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環(huán)道控制系統(tǒng)下位軟件設計畢業(yè)論文-在線瀏覽

2024-08-04 17:04本頁面
  

【正文】 ,兩個節(jié)點間距離最長達 1000m。ControlNet 應用于過程控制、自動化制造等領域。源/ 目的地網(wǎng)絡模型采用應/答式通訊,如果網(wǎng)絡要向多個設備傳送數(shù)據(jù),則需要對這些設備分別進行 “呼” “應”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)到達每個設備的時間還是不同的,這樣,不僅增大了網(wǎng)絡的通信量,網(wǎng)絡響應速度受到限制,容易發(fā)生信息瓶頸問題,而且當系統(tǒng)對時間有苛求的實時控制信息要求傳送時,還需要采用其它不同的網(wǎng)絡。此模式允許在同一鏈路上有多個主控制器共存,對輸入數(shù)據(jù)和對等通信數(shù)據(jù)采用多信道廣播方式,將傳統(tǒng)網(wǎng)絡的針對不同站點多次發(fā)送改為一次多點共享,以使鏈路上所有控制器之間實現(xiàn)預定的對等通信互鎖,共享輸入數(shù)據(jù),從而大大減少了網(wǎng)絡發(fā)送的次數(shù)和網(wǎng)絡上的交通量,提高了網(wǎng)絡效率和網(wǎng)絡性能;同時允許網(wǎng)絡上的所有節(jié)點同時從單個數(shù)據(jù)源存取相同的數(shù)據(jù),報文通過標識符來識別,如果一個節(jié)點要接收一個數(shù)據(jù),僅僅需識別與此信息相連的特定的標識符,每個數(shù)據(jù)包不再需要源地址和目標地址位。許多需用此數(shù)據(jù)的節(jié)點通過在網(wǎng)上同時識別這個標識行,可同時從同一生產(chǎn)者取用此同一數(shù)據(jù)消費。此時采用該模式既可以支持系統(tǒng)的主從、多主或對等通信結構,也可以支持其任意組合的混合系統(tǒng)結構,還可在同一鏈路上傳送任意信息類型相混合的數(shù)據(jù)??梢哉f,基于此模式的 ControlNet 是當今世界市場上各種工業(yè)控制底層現(xiàn)場總線網(wǎng)絡中性能較為可靠的網(wǎng)絡。表 21 給出了ControlNet 現(xiàn)場總線技術和其他總線技術的主要性能比較。眾所周知,以太網(wǎng)采用“沖突檢測載波偵聽多路訪問” (CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)仲裁機制,這一般不具有工業(yè)控制所要求的可靠性、確定性。網(wǎng)絡上每個節(jié)點分配一個唯一的 MAC地址(從 1 到 99) ,像普通令牌傳遞總線一樣,持有令牌的節(jié)點可以發(fā)送數(shù)據(jù)。相反,每個節(jié)點監(jiān)視收到的每個數(shù)據(jù)幀的源節(jié)點地址,在該數(shù)據(jù)幀結束之后,每個節(jié)點設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。因為所有節(jié)點的隱性令牌寄存器在任意時刻的值相同,這就避免了沖突的發(fā)生。ControlNet 中傳遞隱性令牌的邏輯是通過特別設計的時間分片存取算法――并存時間域多路存?。–oncurrent Time Domain Multiple Access CTDMA)來控制的。因此,它在保證對時間有苛求的控制信息傳輸?shù)耐瑫r,也能在同一物理介質鏈路上傳送其它無時間苛求的信息。ControlNet的技術規(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產(chǎn)品的最小可組態(tài)的 NUT 為 2ms) 。表 22 網(wǎng)絡刷新時間網(wǎng)絡刷新時間(NUT) 功能預定信息傳送時間 傳送預定節(jié)點(在一個循環(huán)的左右順序次序的基礎上)的有時間苛求的信息。控制網(wǎng)保證至少有一個非預定節(jié)點有機會傳送數(shù)據(jù),提供給非預定節(jié)點的時間取決于預定節(jié)點的通信量。NUT(網(wǎng)絡刷新時間)是由用戶自己選擇的,它將不停地掃描網(wǎng)絡上的設備節(jié)點,并根據(jù)節(jié)點上設備類型的不同,按照 ControlNet 的時間片算法在 NUT 內為它們分配時間段。 ControlNet 現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡體系結構現(xiàn)代控制系統(tǒng)中,不僅要求現(xiàn)場設備完成本地的控制、監(jiān)視、診斷等任務,還要能通過網(wǎng)絡與其他控制設備及 PLC 進行對等通信。ControlNet 是高度確定性、可重復的網(wǎng)絡。因此,ControlNet非常適用于一些控制關系關聯(lián)復雜,要求控制信息同步、協(xié)調實時控制、數(shù)據(jù)傳輸速度較高的應用場合。對于有多個基于 PC 的控制器之間不同 PLC 之間 PLC 與 DCS 之間存在通訊要求的場合,ControlNet 也非常適用。在羅克韋爾推出的工業(yè)網(wǎng)絡平臺方案——“NetLinx”體系中,ControlNet 處于核心地位,網(wǎng)絡結構如圖 21 所示。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。它全面支持 ActiveX 技術,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。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。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)。 小結本章對現(xiàn)場總線控制技術,尤其是 ControlNet 總線技術的技術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)絡體系結構,并與其它常見北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文10總線技術進行了對比。系統(tǒng)中所要控制的執(zhí)行機構包含:電動球閥 16 個、電動閘閥 7 個、變頻器 1臺、攪拌器 1 臺。總體設計方案見如圖 31 所示。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。 功能模塊程序選擇的模塊如表 31 所示。ControlLogix 控制器能夠通過 ControlLogix I/O 框架的任一槽內,而且多個控制器可安裝在同一框架內,它們之間通過背板進行通訊,而運行是相互獨立的。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.由于在副控制器內數(shù)據(jù)需要緩存,所以控制器內需要兩倍的數(shù)據(jù)存儲空間;3.冗余控制器必須在 ControlNet 網(wǎng)絡上。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。