ControlNet網(wǎng)絡(luò)在沙角C電廠化學(xué)除鹽系統(tǒng)PLC升級的應(yīng)用

梁新學(xué)

（東莞市科衡機(jī)電有限公司，廣東東莞 523900）

ControlNet網(wǎng)絡(luò)在沙角C電廠化學(xué)除鹽系統(tǒng)PLC升級的應(yīng)用

梁新學(xué)

（東莞市科衡機(jī)電有限公司，廣東東莞 523900）

AB公司的PLC產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)不同情況靈活的運(yùn)用，介紹在除鹽系統(tǒng)PLC硬件及網(wǎng)絡(luò)升級過程中，ControlNet網(wǎng)絡(luò)在沙角C電廠化學(xué)除鹽系統(tǒng)中的成功應(yīng)用。

PLC；ControlNet；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；改造；應(yīng)用

0 引言

ControlNet是美國羅克韋爾自動化（Rock?well Automation）公司推出的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——NetLinx的控制層網(wǎng)絡(luò)，也是羅克韋爾電子化制造（E-manufacturing）概念的主要技術(shù)之一。

1 ControlNet的概述

（1）ControlNet的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

ControlNet網(wǎng)絡(luò)在同一物理層介質(zhì)鏈路上提供時間關(guān)鍵性I/O數(shù)據(jù)和報文數(shù)據(jù)，包括程序的上載/下載，組態(tài)數(shù)據(jù)和端到端的報文傳遞等通訊支持。I/O性能和端到端通訊性能都較傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有較大的提高同一鏈路上允許有多個控制器同時共存，網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)居于對等地位，可以從任意節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)存取，網(wǎng)絡(luò)總線速率為5Mbit/s，在端到端總長為250 m的距離內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)可支持的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為48個，一個子網(wǎng)最多99個節(jié)點(diǎn)，圖1為節(jié)點(diǎn)數(shù)與傳輸距離的關(guān)系：

圖1 節(jié)點(diǎn)數(shù)與傳輸距離關(guān)系圖

從圖1中可以看出隨著設(shè)備節(jié)點(diǎn)的增多傳輸距離是遞減的，節(jié)點(diǎn)數(shù)為2個時，最大傳輸距離為1 000 m；節(jié)點(diǎn)數(shù)為48個時，最大傳輸距離為250 m；當(dāng)設(shè)備數(shù)增多時，必須增加中繼器，以保證傳輸距離，避免信號衰減。

（2）ControINet系統(tǒng)原理

ControlNet是基于生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式(Produc?er/Consumer Mode1)的網(wǎng)絡(luò)。生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式允許網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)同時獲取來自同一數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)。最終，該模式提高了效率，因?yàn)閿?shù)據(jù)只發(fā)送一次，而與數(shù)據(jù)使用者(Consumer)的數(shù)量無關(guān)，并且具有精確的同步性。因?yàn)閿?shù)據(jù)將同時到達(dá)每一個節(jié)點(diǎn)。生產(chǎn)者一消費(fèi)者模式的優(yōu)點(diǎn)在于：多個節(jié)點(diǎn)可以同時消費(fèi)(Consume，即讀取)來自同一個生產(chǎn)省(Producer，即數(shù)據(jù)源)所提供的數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)間易于同步，可以獲得更為精確的系統(tǒng)性能，設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)自主通信，無需系統(tǒng)主站。Control?Net提供了簡單、高度確定而且靈活的傳輸數(shù)據(jù)方式。ControlNet在執(zhí)行操作、數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控時不會影響到I/O控制的性能[1-3]。

2 原系統(tǒng)介紹

除鹽系統(tǒng)采用PLC5系列系統(tǒng)；除鹽PLC系統(tǒng)由3個13槽機(jī)架組成，卡件配置情況如表1。

表1 原系統(tǒng)PLC卡件配置表

水處理系統(tǒng)大部分儀表是開關(guān)型和就地顯示儀表，例如工藝流程中的箱、罐、池液位計(jì)采用了導(dǎo)電式開關(guān)型儀表；管道流量計(jì)大多是就地玻璃管型指示表。

