罗克韦尔ControlLogixPLC

2．按功能分类 （1）低档PLC 低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位及自诊断、监控等基本功能，还有 少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。 （2）中档PLC 中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、 数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。 （3）高档PLC 高档PLC除具有中、低档PLC的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、 位逻辑运算、平方根运算及其他特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。
1．基本介绍 从应用上来说，ControlLogix控制器的硬件主要包括控制器的CPU和内存两大 部件，它们的作用分别如下。 CPU：共有两个，一个是逻辑CPU，主要负责逻辑控制和数据处理；一个 是背板CPU，主要负责背板通信。 内存：可以分为基本内存和扩展内存，基本内存主要用来存储控制器与外 部交换的通信数据，扩展内存主要存储用户的逻辑程序和内部数据。
2.8 模拟量输入/输出模块 2.9 ControlLogix系统的I/O模块工作模式 2.10 ControlLogix系统的网络通信模块 2.11 ControlLogix系统的专用模块 2.12 ControlLogix系统的机架背板 2.13 系统组态
产品线如图2-1所示。
1．ControlLogix控制器 ControlLogix控制器适用于大规模的控制系统，可以控制大量的I/O点，具有极 强的网络通信功能。 2．CompactLogix控制器 CompactLogix控制器较适合于几百个控制点的工作站级的小型PLC系统，将逐 渐替代SLC500系列PLC。 3．FlexLogix控制器 FlexLogix控制器是从1794系列的适配器发展而来的，广泛应用于分布式控制系 统。一个简单的FlexLogix系统包含一个控制器和最多8个输入/输出模块。
2．多处理器本地I/O架构 在同一个ControlLogix机架背板内安装多个处理器，可以使每个处理器独立执行 各自的控制任务。但是，在多处理器本地I/O架构中要进行系统规划，为每一个I/O 指明宿主控制器。
多处理器本地I/O架构如图2-6所示。
3．远程或分布式I/O架构 对于需要I/O远程分站，或控制点数比较分散，实时性和经济性都有比较严格 要求的应用，ControlLogix系统提供了远程或分布式I/O体系结构解决方案。 远程或分布式I/O架构如图2-7所示。
2．PLC扫描工作方式的优点 （1）在执行程序时，读写的是输入/输出映像寄存器的值，而不是直接对实 际的I/O点进行操作。 （2）整个程序执行阶段各输入继电器的状态是固定的，程序执行后再用输 出映像寄存器的值更新所有的输出点，使得系统运行稳定。 （3）用户程序读写I/O映像寄存器比直接读写I/O点要快得多，这样可以提高 用户程序的运行速度。 （4）扫描工作方式具有较好的抗干扰能力，在一个扫描周期内，输入处理 仅占用极少部分时间。
1．可靠性高 PLC用软件代替继电器控制系统中大量的中间继电器和时间继电器，接线可以 减少到继电器控制系统的十分之一以下，大大减少了触点接触不良的可能性。 2．抗干扰能力强 I/O设计具有完善的通道保护和多种形式的滤波电路，以抑制高频干扰，削弱 各模块之间的干扰影响。 3．编程简单、系统设计修改调试方便 现在使用最多的PLC编程语言是梯形图，它符合大多数工厂企业电气技术人员 的读图习惯，语言形象直观，易学易用。 4．模块化结构、通用性强，维护简单、维修方便 PLC产品系列化、标准化、模块化，用户可根据实际需求灵活选择，无须用户 自己再进行设计和制作硬件装置。
4．DriveLogix控制器 DriveLogix控制器是专用于变频驱动器的控制器，可以减少控制层和变频驱动 器之间的通信，将相关的逻辑控制直接放在变频驱动器上，适用于传动系统结构。 5．SoftLogix控制器 SoftLogix控制器是基于PC平台的控制器，把控制和信息组合在一个单元中，适 用于以数据为中心的应用。 6．ProcessLogix 控制器 ProcessLogix控制器是小型DCS系统控制器，与ControlLogix控制器共用1756的框 架及其I/O模块，这两种控制器可以构成混和系统，实现DCS与PLC的无缝连接及信 息交换。
1．工作速度 工作速度是指CPU执行指令的速度及对急需处理的输入信号的响应速度。 2．输入/输出点数 输入/输出点数表示PLC组成控制系统时的最大规模，代表PLC的控制能力。 3．内存容量 PLC内部所使用的存储器，按其用途一般可分为系统程序存储器、用户程序存 储器、内部数据存储器。 4．指令系统 PLC有多少条指令，各条指令又具有什么功能，是了解与使用PLC的重要方面。
1．控制功能 （1）顺序控制 （2）过程控制 （3）驱动控制 （4）运动控制
ControlLogix系统的功能结构如图2-2所示。
ControlLogix平台不仅技术领先，而且有多种解决方案，集成简易，在能源电 力、冶金、市政、基础设施、水处理、烟草、消费品制造、造纸、石化、油气输 送、交通、地铁、汽车、采矿等各个行业中都有广泛应用，如图2-3所示。
不同类型控制器的结构是不同的，其CPU执行的任务和内存存储的内容不同， 它们之间的关系也不同，如图2-8所示。
（1）逻辑CPU 逻辑CPU系统高层管理的内容主要包括： 操作系统的操作执行； MSG的信息处理； 串口通信； 连接信息的管理。
