ControlLogix控制系統(tǒng)在供水系統(tǒng)的應(yīng)用

摘 要：本文介紹了基于美國ALLEN—BRADLEY公司的ControlLogix結(jié)構(gòu)體系，集成EtherNet、DeviceNet 、Modbus網(wǎng)絡(luò)的集中監(jiān)視、分散控制的自動控制系統(tǒng)在供水行業(yè)的一個應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：ControlLogix系統(tǒng)、EtherNet網(wǎng)絡(luò)、DeviceNet 網(wǎng)絡(luò)、Modbus網(wǎng)絡(luò)

一. 系統(tǒng)概述

　　此系統(tǒng)是珠海廣昌泵站的自動化控制系統(tǒng)，廣昌泵站是為解決珠海市及澳門咸期供水而新建的一個泵站,其日供源水可達(dá)80萬立方米。整個泵站自動控制系統(tǒng)采用集中監(jiān)測,分散控制的方式。采用AB公司的ControlLogix控制系統(tǒng)，集成EtherNet、 DeviceNet 、Modbus三條網(wǎng)絡(luò)形成一個完善的控制系統(tǒng)，完成整個泵站的配電系統(tǒng)的控制及監(jiān)視、機(jī)組的控制及運行監(jiān)視、總出口閥的控制及監(jiān)視、各種開關(guān)量及模擬量的報警、數(shù)據(jù)采集等。

二.應(yīng)用背景及系統(tǒng)選型

　　由于整個泵站有17個綜合保護(hù)器（帶RS232/RS485/光纖，數(shù)據(jù)傳輸通過Modbus，每一個綜合保護(hù)器對應(yīng)一面高壓開關(guān)柜。）及3套帶DeviceNet接口TOSHIBA公司的6KV高壓變頻器。根據(jù)我們使用自動化設(shè)備的經(jīng)驗，經(jīng)認(rèn)真分析比較，我們選用美國AB公司的ControlLogix控制系統(tǒng)，配以Rsview32監(jiān)控軟件，實現(xiàn)泵站監(jiān)控系統(tǒng)的各項功能，達(dá)到自動化控制系統(tǒng)的目的。

　　1. 美國AB公司的ControlLogix控制系統(tǒng)特點：

　　·無縫連接 易于和現(xiàn)有PLC系統(tǒng)集成。

　　·快速 ControlLogix結(jié)構(gòu)在背板上提供了高速數(shù)據(jù)傳輸總線，Logix5550控制器提供了高速傳輸?shù)目刂破脚_。

　　·可組態(tài) 提供了模塊化控制方法。

　　·工業(yè)化 提高了高強(qiáng)度平臺，可耐受震動、高溫及各種電氣干擾。

　　·集成化 建立了一個集中多種技術(shù)的平臺，包括順序控制、運動控制、傳動和過程應(yīng)用控制。

　　·結(jié)構(gòu)緊湊 適用于控制高度分散而配電盤空間有限的應(yīng)用場合。

　　2. 監(jiān)控軟件Rsview32

　　Rsview32是Rockwell Automation公司開發(fā)的軟件，通過編程可實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)需要的人機(jī)界面。PLC采集的數(shù)據(jù)通過組態(tài)畫面以多種顯示形式形象地顯示出來（如圖1），操作人員的可通過對畫面的操作傳送給PLC。

　　·界面制作功能、通訊功能等強(qiáng)大

　　·操作簡單明了

　　·報警方式靈活有效

　　·具有安全穩(wěn)定的運行性能

三. 系統(tǒng)工藝及配置

　　系統(tǒng)配置如圖：（見圖1）

　　此系統(tǒng)是一個基于ControlLogix結(jié)構(gòu)體系集成EtherNet、DeviceNet 、Modbus網(wǎng)絡(luò)的集中監(jiān)視、分散控制的自動控制系統(tǒng)。系統(tǒng)最下層為設(shè)備控制層（DeviceNet網(wǎng)絡(luò)和Modbus網(wǎng)絡(luò)），主要完成生產(chǎn)設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)采集;第二層為網(wǎng)絡(luò)集成層，完成整個泵站系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)集成，負(fù)責(zé)接收下層輸送的數(shù)據(jù)及接收上層指令并將指令傳送到設(shè)備層，負(fù)責(zé)完成監(jiān)控層與設(shè)備控制層之間的數(shù)據(jù)傳輸及交換;第三層為監(jiān)控層，主要完成整個泵站自動化控制系統(tǒng)在線監(jiān)視及控制，并傳輸給總公司的信息管理系統(tǒng)和接收信息。

　　1. 監(jiān)控層（控制中心）

　　本系統(tǒng)監(jiān)控層采用Rsview32軟件進(jìn)行組態(tài)，它具有控制、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)

