planning ERP）系統(tǒng)創(chuàng)造了良好的條件 [2]。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