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1  引言
液位控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中常見環(huán)節(jié)。
通過基于NetLinx網(wǎng)絡的水箱液位控制系統(tǒng),搭建了以ControlLogix系統(tǒng)為中心,以ControlLogix5561 PLC為控制器,以THJ-2水箱為控制對象,通過Ethernet上的PC機進行遠程監(jiān)控的系統(tǒng)。并針對實際應用,利用RSView32對上位機的人機監(jiān)控進行設計,實驗結(jié)果表明,該系統(tǒng)可為研究水箱液位控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡化控制提供實驗基礎。

2  系統(tǒng)NetLinx網(wǎng)絡架構(gòu)
現(xiàn)場總線技術(shù)是指把單個分散的測量控制設備變成網(wǎng)絡節(jié)點,以現(xiàn)場總線為紐帶,把它們連接成可以相互溝通訊息、共同完成自控任務的網(wǎng)絡系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。在眾現(xiàn)場總線中,具有代表性之一的是羅克韋爾自動化公司推出的工業(yè)網(wǎng)絡體系:Netlinx三層網(wǎng)絡架構(gòu),NetLinx體系結(jié)構(gòu)中的各層網(wǎng)絡的頂層協(xié)議均采用面向?qū)ο蟮目刂婆c信息協(xié)議CIP。

NetLinx網(wǎng)絡通過設備網(wǎng)網(wǎng)絡、控制網(wǎng)網(wǎng)絡、以太網(wǎng)網(wǎng)絡以及這些網(wǎng)絡的節(jié)點提供各種連接。本設計利用羅克韋爾三層網(wǎng)絡體系建立了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu):最上層是工廠管理級監(jiān)控系統(tǒng),采用以Ethernet/IP為基礎的通信網(wǎng)絡;中間層是車間級監(jiān)控系統(tǒng),采用以ControlNet為基礎的通信網(wǎng)絡;最底層是現(xiàn)場設備級控制系統(tǒng),采用以DeviceNet為基礎的通信網(wǎng)絡,實現(xiàn)了從頂層到車間層的無縫集成策略[2]。

3  水箱液位控制系統(tǒng)的實現(xiàn)
3.1  系統(tǒng)硬件總體設計基于Netlinx網(wǎng)絡的水箱液位控制系統(tǒng)如圖2所示。采用了ControlLogix系列PLC,它由處理器1756-L61模塊、以太網(wǎng)通訊模塊1756-ENBT、模擬量輸入模塊1756-IF8、模擬量輸出模塊1756-OF8、電源模塊1756-PA72/C、1756-A10機架組成。液位控制系統(tǒng)的液位信號、電動調(diào)節(jié)閥輸入信號以及電磁閥輸入信號分別通過模擬量輸入模塊1756-IF、模擬量輸出模塊1756-OF和數(shù)字量輸出模塊1756-OW16I與1756-L61控制器模塊建立連接,ControlLogix5561的以太網(wǎng)通信通過金浪KN-S1016P+系列交換機與上位機建立。
3.1.1  控制器
本系統(tǒng)采用的ControlLogix PLC控制器。ControlLogix系統(tǒng)是一個模塊化系統(tǒng),超出了傳統(tǒng)意義上的可編程邏輯控制器,采用全新的設計理念和技術(shù),將NetLinx通信架構(gòu)中的生產(chǎn)者/消費者通信模式應用到它的背板總線(ControlBus),使得插槽上的每個模塊甚至是處理器都可以視為ControlBu背板總線上的節(jié)點。又由于EtherNet/IP網(wǎng)絡、Control-Net網(wǎng)絡和DeviceNet網(wǎng)絡,都采用了CIP(通用工業(yè)協(xié)議)作為其網(wǎng)絡應用層協(xié)議,使得 ControlBus背板總線在連接不同網(wǎng)絡的通訊模塊后,實現(xiàn)了網(wǎng)絡之間的信息路由和無縫連接。
3.1.2  控制對象
水箱:包括下水箱和儲水箱。水箱底部均接有擴散硅壓力變送器(帶數(shù)顯),可對水箱的壓力和液位進行變送。
3.2  系統(tǒng)軟件總體設計
軟件設計包括以下四個方面:通過RSLinx軟件建立通信通道;通過RSLogix 5000軟件對控制器進行邏輯編程;通過RSNetworx軟件對控制網(wǎng)進行設定和配置;通過RSView32軟件設計人機監(jiān)控界面。1)  建立通信通道:羅克韋爾自動化實驗室的所有PLC和上位機都通過交換機連接在同一個局域網(wǎng)中,通過RSLinx軟件建立通信通道,上位機可以通過以太網(wǎng)訪問局域網(wǎng)中的任何一臺PLC。
(2)  邏輯編程:本設計通過RSLogix 5000軟件編寫電機控制梯形圖程序。RSLogix5000軟件符合IEC61131-3標準,是一個包含編程、診斷、在線監(jiān)控等功能的集成系統(tǒng)開發(fā)平臺。系統(tǒng)的主要功能是為控制工程師和系統(tǒng)編程人員提供一個可以把他們的程序概念轉(zhuǎn)變成一系列的程序圖和定義用于快速地創(chuàng)建可執(zhí)行程序。 
(3)  網(wǎng)絡規(guī)劃:變頻器和測速發(fā)電機等硬件設備均是通過遠程I/O就扣掛接在控制網(wǎng)上,通過RSNetworx軟件對控制網(wǎng)進行設定和配置,可以激活PLC上的網(wǎng)絡模塊。
(4)  組態(tài)人機監(jiān)控界面:本文采用RSView32軟件組態(tài)人機監(jiān)控界面,以實現(xiàn)整套控制系統(tǒng)得遠程監(jiān)控。組態(tài)監(jiān)控畫面圖4所示

4  參數(shù)設定與仿真
本設計中使用RSLogix5000 PIDE Faceplate Control面板進行PID參數(shù)的整定。RSLogix5000 PIDE自動整定提供了一個簡易的開回路的自動整定,它固定在PIDE指令中,可以通過設置和讀取控制器中合適的自動調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)值來進行自動調(diào)節(jié),觀察響應曲線的變化,直至響應曲線達到令人滿意的效果。

5  結(jié)束語
本設計利用羅克韋爾開放式網(wǎng)絡平臺,設計和構(gòu)建了基于NetLinx網(wǎng)絡的水箱液位控制系統(tǒng)。實現(xiàn)了不同層次上設備間的網(wǎng)絡通信,設計了水箱液位系統(tǒng)人機監(jiān)控界面,并進行了PIDE參數(shù)的自整定,通過運行和實驗證明該系統(tǒng)能達到較好的控制效果。最終實現(xiàn)水箱液位系統(tǒng)的網(wǎng)絡化控制。羅克韋爾多層網(wǎng)絡是基于Netlinx的開放式網(wǎng)絡架構(gòu),ControlLogix可以作為網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)不同網(wǎng)絡和多個節(jié)點的連接,可以同時實現(xiàn)多臺設備和多個節(jié)點的復雜監(jiān)控,以實現(xiàn)復雜的流程控制或多設備的協(xié)同工作。而本設計只是利用網(wǎng)絡構(gòu)架實現(xiàn)了對一個水箱的控制。實現(xiàn)多節(jié)點水箱群控是進一步研究的方向。