基于ControlNet现场总线的PLC环道控制和监控系统设计

作为通用工业控制计算机40年来，可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,PLC)实现了工业控制从接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越。本文采用先进的计算机控制系统组成上位机PLC控制系统作为下位机，结合ControlNet现场总线技术[1,2]，具有网络控制功能和远程控制接口，同时为确保系统的安全可靠性，上、下位机均拟采用硬件冗余的方案，完成输油管道试验系统的控制与数据采集。

①以现场设备为核心，建立下位PLC控制系统，编制各控制阀门独立控制程序，为操作管理人员提供灵活、准确的控制信息。实现对现场电动球阀、电动板阀、变频器等设备的管理；

②下位机（PLC）为上位监控系统提供控制途径，具体地要提供程序的控制变量和入口程序等；

③配合流程控制，通过局域网可在客户端实现远程监控，完成对现场设备的管理与控制，适用于低成本的小型的集散控制系统。

为了保证数据采集的准备性和安全性，系统采用双机热备，以避免由于特殊原因使数据丢失。系统中所要控制的执行机构包含：电动球阀16个、电动闸阀7个、变频器1台、搅拌器1台。所需要采集的数据量为：压力10点、差压2点、温度26点、地温30点、液位1点、流量2点。

总体系统硬件设计框图如图1所示：

其中：

1)PLC采用美国ROCKWELL公司先进的ControlLogix系列产品，可靠性高，具有双机热备功能，性能稳定；同时采用了高速传送、实时I/O的控制网络（ControlNet）通信技术，实现了过程数据采集、实时传输和过程控制，增强下位机的扩展性和数据采集的实时性。通过软件编程实现对远程仪表（设备）、传感器及执行机构的数据采集、

处理与控制，实现总体设计功能和系统热备功能。

2)下位机扩展采用采用美国ROCKWELL公司的模拟输入、输出模块、数字输入、输出模块以及专用的Pt电阻（测温RTD）输入模块，对现场仪表、传感器、Pt电阻（测温）及执行机构的数据进行采集与控制。

系统硬件设计的功能模块如表1所示。

ControlNet是一种新的面向控制层的实时性现场总线网络，在同一物理介质链路上提供对时间有苛求的控制信息和I/O数据以及无时间苛求的信息发送，包括程序的上/下载，组态数据和点对点的报文传送等通讯支持，以其高速（5Mb/s）的通信速度、先进的网络模型、高效率的网络协议以及灵活方便的安装方式等特点，提供了满足以上需要的解决方案。对于有多个基于PC的控制器之间不同PLC之间PLC与DCS之间存在通讯要求的场合，ControlNet也非常适用。ControlNet允许多个各自拥有独立或共享I/O的控制器之间相互通讯或以灵活的方式组织互锁。

ControlNet总线不仅可以与多种设备或子网直接相连，还能够通过扫描器连接下层的DeviceNet[3]设备网和FF现场总线等产品；同时通过通信接口模块连通上层的以太网，实现控制网络与信息网络的集成，共享信息资源。

4PLC下位机系统软件设计

PLC[4]的控制包括ControlNet网络的控制管理和流程控制两部分。其中网络控制管理通过ROCKWELLControlNet网络专用的RSLinx作为网络配置软件，RSNetWorx作为网络的管理软件。使用这两个软件进行相关的配置和管理，就能正确的使用挂在ControlNet网络上的PLC单元。

4.1基于RSLogix5000的环道控制设计

通过本系统的独立控制部分，管理者可轻松实现对于任何流程的控制，通过对每一个阀门的控制，即可实现任意的控制流程，如进油流程、自循环流程、旁接流程、清管流程、倒罐流程、高压泄放流程等。流程的控制通过PLC程序实现，编程软件为ROCKWELL的RSLogix5000企业版。其中，主程序流程如图3所示：

报警、显示子程序流程如图4所示。

调节阀控制子程序流程如图5所示。

环道控制系统下位软件方案二目的在于单独控制每一个阀门，实现灵活控制。在RSLogix5000编程环境中，根据现场的硬件基础编写完成下位PLC独立控制部分的程序，其中有一个主程序和28个子程序，分别用来调用或控制相应的功能模块。程序主要控制的阀门有V101、V103、V104、V201、V301、V302、V403、V404、V405、V407、V408、V501、V503、V511、V513、V601、V602、V611、V612、V621、V622、V623、V624。其中V101、V302、V405三个阀门是可调节阀门，配合变频器工作