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1、毕业设计报告（论文）报告（论文）题目： 基于和利时DCS的 电厂除氧系统控制 作者所在系部： 电子工程系 作者所在专业： 自动化 作者所在班级： 作 者 姓 名 ： 作 者 学 号 ： 指导教师姓名： 完 成 时 间 ： 2012年6月20日 北华航天工业学院教务处制北华航天工业学院毕业设计（论文）任务书（理工类）学生姓名： 专 业： 自动化 班 级： B08222 学 号：20044022206 指导教师： 职 称： 教授 完成时间： 2012.6 毕业设计（论文）题目：基于和利时DCS的电厂除氧系统控制题目来源教师科研课 题纵向课题（ ）题目类型理论研究（）注：请直接在所属项目括号内打“”
2、横向课题（）应用研究（ ）教师自拟课题（）应用设计（）学生自拟课题（）其 他（）总体设计要求及技术要点： 应用DCS设计电厂除氧系统，要求如下 1.了解和利时DCS系统工作原理 2.建立电厂除氧系统模型 3.完成控制回路设计 4.实现过程参数PID调节 5.组态控制设计 6.参数调节 7.分析运行结果工作环境及技术条件： 联网计算机一台，DCS MACS相关软件，有关的技术手册，以及电厂除氧相关资料。工作内容及最终成果： 以和利时DCS装置为基础，采用PID调节的过程控制系统工程设计的方法，进行系统方案论证并进行仿真实验.完成的控制回路进行设计，完成PID的控制功能，构成电厂除氧控制系统，在D
3、CS组态软件HOLLiAS MACS中实现控制逻辑和控制HMI组态，利用DCS软件提供的数学模型，进行电厂除氧控制系统调试，整定各环节参数，记录实验结果，分析实验结果。时间进度安排：1、第七学期第6周第15周，查阅资料，完成开题报告、文献综述、外文文献翻译；2、第七学期第16周第17周，开题报告审阅、答辩；3、第八学期第1周第4周，分析所用控制阀的控制要求，画出总体流程图和不同种类阀门的分流程图以及PID控制流程图；4、第八学期第5周第7周，进行下位系统的组态和单元整定，分配下位PLC资源，确定控制、采集用标签；5、第八学期第8周第14周，完成控制程序的编制；6、第八学期第15周第17周，做出
4、使用说明书，完成毕业设计论文。指导教师签字： 年 月 日教研室主任意见：教研室主任签字： 年 月 日北华航天工业学院本科生毕业设计（论文）原创性及知识产权声明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）基于和利时DCS的电厂除氧系统控制是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。本毕业设计（论文）成果归北华航天工业学院所有。本人遵循北华航天工业学院有关毕业设计（论文）的相关
5、规定，提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本。本人同意北华航天工业学院有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以营利为目的的前提下，可以公布非涉密毕业设计（论文）的部分或全部内容。特此声明毕业设计（论文）作者： 指导教师： 年 月 日 年 月 日摘 要论文的研究工作是以某电厂除氧系统设计为背景展开的，并且详细介绍了通过DCS控制下系统工作的情况，以图形组态的形式对系统进行控制，使得程序具有更灵活的控制途径和更完备的控制方法。本文在深入分析DCS控制软件的基础上，通过分析介绍了除氧系统原理，采用PID调节的过程控制
6、系统工程设计的方法，进行系统方案论证并进行仿真实验.完成的控制回路进行设计，完成PID的控制功能，构成电厂除氧控制系统，在DCS组态软件HOLLiAS MACS中实现控制逻辑和控制HMI组态，利用DCS软件提供的数学模型，进行电厂除氧控制系统调试，整定各环节参数，记录实验结果，分析实验结果。本文还解析了DCS在电厂除氧中的设计过程，因为此过程在设计其他系统的设计中有同样的步骤，同时阐述了其在除氧控制系统中的应用。关键词 DCS HOLLIAS MACS PID HMI组态AbstractAmong the research work on a oil-transport-system. Cen
