環(huán)道控制系統(tǒng)下位軟件設(shè)計

1、I / 52 文檔可自由編輯打印摘 要論文的研究工作是以某石油環(huán)道控制系統(tǒng)設(shè)計為背景展開的，并且詳細介紹了通過PLC 控制下位系統(tǒng)工作的情況，以自由組態(tài)的形式對系統(tǒng)進行控制，使得程序具有更靈活的控制途徑和更完備的控制方法。本文在深入分析 ControlNet 總線技術(shù)的基礎(chǔ)上，重點解析了 ControlNet 在各總線中的優(yōu)勢，同時闡述了其在環(huán)道控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并且以 Rockwell 出品的 RSLogix5000為基礎(chǔ)，編寫了自由組態(tài)的獨立控制部分軟件。論文的主要論述了各類控制閥門的自由控制，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。本文對系統(tǒng)的硬件、選型、軟件中流

2、程控制的實現(xiàn)均有較為詳細的闡述，對使用的編程軟件也有描述，對于本系統(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。關(guān)鍵詞 ControlNet 現(xiàn)場總線 RSLogix5000 獨立控制 自由組態(tài)II / 52 文檔可自由編輯打印AbstractAmong the research work on a oil-transport-system. Central Control System is designed to start the background and details of the PLC passed under the control of operat

3、ion of the system, a free configuration of the system in the form of control, making the process of a more flexible way to control And better control methods. In this paper, in-depth analysis of ControlNet bus technology on the basis of analytical focus of the ControlNet in all of the advantages of

4、bus, on its part, the control system of application, and to Rockwells RSLogix5000-based products, prepared by the Liberal Group State of independent control of the software. Among the main control valve on a variety of free control, particularly the use of cyclical PID control a large number of ways

5、 to solve the delay problem of computing. In this paper, the system hardware, selection, process control software in the realization are described in detail, the use of the software programming have described, the system under the control of features have also concluded that more detailed descriptio

6、n of the entire system The related issues. Key words ControlNet Fieldbus RSLogix5000 Software Independent Control Free ConfigurationIII / 52 文檔可自由編輯打印目 錄第 1 章 緒論 .11.1 課題背景及國內(nèi)外研究概況.11.2 現(xiàn)場總線和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò).11.3 課題的建立以及本文完成的主要工作.3第 2 章 ControlNet 總線技術(shù) .42.1 現(xiàn)場總線的發(fā)展.42.2 ControlNet 現(xiàn)場總線技術(shù)特點及其網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) .52.2.1 基于

7、生產(chǎn)者/消費者的通訊模式 .52.2.2 ControlNet 現(xiàn)場總線的仲裁方式 .62.2.3 ControlNet 現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) .92.3 小結(jié).10第 3 章 系統(tǒng)硬件概況 .113.1 系統(tǒng)概況.113.2 功能模塊.123.2.1 CPU 模塊 .123.2.2 SRM 熱備模塊 .133.2.3 電源模塊 .133.2.4 C-NET 模塊 .133.2.5 模擬輸入模塊 .133.2.6 模擬輸出模塊 .143.2.7 RTD 模塊 .143.2.8 開關(guān)量輸入模塊 .143.2.9 開關(guān)量輸出模塊 .143.3 冗余的實現(xiàn).143.4 小結(jié).15第 4 章 下位系

8、統(tǒng)軟件概況 .164.1 下位軟件概況.16IV / 52 文檔可自由編輯打印4.2 RSLogix5000 軟件簡介 .164.2.1 軟件概況 .164.2.2 程序界面 .174.3 程序標簽設(shè)定.184.4 程序流程.184.5 程序簡介.244.6 小結(jié).24第 5 章 課題特點 .255.1 ControlNet 現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用 .255.2 雙機熱備冗余結(jié)構(gòu).255.3 PID 周期運算 .25第 6 章 結(jié)論 .26致謝 .27參考文獻 .28附錄 .291 / 52 文檔可自由編輯打印環(huán)道控制系統(tǒng)下位軟件設(shè)計第 1 章 緒論1.1 課題背景及國內(nèi)外研究概況一直以來，世界各國

