基于ControlNet現(xiàn)場總線的PLC環(huán)道控制和監(jiān)控系統(tǒng)設計

總體系統(tǒng)硬件設計框圖如圖1所示：

其中：

1)PLC采用美國ROCKWELL公司先進的ControlLogix系列產品，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的控制網絡（ControlNet）通信技術，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。

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、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)行機構的數(shù)據(jù)進行采集與控制。

系統(tǒng)硬件設計的功能模塊如表1所示。

ControlNet是一種新的面向控制層的實時性現(xiàn)場總線網絡，在同一物理介質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，以其高速（5Mb/s）的通信速度、先進的網絡模型、高效率的網絡協(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。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。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。

ControlNet總線不僅可以與多種設備或子網直接相連，還能夠通過掃描器連接下層的DeviceNet[3]設備網和FF現(xiàn)場總線等產品；同時通過通信接口模塊連通上層的以太網，實現(xiàn)控制網絡與信息網絡的集成，共享信息資源。

4PLC下位機系統(tǒng)軟件設計

PLC[4]的控制包括ControlNet網絡的控制管理和流程控制兩部分。其中網絡控制管理通過ROCKWELLControlNet網絡專用的RSLinx作為網絡配置軟件，RSNetWorx作為網絡的管理軟件。使用這兩個軟件進行相關的配置和管理，就能正確的使用掛在ControlNet網絡上的PLC單元。

4.1基于RSLogix5000的環(huán)道控制設計

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，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程序實現(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：

報警、顯示子程序流程如圖4所示。

調節(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，分別用來調用或控制相應的功能模塊。程序主要控制的閥門有V101、V103、V104、V201、V301、V302、V403、V404、V405、V407、V408、V501、V503、V511、V513、V601、V602、V611、V612、V621、V622、V623、V624。其中V101、V302、V405三個閥門是可調節(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。

4.2基于PLC的虛擬儀器測控系統(tǒng)

在過程控制中，由于工業(yè)現(xiàn)場非常分散，I/O點數(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開發(fā)平臺來完成現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集和控制顯然不可取。考慮到過程控制中的過程參數(shù)變化不是很快，而PLC恰恰可以克服數(shù)據(jù)采集卡在過程控制中的不足，并且具有較高的性價比，因而采取以PLC為下位機，以裝有LabVIEW軟件[5]的工控機為上位機開發(fā)平臺。通過RS-232和RS-485串口與PLC通信，實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的監(jiān)控與現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析。

下位機CPU上的通信口是與RS-485兼容的9針D型連接器。PLC還提供了實現(xiàn)RS-485與PC機上RS-232相連接的PC/PPI電纜，可以方便地實現(xiàn)S7系列PLC與PC之間的硬件連接。系統(tǒng)中如果應用多個PLC模塊或其他具有RS485串行通信能力的設備，亦可方便地聯(lián)網或構成網絡測控系統(tǒng)。