（1）網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

外網(wǎng)（上層網(wǎng)絡(luò)）經(jīng)1785-ENET/C以太網(wǎng)模塊連接到化學(xué)交換機(jī)，內(nèi)網(wǎng)經(jīng)處理器CH2接口（串口）使本地I/O與遠(yuǎn)程I/O實(shí)現(xiàn)通訊，如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)改造前網(wǎng)絡(luò)圖

沙角C電廠于1995年投產(chǎn)，已運(yùn)行十多年，化學(xué)除鹽控制系統(tǒng)還使用A-B公司的早期產(chǎn)品——PLC-5，性能已大大落伍，設(shè)備老化過時，備品備件采購困難，而且本地I/O與遠(yuǎn)程I/O的通訊方式（串口通訊）已經(jīng)不能適應(yīng)高速數(shù)據(jù)傳輸要求，因此必須進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)及PLC硬件升級，以確保系統(tǒng)健康地運(yùn)行。

3 改造的實(shí)施

經(jīng)研究選用A-B公司的CONTROLLOGIX平臺，外網(wǎng)還是采用以太網(wǎng)，內(nèi)網(wǎng)則采用ControlNet控制網(wǎng)。

改造后系統(tǒng)由4個13槽機(jī)架組成，就地增加多一個FLEXLOGIX平臺，用于陽床電磁閥控制及閥門狀態(tài)指示，網(wǎng)絡(luò)圖如圖3。

圖3 ControlNet網(wǎng)絡(luò)圖

（1）程序轉(zhuǎn)換

本系統(tǒng)使用PLC-5程序，所以需要轉(zhuǎn)換成CONTROLLOGIX項(xiàng)目程序，使用RSLOGIX5000軟件自帶的Translate PLC5/SLC工具實(shí)施轉(zhuǎn)換，由于PLC5/SLC500與Controllogix的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是完全不同的，所以在轉(zhuǎn)換工作中最重要的是數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換或替換，即在新的系統(tǒng)中，I/O模塊已經(jīng)完全不同了，要按照Controllogix的規(guī)則完成I/O組態(tài)。

（2）控制方式

化學(xué)除鹽系統(tǒng)程序控制采用上位機(jī)統(tǒng)一監(jiān)控，上位工控機(jī)通過EtherNet以太網(wǎng)CPU通信，上位機(jī)監(jiān)控軟件采用ABB公司的POWER GENERATION PORTAL軟件，除鹽系統(tǒng)在脫硫控制室監(jiān)控（除鹽車間有臺監(jiān)控客戶機(jī)），由于除鹽車間至脫硫控制室距離大概有1.5公里，因此要使用光纖-以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行對接通訊，如圖4。

圖4 系統(tǒng)改造后網(wǎng)絡(luò)圖

（3）構(gòu)造新的本地I/O與遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)絡(luò)

本地I/O與遠(yuǎn)程I/O通信網(wǎng)絡(luò)采用ControlNet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。新構(gòu)造的網(wǎng)絡(luò)圖如圖5所示。

本次改造采用冗余ControlNet網(wǎng)絡(luò)，保證了控制的實(shí)時性和可靠性，每個節(jié)點(diǎn)必須使用不同的地址，否則會發(fā)生沖突，地址的選擇可以通過CNBR模塊側(cè)面的旋鈕開關(guān)選擇，本工程1號機(jī)架Cnet地址為1，2號機(jī)架Cnet地址為2，3號機(jī)架Cnet地址為3，4號機(jī)架Cnet地址為4，5號機(jī)架Cnet地址為5。

圖5 系統(tǒng)改造后I/O圖

（4）網(wǎng)絡(luò)組態(tài)與通信實(shí)現(xiàn)