9、對能源的需求量還在不斷地擴大，能源作為一個國家發(fā)展的基本保障越來越受到重視。與此同時，因為能源特別是石油而引發(fā)的沖突接連不斷。為了保證能源的供應(yīng)，我國一直在積極尋找國內(nèi)油田，而且在國際上也積極尋找供應(yīng)，因此目前我國的石油供應(yīng)呈現(xiàn)多樣化趨勢。石油的運輸主要通過輸油管道進行，而輸油本身就是一項耗能巨大的工業(yè)過程。如何在油品多樣化的現(xiàn)狀下尋找出不同油品運輸?shù)淖畹统杀痉桨?，這成為一項重要的研究課題。建設(shè)大口徑、多功能、自動化水平高的石油試驗環(huán)道，可以得到不同環(huán)境下石油儲運的各種數(shù)據(jù)，為各儲運站提供可靠、準確的試驗數(shù)據(jù)，使石油儲運最大化、科學化，減少儲運過程中的維護工作。但是，我國目前還沒有這樣一個完善

10、的、能夠?qū)Σ煌推愤\輸工況進行試驗的場所，為此建立一個大型的、國際一流的輸油管道試驗基地顯得十分必要。本課題就是抓住了這一契機，采用先進的計算機控制系統(tǒng)組成上位機、PLC 控制系統(tǒng)作為下位機，系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)控制功能和遠程控制接口，同時為了確保系統(tǒng)的安全可靠性，上、下位機均擬采用硬件冗余的方案，完成輸油管道試驗系統(tǒng)的控制與數(shù)據(jù)采集。通過本課題的研究提出適合一般工業(yè)領(lǐng)域基于現(xiàn)場總線技術(shù)的過程控制系統(tǒng)方案并推廣。為了更好的滿足試驗需求，工藝流程控制過程能夠?qū)崿F(xiàn)停輸再啟動試驗，在此基礎(chǔ)上，盡可能增加流程切換的靈活性，可在多種工況下進行各項試驗，于是產(chǎn)生了本部分的各控制閥等的獨立控制。試驗環(huán)道的數(shù)據(jù)全部實

11、現(xiàn)自動化采集，檢測設(shè)備采用高精度儀表。為適應(yīng)環(huán)道將來進行其他油品測試的需要，預留原油卸車接口。1.2 現(xiàn)場總線和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)信息化和自動化領(lǐng)域內(nèi)，計算機技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的結(jié)合孕育了現(xiàn)場總線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。作為近年來在國際上迅速發(fā)展起來的、備受關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)控制新技術(shù)，現(xiàn)場總線是一種應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機化測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)。被稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。隨著微處理器與計算機功能的不斷增強和價格的急劇降低，計算機與計算機網(wǎng)絡(luò)控制得到迅速發(fā)展。工廠底層控制除需完成現(xiàn)場自動化設(shè)備之間的多點數(shù)字通信外，還必須實現(xiàn)2 / 52 文檔可自由

12、編輯打印底層現(xiàn)場設(shè)備與外界的信息交換?，F(xiàn)場總線就是在這種實際需求的驅(qū)動下應(yīng)運而生的。現(xiàn)場總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使它們各自都具有了數(shù)字計算和數(shù)字通信能力。在此基礎(chǔ)上，即可采用簡單連接的雙絞線、同軸電纜等作為總線，把多個測量控制儀表連接成為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按照公開規(guī)范的通信協(xié)議，使位于現(xiàn)場的多個微機化測量控制設(shè)備以及現(xiàn)場儀表與遠程監(jiān)控計算機之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，從而實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)集成。自動化技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有機結(jié)合形成了網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。控制網(wǎng)絡(luò)一般指以控制對象為特征的計算機網(wǎng)絡(luò)，簡稱為計算機亞網(wǎng)絡(luò) Infranet（Infrastructure Networ

13、k） ，它主要面向某個企業(yè)或某個系統(tǒng)的底層，與一般的計算機網(wǎng)絡(luò)既有很多共同點，又有不同和獨特之處，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1控制網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸和系統(tǒng)響應(yīng)的實時性是對控制網(wǎng)絡(luò)的基本要求；2控制網(wǎng)絡(luò)強調(diào)在惡劣環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院涂煽啃裕?對信道容量要求不是太高；4通信方式多采用廣播或組播方式；5控制網(wǎng)絡(luò)必須解決多家公司產(chǎn)品和系統(tǒng)在同一網(wǎng)絡(luò)中兼容即互操作問題。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)用等各方面都取得了很大發(fā)展；2在 OSI 體系結(jié)構(gòu)、控制

