第一章系统概述.docx
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第一章系统概述
第一章系统概述
本章内容:
本章概括地介绍了ControlLogix系统的基本结构和性能特点,简单地阐述了控制器和网络的基础类型,建立了相关的基本概念。
本章目的:
通过本章的学习,了解ControlLogix系统的基本特点和功能;了解ControlLogix系统控制器的基本类型及用途;了解ControlLogix系统的基本网络及特点,对ControlLogix系统有一个全局的概念。
一.ControlLogix系统特点介绍
ControlLogix系统是罗克韦尔自动化有限公司(艾伦布拉德利有限公司)继传统的可编程序控制器PLC2、PLC5/SLC之后推出的第三代工业控制产品,从硬件配置、通讯方式到数据结构都有根本性的变化,控制和数据传送概念也完全不同。
它是高度模块化结构的、可灵活地进行任意组合和扩充的高性能控制平台;通过背板强大的网关功能完成信息层、控制层和设备层三个开放式的通讯平台之间的自由转换,并兼容DH+、RI/O、DH485/串口等传统通讯网络;IEC1131-3标准的结构体数据形式可完善地表达生产过程数据实体并使得控制器与外部系统的数据交换实现无缝连接。
ControlLogix系统的使用是简单而便利的,但整个控制系统硬件配置、网络组态和数据流的规划却是不可忽视的,在有大量数据交换的系统中显得尤其重要。
1.ControlLogix系统的的编程环境
作为ControlLogix控制器编程终端的PC机或笔记本电脑,通常情况是,在WindowsNT/Windows2000/WindowsXP操作系统下安装:
∙RSLogix5000编程软件
∙RSLinx连接软件
∙RSNetWorxforControlNet网络组态软件
∙RSNetWorxforDeviceNet网络组态软件.
∙RSNetWorxforEtherNet网络组态软件.
RSNetWorx软件根据选用的网络类型有不同的安装。
2.ControlLogix系统的分类
功能强大的ControlLogix系统广泛地适用各种不同的用途,可根据需求灵活地选择多种方案,在ControlLogx系统中,可从应用或产品结构的不同角度进行分类。
按ControlLogix系统的控制功能分类有:
∙顺序控制
∙过程控制
∙驱动控制
∙运动控制
按ControlLogx系统的控制器类型分类有:
∙ControlLogix控制器
∙FlexLogix控制器
∙CompactLogix控制器
∙SoftLogix控制器
∙DriveLogix控制器
按ControlLogx系统的网络类型分类有:
∙EtherNet
∙ControlNet
∙DeviceNet
∙DH+/RIO
∙DH485/串口
∙第三方通讯
二.ControlLogix控制功能介绍
作为第三代控制器产品的ControlLogix控制器的功能已经不限于单纯的时序逻辑控制了,它是一种综合型的控制器,所能实现的控制功能,几乎覆盖了工业控制系统的基本需求。
尽管控制功能齐全,但不是替代了所有的专用型的控制系统,它是一种通用的,相对专用系统而言价格低廉的,用于常规控制的控制设备,其适应性、综合性、互通性、集成性和易于使用是其它控制系统无可比拟的。
1.顺序控制
顺序控制主要用于完成时序逻辑的控制,在传统的可编程序控制器中已经得到了充分的发展,ControlLogix控制器全盘引进PLC5增强型的指令系统,完全满足了时序逻辑控制的要求。
在这一方面,ControlLogix控制器无须作更大的改进,就已经相当完善了。
除了一般的顺序控制,现有的控制器也有较强的数据处理能力,如复杂的算术运算功能,文件处理功能等等,简单的PID运算控制目前也放在梯形图中处理,就算一个最简单的控制器,其功能也远远不止顺序控制。
2.过程控制
过程控制是用DCS系统实现的。
小型的DCS系统改装成以微型计算机作硬件设备,微软操作系统作软件平台,通用关系数据库作实时数据库的服务器,分离出了控制器和I/O模块,这使得它跟带上位机的PLC系统的结构很相似。
在ControlLogix控制器的指令系统中引进了功能模块,即仪表控制的模式,ControlLogix系统的结构化数据形式,对应了DCS系统的仪表结构数据,所以,只要对功能模块组态,就可以实现过程控制了。