7、tral Control System is designed to start the background and details of the PLC passed under the control of operation 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 anal
8、ysis of ControlNet bus technology on the basis of analytical focus of the ControlNet in all of the advantages of 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 mai
9、n control valve on a variety of free control, particularly the use of cyclical PID control a large number of ways 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 progr
10、amming have described, the system under the control of features have also concluded that more detailed description of the entire system The related issues. Key words ControlNet Fieldbus RSLogix5000 Software Independent Control Free Configuration目 录第1章 绪论11.1 课题背景及国内外研究概况11.2 DCS控制系统介绍11.3 电厂除氧系统介绍3第
11、2章 和利时DCS控制软件介绍42.1 和利时DCS控制软件发展42.2 MACS各组成软件介绍52.2.1 工程师站软件52.2.2 操作员站软件62.2.3 其他软件92.3 小结10第3章 系统硬件概况113.1 系统概况113.2 功能模块123.2.1 CPU模块123.2.2 SRM热备模块133.2.3 电源模块133.2.4 C-NET模块133.2.5 模拟输入模块133.2.6 模拟输出模块143.2.7 RTD模块143.2.8 开关量输入模块143.2.9 开关量输出模块143.3 冗余的实现143.4 小结15第4章 除氧系统设计过程164.1 下位软件概况164.2
12、 RSLogix5000软件简介164.2.1 软件概况164.2.2 程序界面174.3 程序标签设定184.4 程序流程184.5 程序简介244.6 小结24第5章 参数调节与结果分析255.1 ControlNet现场总线技术应用255.2 双机热备冗余结构255.3 PID周期运算25第6章 结论26致谢27参考文献28附录29 基于和利时DCS的电厂除氧系统控制第1章 绪论1.1 课题背景及国内外研究概况 DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统
13、，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机（computer），通信（communication）、显示（CTR）和控制（control）等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。DCS自1975年问世以来已经历了近三十年的时间，其可靠性、实用性不断提高，功能日益增强。如控制器的处理能力、网络通讯能力、控制算法、画面显示及综合管理能力等。DCS系统过去只应用在少数大型企业的控制系统中，但随着4C技术及软件技术的迅猛发展，
14、到目前已经在电力、石油、化工、制药、冶金、建材等众多行业得到了广泛的应用，特别是电力、石化这样的行业。 分散控制系统（DCS）在国内外都有很多应用，1975 年美国最大的仪表控制公司Honeywell 首次向世界推出了它的综合分散控制系统TDC2000 ( Toal Distributed Control -2000),这一系统的发表,立即引起美国工业控制界高度评价，称之为“最鼓舞人心的事件”。世界各国的各大公司也纷纷仿效，推出了一个又一个集散系统，从此过程控制进入了集散系统的新时期。在此期间有日本横河公司推出的CEN TUM,美国泰勒仪表公司的MO SË,费雪尔公司的DC&Eacu
