ControlLogix 控制系统在珠海广昌供水泵站中的应用

一. 系统概述 

此系统是珠海广昌泵站的自动化控制系统，广昌泵站是为解决珠海市及澳门咸期供水而新建的一个泵站,其日供源水可达 80 万立方米。整个泵站自动控制系统采用集中监测,分散控制的方式。采用 AB 公司的 ControlLogix 控制系统，集成 EtherNet、 DeviceNet 、Modbus三条网络形成一个完善的控制系统，完成整个泵站的配电系统的控制及监视、机组的控制及运行监视、总出口阀的控制及监视、各种开关量及模拟量的报警、数据采集等。 
 
二.  应用背景及系统选型 

由于整个泵站有 17 个综合保护器（带 RS232/RS485/光纤，数据传输通过Modbus，每一个综合保护器对应一面高压开关柜。）及 3 套带 DeviceNet 接口 TOSHIBA 公司的 6KV 高压变频器。根据我们使用自动化设备的经验，经认真分析比较，我们选用美国 AB 公司的ControlLogix控制系统，配以 Rsview32 监控软件，实现泵站监控系统的各项功能，达到自动化控制系统的目的。 
1．  美国 AB 公司的 ControlLogix 控制系统特点： 
·无缝连接   易于和现有PLC 系统集成。 
·快速      ControlLogix结构在背板上提供了高速数据传输总线，Logix5550 控制器提供了高速传输的控制平台。 
·可组态  提供了模块化控制方法。 
·工业化  提高了高强度平台，可耐受震动、高温及各种电气干扰。
·集成化  建立了一个集中多种技术的平台，包括顺序控制、运动控制、传动和过程应用控制。 
·结构紧凑  适用于控制高度分散而配电盘空间有限的应用场合。 
 2．  监控软件 Rsview32 
Rsview32是Rockwell Automation 公司开发的软件，通过编程可实现监控系统需要的人机界面。PLC 采集的数据通过组态画面以多种显示形式形象地显示出来（如图 1），操作人员的可通过对画面的操作传送给 PLC。 
·界面制作功能、通讯功能等强大 
·操作简单明了 
·报警方式灵活有效 
·具有安全稳定的运行性能 

三．  系统工艺及配置 
系统配置如图：（见图 1） 

此系统是一个基于 ControlLogix 结构体系集成 EtherNet、DeviceNet 、Modbus 网络的集中监视、分散控制的自动控制系统。系统最下层为设备控制层（DeviceNet 网络和Modbus 网络），主要完成生产设备的控制和数据采集；第二层为网络集成层，完成整个泵站系统的网络集成，负责接收下层输送的数据及接收上层指令并将指令传送到设备层，负责完成监控层与设备控制层之间的数据传输及交换；第三层为监控层，主要完成整个泵站自动化控制系统在线监视及控制，并传输给总公司的信息管理系统和接收信息。 [page]
1． 监控层（控制中心） 
本系统监控层采用 Rsview32 软件进行组态，它具有控制、数据管理、数据采集、数据 记录、报警、趋势、报表生成等功能。服务器上工程师可进行计算机管理、编程、日常维护；在操作站上，值班员工能进行操作控制和监视生产运行状态。（如图 2） 
控制中心的主要功能： 
控制操作：在控制中心能对系统上被控设备进行在线实时控制，如开关柜的分合闸、阀门的开关、机组的启停、联动与单动的切换及对 PLC 的复位。 
显示功能：用图形形象、实时反映设备及 PLC 的运行状态；动态地显示工艺流程图及显示各种参数；动态显示模拟量的数值、开关信号，通过颜色、文字显示、百分比、填充等手段生动地表达出来。 
数据管理：能建立生产数据库、操作信息库、故障信息库 
数据处理：利用实时数据和历史数据，进行生产成本分析及寻求最佳运行方式以达到节能的目的 
报警功能：当某一模拟量（如电流、流量、压力、温度等）的测量值超出设定的范围或某一开关量（如继电器触点、接触器触点、阀位等）变化时，可据不同的需要设定进 行分级报警。如输入到报警表、在屏幕报警栏显示、声光报警提示等。 
报表功能：能生成即时报表、日报表、月报表、年报表。 
安全功能：按不同操作级别分别加密。开 PC 机自动进入监控系统，一般操作人员只能在Runtime 画面进行权限内的操作而且无法退出 Runtime 画面。
打印功能：能进行报表、图形打印及事件、报警实时打印。