值得指出的是,ControlLogix所实现的过程控制是较为简单的常规的仪表控制,对于控制要求不是太高,而系统的逻辑时序控制又大量存在的工艺过程,采用较之DCS系统便宜得多的ControlLogix控制系统,是非常好的选择。
当然,大系统的高精要求的过程控制,仍然是DCS系统来完成。
3.驱动控制
驱动控制主要指的是安放在变频器上的控制器所实现的控制,系统的逻辑控制关系及控制参数的输出极便利地直接地从控制单元送到了变频器,而集成在ControlLogix系统的通讯结构,又使得变频器与整个系统关系紧密。
在传统的控制器与变频器之间仅仅只存在通讯关系,在传统的通讯网络中传送变频器参数。
显然,驱动控制在快速性和可靠性上是优于传统的通讯方式的,从而,精密准确地实现了驱动控制。
同样值得指出的是,ControlLogix所实现的驱动控制是常规的驱动控制,对要求精度高,速度快的驱动控制系统,仍然是用专门的调速控制系统来实现的。
4.运动控制
运动控制又称为伺服控制,实现对运动轴的各物理量进行控制,在传统的可编程序控制器PLC5/SLC500中,也可实现这种功能,是用特殊的伺服模块驱动轴运动,采用专用软件MML组态运行过程。
ControlLogix控制器建立了一套运动控制指令,在梯形图中直接编制运行过程,通过执行指令来实现运动控制,简洁而快速,仍然值得指出的是,ControlLogix所实现的运动控制是常规的运动控制,对精度高,速度快和有特殊要求的运动控制,还是应该选择专用的数控系统来完成复杂的运动控制过程。
三.ControlLogix控制器类型介绍
ControlLogx系统推出的是系列产品,为了提供更多的方案选择,系统配置获得较高的性价比,且适合各个层次的应用,应该有丰富的产品类型供给选择。
目前,ControlLogx平台有5种类型的控制器,针对不同的用途和功能,可以选用不同类型的控制器。
下面是关于每一种类型的控制器的特点介绍。
1.ControlLogix控制器
ControlLogix控制器适合上千个I/O点的控制系统,具有极强的网络功能,通过强大的网关作用的背板可以连接AB控制器的所有的网络,是替代PLC5的第三代控制器产品,其特点是:
∙小巧尺寸的占用单槽的控制器具有极高的性能
∙所需空间比传统的控制器小20%到50%
∙允许各种模块混合使用的模块化结构
∙允许多个控制器位于同一机架中
∙每个控制器允许最多250个通讯连接
∙可寻址最多128000个离散点或4000个模拟量点
∙可扩展内存以适应各种应用尺寸
∙容易与现有的传统产品的系统(如PLC5、SLC500)集成
∙支持NetLink网络
---DeviceNet
---ControlNet
---EtherNet/IP
∙提供集成多达16个伺服模块(32轴)的同步和分布的运动控制
ControlLogix控制器硬件的基本结构是:
∙机架4槽、7槽、10槽、13槽、17槽,每个机架自供电源。
∙控制器模块Logix5550Logix5553Logix5555
∙I/O模块离散量模块、模拟量模块、高速计数模块
---与控制器数据交换使用生产者/用户方式
---外信号回路带电子保险
---外信号回路隔离
---可对模块进行诊断
---模拟量可进行工程定标并可带时间标记
---模块的防错插入采用电子辩识
---可带电拔插模块
∙通讯模块对应通讯网络的模块
---1756-ENET/B1756-ENBTEtherNet
---1756-CNB/CNBRControlNet
---1756-DNBDeviceNet
---1756-DHRIODH+
2.CompactLogix控制器
CompactLogix控制器适合几百个点的工作站级的小型控制系统,是将要替代SLC500的CXL产品,它以1769系列的I/O模块作为扩展模块,其特点是:
∙无需机架
∙能安装在导轨和面板上
∙能纵向或横向扩展
∙具有从512K到1.5M的内存选择
∙支持最多960个扩展I/O点(最多可扩展30个I/O模块)
∙提供单独的供电模块
∙支持ControlNet、EtherNet/IP和串口通讯
∙支持DeviceNet扫描器和适配器工作方式
3.FlexLogix控制器
FlexLogix控制器是从1794系列的适配器发展而来的,兼容了较为丰富的1794I/O模块,特别适合分布控制,其特点是:
∙占用很小空间的
∙能安装在导轨和面板上,并位于靠近处理过程或机器的地方
∙标准组件,允许模块混合使用
∙无需机架
∙具有64K(FlexLogix5433)和512K(FlexLogix5434)的固定内存