15、te400,贝利公司的N90,福克斯波罗公司的Cpectrum 和德国西门子公司的Telepermm。随着计算机特别是微型计算机与网络技术的飞速发展，加上各制造商的激烈竞争，使DCS 很快从70 年代的第一代发展到90 年代初的第三代DCS。尽管在这之前的集散系统的技术水平已经很高，但其中存在着一个最主要的弊病是：各大公司推出的几十种型号的系统，几乎都是该公司的专利产品，每个公司为了保护自身的利益，采用的都是专利网络，这就为全厂、全企业的管理带来问题。随着计算机的发展与网络开发使各控制厂商更多地采用商业计算机的技术，80年代末许多公司推出新一代的集散系统，其主要特征是新系统的局部网络采用MA
16、P 协议；引用智能变送器与现场总线结构； 在控制软件上引入PLC 的顺序控制与批量控制，使DCS 也具有PLC 的功能。至90 年代初各国知名的DCS 有：3000，Bailey 的INFI90，Rosemount 的RS3，WestHoose 的WDPF，Leeds &Non thrup 的MAX1000，日本横河的CENTUM。这里所提到的均为大型的DCS，为了适应市场的需要各厂商也开发了不少中小型的DCS 系统如S9000，MAX2，LXL，A 2 PACS 等等。 1.2 DCS控制系统的介绍DCS控制系统（DIstributed Control System，分散控制系统）是随着现代
17、大型工业生产自动化的不断兴起和过程控制要求的日益复杂应运而生的综合控制系统。它是计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物，可提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能，是完成过程控制、过程管理的现代化设备，具有广阔的应用前景。下面通过一个简单的例子说明DCS的结构（如图1-1）：DCS在实际生产中包括：被控对象（过程）：工艺生产设备，一般在传感器到执行器之间。被控量：表征被控对象工作状态的物理量，此例为液位，也可能压力，温度等。 测量变送：对被控对象进行测量的装置，此装置为液位信号采集。调节器：把测定值和设定值进行比较的装置，此装置为PID。执行器：把调节器的指令成比例的转换
18、成直线或者角位移的装置。 图 1-1 通过上面的简要结构我们可以将DCS控制过程延伸如下（图1-2）： 图 1-21.3 电厂除氧系统的介绍 随着工业过程规模的不断扩大,需要测量处理的参数和控制回路成倍的增加,为了降低运行监控人员的劳动强度和减少故障率,降低工业过程运行成本,提高效率,电力、石油、化工、制药、冶金、建材等众多行业都使用了DCS(集散控制系统)。本设计参照电厂中给水除氧系统的实际运行情况,进行测点统计,设定控制方案,应用和利时公司的第四代DCS系统MACS系统的组态软件进行组态,并配置相应的FM系列模块,建立工程,实现电厂中给水除氧系统中除氧器压力、除氧器水位、给水泵、给水泵电动
19、门的自动控制。将该工程应用在实际的电厂除氧设备的控制上,可以降低现场运行人员的劳动强度,提高系统的安全性,提高除氧效果。目前我国的工业锅炉（含热水锅炉）中只有5060%有除氧措施，除氧方式主要为热力除氧，其次为化学除氧，还有少部分采用真空除氧、解吸除氧及树脂除氧；因此很大一部分锅炉，特别是中小型低压锅炉没有除氧设备，能正常运行的除氧设备更是少数，这是因为炉外除氧设备不仅购置费用高、能耗高，而且不好操作，特别是对于用汽不均衡的单位，这些装置很难使用，从而造成除氧效果不佳，有的成了摆设，长期闲置，使锅炉设备和热力系统的氧腐蚀严重，影响了锅炉的使用寿命和安全运行。因此，锅炉水的除氧势在必行，应引起高
20、度的重视。第2章 和利时DCS控制软件的介绍2.1 现场总线的发展随着自动化技术的不断发展，网络技术的日益推广，在工业控制领域，控制规模的扩大，控制信息、管理信息的增加以及控制系统的柔性、设备间互操作性的要求，八十年代中后期出现了现场总线控制系统。它贯彻全开放协议，使不同生产商产品之间具有可操作性，系统结构大大简化，实现以全数字为主的通信方式，可靠性进一步提高，代表了工控自动化发展的方向。根据电工委员会（ICE）和美国仪表协会（ISA）定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络，支持双向、多分支、总线式、全数字通信。采用OSI七层模型中的物理层、数据链路