該模塊支持最多每個框架內有五個 1756CNB 模塊??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、10A5V dc、24Vdc,共 75W) ,共四塊,分別外掛在四個框架上。其功率如圖 32 所示。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。 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。 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。 冗余的實現(xiàn)冗余電源的實現(xiàn)如圖 33 所示。圖 34 冗余控制器示意圖 小結系統(tǒng)硬件是設計的基礎,在設計軟件程序之前,要對系統(tǒng)的結構有個深入的了解,本章詳細介紹了整個系統(tǒng)的硬件結構和各模塊的選型,介紹了系統(tǒng)的概況,使讀者對總體的設計有個大致了解。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。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。 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 可同時完成順序控制與運動控制。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。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。ControlLogix 控制器是 Logix5000 系列控制器的一種。例如:FF 基金會現(xiàn)場總線和 HART 總線;6.每個 ControlLogix 控制器內置的串口。圖 41 RSLogix5000 歡迎界面軟件界面如圖 42 所示。詳細標簽內容見附錄。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。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。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。圖 49 調節(jié)閥子程序流程圖7.變頻器 PID 控制流程如圖 410 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。程序主要控制的閥門有V10V10V10V20V30V30V403 、V40V405 、V407 、V40V50V50V51V51V60V60V61V612 、V62V622 、V623 、V624。其中,V101 的處理方法與開關閥相同,原因是便于在以后控制進油的速度,為以后的使用提供了保障。圖 412 程序樣圖 小結獨立控制的程序部分設計目的在于增加各節(jié)點的靈活控制性,方便管理者在使用流程控制的過程當中,單獨控制某一個閥,從而使軟件有了更友好的使用方法。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文26第 5 章 課題特點 ControlNet 現(xiàn)場總線技術應用在現(xiàn)場總線控制領域,ControlNet 憑借更強的遠程控制能力,實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程集中處理的便捷;憑借 5Mb/s 的速率保證了實時傳輸;而且在安全性和穩(wěn)定性上,自身獨有的解決方法保證了在使用過程中數(shù)據(jù)的完備和安全。伴隨更多人的關注,ControlNet 會有更大的發(fā)展。 雙機熱備冗余結構為了解決在實際科研過程中會遇到的數(shù)據(jù)安全威脅,或者是因為設備的老化而停止運轉給系統(tǒng)帶來的巨大損失。 PID 周期運算眾所周知,在 PLC 控制過程當中,CPU 對進程中的 PID 運算總是顯得很難處理,這是由于 PID 運算會帶來很大的運算量,使得在運算過程中,可能會有很多的控制量處于不確定狀態(tài)。為此,本課題中,PID 運算全部采用了周期性的運算,而非在主程序中實時調用,而是處于周期性運算當中,在運算完畢后,將運算值暫時存儲于一個變量標簽中。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文27第 6 章 結論現(xiàn)場總線作為工業(yè)控制網(wǎng)絡的基礎,實現(xiàn)從底層現(xiàn)場設備到頂層生產(chǎn)管理之間正確的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)轉換,確保數(shù)據(jù)流的實時性和可靠性。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。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,尤其是 ControlNet 總線技術的技術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、仲裁方式及其網(wǎng)絡體系結構,并與其它常見總線技術進行了對比,從而肯定了 ControlNet 現(xiàn)場總線技術在具有多個 PLC 控制器和較高數(shù)據(jù)傳輸率控制系統(tǒng)的應用;2.在了解了本系統(tǒng)的控制要求基礎上,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)均采用冗余設計;3.對環(huán)道控制系統(tǒng)下位軟件 PLC 控制進行了軟件設計,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。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、高質的優(yōu)點。北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文28致 謝本文研究工作是在我的導師孫東輝副教授的精心指導和悉心關懷下完成的,從開題伊始到論文結束,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師辛勤的汗水和心血。在今后的學習工作中,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,向所有關心和幫助過我的老師、同學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。 Large Experimental Physics Control Systems, San Jose, California, 2022.[11] J. Y. Tang. SNS VACUUM INSTRUMENTATION AND CONTROL SYSTEM,In: 8th International Conference on Accelerator amp。ControlLogix 以太
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