∙支持1或2个组合(扩展本地I/O,最多16个I/O模块)
∙支持多达512个I/O点
∙可在控制器上安装2个NetLinx网络的通讯卡
∙支持ControlNet、EtherNet/IP和串口通讯
∙支持DeviceNet扫描器和适配器工作方式
4.SoftLogix控制器
SoftLogix控制器是基于PC机微软操作平台的控制器,它适用于上位机操作和控制紧密结合的系统,其特点是:
∙将操作员站和控制器捆绑在同一台工控机中
∙当模块组态和控制时将通过映象产生一个虚拟的框架
∙兼容罗克韦尔软件和微软
∙与存在的远程I/O通讯
∙执行用户编写的C代码
∙支持EtherNet/IP、ControlNet和DeviceNet
5.DriveLogix控制器
DriveLogix控制器是专用于变频驱动器的控制器,它可以减少控制层和变频驱动器之间的通讯,将相关的逻辑控制直接放在变频驱动器上,其特点是:
∙内置于高性能的PowerFlexTM700S驱动器之中
∙对本地FlexI/O进行控制
∙具有高速的NetLinx的通讯卡
6.ProcessLogix控制器
ProcessLogix控制器是小型DCS系统的控制器,与ControlLogix控制器共用1756的框架及其I/O模块,这两种控制器可混和搭成一个系统,DSC系统与PLC信息交换的无缝连接,从而得以实现,前面谈到的过程控制不是指的用ProcessLogix控制器,而是在ControlLogix控制器中使用功能块,实际上是ProcessLogix控制器的功能块移植到ControlLogix控制器后,ControlLogix控制器才有了过程控制的功能。
ProcessLogix控制器的特性是:
∙集成了用户显示图形、报警、历史数据归档
∙标准的用户定义的监控模板
∙集成了确定性网络和现场总线
∙在控制器之间一对一发送信息
∙容易地与PLC5和ContrlLogix控制器连通
∙全局的诊断能力
∙强大的回路调节能力
∙服务器/控制器/网络冗余
∙易于和ControlLogix构成混和系统
以上是各种类型控制器的特性列举,如果稍加归纳,不难发现,其实可以归为两大类,一类是ControlLogix控制器,以模块为基本单位,基于背板ControlBus的通讯网络互换,在通讯上是极为灵活和便利的,所有的ControlLogix产品的优势尽在其中;还有一类相似于传统的可编程序控制器,还是以一个控制器带多个专属的I/O模块,但不使用框架,也即不使用背板来实现I/O数据收集了,而是用I/O模块的挂扣来自身延伸,其集成和扩展方便是不言而喻的,通讯类型放在控制器选择,也是模块化的,可更换的。
这种产品以其价格低廉应用于通讯要求不是很复杂的系统。
严格地说,ProcessLogix控制器并不属于这一个系列的产品,只是因为与ControlLogix的控制器混和使用,才在此简单介绍。
本书旨在介绍ControlLogix系统的性能,基本以ControlLogix控制器为主,掌握了这种控制器的产品特点,举一反三,学习其它类型控制器的使用应该不会太难。
四.ControlLogix系统网络类型介绍
支持ControlLogix设备的三个开放式网络EtherNet、ControlNet和DeviceNet,具有NetLink结构,把网络服务、CIP(控制和信息协议)及开放式软件接口结合在一起。
专门设计的NetLink结构覆盖了信息网、控制网和设备网三层结构。
根据特定的应用需求,可以混合搭配一层、两层或三层。
无需额外的编程组态或创建路由表,就可以在网络间自由地传送数据。
ControlLogix系统同时还兼容早期PLC/SLC500的传统的DH+、RI/O和DH485网络,使用专用的接口模块和专用的通讯端口与之相连,并在数据传送上也实现了兼容。
ControlLogix系统也支持与第三方通讯的模块,传统的控制器与第三方通讯的几种模式,在此仍然兼容,且控制器与通讯模块之间的数据传送变得非常简单,这恰恰是PLC5/SLC500最难处理的部分,此外,容量也变得更大。
1.EtherNet
EtherNet/IP是实现信息层和控制层的物理网络,当它用于控制网时,不同于ControlNet的是不能发送或接受确定性的数据,其特点是:
∙允许系统在网上控制,组态和采集数据并连结到工厂管理系统
∙管理大量的控制数据和信息数据
∙提供多方连通给几乎所有的计算机系统和应用软件包
∙获得商用的芯片和物理媒介质的众多的优势