21、层和应用层，增加了自己特有的用户层作为现场总线通信模型。现场总线的特点使其在自动化控制领域显示诸多优势：1构筑系统成本低，系统硬件减少，节省工程费用；2互操作性好。采用同一的技术规范，使任何生产商的现场总线设备相互间能连接在一起；3现场总线能综合信息，现场仪表、控制设备都采用全数字实现双向通信、多变量访问；4提高生产率。现场总线其有诊断数据、操作统计和自动故障通知，使人更有效地分析、诊断系统；5具有可靠的诊断和预估，从而减少了维护费用；6系统扩充和修改容易，不必或很少增加新的硬件；7故障定位准确，安全性进一步提高。现场总线有多种方案，目前世界较流行的有FF现场总线、HART、ControlNe
22、t、CAN、DEVICNET和PROFIBUS现场总线等。1994年，现场总线基金会FF（FILED BUS FOUNDATION）集中了世界著名仪表、DCS和自动化设备制造商、科研机构和用户，成为唯一世界公认不隶属于某个企业的国际化标准组织，推动了现场总线标准的制定和产品开发，其制定的现场总线物理层低速总线H1、高速总线H2）标准已获得IEC批准。但由于利益的驱使，欧美有些实力雄厚的公司不支持国际标准，仍大力推销自己的现场总线产品，如德国Bosch公司推出CAN，美国Echelon公司推出的Lon Works等，导致IEC最终否决了FF现场总线数据链路层和应用层的4个标准，使其未能成为国际标
23、准，预计在今后一段时期里，会出现几种总线标准共存、同一生产现场有几种异构网络互联通信的局面。但发展共同遵从的统一的标准规范，真正形成开放互联系统，是大势所趋。与传统的工业控制体系相比，Rockwell自动化系统提供了高效的、开放式的网络结构。在信息层和设备层常常需要传递大量的I/O和对等通讯信息，需要具有确定性和可重复性的，紧密联系控制器和I/O设备的网络。控制网（ControlNet）以其高速（5Mb/s）的通信速度、先进的网络模型、高效率的网络协议以及灵活方便的安装方式等特点，提供了满足以上需要的解决方案。本系统中的设计与实现主要采用了ControlNet现场总线网络技术。2.2 Cont
24、rolNet现场总线技术特点及其网络体系结构ControlNet/DeviceNet控制网网络是一种用于对信息传送有苛刻要求的、高速确定性网络。它允许传送无时间苛求的报文数据，但不会对有时间要求数据传送造成冲击。它为对等通信提供实时控制和报文传送服务。作为PLC与I/O设备之间的一条高速通信链路，它综合了远程I/O和DH+链路的功能。美国A-B公司的ControlNet网是一个实时的控制层网络，为在专一物理链路上的实时I/O数据和message数据（包括程序的上载/下载、组态数据及点对点信息）提供高速传输。它最重要的功能就是传输从一个NODE（站点）到另一个NODE（站点）的实时控制信息。在P
25、LC编程软件中为本地框架来组态ControlNet网通讯，模块1756-CNB负责处理控制器主框架与本地框架和远程框架之间的通讯。通讯模块组态完成之后必须运行ControlNet网络组态软件RsNetWorx。要想实现从工作站到控制器的通讯，用户必须对链接工作站和控制器的网络组态适当的通讯程序。通讯驱动程序使得控制器可以通过网络进行通讯。在RSLinx软件中组态适当的通讯驱动程序，选择AB-PCIC driver，设置NODE站点。传统的工厂级控制体系结构有五层即工厂层、车间层、单元层、工作站层、设备层组成。而Rockwell自动化系统简化为三层结构模式：信息层（Ethernet以太网），控制
26、层（ControlNet控制网），设备层（DeviceNet设备网）。ControlNet层常传输大量的I/O和对等通讯信息，具有确定性、可重复性以及紧密联系控制器和I/O设备的特点。同时，它还具备如下特点：ControlNet在单根电缆上支持两种类型的信息传输，即有实时性的控制信息和I/O数据传输，无时间苛求的信息发送和程序上/下载；另外，ControlNet技术采取了一种新的通信模式，以生产者/消费者模式取代了传统的源旧的模式它不仅支持传统的点对点通讯，而且允许同时向多个设备传递信息。生产者/客户模式使用时间片算法保证各节点实现同步，从而提高了带宽利用率；同时，ControlNet使用同轴