14、網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)技術(shù)、實時網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、可靠性技術(shù)等方面都進行了深入研究，特別是以太控制網(wǎng)絡(luò)的研究，推動了生產(chǎn)過程向更高層次的自動化水平發(fā)展，實現(xiàn)了優(yōu)化控制，協(xié)調(diào)控制與遠程監(jiān)控；3控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成已成為網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)發(fā)展的一個熱點，各種控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成技術(shù)研究日趨激烈，網(wǎng)絡(luò)集成的產(chǎn)品化程度不斷提高，統(tǒng)一的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)想將為企業(yè)計算機綜合自動化打下堅實的基礎(chǔ)；4在信息技術(shù)大潮的推動下，各種新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。嵌入式技術(shù)推動了嵌入式控制器的發(fā)展，嵌入式控制器不但能即插即用，而且能與已有的控制網(wǎng)絡(luò)一同協(xié)調(diào)工作。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

15、 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。3 / 52 文檔可自由編輯打印1.3 課題的建立以

16、及本文完成的主要工作本文主要包括以下內(nèi)容：1以現(xiàn)場設(shè)備為核心，建立下位 PLC 控制系統(tǒng)，編制各控制閥門獨立控制程序，為操作管理人員提供靈活、準確的控制信息。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。4 / 52 文檔可自由編輯打印第 2 章 ControlNet 總線技術(shù)2.1 現(xiàn)場總線的發(fā)展隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益推廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域，控制規(guī)模的擴大，控制信息、管理信息的增加以及控制系統(tǒng)的柔性、設(shè)備間互操作性的要求，八十年代中后期出現(xiàn)

17、了現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。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。根據(jù)電工委員會（ICE）和美國儀表協(xié)會（ISA）定義，現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，支持雙向、多分支、總線式、全數(shù)字通信。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?，F(xiàn)場總線的特點使其在自動化控制領(lǐng)域顯示諸多優(yōu)勢：1構(gòu)筑系統(tǒng)成本低，系統(tǒng)硬件減少，節(jié)省工程費用；2互操作性好。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

18、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?，F(xiàn)場總線其有診斷數(shù)據(jù)、操作統(tǒng)計和自動故障通知，使人更有效地分析、診斷系統(tǒng)；5具有可靠的診斷和預估，從而減少了維護費用；6系統(tǒng)擴充和修改容易，不必或很少增加新的硬件；7故障定位準確，安全性進一步提高?，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。1994 年，現(xiàn)場總線基金會 FF（FILED BUS FOUNDATION）集中了世界著名儀表、DCS 和自動化設(shè)備制造商、科研機構(gòu)和用戶，成為唯一世界公

19、認不隸屬于某個企業(yè)的國際化標準組織，推動了現(xiàn)場總線標準的制定和產(chǎn)品開發(fā)，其制定的現(xiàn)場總線物理層低速總線 H1、高速總線H2）標準已獲得 IEC 批準。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。但發(fā)展共同遵從的統(tǒng)一的標準規(guī)范，真正形5 / 52 文檔可自由編輯打印成開放互聯(lián)系統(tǒng)

20、，是大勢所趨。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)。在信息層和設(shè)備層常常需要傳遞大量的 I/O 和對等通訊信息，需要具有確定性和可重復性的，緊密聯(lián)系控制器和 I/O 設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)。控制網(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。本系統(tǒng)中的設(shè)計與實現(xiàn)主要采用了ControlNet 現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。2.2 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、

21、高速確定性網(wǎng)絡(luò)。它允許傳送無時間苛求的報文數(shù)據(jù)，但不會對有時間要求數(shù)據(jù)傳送造成沖擊。它為對等通信提供實時控制和報文傳送服務(wù)。作為 PLC 與 I/O 設(shè)備之間的一條高速通信鏈路，它綜合了遠程 I/O 和 DH+鏈路的功能。美國 A-B 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。它最重要的功能就是傳輸從一個NODE（站點）到另一個 NODE（站點）的實時控制信息。在 PLC 編程軟件中為本地框架來組態(tài) ControlNet 網(wǎng)通訊，模塊 1756-CNB 負責處

