【正文】 ? ? ? （ ） 前饋調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)是： ( ) 33 1200dG S S?? （ ） 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 第 3 章 AB 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)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(chǎn) PLC 的廠家之一，也是全球PLC 技術(shù)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 通用 PLC 等多家公司一 起促進 PLC 技術(shù)的發(fā)展 。據(jù)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。 信息層 （ 以太網(wǎng) ）控制層 （ 控制網(wǎng) ）設(shè)備層 （ 設(shè)備網(wǎng) ） 圖 可編程序控制器的通信層 AB 的世界級自動化系統(tǒng)給用戶提供了一個開放性的網(wǎng)絡(luò)。在控制層，采用 ControlNet 網(wǎng)絡(luò)，它滿足了連接 PLC洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 處理器， I/O 計算機，操作員界面以及其它智能化設(shè)備所需要的實時，高信息量應用的要求。一方面，利用控制網(wǎng) 5Mb/s 的傳速速率 傳輸諸如 I/O 數(shù)據(jù)刷新和處理器信息互鎖的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，同時，它支持非實時關(guān)鍵數(shù)據(jù)的處理的傳輸。在信息層，采用以太網(wǎng)（支持 TCP/IP 通信協(xié)議），通過以太網(wǎng)可以訪問車間級的數(shù)據(jù)，從而將控制系統(tǒng)與信息管理系統(tǒng)集成起來。 信息層 EtherNet/IP 羅克韋爾自動化公司推出的 EtherNet/IP(以太網(wǎng)的基于主機 /客戶端的控制和信息協(xié)議 CIP)的工業(yè)解決方案，首先在以太網(wǎng)上實現(xiàn)實時控制功能，可在 ControlLogix， ProcessLogix， F lex I/O 和 PaneView 等設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)上達到 100Mbit/s 的傳輸速率。 （ 2） 采用高速以太網(wǎng)，突破瓶頸限制。 （ 4） 解決以太網(wǎng)的工業(yè)可靠性問題。 （ 6） 互操作性。 （ 8） 設(shè)備網(wǎng) DeviceNet DeviceNet 是由羅克韋爾自動化公司在控制器局部網(wǎng)（ Controller Area Network， CAN）基礎(chǔ)上推出的一種低成本的通信連接，它是一種低端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它將工業(yè)設(shè)備（如：限位開關(guān)，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(qū)動器，面板顯示器和操作員接口）連接到網(wǎng)絡(luò)，從而消除了昂貴 和繁瑣 的硬接線成本。 Device 是 一種簡單的網(wǎng)絡(luò)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(shè)備的成本和時間。該功能在傳統(tǒng)的 I/O 上是很難實現(xiàn)的。 DeviceNet 的主要特點是：短幀傳輸，每幀的最大數(shù)據(jù)為 8 個字節(jié)；無破壞性的逐位仲裁技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)最多可連接 64 個節(jié)點；數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)鏈路層規(guī)約。在設(shè)計一個工程項目時，良好的選型既要符合控制系統(tǒng)設(shè)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。 控制器選型步驟 （ 1）控制器類型。 （ 2）考慮以后的擴展需要。 （ 1）通信網(wǎng)絡(luò)。 （ 2）通信接口設(shè)備。 。 。 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 。 （ 2）查看電源和 I/O 參數(shù)，獲取更詳細的信息。 （ 2）系統(tǒng)擴展性計算 。 。 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(chǎn)品。 