环道控制系统下位软件设计.docx

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环道控制系统下位软件设计

摘要

论文的研究工作是以某石油环道控制系统设计为背景展开的，并且详细介绍了通过PLC控制下位系统工作的情况，以自由组态的形式对系统进行控制，使得程序具有更灵活的控制途径和更完备的控制方法。

本文在深入分析ControlNet总线技术的基础上，重点解析了ControlNet在各总线中的优势，同时阐述了其在环道控制系统中的应用，并且以Rockwell出品的RSLogix5000为基础，编写了自由组态的独立控制部分软件。

论文的主要论述了各类控制阀门的自由控制，尤其是使用周期性PID控制的方法解决大量运算带来的滞后问题。

本文对系统的硬件、选型、软件中流程控制的实现均有较为详细的阐述，对使用的编程软件也有描述，对于本系统的下位控制特点也进行总结说明，比较详尽地叙述了整个系统的相关事宜。

关键词ControlNet现场总线RSLogix5000独立控制自由组态

Abstract

Amongtheresearchworkonaoil-transport-system.CentralControlSystemisdesignedtostartthebackgroundanddetailsofthePLCpassedunderthecontrolofoperationofthesystem,afreeconfigurationofthesystemintheformofcontrol,makingtheprocessofamoreflexiblewaytocontrolAndbettercontrolmethods.

Inthispaper,in-depthanalysisofControlNetbustechnologyonthebasisofanalyticalfocusoftheControlNetinalloftheadvantagesofbus,onitspart,thecontrolsystemofapplication,andtoRockwell'sRSLogix5000-basedproducts,preparedbytheLiberalGroupStateofindependentcontrolofthesoftware.Amongthemaincontrolvalveonavarietyoffreecontrol,particularlytheuseofcyclicalPIDcontrolalargenumberofwaystosolvethedelayproblemofcomputing.Inthispaper,thesystemhardware,selection,processcontrolsoftwareintherealizationaredescribedindetail,theuseofthesoftwareprogramminghavedescribed,thesystemunderthecontroloffeatureshavealsoconcludedthatmoredetaileddescriptionoftheentiresystemTherelatedissues.

KeywordsControlNetFieldbusRSLogix5000SoftwareIndependentControl

FreeConfiguration

环道控制系统下位软件设计方案二

第1章绪论

1.1课题背景及国内外研究概况

一直以来，世界各国对能源的需求量还在不断地扩大，能源作为一个国家发展的基本保障越来越受到重视。

与此同时，因为能源特别是石油而引发的冲突接连不断。

为了保证能源的供应，我国一直在积极寻找国内油田，而且在国际上也积极寻找供应，因此目前我国的石油供应呈现多样化趋势。

石油的运输主要通过输油管道进行，而输油本身就是一项耗能巨大的工业过程。

如何在油品多样化的现状下寻找出不同油品运输的最低成本方案，这成为一项重要的研究课题。

建设大口径、多功能、自动化水平高的石油试验环道，可以得到不同环境下石油储运的各种数据，为各储运站提供可靠、准确的试验数据，使石油储运最大化、科学化，减少储运过程中的维护工作。

但是，我国目前还没有这样一个完善的、能够对不同油品运输工况进行试验的场所，为此建立一个大型的、国际一流的输油管道试验基地显得十分必要。

本课题就是抓住了这一契机，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，系统具有网络控制功能和远程控制接口，同时为了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。

通过本课题的研究提出适合一般工业领域基于现场总线技术的过程控制系统方案并推广。

为了更好的满足试验需求，工艺流程控制过程能够实现停输再启动试验，在此基础上，尽可能增加流程切换的灵活性，可在多种工况下进行各项试验，于是产生了本部分的各控制阀等的独立控制。

试验环道的数据全部实现自动化采集，检测设备采用高精度仪表。

为适应环道将来进行其他油品测试的需要，预留原油卸车接口。

1.2现场总线和工业控制网络

在企业信息化和自动化领域内，计算机技术、控制技术、网络与通信技术的结合孕育了现场总线技术和网络控制技术。

作为近年来在国际上迅速发展起来的、备受关注的网络控制新技术，现场总线是一种应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统。

被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。

随着微处理器与计算机功能的不断增强和价格的急剧降低，计算机与计算机网络控制得到迅速发展。

工厂底层控制除需完成现场自动化设备之间的多点数字通信外，还必须实现底层现场设备与外界的信息交换。

现场总线就是在这种实际需求的驱动下应运而生的。

现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力。

在此基础上，即可采用简单连接的双绞线、同轴电缆等作为总线，把多个测量控制仪表连接成为网络系统，并按照公开规范的通信协议，使位于现场的多个微机化测量控制设备以及现场仪表与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，从而实现控制网络与信息网络的网络集成。