27、电缆可达6000m长，节点数99个，两个节点间距离最长达1000m。48个节点距离可长达250m，采用光纤和中继器后通讯距离可达几十公里。ControlNet应用于过程控制、自动化制造等领域。2.2.1 基于生产者/消费者的通讯模式目前工业自动化控制网络采用的网络模型主要有两种：源/目的地模型（Source/Destination）和生产者/消费者（Producer/Consumer）模型，绝大多数网络通讯都是采用源/目的地的通讯模式如FF、Lonworks、Profibus等。源/目的地网络模型采用应/答式通讯，如果网络要向多个设备传送数据，则需要对这些设备分别进行“呼”“应”通信，即使是同
28、一个数据，也需要制造多个数据包，消耗过多的带宽，并且数据到达每个设备的时间还是不同的，这样，不仅增大了网络的通信量，网络响应速度受到限制，容易发生信息瓶颈问题，而且当系统对时间有苛求的实时控制信息要求传送时，还需要采用其它不同的网络。ControlNet则采用了一种基于开放网络技术的新型通讯模式生产者/消费者模式。此模式允许在同一链路上有多个主控制器共存，对输入数据和对等通信数据采用多信道广播方式，将传统网络的针对不同站点多次发送改为一次多点共享，以使链路上所有控制器之间实现预定的对等通信互锁，共享输入数据，从而大大减少了网络发送的次数和网络上的交通量，提高了网络效率和网络性能；同时允许网络上
29、的所有节点同时从单个数据源存取相同的数据，报文通过标识符来识别，如果一个节点要接收一个数据，仅仅需识别与此信息相连的特定的标识符，每个数据包不再需要源地址和目标地址位。因为数据是按内容进行标识的，数据源只需将数据发送一次。许多需用此数据的节点通过在网上同时识别这个标识行，可同时从同一生产者取用此同一数据消费。从而可以实现网络节点的精确同步，提高带宽的有效使用率；其他的设备加入网络后并不增加网络负载，因为它们同样可以消费这些相同的信息，并且所有数据可以同时到达。此时采用该模式既可以支持系统的主从、多主或对等通信结构，也可以支持其任意组合的混合系统结构，还可在同一链路上传送任意信息类型相混合的数据
30、。显然，与典型的源/目的地模式相比，生产者/消费者模型是一种更为灵活高效的处理机制。可以说，基于此模式的ControlNet是当今世界市场上各种工业控制底层现场总线网络中性能较为可靠的网络。2.2.2 ControlNet现场总线的仲裁方式ControlNet是一种新的面向控制层的实时性现场总线网络，在同一物理介质链路上提供对时间有苛求的控制信息和I/O数据以及无时间苛求的信息发送，包括程序的上/下载，组态数据和点对点的报文传送等通讯支持，是具有高度确定性、可重复的高速控制和数据采集网络，I/O性能和端到端通讯性能都较传统网络有较大提高。表2-1给出了ControlNet现场总线技术和其他总线
31、技术的主要性能比较。表2-1 几种现场总线技术的性能比较性能指标ControlNetDeviceNetProfibusAS-IFF级别现场级、设备级传感器级、设备级现场级、设备级传感器级现场级发起组织罗克韦尔AB罗克韦尔AB西门子AS-i国际FF基金会投入日期1997年1994年DP:1994,PA:19951993年1995年拓扑结构星形、树形、总线形线形、总线供电总线、环形、星形总线、环形星形、树形多降、总线供电通信速率5Mb/s125kb/s,300 kb/s,500kb/s9.6kb/s12Mb/s,31.25kb/s167 kb/s31.25 kb/s,1 Mb/s,2.5 Mb/s
32、最多节点996412731个从站每段240个最多65000个最大无中继距离同轴：5km光纤：30km500m电缆：2.4km光纤：23.8km100m31.25kb:1900m2.5M:500m总线冗余可不能可不能可有关标准IEC61158子集2、欧洲标准EN50254欧洲标准EN50252IEC61158子集3、欧洲标准EN50170欧洲标准EN50295IEC61158基本子集最大帧长510字节8字节244字节31从站：4入/4出16.6信息对象/设备仲裁方法时间片多路存取CTDMA，生产者/消费者音频载波多路存取，生产者/消费者令牌传送主/从，周期查询调度/周期，非调度/非周期，生产者/