ControlLogix 體系結(jié)構(gòu)是最新科技的多控制 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。 圖 ControlLogix 圖片 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 Controllogix 系統(tǒng)具有以下優(yōu)點： 1. Controllogix 系統(tǒng)以緊湊的、經(jīng)濟的產(chǎn)品提供離散控制、驅(qū)動控制、運動控制、過程控制、安全控制、便利的通訊連接、藝術(shù)級的輸入輸出功能。 可靠性。 產(chǎn)品通過了 TUV 認證，能夠應用于 SIL 2 要求的項目中。對于內(nèi)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(nèi)存子模塊來將其內(nèi)存擴展到 512KB， 1MB。 Logix 5550 處理器模塊可以插在 Controllogix I/O 框架中的任何一個槽內(nèi)，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(xiàn)相互通信（就像處理器通過網(wǎng)絡(luò)通信一樣），但另一方面他們的運行優(yōu)勢相互獨立的。 ControlLogix 處理器還可以通過RS232， DeviceNet， DH+和 Ether 網(wǎng)絡(luò)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。 Logix 5550 處理器型號以及性能參數(shù)如下表格。 ControlLogix I/O 模塊 ControlLogix 架構(gòu)提供了種類豐富的輸入輸出模塊，以適應從高速離散控制到過程控 制的多種應用場合。 I/O模塊產(chǎn)品系列劃分有 1771， 1746， 1756， 1762， 1769， 1791， 1794 等系列，而 1756 系列為 Logix5550 處理器的 I/O 模塊，結(jié)合本次設(shè)計 I/O 點數(shù)，我們選擇如下模塊。 （ 2）具有帶電插撥功能； 每點最大輸出電流 額定值： 2A/30 度， 1A/60度（線性遞減）；每個模塊最大負載電流額定值： 8A/30 度， 4A/60 度（線性遞減）。 2. 模擬量輸入模塊： 1756IF61； （ 1）輸入路數(shù)： 6 路隔離； 電壓范圍： ， ， 177。 PowerFlex 40 變頻器 羅克韋爾 PowerFlex 系列變頻器可以滿足各種各樣的應用需要，提供廣泛的控制模式，幾乎能瞞住任何電動機的控制需要。該系列還具有多種硬件，軟件，安全和包裝選擇，幫助滿足用戶的安全要求，編程以及配置的方便。 PowerFlex 40 系列的變頻器是 PowerFlex 系列中尺寸最 小，并且效率最高的成員。主要的應用與特點包括： （ 1）作為機械工具，風機，水泵，傳送機和物料處理系統(tǒng)中速度控制裝置的經(jīng)濟替代品。 （ 3）安裝簡單， DIN 導軌安裝或平板安裝。 （ 5）內(nèi)置 RS485 接口，可選的內(nèi)置通信模塊，多種的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 1. EtherNet/IP 通訊接口模塊 1756ENBT EtherNet/IP 通訊模塊通過 EtherNet/IP 網(wǎng)絡(luò)來控制 I/O。 采用普通商用 EtherNet 通信產(chǎn)品和物理介質(zhì)， PC 機上不需專用的EtherNet 卡；通訊速率： 10/100Mbps 自適應；支持標準 TCP/IP 協(xié)議；支持的以太網(wǎng)介質(zhì)有 10Base 10Base 10BaseT 和光纖；采用 CSMA/CD訪問控制方式；支持子網(wǎng)分割功能；同時支持上位機訪問、控制器通訊和PLC 的配置、調(diào)試和程序的上載 /下載；提供 RJ45 端口；可以通過編程軟件來對該模塊進行配置；支持 I/O 控制信息；每個模塊最多允許： 64 個TCP/IP 連接 ；具有帶電插撥功能；具有 CSA、 UL、 CE 認證； 2. DeviceNet 掃描器接口模塊 1756DNB DeviceNet 掃描器接口模塊是 DeviceNet 設(shè)備與 ControlLogix 機架之間的接口。 通訊速 率： 125Kbps 、 250Kbps 或500Kbps；最大節(jié)點數(shù)： 64；具有帶電插撥功能；具有 CSA、 UL、 CE 認證。 系統(tǒng)整體的線路設(shè)計 首先是我們需要用三相電源為系統(tǒng)提供電能，由電源插頭引入同時通過過流保護裝置，用以確保安 全，只有在出現(xiàn)故障時，才有可能發(fā)生過流現(xiàn)象，此時才需要進行斷電以確保安全。比如 PLC就是采用的 220V 在交流電下工作，因此按照上述方式就可以直接接入任意一相與中性線之間構(gòu)成 220V 交流電壓。 