　　記錄、報警、趨勢、報表生成等功能。服務(wù)器上工程師可進(jìn)行計算機(jī)管理、編程、日常維護(hù);在操作站上，值班員工能進(jìn)行操作控制和監(jiān)視生產(chǎn)運行狀態(tài)。（如圖2）

　　控制中心的主要功能：

　　控制操作：在控制中心能對系統(tǒng)上被控設(shè)備進(jìn)行在線實時控制，如開關(guān)柜的分合閘、閥門的開關(guān)、機(jī)組的啟停、聯(lián)動與單動的切換及對PLC的復(fù)位。

　　顯示功能：用圖形形象、實時反映設(shè)備及PLC的運行狀態(tài);動態(tài)地顯示工藝流程圖及顯示各種參數(shù);動態(tài)顯示模擬量的數(shù)值、開關(guān)信號，通過顏色、文字顯示、百分比、填充等手段生動地表達(dá)出來。

　　數(shù)據(jù)管理：能建立生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫、操作信息庫、故障信息庫

　　數(shù)據(jù)處理：利用實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行生產(chǎn)成本分析及尋求最佳運行方式以達(dá)到節(jié)能的目的

　　報警功能：當(dāng)某一模擬量（如電流、流量、壓力、溫度等）的測量值超出設(shè)定的范圍或某一開關(guān)量（如繼電器觸點、接觸器觸點、閥位等）變化時，可據(jù)不同的需要設(shè)定進(jìn)

　　行分級報警。如輸入到報警表、在屏幕報警欄顯示、聲光報警提示等。

　　報表功能：能生成即時報表、日報表、月報表、年報表。

　　安全功能：按不同操作級別分別加密。開PC機(jī)自動進(jìn)入監(jiān)控系統(tǒng)，一般操作人員只能在Runtime畫面進(jìn)行權(quán)限內(nèi)的操作而且無法退出Runtime畫面。

　　打印功能：能進(jìn)行報表、圖形打印及事件、報警實時打印。

　　2.網(wǎng)絡(luò)集成層

　　本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)集成層集成EtherNet、DeviceNet 、Modbus網(wǎng)絡(luò)。

　　其硬件配置如下：

　　·1756-A4 機(jī)架

　　·1756-PA72 電源模塊

　　·1756-L1 Logix5550控制器

　　·1756-DNB DeviceNet網(wǎng)絡(luò)通信卡

　　·1756-ENET EtherNet網(wǎng)絡(luò)通信卡

　　·MVI56-MCM Modbus網(wǎng)絡(luò)通信卡

　　2.1 1756-L1 Logix5550控制器

　　Logix5550控制器是系統(tǒng)的核心，用軟件RsLogix5000進(jìn)行編程。

　　2.2 1756-DNB DeviceNet網(wǎng)絡(luò)通信卡

　　1756-DNB是DeviceNet掃描器接口模塊，充當(dāng)連接DeviceNet與ControlLogix機(jī)架之間的接口。

　　1756-DNB與DeviceNet網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行如下通訊：

　　·與設(shè)備進(jìn)行讀/寫操作

　　·下載組態(tài)數(shù)據(jù)到設(shè)備

　　·監(jiān)視設(shè)備的工作狀態(tài)

　　1756-DNB與ControlLogix機(jī)架內(nèi)的Logix5550控制器進(jìn)行通訊，從而提供：

　　·設(shè)備的輸入/輸出（I/O）數(shù)據(jù)

　　·設(shè)備的狀態(tài)信息

　　·設(shè)備的組態(tài)數(shù)據(jù)讀/寫

　　2.3 1756-ENET EtherNet網(wǎng)絡(luò)通信卡

　　TCP/IP 以太網(wǎng)是一個局域網(wǎng)，它允許大量的計算機(jī)、控制器及其它設(shè)備在以太網(wǎng)上進(jìn)行遠(yuǎn)距離的通信。1756-ENET以太網(wǎng)通信接口模塊用于橋接以太網(wǎng)與其他網(wǎng)絡(luò)，在本系統(tǒng)是橋接以太網(wǎng)與DviceNet網(wǎng)、Modbus網(wǎng)。

　　2.4 MVI56-MCM Modbus網(wǎng)絡(luò)通信卡

　　MVI56-MCM 是作為Modbus網(wǎng)與ControlLogix系統(tǒng)控制器背板之間的網(wǎng)關(guān)。它提供5000個字存儲器用于Modbus網(wǎng)與控制器的數(shù)據(jù)交換。