33、消费者通信方法主/从，多主，对等主/从，多主主/从，对等主/从，周期查询服务器/客户机网络效率高高不高不高高相比可知，ControlNet网络具有吞吐量高、体系结构灵活、组态和编程简单、信息交换可靠等特点，是一种适合工业控制信息传输与控制的实时控制系统。众所周知，以太网采用“冲突检测载波侦听多路访问”（CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）仲裁机制，这一般不具有工业控制所要求的可靠性、确定性。因此，为适应工业控制需求，ControlNet采用了一个特殊的令牌传递机制，叫做隐性令牌传递（Implicit To
34、ken Passing）。网络上每个节点分配一个唯一的MAC地址（从1到99），像普通令牌传递总线一样，持有令牌的节点可以发送数据。但是，网络上并没有真正的令牌在传输。相反，每个节点监视收到的每个数据帧的源节点地址，在该数据帧结束之后，每个节点设置一个隐性令牌寄存器（Implicit Token Register），其值为收到的源MAC地址加1。如果隐性令牌寄存器的值等于某个节点自己的MAC地址，然后该节点就可以立刻发送数据。因为所有节点的隐性令牌寄存器在任意时刻的值相同，这就避免了冲突的发生。如果某个节点没有要发的数据，则只须发一个空的数据帧（Null Frame）。ControlNet中传
35、递隐性令牌的逻辑是通过特别设计的时间分片存取算法并存时间域多路存取（Concurrent Time Domain Multiple Access CTDMA）来控制的。根据实时数据的特性，一些带宽预先保留和预定用来支持实时数据的传送，余下的带宽则用于非实时和未预定数据的传送。因此，它在保证对时间有苛求的控制信息传输的同时，也能在同一物理介质链路上传送其它无时间苛求的信息。在每一个网络刷新时间（Network Update Time NUT）内自动调节网络上各节点拿到隐性令牌传送信息的机会。ControlNet的技术规范规定可组态的NUT时间为0.5ms100ms（目前市场上可提供的有关产品的最
36、小可组态的NUT为2ms）。网络刷新时间（NUT）分为三个部分：预定信息传送时间、非预定信息传送时间和维护时间，详细内容如表2-2所示。表2-2 网络刷新时间网络刷新时间（NUT）功能预定信息传送时间传送预定节点（在一个循环的左右顺序次序的基础上）的有时间苛求的信息。非预定信息传送时间传送非预定节点（按顺序进行循环传送，一直到分配给非预定传送的时间用完为止）没有时间苛求的信息。控制网保证至少有一个非预定节点有机会传送数据，提供给非预定节点的时间取决于预定节点的通信量。维护时间能够自动调整，以使NUT大小不变，并保证其他节点同步。NUT（网络刷新时间）是由用户自己选择的，它将不停地扫描网络上的设
37、备节点，并根据节点上设备类型的不同，按照ControlNet的时间片算法在NUT内为它们分配时间段。由此可知，ControlNet网络具有预见数据何时能够可靠传输到目标的能力，并且数据的传输时间不受网络节点添加/删除或网络繁忙等状况的影响而保持恒定3。2.2.3 ControlNet现场总线的网络体系结构现代控制系统中，不仅要求现场设备完成本地的控制、监视、诊断等任务，还要能通过网络与其他控制设备及PLC进行对等通信。工业现场控制网络的许多应用也不只要求在控制器和工业器件之间的紧耦合，还应有确定性和可重复性。ControlNet是高度确定性、可重复的网络。在实际应用中，通过网络组态时选择性设定
38、有计划的I/O分组或互锁时间，这些要求能得到更进一步的保证。因此，ControlNet非常适用于一些控制关系关联复杂，要求控制信息同步、协调实时控制、数据传输速度较高的应用场合。如协同工作的驱动系统，焊接控制，运动控制，视觉系统，复杂的批次控制， 有大量数据传送要求的过程控制系统，有多个控制器和人机界面共存的系统等。对于有多个基于PC的控制器之间不同PLC之间PLC与DCS之间存在通讯要求的场合，ControlNet也非常适用。ControlNet允许多个各自拥有独立或共享I/O的控制器之间相互通讯或以灵活的方式组织互锁。在罗克韦尔推出的工业网络平台方案“NetLinx”体系中，Control
39、Net处于核心地位，网络结构如图2-1所示。图2-1 ControlNet逻辑网络体系ControlNet总线不仅可以与多种设备或子网直接相连，还能够通过扫描器连接下层的DeviceNet设备网和FF现场总线等产品；同时，通过通信接口模块连通上层的信息以太网，实现控制网络与信息网络的集成，共享信息资源。组态软件是现场总线控制系统普遍应用的人机接口（HMI）监控软件，是控制网络底层总线与现场设备直接进行数据交换的软件接口和控制网络与信息网络集成的桥梁。RSView32、RSView SE是基于Windows环境（Windows 98，Windows NT）的工业监控软件，使用方便、直观、可靠，同