由于系統(tǒng)內(nèi)部各種傳感器等設(shè)備需要在直流電壓才能正常工作，因此控制系統(tǒng)還需要一個整流裝置將交流輸入側(cè)連入的 220V 交流電壓進行整流穩(wěn)壓，整流穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的直流電壓，直 流輸出側(cè)為各個直流設(shè)備提供直流電壓用以保證各個設(shè)備穩(wěn)定，有效，安全的工作。于此同時直接將由電網(wǎng)引入的三相交流電通過另一接觸器的常開觸點連入三相異步電機的定子側(cè)，此時電機工作在工頻 50Hz 三相交流電下用來在調(diào)試系統(tǒng)時或他情況下使用。 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 根據(jù)以上所述我們設(shè)計總體電器 線路如圖 所示。 表 供電線路接線表 腳號 信號代號 信號名稱 所連設(shè)備 備注 A B C N ACP3 三相電源 電源插頭經(jīng)開關(guān) QS1 到過流保護裝置 三相供電設(shè)備 A1 B1 C1 N1 ACP3 三相電源 過流保護裝置 保護設(shè)備 PE GND 接地線 電機外殼傳感器接地線 接地保護 A2 B2 C2 ACP3 三相電源 變頻器輸入經(jīng)開關(guān) QS2到電機定子回路 三相供電設(shè)備 C3 N1 ACP2 單相電源 直流電源輸入 單相供電設(shè)備 B3 N1 ACP2 單相電源 接觸器線圈 單相供電設(shè)備 U1 V1 W1 VACP3 變頻器輸出 經(jīng)開關(guān) QS3 到電機定子回路 三相供電設(shè)備 J1 J0 DC20 24V直流電源 傳感器 直流供電設(shè)備 Q1 C1 KM1控制信號 功率三極管基極 開關(guān)控制設(shè)備 Q2 C2 KM2控制信號 功率 三極管基極 開關(guān)控制設(shè)備 系統(tǒng)線路模塊設(shè)計 由前面的介紹，我們 選擇羅克韋爾公司 Logix5000 系列 的 PLC，使用RS Logix5000 軟件進行梯形圖程序設(shè)計時候 可以根據(jù)實際情況建立標簽，洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 避免了對 PLC 直接按照地址尋址而造成的麻煩和錯誤。因此我們需要選擇一個模擬量輸入 1756IF6I 模塊，一個數(shù)字量輸出 1756OB16D 模塊就可以滿足設(shè)計要求，此外，由于 PLC 還要通過以太網(wǎng)同上位機通信，通過DeviceNet 控制變頻器因此還需要兩個通信模塊 1756ENET， 1756DNB/A，另外還要選擇電源模塊和 1756L1M2CPU 模塊，選擇 6 槽機架底座，此外我們還需要選用一臺 PC 機作為上位機用來完成對系統(tǒng)的監(jiān)控操作的功能。 表 硬件設(shè)備清單 設(shè)備名稱 型號 額定電壓 額定電流 額定功率 數(shù)量 水位傳感器 SNYB730 24V/DC 1 流量傳感器 SNRISENWL/WS 24V/DC 3 給水電機 Y 系列 380V/AC 61A 95KW 1 變頻器 PowerFlex 380V/AC 149KW 1 接觸器 LC1CJX2 380V/AC 2 熔斷器 RO15RT14 1 功率三極管 松騰系列 1 PLC CPU 模塊 Logix 5500 220V/AC 1 模擬量輸入 1756— IF61 1 數(shù)字量輸出 1756— OB16D 1 以太網(wǎng) 1756— ENBT 1 設(shè)備網(wǎng) 1756— DNB/A 1 PC 機 220V/AC 1 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 據(jù)以上硬件選型我們可以繪制系統(tǒng)的硬件配置圖如圖 所示 。 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 控制線路設(shè)計 在控制系統(tǒng)中蒸汽流量傳感器， 水位傳感器，給水流量傳感器都要 24V直流電壓供電才能正常工作，因此三者的電源端都要連接到直流電源 24V直流電壓輸出側(cè)，在用來給各個傳感器供電，以保證他們的正常工作。 液位傳感器電源輸入J 0蒸汽流量傳感器電源輸入信號輸出送水流量傳感器電源輸入J 0 / W F 0信號輸出J 1J 1J 0 / S F 0J 1 C P U 電 源1 7 5 6 L 1 M 21 7 5 6 E n n e t1 7 5 6 I F 6 I1 7 5 6 O B 1 6 DS F 1L1L 0 W F 1 P EP EP EP EA 1 N 1 S F 1 W F 1L 1S F 0W F 0 Q 2 Q 1L0 信 號 輸 出 2 5 0 Ω 250Ω 250Ω1 7 5 6 D N B / A圖 控制線路連線圖 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 根據(jù)上述設(shè)計可以得到傳感器線路接線表如表