　　2. 設(shè)備控制層

　　3.1 DviceNet網(wǎng)絡(luò)（如圖3）

　　DeviceNet基于CANbus技術(shù)，用于PLC與現(xiàn)場設(shè)備之間的通信網(wǎng)絡(luò)。它可連接開關(guān)、拖動裝置、電源監(jiān)控器、固態(tài)過載保護(hù)裝置、條形碼閱讀器、I /O和人機(jī)界面等，傳輸速率為125-500kbps，同軸電纜傳輸距 離為500m。DeviceNet網(wǎng)絡(luò)是符合國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開放網(wǎng)絡(luò)，將底層的設(shè)備直接和車間級控制器相連，而無需通過硬線將它們與I/O模塊連接。世界范圍的150多個銷售商積極支持開放式設(shè)備網(wǎng)銷售者協(xié)會（ODVA）基于CAN技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)。這種64個節(jié)點、多支路的網(wǎng)絡(luò)，允許用一根電纜去連接500m以內(nèi)的設(shè)備、并遠(yuǎn)至用戶的可編程控制器，無需用導(dǎo)線把每一個設(shè)備和一個I/O機(jī)架連接起來，總之所有這一切可以減少導(dǎo)線的費用并方便安裝。

　　3.1.1 4#站～8#站對應(yīng)1#～5#蝶閥控制站，9#、10#、14#、15#站對應(yīng)風(fēng)機(jī)控制站，12#、13#對應(yīng)高壓室備用站（各站配置相同）

　　蝶閥控制站控制蝶閥的開/關(guān)、冷卻水電磁閥的開/關(guān);監(jiān)測蝶閥的閥位、油路

　　系統(tǒng)工況并進(jìn)行冷卻水流量的脈沖計數(shù)。

　　配置如下：

　　·1761-NET-DNI

　　·Micrologix1000

　　3.1.2 1#～3#站對應(yīng)三套變頻器控制站

　　變頻器控制站——控制變頻器的啟/停及運行頻率，監(jiān)測變頻器運行狀態(tài)、頻率、溫度、電流、電壓。變頻器是TOSHIBA產(chǎn)品，其配DeviceNet接口卡。

　　3.1.3 11#站對應(yīng)總管閥門控制站

　　總管閥門控制站——控制總管閥門的開/停/關(guān)，監(jiān)測閥門的工況。

　　配置如下：

　　·1761-NET-DNI

　　·Micrologix1000

　　3.1.4 18#站對應(yīng)模擬量采集站

　　模擬量采集站——監(jiān)測流量、壓力、總管閥門的開度、電機(jī)水泵的溫度、電流。

　　配置如下：

　　·1746-A10 機(jī)架

　　·1746-PA2 電源

　　·1747-SDN 設(shè)備網(wǎng)掃描器

　　·1746-SLC-5/04 處理器

　　·1746-NIR4 模擬量模塊

　　·1746-NI8 模擬量模塊

　　3.2 Modbus網(wǎng)絡(luò)

　　Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其它設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。此協(xié)議定義了一個控制器能認(rèn)識使用的消息結(jié)構(gòu),而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的。它描述了一控制器請求訪問其它設(shè)備的過程，如果回應(yīng)來自其它設(shè)備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。 在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時，此協(xié)議決定了每個控制器須要知道它們的設(shè)備地址，識別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息 并用Modbus協(xié)議發(fā)出。

　　標(biāo)準(zhǔn)的Modbus口是使用一RS-232C兼容串行接口，它定義了連接口的針腳、電纜、信號位、傳輸波特率、奇偶校驗。控制器能直接或經(jīng)由Modem組網(wǎng)。控制器通信使用主-從技術(shù)，即僅一設(shè)備（主設(shè)備）能初始化傳輸（查詢）。其它設(shè)備（從設(shè)備）根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)作出相應(yīng)反應(yīng)。主設(shè)備可單獨和從設(shè)備通信，也能以廣播方式和所有從設(shè)備通信。如果單獨通信，從設(shè)備返回一消息作為回應(yīng)，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應(yīng)。Modbus協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式：設(shè)備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、錯誤檢測域。從設(shè)備回應(yīng)消息也由Modbus協(xié)議構(gòu)成，包括確認(rèn)要行動的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和錯誤檢測域。如果在消息接收過程中發(fā)生錯誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立錯誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。在這個系統(tǒng)里是將SIEMENS公司的7SJ62X系列綜合保護(hù)器通過RS485接口連接至Modbus網(wǎng)絡(luò)通信卡——MVI56-MCM。通過Modbus網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對各個開關(guān)柜的分合閘控制及監(jiān)測其狀態(tài)（分合閘狀態(tài)、電流值、電壓值、頻率等）。

四.結(jié)束語

　　此基于ControlLogix結(jié)構(gòu)體系的系統(tǒng)自2001年6月投入運行，一直能穩(wěn)定安全運行，獲得廣泛好評。本系統(tǒng)的成功對供水行業(yè)自動化也許有一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

　　【1】 Rsview32 用戶手冊

　　【2】 Getting Results with Rslogix5000TM

　　【3】孫志剛，朱德森。USS協(xié)議和MODBUS協(xié)議的實現(xiàn)。機(jī)械與電子，2001（5）