自动化技术与网络技术的有机结合形成了网络控制技术。

控制网络一般指以控制对象为特征的计算机网络，简称为计算机亚网络Infranet（InfrastructureNetwork），它主要面向某个企业或某个系统的底层，与一般的计算机网络既有很多共同点，又有不同和独特之处，主要表现在以下几个方面：

1．控制网络中数据传输和系统响应的实时性是对控制网络的基本要求；

2．控制网络强调在恶劣环境下数据传输的完整性和可靠性；

3．对信道容量要求不是太高；

4．通信方式多采用广播或组播方式；

5．控制网络必须解决多家公司产品和系统在同一网络中兼容――即互操作问题。

目前，现场总线和网络控制技术研究与应用的发展趋势具有以下几个特点：

1．以现场总线作为底层的控制网络，在体系结构、仪表的数字化与智能化、监控组态软件及其开发平台与工具、以及现场总线的实际应用等各方面都取得了很大发展；

2．在OSI体系结构、控制网络的组网技术、实时网络操作系统、可靠性技术等方面都进行了深入研究，特别是以太控制网络的研究，推动了生产过程向更高层次的自动化水平发展，实现了优化控制，协调控制与远程监控；

3．控制网络与信息网络的集成已成为网络控制技术发展的一个热点，各种控制网络与信息网络的集成技术研究日趋激烈，网络集成的产品化程度不断提高，统一的企业网络构想将为企业计算机综合自动化打下坚实的基础；

4．在信息技术大潮的推动下，各种新技术不断涌现。

嵌入式技术推动了嵌入式控制器的发展，嵌入式控制器不但能即插即用，而且能与已有的控制网络一同协调工作。

嵌入式技术正朝着控制网络开放性发展方向迈进；

5．在网络控制的软件集成技术方面，计算机领域的DDE（DynamicDataExchange）技术、OPC（OLEforProcessControl）技术、集成软件套件技术、Web技术、国际公认的网络协议TCP/IP以及网络管理技术已经逐渐融合到网络控制技术中，大大推动了网络控制技术的发展；

6．分布式网络控制技术提出了一个全新的控制网络结构，不但实现了控制系统、控制设备的协调工作，而且也为实现控制网络与信息网络的无缝集成，组建统一的企业网络提供强了有力的技术支持，为实施企业资源计划（EnterpriseResourcePlanningERP）系统创造了良好的条件[2]。

1.3课题的建立以及本文完成的主要工作

本文主要包括以下内容：

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，要提供出程序的控制变量和入口程序等；

3．配合流程控制，完成对现场设备的管理与控制。

第2章ControlNet总线技术

2.1现场总线的发展

随着自动化技术的不断发展，网络技术的日益推广，在工业控制领域，控制规模的扩大，控制信息、管理信息的增加以及控制系统的柔性、设备间互操作性的要求，八十年代中后期出现了现场总线控制系统。

它贯彻全开放协议，使不同生产商产品之间具有可操作性，系统结构大大简化，实现以全数字为主的通信方式，可靠性进一步提高，代表了工控自动化发展的方向。

根据电工委员会（ICE）和美国仪表协会（ISA）定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络，支持双向、多分支、总线式、全数字通信。

采用OSI七层模型中的物理层、数据链路层和应用层，增加了自己特有的用户层作为现场总线通信模型。

现场总线的特点使其在自动化控制领域显示诸多优势：

1．构筑系统成本低，系统硬件减少，节省工程费用；

2．互操作性好。

采用同一的技术规范，使任何生产商的现场总线设备相互间能连接在一起；

3．现场总线能综合信息，现场仪表、控制设备都采用全数字实现双向通信、多变量访问；

4．提高生产率。

现场总线其有诊断数据、操作统计和自动故障通知，使人更有效地分析、诊断系统；

5．具有可靠的诊断和预估，从而减少了维护费用；

6．系统扩充和修改容易，不必或很少增加新的硬件；

7．故障定位准确，安全性进一步提高。

现场总线有多种方案，目前世界较流行的有FF现场总线、HART、ControlNet、CAN、DEVICNET和PROFIBUS现场总线等。

1994年，现场总线基金会FF（FILEDBUSFOUNDATION）集中了世界著名仪表、DCS和自动化设备制造商、科研机构和用户，成为唯一世界公认不隶属于某个企业的国际化标准组织，推动了现场总线标准的制定和产品开发，其制定的现场总线物理层〔低速总线H1、高速总线H2）标准已获得IEC批准。

但由于利益的驱使，欧美有些实力雄厚的公司不支持国际标准，仍大力推销自己的现场总线产品，如德国Bosch公司推出CAN，美国Echelon公司推出的LonWorks等，导致IEC最终否决了FF现场总线数据链路层和应用层的4个标准，使其未能成为国际标准，预计在今后一段时期里，会出现几种总线标准共存、同一生产现场有几种异构网络互联通信的局面。

但发展共同遵从的统一的标准规范，真正形成开放互联系统，是大势所趋。

与传统的工业控制体系相比，Rockwel