22、理控制器主框架與本地框架和遠程框架之間的通訊。通訊模塊組態(tài)完成之后必須運行 ControlNet 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件RsNetWorx。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Ｍㄓ嶒?qū)動程序使得控制器可以通過網(wǎng)絡(luò)進行通訊。在 RSLinx軟件中組態(tài)適當?shù)耐ㄓ嶒?qū)動程序，選擇 AB-PCIC driver，設(shè)置 NODE 站點。傳統(tǒng)的工廠級控制體系結(jié)構(gòu)有五層即工廠層、車間層、單元層、工作站層、設(shè)備層組成。而 Rockwell 自動化系統(tǒng)簡化為三層結(jié)構(gòu)模式：信息層（Ethernet 以太網(wǎng)） ，控制層（ControlNet 控制網(wǎng)） ，設(shè)備層（DeviceNet

23、 設(shè)備網(wǎng)） 。ControlNet 層常傳輸大量的 I/O 和對等通訊信息，具有確定性、可重復性以及緊密聯(lián)系控制器和 I/O 設(shè)備的特點。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。生產(chǎn)者/客戶模式使用時間片算法保證各節(jié)點實現(xiàn)同步，從而提高了帶寬利用率；同時，ControlNet 使用同軸電纜可達6000m 長，節(jié)點數(shù) 99

24、 個，兩個節(jié)點間距離最長達 1000m。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。ControlNet 應(yīng)用于過程控制、自動化制造等領(lǐng)域。6 / 52 文檔可自由編輯打印2.2.1 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。源/目的地網(wǎng)絡(luò)模型采用應(yīng)/答式通訊，如果網(wǎng)絡(luò)要向多個設(shè)備傳送數(shù)據(jù)，則需要對這些設(shè)備分別進行“呼” “應(yīng)

25、”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(shè)備的時間還是不同的，這樣，不僅增大了網(wǎng)絡(luò)的通信量，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)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(luò)。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。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(luò)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(luò)發(fā)送的次數(shù)和網(wǎng)絡(luò)上的交通量，提高了網(wǎng)絡(luò)效率和網(wǎng)絡(luò)性

26、能；同時允許網(wǎng)絡(luò)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。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。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。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。此時采用該模式既可以支持系統(tǒng)的主從、多主或?qū)Φ韧ㄐ沤Y(jié)構(gòu)，也可以支持其任意組合的混合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，還可在同一鏈路上傳送任意信

27、息類型相混合的數(shù)據(jù)。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。可以說，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(luò)中性能較為可靠的網(wǎng)絡(luò)。2.2.2 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。表 2-1 給出了Con

28、trolNet 現(xiàn)場總線技術(shù)和其他總線技術(shù)的主要性能比較。7 / 52 文檔可自由編輯打印表 2-1 幾種現(xiàn)場總線技術(shù)的性能比較性能指標ControlNetDeviceNetProfibusAS-IFF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AS-i 國際FF 基金會投入日期1997 年1994 年DP:1994,PA:19951993 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/s9.6kb/s12Mb/s,3

29、1.25kb/s167 kb/s31.25 kb/s,1 Mb/s,2.5 Mb/s最多節(jié)點996412731 個從站 每段 240 個最多 65000 個最大無中繼距離同軸：5km光纖：30km500m電纜：2.4km光纖：23.8km100m31.25kb:1900m2.5M:500m總線冗余可不能可不能可有關(guān)標準IEC61158 子集 2、歐洲標準EN50254歐洲標準EN50252IEC61158 子集 3、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16.6 信息對象/設(shè)備仲裁 時間片多路 音

30、頻載波多路令牌傳送主/從，周 調(diào)度/周期，非調(diào)度/非周8 / 52 文檔可自由編輯打印方法存取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)。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

31、，這一般不具有工業(yè)控制所要求的可靠性、確定性。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） 。網(wǎng)絡(luò)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)。但是，網(wǎng)絡(luò)上并沒有真正的令牌在傳輸。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(jié)束之后，每個節(jié)點設(shè)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。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