2.ControlNet
ControlNet也是实现信息网和控制网的物理网络,甚至延伸到设备层。
该网络是一个开放式的网络,基于有效的生产者/用户方式,它高速地在同一网络上传送下列数据:
∙预定性的数据如I/O模块的刷新、控制器到控制器的对传数据。
∙非预定性的数据如程序的上载和下载,信息指令的执行和上位机数
据的监控。
ControlNet与传统的DH+和RI/O一样,是在控制器和I/O设备之间的高速数据网络,但它不同于DH+和RI/O的是:
∙高速和可靠
---高达5Mbits/second的网络速度
---改善了I/O性能
---改善了点对点的通讯
---可确定和可重复的数据发送
∙灵活的控制系统结构
---多控制器在同一网络上控制I/O
---同一个网络用于编程和I/O控制
---可从任一个节点进入网络
∙灵活的结构选择
---可选择网络冗余的媒介质
---在同一网络上的递增的节点号
∙提高用户编程能力
---用户可选择的控制和I/O刷新时间
---在线反馈的网络利用带宽
∙性能的提高
---通讯延迟的消除
---1756远程机架不采用块传送而改用MSG指令完成
ControlNet的网络基本技术参数如表1-1所列:
表1-1
数据包容量
数据传送速率
网络更新时间
电缆长度(每个段)
最大分支长度
最大节点号
1000m(2个设备)
512字节
5Mdps
2-100ms
250m(48个设备)
1m
99
3.DeviceNet
DeviceNet是全球的工业标准网络,基于生产者/用户方式,该网络被设计成由高级设备(如控制器)和智能I/O设备(如光电传感器)直接连接的界面,是一种多主(不止一个扫描器)多从(不止一个适配器)的网络结构,其特点是:
∙互用性多主的单一设备(符合DeviceNet标准的)是可交换的,提供机动和选择
∙公共网络开放的网络提供了公共的解决方案以满足各种各样的设备网络
∙节省的配线
---网络设备安装比传统的I/O配线节省
---一根配线同时支持通讯和24V电源
∙低维护费用撤除或重新安装设备不需要中断其他设备的使用
DeviceNet的网络基本技术参数如表1-2所列:
表1-2
数据包容量
数据传送速率
干线电缆长度
支线电缆长度
最大分支长度
最大节点号
125Kdps
500m
125m
8字节
250Kdps
250m
78m
6m
64
500Kdps
100m
39.5m
4.DH+/RIO
提供1756-DHRIO通讯模块连接传统的DH+网络和RI/O链,以便于PLC5和SLC/504控制器系统的兼容。
它们遵循传统控制器中使用的原则,在组态通讯口的路由表时,更像远程网的应用原则,这在传统控制器的应用中反而少见,因为传统的控制器远程网之间通讯网关的建立是比较复杂的,而ControlLogix系统中,由于背板的网关作用,远程网之间的通讯关系反而简单。
5.串口/DH485
串口通讯是直接连接到设备的简单容易的方式,是通常采用的控制器自己的编程口。
∙控制器上的串口可连接到MODEM、通讯模块或控制器(不超过15m)
∙Logix5000控制器用1756-CP3电缆直接连接控制器的串口。
传统的DH485网络,在CompactLogix中仍然保持,以便于SLC控制器系统的SLC/503和SLC5/02的连接,保留在串口的如同SLC500的串口的组态方式中,也能找到DH485的组态选择,亦可象SLC的串口一样可以改成DH485口使用。
此外,采用MVI(第三方兼容通讯模块)连接串口设备也是满足用户要求的选择。
6.第三方通讯模块
与第三方的通讯,如串口、MODBUS、PROFBUS亦有相应的第三方兼容通讯模块可以选用。
目前ProSoft技术公司提供了在ControlLogix平台与第三方通讯的模块供选择使用。
这些通讯模块在ControlLogix平台上与控制器的数据交换方式跟DeviceNet的扫描器模块是相似的,几乎可以把它们看成是一个大容量的双向数据交换的I/O模块。
习题
1、作为编程终端的PC机或笔记本电脑通常要装哪几个RA的软件?
2、ControlLogix系统中,可完成哪些控制功能?
3、一共有几种类型的控制器,它们分别用作于什么样的需求?
4、ControlLogix系统中,可用哪些网络完成通讯?
5、什么是LinkNet?
ControlLogix系统中,哪几个网络是LinkNet的结构?
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