ControlLogix控制系統在供水系統的應用

摘 要：本文介紹了基于美國ALLEN—BRADLEY公司的ControlLogix結構體系，集成EtherNet、DeviceNet 、Modbus網絡的集中監視、分散控制的自動控制系統在供水行業的一個應用。

關鍵詞：ControlLogix系統、EtherNet網絡、DeviceNet 網絡、Modbus網絡

一. 系統概述

　　此系統是珠海廣昌泵站的自動化控制系統，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80萬立方米。整個泵站自動控制系統采用集中監測,分散控制的方式。采用AB公司的ControlLogix控制系統，集成EtherNet、 DeviceNet 、Modbus三條網絡形成一個完善的控制系統，完成整個泵站的配電系統的控制及監視、機組的控制及運行監視、總出口閥的控制及監視、各種開關量及模擬量的報警、數據采集等。

二.應用背景及系統選型

　　由于整個泵站有17個綜合保護器（帶RS232/RS485/光纖，數據傳輸通過Modbus，每一個綜合保護器對應一面高壓開關柜。）及3套帶DeviceNet接口TOSHIBA公司的6KV高壓變頻器。根據我們使用自動化設備的經驗，經認真分析比較，我們選用美國AB公司的ControlLogix控制系統，配以Rsview32監控軟件，實現泵站監控系統的各項功能，達到自動化控制系統的目的。

　　1. 美國AB公司的ControlLogix控制系統特點：

　　·無縫連接 易于和現有PLC系統集成。

　　·快速 ControlLogix結構在背板上提供了高速數據傳輸總線，Logix5550控制器提供了高速傳輸的控制平臺。

　　·可組態 提供了模塊化控制方法。

　　·工業化 提高了高強度平臺，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的平臺，包括順序控制、運動控制、傳動和過程應用控制。

　　·結構緊湊 適用于控制高度分散而配電盤空間有限的應用場合。

　　2. 監控軟件Rsview32

　　Rsview32是Rockwell Automation公司開發的軟件，通過編程可實現監控系統需要的人機界面。PLC采集的數據通過組態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、通訊功能等強大

　　·操作簡單明了

　　·報警方式靈活有效

　　·具有安全穩定的運行性能

三. 系統工藝及配置

　　系統配置如圖：（見圖1）

　　此系統是一個基于ControlLogix結構體系集成EtherNet、DeviceNet 、Modbus網絡的集中監視、分散控制的自動控制系統。系統最下層為設備控制層（DeviceNet網絡和Modbus網絡），主要完成生產設備的控制和數據采集;第二層為網絡集成層，完成整個泵站系統的網絡集成，負責接收下層輸送的數據及接收上層指令并將指令傳送到設備層，負責完成監控層與設備控制層之間的數據傳輸及交換;第三層為監控層，主要完成整個泵站自動化控制系統在線監視及控制，并傳輸給總公司的信息管理系統和接收信息。

　　1. 監控層（控制中心）

　　本系統監控層采用Rsview32軟件進行組態，它具有控制、數據管理、數據采集、數據

　　記錄、報警、趨勢、報表生成等功能。服務器上工程師可進行計算機管理、編程、日常維護;在操作站上，值班員工能進行操作控制和監視生產運行狀態。（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上被控設備進行在線實時控制，如開關柜的分合閘、閥門的開關、機組的啟停、聯動與單動的切換及對PLC的復位。

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

　　數據管理：能建立生產數據庫、操作信息庫、故障信息庫

　　數據處理：利用實時數據和歷史數據，進行生產成本分析及尋求最佳運行方式以達到節能的目的

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

　　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機自動進入監控系統，一般操作人員只能在Runtime畫面進行權限內的操作而且無法退出Runtime畫面。

　　打印功能：能進行報表、圖形打印及事件、報警實時打印。

　　2.網絡集成層

　　本系統網絡集成層集成EtherNet、DeviceNet 、Modbus網絡。

　　其硬件配置如下：

　　·1756-A4 機架

　　·1756-PA72 電源模塊

　　·1756-L1 Logix5550控制器

　　·1756-DNB DeviceNet網絡通信卡

　　·1756-ENET EtherNet網絡通信卡

　　·MVI56-MCM Modbus網絡通信卡

　　2.1 1756-L1 Logix5550控制器

　　Logix5550控制器是系統的核心，用軟件RsLogix5000進行編程。

　　2.2 1756-DNB DeviceNet網絡通信卡

　　1756-DNB是DeviceNet掃描器接口模塊，充當連接DeviceNet與ControlLogix機架之間的接口。

　　1756-DNB與DeviceNet網絡設備進行如下通訊：

　　·與設備進行讀/寫操作

　　·下載組態數據到設備

　　·監視設備的工作狀態

　　1756-DNB與ControlLogix機架內的Logix5550控制器進行通訊，從而提供：

　　·設備的輸入/輸出（I/O）數據

　　·設備的狀態信息

　　·設備的組態數據讀/寫

　　2.3 1756-ENET EtherNet網絡通信卡

　　TCP/IP 以太網是一個局域網，它允許大量的計算機、控制器及其它設備在以太網上進行遠距離的通信。1756-ENET以太網通信接口模塊用于橋接以太網與其他網絡，在本系統是橋接以太網與DviceNet網、Modbus網。