32、可以立刻發(fā)送數(shù)據(jù)。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。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） 。ControlNet 中傳遞隱性令牌的邏輯是通過特別設(shè)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。根據(jù)實時數(shù)據(jù)的特性，一些帶寬預先保留和預定用來支持實時數(shù)據(jù)的傳送，余下的帶寬則用于非實時和未預定數(shù)據(jù)的傳送。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(zhì)鏈路上傳送其它無時間苛求的信息。在每一個網(wǎng)絡(luò)刷新時間（Networ

33、k 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。ControlNet的技術(shù)規(guī)范規(guī)定可組態(tài)的 NUT 時間為 0.5ms100ms（目前市場上可提供的有關(guān)產(chǎn)品的最小可組態(tài)的 NUT 為 2ms） 。網(wǎng)絡(luò)刷新時間（NUT）分為三個部分：預定信息傳送時間、非預定信息傳送時間和維護時間，詳細內(nèi)容如表 2-2 所示。表 2-2 網(wǎng)絡(luò)刷新時間網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)上）的有時間苛求的信息。9 / 52 文檔可自由編輯打印非預定信息傳送時間傳送非預定節(jié)點（按順序進行循環(huán)傳送，一直到分配給非預定傳送的時間用完為

34、止）沒有時間苛求的信息?？刂凭W(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。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。NUT（網(wǎng)絡(luò)刷新時間）是由用戶自己選擇的，它將不停地掃描網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備節(jié)點，并根據(jù)節(jié)點上設(shè)備類型的不同，按照 ControlNet 的時間片算法在 NUT 內(nèi)為它們分配時間段。由此可知，ControlNet 網(wǎng)絡(luò)具有預見數(shù)據(jù)何時能夠可靠傳輸?shù)侥繕说哪芰Γ⑶覕?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。2.2.3 ControlNet 現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，不僅要求現(xiàn)場設(shè)備完

35、成本地的控制、監(jiān)視、診斷等任務(wù)，還要能通過網(wǎng)絡(luò)與其他控制設(shè)備及 PLC 進行對等通信。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)有確定性和可重復性。ControlNet 是高度確定性、可重復的網(wǎng)絡(luò)。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。因此，ControlNet非常適用于一些控制關(guān)系關(guān)聯(lián)復雜，要求控制信息同步、協(xié)調(diào)實時控制、數(shù)據(jù)傳輸速度較高的應(yīng)用場合。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。對于有多個基

36、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。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。在羅克韋爾推出的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺方案“NetLinx”體系中，ControlNet 處于核心地位，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。10 / 52 文檔可自由編輯打印圖 2-1 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

37、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。組態(tài)軟件是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)普遍應(yīng)用的人機接口（HMI）監(jiān)控軟件，是控制網(wǎng)絡(luò)底層總線與現(xiàn)場設(shè)備直接進行數(shù)據(jù)交換的軟件接口和控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)集成的橋梁。RSView32、RSView 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)。它全面支持 ActiveX 技術(shù)，同時支持 OPC 的服務(wù)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(wù)。同時 Windows 為 RSView 和基于 Windows

38、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。綜上所述，ControlNet 控制網(wǎng)是一種高速確定性網(wǎng)絡(luò)，用于對時間有較高要求的應(yīng)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(wù)。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。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)。控制網(wǎng)結(jié)合了輸入/輸

39、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。2.3 小結(jié)本章對現(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、仲裁方式以及其網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，并與其它常見11 / 52 文檔可自由編輯打印總線技術(shù)進行了對比。12 / 52 文檔可自由編輯打印第 3 章 系統(tǒng)硬件概況3.1 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。系統(tǒng)中所要控制的執(zhí)行機構(gòu)包含：

40、電動球閥 16 個、電動閘閥 7 個、變頻器 1臺、攪拌器 1 臺。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?？傮w設(shè)計方案見如圖 3-1 所示。圖 3-1 系統(tǒng)設(shè)計方案圖其中：1PLC 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。通過軟件編程實現(xiàn)對遠程儀表（設(shè)備） 、傳感器及執(zhí)行機構(gòu)的數(shù)據(jù)采集、處理與控制

