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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(luò)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(duì)象,通過Ethernet上的PC機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的系統(tǒng)。并針對(duì)實(shí)際應(yīng)用,利用RSView32對(duì)上位機(jī)的人機(jī)監(jiān)控進(jìn)行設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)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(luò)化控制提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

2  系統(tǒng)NetLinx網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是指把單個(gè)分散的測(cè)量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),以現(xiàn)場(chǎng)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(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。在眾現(xiàn)場(chǎng)總線中,具有代表性之一的是羅克韋爾自動(dòng)化公司推出的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系:Netlinx三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),NetLinx體系結(jié)構(gòu)中的各層網(wǎng)絡(luò)的頂層協(xié)議均采用面向?qū)ο蟮目刂婆c信息協(xié)議CIP。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

NetLinx網(wǎng)絡(luò)通過設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)以及這些網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)提供各種連接。本設(shè)計(jì)利用羅克韋爾三層網(wǎng)絡(luò)體系建立了系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu):最上層是工廠管理級(jí)監(jiān)控系統(tǒng),采用以Ethernet/IP為基礎(chǔ)的通信網(wǎng)絡(luò);中間層是車間級(jí)監(jiān)控系統(tǒng),采用以ControlNet為基礎(chǔ)的通信網(wǎng)絡(luò);最底層是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng),采用以DeviceNet為基礎(chǔ)的通信網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了從頂層到車間層的無(wú)縫集成策略[2]。

3  水箱液位控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
3.1  系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)基于Netlinx網(wǎng)絡(luò)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(jī)架組成。液位控制系統(tǒng)的液位信號(hào)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸入信號(hào)以及電磁閥輸入信號(hào)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(jī)與上位機(jī)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(gè)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(shè)計(jì)理念和技術(shù),將NetLinx通信架構(gòu)中的生產(chǎn)者/消費(fèi)者通信模式應(yīng)用到它的背板總線(ControlBus),使得插槽上的每個(gè)模塊甚至是處理器都可以視為ControlBu背板總線上的節(jié)點(diǎn)。又由于EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)、Control-Net網(wǎng)絡(luò)和DeviceNet網(wǎng)絡(luò),都采用了CIP(通用工業(yè)協(xié)議)作為其網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議,使得 ControlBus背板總線在連接不同網(wǎng)絡(luò)的通訊模塊后,實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)之間的信息路由和無(wú)縫連接。
3.1.2  控制對(duì)象
水箱:包括下水箱和儲(chǔ)水箱。水箱底部均接有擴(kuò)散硅壓力變送器(帶數(shù)顯),可對(duì)水箱的壓力和液位進(jìn)行變送。
3.2  系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)包括以下四個(gè)方面:通過RSLinx軟件建立通信通道;通過RSLogix 5000軟件對(duì)控制器進(jìn)行邏輯編程;通過RSNetworx軟件對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行設(shè)定和配置;通過RSView32軟件設(shè)計(jì)人機(jī)監(jiān)控界面。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。(1)  建立通信通道:羅克韋爾自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的所有PLC和上位機(jī)都通過交換機(jī)連接在同一個(gè)局域網(wǎng)中,通過RSLinx軟件建立通信通道,上位機(jī)可以通過以太網(wǎng)訪問局域網(wǎng)中的任何一臺(tái)PLC。
(2)  邏輯編程:本設(shè)計(jì)通過RSLogix 5000軟件編寫電機(jī)控制梯形圖程序。RSLogix5000軟件符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn),是一個(gè)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(tái)。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(gè)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(luò)規(guī)劃:變頻器和測(cè)速發(fā)電機(jī)等硬件設(shè)備均是通過遠(yuǎn)程I/O就扣掛接在控制網(wǎng)上,通過RSNetworx軟件對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行設(shè)定和配置,可以激活PLC上的網(wǎng)絡(luò)模塊。
(4)  組態(tài)人機(jī)監(jiān)控界面:本文采用RSView32軟件組態(tài)人機(jī)監(jiān)控界面,以實(shí)現(xiàn)整套控制系統(tǒng)得遠(yuǎn)程監(jiān)控。組態(tài)監(jiān)控畫面圖4所示。

4  參數(shù)設(shè)定與仿真
本設(shè)計(jì)中使用RSLogix5000 PIDE Faceplate Control面板進(jìn)行PID參數(shù)的整定。RSLogix5000 PIDE自動(dòng)整定提供了一個(gè)簡(jiǎn)易的開回路的自動(dòng)整定,它固定在PIDE指令中,可以通過設(shè)置和讀取控制器中合適的自動(dòng)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)值來(lái)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),觀察響應(yīng)曲線的變化,直至響應(yīng)曲線達(dá)到令人滿意的效果。

5  結(jié)束語(yǔ)
本設(shè)計(jì)利用羅克韋爾開放式網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),設(shè)計(jì)和構(gòu)建了基于NetLinx網(wǎng)絡(luò)的水箱液位控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了不同層次上設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)通信,設(shè)計(jì)了水箱液位系統(tǒng)人機(jī)監(jiān)控界面,并進(jìn)行了PIDE參數(shù)的自整定,通過運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)能達(dá)到較好的控制效果。最終實(shí)現(xiàn)水箱液位系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化控制。羅克韋爾多層網(wǎng)絡(luò)是基于Netlinx的開放式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),ControlLogix可以作為網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)和多個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接,可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備和多個(gè)節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜監(jiān)控,以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的流程控制或多設(shè)備的協(xié)同工作。而本設(shè)計(jì)只是利用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架實(shí)現(xiàn)了對(duì)一個(gè)水箱的控制。實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)水箱群控是進(jìn)一步研究的方向