　　2.4 MVI56-MCM Modbus網絡通信卡

　　MVI56-MCM 是作為Modbus網與ControlLogix系統控制器背板之間的網關。它提供5000個字存儲器用于Modbus網與控制器的數據交換。

　　2. 設備控制層

　　3.1 DviceNet網絡（如圖3）

　　DeviceNet基于CANbus技術，用于PLC與現場設備之間的通信網絡。它可連接開關、拖動裝置、電源監控器、固態過載保護裝置、條形碼閱讀器、I /O和人機界面等，傳輸速率為125-500kbps，同軸電纜傳輸距 離為500m。DeviceNet網絡是符合國際工業標準的開放網絡，將底層的設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備網銷售者協會（ODVA）基于CAN技術的網絡。這種64個節點、多支路的網絡，允許用一根電纜去連接500m以內的設備、并遠至用戶的可編程控制器，無需用導線把每一個設備和一個I/O機架連接起來，總之所有這一切可以減少導線的費用并方便安裝。

　　3.1.1 4#站～8#站對應1#～5#蝶閥控制站，9#、10#、14#、15#站對應風機控制站，12#、13#對應高壓室備用站（各站配置相同）

　　蝶閥控制站控制蝶閥的開/關、冷卻水電磁閥的開/關;監測蝶閥的閥位、油路

　　系統工況并進行冷卻水流量的脈沖計數。

　　配置如下：

　　·1761-NET-DNI

　　·Micrologix1000

　　3.1.2 1#～3#站對應三套變頻器控制站

　　變頻器控制站——控制變頻器的啟/停及運行頻率，監測變頻器運行狀態、頻率、溫度、電流、電壓。變頻器是TOSHIBA產品，其配DeviceNet接口卡。

　　3.1.3 11#站對應總管閥門控制站

　　總管閥門控制站——控制總管閥門的開/停/關，監測閥門的工況。

　　配置如下：

　　·1761-NET-DNI

　　·Micrologix1000

　　3.1.4 18#站對應模擬量采集站

　　模擬量采集站——監測流量、壓力、總管閥門的開度、電機水泵的溫度、電流。

　　配置如下：

　　·1746-A10 機架

　　·1746-PA2 電源

　　·1747-SDN 設備網掃描器

　　·1746-SLC-5/04 處理器

　　·1746-NIR4 模擬量模塊

　　·1746-NI8 模擬量模塊

　　3.2 Modbus網絡

　　Modbus 協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡和其它設備之間可以通信。它已經成為一通用工業標準。有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡，進行集中監控。此協議定義了一個控制器能認識使用的消息結構,而不管它們是經過何種網絡進行通信的。它描述了一控制器請求訪問其它設備的過程，如果回應來自其它設備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和內容的公共格式。 在一Modbus網絡上通信時，此協議決定了每個控制器須要知道它們的設備地址，識別按地址發來的消息，決定要產生何種行動。如果需要回應，控制器將生成反饋信息 并用Modbus協議發出。

　　標準的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。控制器能直接或經由Modem組網。控制器通信使用主-從技術，即僅一設備（主設備）能初始化傳輸（查詢）。其它設備（從設備）根據主設備查詢提供的數作出相應反應。主設備可單獨和從設備通信，也能以廣播方式和所有從設備通信。如果單獨通信，從設備返回一消息作為回應，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應。Modbus協議建立了主設備查詢的格式：設備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發送的數據、錯誤檢測域。從設備回應消息也由Modbus協議構成，包括確認要行動的域、任何要返回的數據、和錯誤檢測域。如果在消息接收過程中發生錯誤，或從設備不能執行其命令，從設備將建立錯誤消息并把它作為回應發送出去。在這個系統里是將SIEMENS公司的7SJ62X系列綜合保護器通過RS485接口連接至Modbus網絡通信卡——MVI56-MCM。通過Modbus網絡，實現對各個開關柜的分合閘控制及監測其狀態（分合閘狀態、電流值、電壓值、頻率等）。

四.結束語

　　此基于ControlLogix結構體系的系統自2001年6月投入運行，一直能穩定安全運行，獲得廣泛好評。本系統的成功對供水行業自動化也許有一定的借鑒作用。

參考文獻

　　【1】 Rsview32 用戶手冊

　　【2】 Getting Results with Rslogix5000TM

　　【3】孫志剛，朱德森。USS協議和MODBUS協議的實現。機械與電子，2001（5）