基于ControlNet現(xiàn)場(chǎng)總線的PLC環(huán)道控制和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

總體系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖如圖1所示：

其中：

1)PLC采用美國(guó)ROCKWELL公司先進(jìn)的ControlLogix系列產(chǎn)品，可靠性高，具有雙機(jī)熱備功能，性能穩(wěn)定；同時(shí)采用了高速傳送、實(shí)時(shí)I/O的控制網(wǎng)絡(luò)（ControlNet）通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了過(guò)程數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)傳輸和過(guò)程控制，增強(qiáng)下位機(jī)的擴(kuò)展性和數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性。通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程儀表（設(shè)備）、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集、

處理與控制，實(shí)現(xiàn)總體設(shè)計(jì)功能和系統(tǒng)熱備功能。

2)下位機(jī)擴(kuò)展采用采用美國(guó)ROCKWELL公司的模擬輸入、輸出模塊、數(shù)字輸入、輸出模塊以及專用的Pt電阻（測(cè)溫RTD）輸入模塊，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表、傳感器、Pt電阻（測(cè)溫）及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與控制。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的功能模塊如表1所示。

ControlNet是一種新的面向控制層的實(shí)時(shí)性現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，在同一物理介質(zhì)鏈路上提供對(duì)時(shí)間有苛求的控制信息和I/O數(shù)據(jù)以及無(wú)時(shí)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)的報(bào)文傳送等通訊支持，以其高速（5Mb/s）的通信速度、先進(jìn)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(diǎn)，提供了滿足以上需要的解決方案。對(duì)于有多個(gè)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(chǎng)合，ControlNet也非常適用。ControlNet允許多個(gè)各自擁有獨(dú)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。

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(guò)掃描器連接下層的DeviceNet[3]設(shè)備網(wǎng)和FF現(xiàn)場(chǎng)總線等產(chǎn)品；同時(shí)通過(guò)通信接口模塊連通上層的以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成，共享信息資源。

4PLC下位機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

PLC[4]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(guò)ROCKWELLControlNet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(gè)軟件進(jìn)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。

4.1基于RSLogix5000的環(huán)道控制設(shè)計(jì)

通過(guò)本系統(tǒng)的獨(dú)立控制部分，管理者可輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)于任何流程的控制，通過(guò)對(duì)每一個(gè)閥門(mén)的控制，即可實(shí)現(xiàn)任意的控制流程，如進(jìn)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(guò)PLC程序?qū)崿F(xiàn)，編程軟件為ROCKWELL的RSLogix5000企業(yè)版。其中，主程序流程如圖3所示：

報(bào)警、顯示子程序流程如圖4所示。

調(diào)節(jié)閥控制子程序流程如圖5所示。

環(huán)道控制系統(tǒng)下位軟件方案二目的在于單獨(dú)控制每一個(gè)閥門(mén)，實(shí)現(xiàn)靈活控制。在RSLogix5000編程環(huán)境中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的硬件基礎(chǔ)編寫(xiě)完成下位PLC獨(dú)立控制部分的程序，其中有一個(gè)主程序和28個(gè)子程序，分別用來(lái)調(diào)用或控制相應(yīng)的功能模塊。程序主要控制的閥門(mén)有V101、V103、V104、V201、V301、V302、V403、V404、V405、V407、V408、V501、V503、V511、V513、V601、V602、V611、V612、V621、V622、V623、V624。其中V101、V302、V405三個(gè)閥門(mén)是可調(diào)節(jié)閥門(mén)，配合變頻器工作，分別控制著液位、溫度和流量三個(gè)參數(shù)，它們的編程主要考慮應(yīng)用PID運(yùn)算進(jìn)行控制，從而獲得更好的控制效果。其中，V101的處理方法與開(kāi)關(guān)閥相同，原因是便于在以后控制進(jìn)油的速度，為以后的使用提供了保障。

4.2基于PLC的虛擬儀器測(cè)控系統(tǒng)

在過(guò)程控制中，由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)非常分散，I/O點(diǎn)數(shù)眾多，各種儀表的工作環(huán)境非常惡劣，采用數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)來(lái)完成現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集和控制顯然不可取?？紤]到過(guò)程控制中的過(guò)程參數(shù)變化不是很快，而PLC恰恰可以克服數(shù)據(jù)采集卡在過(guò)程控制中的不足，并且具有較高的性價(jià)比，因而采取以PLC為下位機(jī)，以裝有LabVIEW軟件[5]的工控機(jī)為上位機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。通過(guò)RS-232和RS-485串口與PLC通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的監(jiān)控與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的分析。

下位機(jī)CPU上的通信口是與RS-485兼容的9針D型連接器。PLC還提供了實(shí)現(xiàn)RS-485與PC機(jī)上RS-232相連接的PC/PPI電纜，可以方便地實(shí)現(xiàn)S7系列PLC與PC之間的硬件連接。系統(tǒng)中如果應(yīng)用多個(gè)PLC模塊或其他具有RS485串行通信能力的設(shè)備，亦可方便地聯(lián)網(wǎng)或構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)。