41、，實現(xiàn)總體設(shè)計功能和系統(tǒng)熱備功能。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、13 / 52 文檔可自由編輯打印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。3.2 功能模塊程序選擇的模塊如表 3-1 所示。表 3-1 PLC 配置清單表序號部件名稱型號數(shù)量（套）1CPU 處理器1756-L55M2422熱備通訊模塊1757-SRM23電源1756-PA75444 槽熱備框架1756-A425CNET 通訊模塊1756-CNBR4617 槽框架1756-A1727空槽蓋板1756

42、-N29816 路模擬量輸入模塊,36 針1756-IF164916 路開關(guān)量輸入模塊,20 針1756-IB1691016 路繼電器輸出模塊,36 針1756-OW16I5116 路熱電阻輸入模塊,20 針1756-IR6I6128 路模擬量輸出模塊,20 針1756-OF813.2.1 CPU 模塊ControlLogix 控制器可提供系統(tǒng)規(guī)模可變化的控制器解決方案，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） 。ControlLogix 控制器能夠通過 ControlLogix I/O 框架的任一槽內(nèi)，而且多個控制器可安裝在

43、同一框架內(nèi)，它們之間通過背板進行通訊，而運行是相互獨立的。本方案中的 CPU 模塊采用 ROCKWELL 的 1756-L55M24（內(nèi)存數(shù)據(jù)和邏輯3.5M，I/O 為 208K 字節(jié)，有非易失內(nèi)存；最大功率損耗 5.7W，最大熱耗散19.4BTU/hr，5V 時的背板電流 1.25A） ，共兩塊，分別插入兩個 A4 框架的第 0 槽，不需接線。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(nèi)數(shù)據(jù)需要緩存，所以控制器內(nèi)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(luò)上。14 / 52 文檔可自由編輯打印3.2.2

44、 SRM 熱備模塊SRM 熱備模塊采用 ROCKWELL 的 1757-SRM/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 2、3 槽，SRM 熱備模塊間采用專用光纖相互連接。1757-SRM 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。每個框架需要一個 1757-SRM 模塊。該模塊支持最多每個框架內(nèi)有五個 1756-CNB 模塊。3.2.3 電源模塊1756 機架上的 ControlLogix 電源模塊直接給機架背板提供 1.2V，3.3V，5V 和 24V直流電源。可使用非冗余（1756-PA72，-PB72，-PA75，-PB75）和冗余（1

45、756-PA75R，-PB75R）電源模塊，本方案中電源模塊采用 ROCKWELL 的 1756-PA75（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 47-63Hz，1.5A dc、4A3.3V dc、10A5V dc、2.8A24Vdc，共 75W） ，共四塊，分別外掛在四個框架上。該模塊需接三根線：L1接 220V 交流電源，L2N 接零線，剩余一根接地線。其功率如圖 3-2 所示。圖 3-2 電源模塊功率示意圖3.2.4 C-NET 模塊C-NET 模塊采用 ROCKWELL 的 1756-

46、CNBR 模塊，共四塊，分別插在兩個 A4 框架的第 1 槽、A7 框架的第 0 槽。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(luò)，四個 B 口連成另一個網(wǎng)絡(luò)，兩個網(wǎng)絡(luò)互為冗余。15 / 52 文檔可自由編輯打印3.2.5 模擬輸入模塊模擬輸入模塊采用 ROCKWELL 的 1756-IF16 模塊（輸入電壓00.125V、010.25V、10.2510.25V，輸入電源 420mA） ，共四塊，插在 1 站的A17 框架的第 1、2、3、4 槽中。3.2.6 模擬輸出模塊模擬輸入模塊采用 ROCKWELL 的

47、1756-OF8（模塊輸入電壓00.125V、010.25V、-10.2510.25V，輸入電源 420mA） ，共 1 塊，插在 1 站的A17 框架的第 11 槽中。3.2.7 RTD 模塊RTD 模塊采用 ROCKWELL 的 1756-IR6I 模塊，共 6 塊，插在 1 站的 A17 框架的第5、6、7、8、9、10 槽中。3.2.8 開關(guān)量輸入模塊開關(guān)量輸入模塊采用 ROCKWELL 的 1756-IB16 模塊（輸入點數(shù) 16，電壓類型12/24V 直流，工作電壓 1031.2V，輸入延遲 2ms，最小導通輸入電流 2.0mA，最大導通狀態(tài)電流 10V，最大狀態(tài) 1.5mA，負載