2.网络集成层 
本系统网络集成层集成 EtherNet、DeviceNet 、Modbus 网络。 
其硬件配置如下： 
·1756-A4         机架 
·1756-PA72       电源模块 
·1756-L1        Logix5550 控制器 
·1756-DNB      DeviceNet 网络通信卡 
·1756-ENET     EtherNet 网络通信卡 
·MVI56-MCM   Modbus网络通信卡 
2．1   1756-L1  Logix5550 控制器 
Logix5550 控制器是系统的核心，用软件 RsLogix5000 进行编程。 
2．2  1756-DNB DeviceNet 网络通信卡 
1756-DNB是 DeviceNet扫描器接口模块，充当连接 DeviceNet与 ControlLogix 机架之间的接口。 
1756-DNB与 DeviceNet网络设备进行如下通讯： 
·与设备进行读/写操作 
·下载组态数据到设备 
·监视设备的工作状态 
1756-DNB与 ControlLogix 机架内的Logix5550 控制器进行通讯，从而提供： 
·设备的输入/输出（I/O）数据 
·设备的状态信息 
·设备的组态数据读/写 
2．3  1756-ENET EtherNet 网络通信卡 
TCP/IP  以太网是一个局域网，它允许大量的计算机、控制器及其它设备在以太网上进行远距离的通信。1756-ENET以太网通信接口模块用于桥接以太网与其他网络，在本系统是桥接以太网与 DviceNet 网、Modbus 网。 
2．4  MVI56-MCM Modbus网络通信卡 
MVI56-MCM  是作为 Modbus 网与ControlLogix 系统控制器背板之间的网关。它提供5000 个字存储器用于 Modbus 网与控制器的数据交换。 
2． 设备控制层 
3．1  DviceNet网络（如图 3） [page]

DeviceNet 基于 CANbus技术，用于 PLC 与现场设备之间的通信网络。它可连接开关、拖动装置、电源监控器、固态过载保护装置、条形码阅读器、I /O和人机界面等，传输速率为 125-500kbps，同轴电缆传输距  离为500m。DeviceNet 网络是符合国际工业标准的开放网络，将底层的设备直接和车间级控制器相连，而无需通过硬线将它们与 I/O模块连接。世界范围的 150多个销售商积极支持开放式设备网销售者协会（ODVA）基于 CAN技术的网络。
这种 64 个节点、多支路的网络，允许用一根电缆去连接 500m 以内的设备、并远至用户的可编程控制器，无需用导线把每一个设备和一个 I/O机架连接起来，总之所有这一切可以减少导线的费用并方便安装。 
3.1.1  4#站～8#站对应 1#～5#蝶阀控制站，9#、10＃、14＃、15＃站对应风机控制站，12＃、13＃对应高压室备用站（各站配置相同） 
蝶阀控制站控制蝶阀的开/关、冷却水电磁阀的开/关；监测蝶阀的阀位、油路系统工况并进行冷却水流量的脉冲计数。 
配置如下： 
·1761-NET-DNI  
·Micrologix1000 
3.1.2  1#～3#站对应三套变频器控制站 
变频器控制站——控制变频器的启/停及运行频率，监测变频器运行状态、频率、温度、电流、电压。变频器是 TOSHIBA产品，其配 DeviceNet接口卡。 
3.1.3  11#站对应总管阀门控制站 
总管阀门控制站——控制总管阀门的开/停/关，监测阀门的工况。
配置如下： 
·1761-NET-DNI 
·Micrologix1000 
3.1.4  18#站对应模拟量采集站 
模拟量采集站——监测流量、压力、总管阀门的开度、电机水泵的温度、电流。 
配置如下： 
·1746-A10        机架 
·1746-PA2        电源 
·1747-SDN        设备网扫描器 
·1746-SLC-5/04   处理器 
·1746-NIR4       模拟量模块 
·1746-NI8        模拟量模块 
3．2   Modbus 网络 
Modbus  协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构, 而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程，如果回应 
来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。 在一 Modbus 网络上通信时，此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息   并用Modbus 协议发出。 
标准的 Modbus 口是使用一 RS-232C兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由 Modem组网。控制器通信使用主-从技术，即仅一设备（主设备）能初始化传输（查询）。其它设备（从设备）根据主设备查询提供的数作出相应反应。主设备可单独和从设备通信，也能以广播方式和所有从设备通信。如果单独通信，从设备返回一消息作为回应，如果是以广播方式查询的，则不作任何回应。Modbus 协议建立了主设备查询的格式：设备（或广播）地址、功能代码、所有要发送的数据、错误检测域。从设备回应消息也由 Modbus协议构成，包括确认要行动的域、任何要返回的数据、和错误检测域。如果在消息接收过程中发生错误，或从设备不能执行其命令，从设备将建立错误消息并把它作为回应发送出去。在这个系统里是将 SIEMENS 公司的 7SJ62X系列综合保护器通过 RS485 接口连接至 Modbus网络通信卡——MVI56-MCM。通过 Modbus 网络，实现对各个开关柜的分合闸控制及监测其状态（分合闸状态、电流值、电压值、频率等）。 

四．结束语 

此基于 ControlLogix 结构体系的系统自 2001 年 6 月投入运行，一直能稳定安全运行，获得广泛好评。本系统的成功对供水行业自动化也许有一定的借鉴作用。  
 
参考文献 
【1】 Rsview32  用户手册 
【2】  Getting Results with Rslogix5000TM
【3】孙志刚，朱德森。USS 协议和 MODBUS 协议的实现。机械与电子，2001（5）