40、时允许用户进行图形观察和组态整个网络。它全面支持ActiveX技术，同时支持OPC的服务器和客户端模式，既可以通过OPC和硬件通讯，又可以向其它软件提供OPC的服务。同时Windows为RSView和基于Windows的应用软件提供接口，利用DDE（dynamic data exchange）技术，与Windows的应用程序间进行数据交换，实现本地控制网络与上层信息网络之间的信息共享，从而为用户提供更为集中的数据操作环境，实现系统集成。综上所述，ControlNet控制网是一种高速确定性网络，用于对时间有较高要求的应用场合的信息传输，它为对等通信提供实时控制和报文传送服务。它作为控制器和I/O
41、设备之间的一条高速通信链路，综合了现有的RI/O和DH链路的能力。因为它的高速率，使其可以支持高度分布式的自动化系统，特别是那些具有高速数字量I/O和大量模拟量I/O的系统。控制网结合了输入/输出网络和点对点信息网络的功能，既可以满足对时间苛求的控制数据传输（如I/O刷新、控制器到控制器的互锁）的需要，又可以满足对时间非苛求的数据传输（如程序上传、下载、信息传送）的需要4。2.3 小结本章对现场总线控制技术，尤其是ControlNet总线技术的技术特点和应用范围进行了深入分析，着重阐述了它的通讯模式、仲裁方式以及其网络体系结构，并与其它常见总线技术进行了对比。第3章 系统硬件概况3.1 系统概
42、况为了保证数据采集的准备性和安全性，系统采用双机热备，以避免由于特殊原因使数据丢失。系统中所要控制的执行机构包含：电动球阀16个、电动闸阀7个、变频器1台、搅拌器1台。所需要采集的数据量为：压力10点、差压2点、温度26点、地温30点、液位1点、流量2点。总体设计方案见如图3-1所示。图3-1 系统设计方案图其中：1PLC采用美国ROCKWELL公司先进的ControlLogix系列产品，可靠性高，具有双机热备功能，性能稳定；同时采用了高速传送、实时I/O的控制网络（ControlNet）通信技术，实现了过程数据采集、实时传输和过程控制，增强下位机的扩展性和数据采集的实时性。通过软件编程实现对
43、远程仪表（设备）、传感器及执行机构的数据采集、处理与控制，实现总体设计功能和系统热备功能。2下位机扩展采用采用美国ROCKWELL公司的模拟输入、输出模块、数字输入、输出模块以及专用的Pt电阻（测温RTD）输入模块，对现场仪表、传感器、Pt电阻（测温）及执行机构的数据进行采集与控制。3.2 功能模块程序选择的模块如表3-1所示。表3-1 PLC配置清单表序号部件名称型号数量（套）1CPU处理器1756-L55M2422热备通讯模块1757-SRM23电源1756-PA75444槽热备框架1756-A425CNET通讯模块1756-CNBR4617槽框架1756-A1727空槽盖板1756-N2
44、9816路模拟量输入模块,36针1756-IF164916路开关量输入模块,20针1756-IB1691016路继电器输出模块,36针1756-OW16I5116路热电阻输入模块,20针1756-IR6I6128路模拟量输出模块,20针1756-OF813.2.1 CPU模块ControlLogix控制器可提供系统规模可变化的控制器解决方案，可以访问大量的I/O点（数字量I/O最多为128，000个，模拟量I/O最多为4000个）。ControlLogix控制器能够通过ControlLogix I/O框架的任一槽内，而且多个控制器可安装在同一框架内，它们之间通过背板进行通讯，而运行是相互独立的。本方案中的CPU模块采用ROCKWELL的1756-L55M24（内存数据和逻辑3.5M，I/O为208K字节，有非易失内存；最大功率损耗5.7W，最大热耗散19.4BTU/hr，5V时的背板电流1.25A），共两块，分别插入两个A4框架的第0槽，不需接线。为实现控制器冗余，要满足到如下要求：1冗余控制器系统需要一个Logix5555控制器；2由于在副控制器内数据需要缓存，所以控制器内需要两倍的数据存储空间；3冗余控制器必须在ControlNet网络上。3.2.2 SRM热备模块SRM热备模块采用ROCKWELL的1757-SRM/B（最大电压30V，最大电流10