48、電流 100mA） ，共 9 塊，插在 2 站的 A17 框架的第 1、2、3、4、5、6、7、8、9 槽中。3.2.9 開關(guān)量輸出模塊開關(guān)量輸入模塊采用 ROCKWELL 的 1756-OW16I 模塊（最大輸出延遲時間 10ms，工作電壓 10265V 交流或 5150V 直流，輸出電流 0.25A2A） ，共 5 塊，插在 2 站的A17 框架的第 10、11、12、13、14 槽中。3.3 冗余的實現(xiàn)冗余電源的實現(xiàn)如圖 3-3 所示。16 / 52 文檔可自由編輯打印圖 3-3 冗余電源示意圖冗余控制器實現(xiàn)如圖 3-4 所示。圖 3-4 冗余控制器示意圖3.4 小結(jié)系統(tǒng)硬件是設(shè)計的基礎(chǔ)

49、，在設(shè)計軟件程序之前，要對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有個深入的了解，本章詳細介紹了整個系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和各模塊的選型，介紹了系統(tǒng)的概況，使讀者對總體的設(shè)計有個大致了解。17 / 52 文檔可自由編輯打印第 4 章 下位系統(tǒng)軟件概況4.1 下位軟件概況PLC 的控制包括 ControlNet 網(wǎng)絡(luò)的控制管理和流程控制兩部分。其中網(wǎng)絡(luò)控制管理通過 ROCKWELL ControlNet 網(wǎng)絡(luò)專用的 RSLinx 作為網(wǎng)絡(luò)配置軟件，RSNetWorx 作為網(wǎng)絡(luò)的管理軟件。使用這兩個軟件進行相關(guān)的配置和管理，就能正確的使用掛在ControlNet 網(wǎng)絡(luò)上的 PLC 單元。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

50、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。流程的控制通過 PLC 程序?qū)崿F(xiàn)，編程軟件為 ROCKWELL 的 RSLogix5000 企業(yè)版。4.2 RSLogix5000 軟件簡介4.2.1 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 編程軟件除了為順序控制提供梯形圖編程外，還可以為運動控制提供完整的編程及調(diào)試支持。RSLogix5000 可同時完成順序控制與運動控制。使用 RSLogix5000軟件可以完全實現(xiàn)

51、對模塊的設(shè)置和監(jiān)視通過 I/O 實現(xiàn) ControlLogix 背板連接，所有模塊相關(guān)數(shù)據(jù)都包含在一個處理器數(shù)據(jù)對象中，這便于配置，監(jiān)視和連接模塊參數(shù)。高度集成的 RSLogix5000 編程軟件基于 IEC1131-3 標準，Logix5550 控制器的指令集保持了已有的 Allen-Bradley 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。只需要安裝一個 RSLogix5000 編程軟件包即可完成可編程序控制器、伺服控制器和伺服驅(qū)動器的編程和設(shè)置，而不像有些系統(tǒng)那樣需要 2 個甚至是 3 個單獨的軟件包。ControlLogix 是一種框架式控制系統(tǒng)，它將順序控制、過程控

52、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。一個最簡單的 ControlLogix 系統(tǒng)由一個獨立的控制器和位于同一個框架上的 I/O 模塊組成。ControlLogix 控制器是 Logix5000 系列控制器的一種。典型的 ControlLogix 系統(tǒng)包括：1ControlLogix 控制器；2RSLogix5000 編程軟件；18 / 52 文檔可自由編輯打印3安裝在 1756 框架上的 1756 ControlLogix I/O 模塊；4不同的通訊模塊，用于連接 EtherNet/IP、ControlNet、DeviceNet、DH+以及通用遠程 I/O 網(wǎng)