利用1786RG6同軸電纜連接好網(wǎng)絡(luò)后，進(jìn)行送電并對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組態(tài)與通信。首先打開RSLogix 5000編程軟件，點(diǎn)擊文件→打開→選擇已經(jīng)從PLC-5中轉(zhuǎn)換好的程序，由于此時還沒有與項(xiàng)目相關(guān)的任何I/O模塊，因此必須建立I/O模塊，本網(wǎng)絡(luò)包括一個本地I/O機(jī)架和3個遠(yuǎn)程I/O機(jī)架。添加本地機(jī)架CNB通訊模塊，鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊I/O Configuration，并選擇New Module，在模塊列表中選擇1756-CNBR/E，填寫相關(guān)信息如節(jié)點(diǎn)號：1，槽號：0，按OK建立CNBR模塊的信息。其它本地和遠(yuǎn)程I/O的模塊可按照此方法一一建立。

建立好I/O模塊后，就可以將程序下載到處理器，下載完成后通過觀察，發(fā)現(xiàn)I/O not respond?ing的燈在處理器上閃動，并且遠(yuǎn)程CNBR模塊和遠(yuǎn)程I/O模塊上有黃色的三角標(biāo)記，通信出現(xiàn)異常，如圖6所示。

圖6 程序輸入/輸出配置圖

這表示雖然已經(jīng)用ControlNet連接了遠(yuǎn)程框架，但是遠(yuǎn)程I/O的數(shù)據(jù)屬于Schedule的數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行控制網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃后才能使用，因此需要進(jìn)行ControlNet的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，打開RSNetWorx For ControlNet軟件，進(jìn)入ControlNet組態(tài)界面：

（1）在工具欄上點(diǎn)擊Online按鈕，選擇網(wǎng)絡(luò)路徑后，讀取ControlNet網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備信息。

（2）選中ControlNet網(wǎng)絡(luò)后，點(diǎn)擊OK，軟件會自動讀取在ControlNet網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備，讀取完畢后，點(diǎn)擊Edits Enabled進(jìn)入編輯模式。

（3）單擊菜單Network的Properties項(xiàng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，改變Max Scheduled Address為5，改變Max Unscheduled Address為 10，然后點(diǎn)擊“OK”。

（4）單擊菜單欄的保存按鈕，命名組態(tài)文件后選擇Save，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)信息被寫入CNB模塊。

（5）完成ControlNet網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)后，回到RSLogix5000編程界面，在線觀察，發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)程機(jī)架CNB模塊和I/O模塊上的黃色三角標(biāo)記已經(jīng)消失，并且處理器的I/O顯示OK，ControlNet網(wǎng)絡(luò)組態(tài)完成，整個網(wǎng)絡(luò)通信正常，如圖7所示。

圖7 程序輸入/輸出配置圖

4 結(jié)束語

本文通過對ControlNet應(yīng)用背景、網(wǎng)絡(luò)概況及原理分析、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)等介紹入手，結(jié)合成熟的工程應(yīng)用實(shí)例：ControlNet在沙角C電廠化學(xué)除鹽控制系統(tǒng)應(yīng)用后，較之前的串口通訊的I/O讀寫速度更快，證明了ControlNet確實(shí)是連接遠(yuǎn)程I/O和對等PLC主站的最理想的網(wǎng)絡(luò)。

［1］ ControlNet系 統(tǒng) 概 述 ［Z］.Rockwell Automation CNET-SO001A-ZH.June，2003.

［2］陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2001.

［3］Controllogix系統(tǒng)用戶手冊［Z］.Rockwell International Corporation.2003.

The Application of ControlNet Used in PLC Updated in Water Handling System of SHAJIAO C Power Plant

LIANG Xin-xue
（DongGuan KeHeng Mechanical&Electrical Co.,Ltd，Dongguan523900，China）

The products of PLC from AB provide powerful network functions，the practical applications，they can be used flexibly based on different situation.ControlNet network has been successfully used in water handling system of SHAJIAO C Power Plant through the updating of PLC hardware and network.

PLC；ControlNet；network technology；alteration；application

TP391

A

1009－9492(2014)05－0155－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.05.039

梁新學(xué)，男，1980年生，廣東珠海人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：機(jī)電工程。已發(fā)表論文2篇。

(編輯：向 飛)

2013－11－20