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RockwellAutomation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。
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-L1Logix5550控制器
·1756-DNBDeviceNet网络通信卡
·1756-ENETEtherNet网络通信卡
·MVI56-MCMModbus网络通信卡
2．11756-L1Logix5550控制器
Logix5550控制器是系统的核心，用软件RsLogix5000进行编程。
2．21756-DNBDeviceNet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
2．31756-ENETEtherNet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。
2．4MVI56-MCMModbus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
3．1DviceNet网络（如图3）

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。
3.1.14#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
3.1.21#～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。
3.1.311#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
3.1.418#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
3．2Modbus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）。