53、絡(luò)；5通過第三方設(shè)備連接的其他網(wǎng)絡(luò)。例如：FF 基金會現(xiàn)場總線和 HART 總線；6每個 ControlLogix 控制器內(nèi)置的串口。4.2.2 程序界面系統(tǒng)歡迎界面及如圖 4-1 所示。圖 4-1 RSLogix5000 歡迎界面軟件界面如圖 4-2 所示。19 / 52 文檔可自由編輯打印圖 4-2 RSLogix5000（企業(yè)版）軟件界面4.3 程序標簽設(shè)定本設(shè)計使用了較多的標簽，命名皆以控制的對象或是作用為名，目的是增加程序的可讀性。詳細標簽內(nèi)容見附錄。4.4 程序流程根據(jù)課題要實現(xiàn)的功能及要求，PLC 軟件的獨立控制部分設(shè)計方案如圖 4-3 所示。圖 4-3 程序總流程圖20 / 5

54、2 文檔可自由編輯打印各個程序的流程圖如下：1主程序流程如圖 4-4 所示。圖 4-4 主程序流程圖2初始化子程序流程如圖 4-5 所示。21 / 52 文檔可自由編輯打印圖 4-5 初始化子程序流程圖3復位子程序流程如圖 4-6 所示。圖 4-6 復位子程序流程圖4報警、顯示子程序流程如圖 4-7 所示。22 / 52 文檔可自由編輯打印圖 4-7 報警、顯示子程序流程圖5開關(guān)閥控制子程序流程如圖 4-8 所示。23 / 52 文檔可自由編輯打印圖 4-8 開關(guān)閥子程序流程圖6調(diào)節(jié)閥控制子程序流程如圖 4-9 所示。圖 4-9 調(diào)節(jié)閥子程序流程圖7變頻器 PID 控制流程如圖 4-10 所示

55、。24 / 52 文檔可自由編輯打印圖 4-10 變頻器 PID 控制控制流程圖8PID 運算流程如圖 4-11 所示。圖 4-11 PID 運算流程圖25 / 52 文檔可自由編輯打印4.5 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。在RSLogix5000 編程環(huán)境中，根據(jù)現(xiàn)場的硬件基礎(chǔ)編寫完成下位 PLC 獨立控制部分的程序，其中有一個主程序和 28 個子程序，分別用來調(diào)用或控制相應(yīng)的功能模塊。程序主要控制的閥門有V101、V103、V104、V201、V301、V302、V403、V404、V405、V407、V408、V501、V503、V511、V

56、513、V601、V602、V611、V612、V621、V622、V623、V624。其中V101、V302、V405 三個閥門是可調(diào)節(jié)閥門，配合變頻器工作，分別控制著液位、溫度和流量三個參數(shù)，它們的編程主要考慮應(yīng)用 PID 運算進行控制，從而獲得更好的控制效果。其中，V101 的處理方法與開關(guān)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。程序設(shè)計示例如圖 4-12 所示。圖 4-12 程序樣圖4.6 小結(jié)獨立控制的程序部分設(shè)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。本章從軟件的概況、各控制程序的

57、流程等方面詳細做了介紹，在保證了功能實現(xiàn)的同時，盡量增26 / 52 文檔可自由編輯打印加程序的可讀性，方便在需要時進一步改進。27 / 52 文檔可自由編輯打印第 5 章 課題特點5.1 ControlNet 現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用在現(xiàn)場總線控制領(lǐng)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。結(jié)合成功例子，使得 ControlNet 應(yīng)用于環(huán)道控制系統(tǒng)有了強大的保障。伴隨更多人的關(guān)注，ControlNet 會有更大的發(fā)展。本系統(tǒng)采用的 Control

58、Net 總線結(jié)構(gòu)是現(xiàn)如今最有發(fā)展的總線之一，這就注定了在今后的使用當中，有這更多的拓展的空間和進行進一步提高性能的基礎(chǔ)。5.2 雙機熱備冗余結(jié)構(gòu)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(shè)備的老化而停止運轉(zhuǎn)給系統(tǒng)帶來的巨大損失。系統(tǒng)在始建之初就充分考慮到這一點，從 CPU 到電源，全部的設(shè)備都使用的熱備的冗余結(jié)構(gòu)，最大程度上保證了系統(tǒng)的安全性。5.3 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)。這對于確定性控制是致命的威脅。為此

59、，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(diào)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。這樣做的目的就是為了解決在工控中大量進行PID 運算帶來的高負荷。28 / 52 文檔可自由編輯打印第 6 章 結(jié)論現(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

60、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