基于ControlLogix結(jié)構(gòu)體系的供水行業(yè)自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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(gè)泵站，其日供源水可達(dá) 80 萬立方米。整個(gè)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(gè)完善的控制系統(tǒng)，完成整個(gè)泵站的配電系統(tǒng)的控制及監(jiān)視、機(jī)組的控制及運(yùn)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(bào)警、數(shù)據(jù)采集等。

二。 應(yīng)用背景及系統(tǒng)選型

由于整個(gè)泵站有 17 個(gè)綜合保護(hù)器（帶 RS232/RS485/光纖，數(shù)據(jù)傳輸通過Modbus，每一個(gè)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(yàn)，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(shí)現(xiàn)泵站監(jiān)控系統(tǒng)的各項(xiàng)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(diǎn)：

·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(gè)集中多種技術(shù)的平臺，包括順序控制、運(yùn)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(shí)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(bào)警方式靈活有效

·具有安全穩(wěn)定的運(yùn)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(gè)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(gè)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(gè)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。 ［page］

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(bào)警、趨勢、報(bào)表生成等功能。服務(wù)器上工程師可進(jìn)行計(jì)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(yùn)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)反映設(shè)備及 PLC 的運(yùn)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(shí)時(shí)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(yùn)行方式以達(dá)到節(jié)能的目的

報(bào)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(diǎn)、接觸器觸點(diǎn)、閥位等）變化時(shí)，可據(jù)不同的需要設(shè)定進(jìn) 行分級報(bào)警。如輸入到報(bào)警表、在屏幕報(bào)警欄顯示、聲光報(bào)警提示等。

報(bào)表功能：能生成即時(shí)報(bào)表、日報(bào)表、月報(bào)表、年報(bào)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(bào)表、圖形打印及事件、報(bào)警實(shí)時(shí)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(gè)局域網(wǎng)，它允許大量的計(jì)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(gè)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(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)、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(gè)設(shè)備和一個(gè) 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(fèi)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(jì)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(yùn)行頻率，監(jiān)測變頻器運(yùn)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(gè)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(cuò)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(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)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(yàn)?？刂破髂苤苯踊蚪?jīng)由 Modem組網(wǎng)?？刂破魍ㄐ攀褂弥?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(dú)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(dú)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(cuò)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(cuò)誤檢測域。如果在消息接收過程中發(fā)生錯(cuò)誤，或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立錯(cuò)誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。在這個(gè)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(shí)現(xiàn)對各個(gè)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(yùn)行，一直能穩(wěn)定安全運(yùn)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。

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