3．过程映像 在每个扫描周期，CPU检查输入和输出的状态。有特定的存储器区保存模块 的二进制数据：过程映像输入表和过程映像输出表。
在用户程序检查输入（例如：AI 2.0）时，使用过程映像输入表的最后状态， 这样就保证在一个扫描周期内使用相同的信号状态，如图1-4所示。
4．PLC中断处理 PLC采用中断工作方式来应对紧急任务。一般的计算机系统中，CPU在每一条 指令执行结束时都要询问有无中断申请。而PLC对中断的响应则是在相关程序块 结束后查询有无中断申请，如果有中断申请，则转入执行相应的中断服务程序。 5．PLC集中处理方式 PLC在工作过程中，对输入信号执行过程、输出控制采取集中批处理方式。这 样不仅避免了继电器、接触器控制系统中触点竞争和时序失配的问题，而且增强 了系统的抗干扰能力，提高了工作稳定性。
6．PLC时间滞后现象 为了减少PLC的响应延迟时间，可以采用如下措施： （1）选用扫描速度快的PLC； （2）选用延迟时间短的输入/输出模块； （3）可以使用立即输入指令和立即输出指令，或者使用输入中断功能。
1.3.1 PLC的分类 1．按组成结构形式分类 （1）整体式PLC 整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构 紧凑、体积小、价格低、安装方便的特点。 （2）模块式PLC 模块式PLC是将PLC各组成部分分别做成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O 模块、电源模块（有的含在CPU模块中）及各种功能模块。 （3）叠装式PLC 将整体式的紧凑、体积小、安装方便和模块式的搭配灵活、安装整齐的优点 相结合，便构成了叠装式PLC。
3．按I/O点数分类 （1）小型PLC 小型PLC一般I/O点数小于256点，单CPU，8位或16位处理器，用户存储器容量为 4KB以下，适合于单机控制或小型系统的控制。 （2）中型PLC 中型PLC一般I/O点数为256～2 048点，双CPU，用户存储器容量为2～8KB。 （3）大型PLC 大型PLC一般I/O点数大于2 048点，多CPU，16位或32位处理器，用户存储器容 量为8～16KB。
3．I/O部件 输入电路中一般设有RC滤波电路、稳压电路等，以防止由于输入触点抖动或
外部干扰脉冲引起错误的输入信号。而且与内部计算机电路通过光耦元件隔离， 如图1-1所示。
输出模块用来输出各种控制信号，实现PLC内部信号到外部信号的转换。数字
量输出模块用来控制接触器、电磁阀、指示灯、数字显示器等输出设备；模拟量 输出模块用来控制变频器、调节阀等执行装置。
ControlLogix系列PLC系统的主要部件如表2-1所示。
ControlLogix PLC系统的实物如图2-4所示。
1．单处理器本地I/O架构 一个最小的单处理器本地ControlLogix PLC系统由一个机架背板（chassis）、 一个电源、一个处理器模块、一个I/O模块组成。
模块在机架背板内任意排列，机架内的各模块通过背板无源数据总线传递数 据，如图2-5所示。
1.2.1 PLC基本组成 1．CPU CPU主要包含运算器、控制器、寄存器，它是PLC的核心部分。PLC的CPU芯片 其实就是微处理器或单片机。只是它是专用于PLC的，并且大部分是生产厂家为实 现PLC产品最佳性能而自行研制开发的。 2．存储器 存储器按照存储方式可以分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。 PLC内部所使用的存储器，按其用途一般可以分为系统程序存储器、用户程序存储 器、内部数据存储器。
罗克韦尔PLC产品历经插件式、模块式、开发式，逐步实现了信息综合管控， 如图1-5所示。
罗克韦尔PLC控制系统的开放式网络体系结构概况如图1-6所示。
2.1 罗克韦尔ControlLogix系统的产品线介绍 2.2 罗克韦尔ControlLogix系统的控制功能和主要性能特点 2.3 罗克韦尔ControlLogix系统的主要模块及功能 2.4 系统的I/O架构 2.5 ControlLogix PLC系统的控制2.7 数字量输入/输出模块
4．电源 PLC使用交流220V电源（AC 220V）或直流24V电源（DC 24V）。PLC内部电源主 要是向其内部的TTL集成电路与运算放大器等部件提供工作电源，将外部输入转换 为DC 5V、DC ±12V、DC ±15V、DC 24V等不同电压。 PLC基本结构框图如图1-2所示。
1．工作过程 PLC采用不断循环的顺序扫描工作方式，每一次扫描所用的时间称为扫描周期 或工作周期。PLC的工作过程如图1-3所示。
2．主要性能特点 （1）Logix处理器的功能强大。 （2）创新的机架和背板采用最大可用性设计，使用生产者/消费者 （Producer/ Consumer）技术的无源多主数据总线。 （3）支持ControlNet、DeviceNet等标准工业现场总线，兼容Hart过程仪表总 线协议，同时提供与各类第三方控制系统的广泛接口。 （4）支持开放的100Mbps EtherNet/IP网络，控制系统和上位机可以组成多服 务器/多客户端模式的实时监控系统。 （5）在EtherNet/IP、ControlNet和DeviceNet各层网络中采用统一的CIP协议， 该协议可以区别对待实时控制数据和非实时监视/组态数据，保证了工业控制的实 时性和确定性。 （6）用户通过软件刷新，即可实现包括处理器在内的各种模块的升级。 （7）系统的所有模块，包括I/O模块均为智能化模块，均可带电插拔。
5．支持软件 （1）系统程序 系统程序是指控制PLC系统自身运行的控制程序，它是不向用户开放的。 （2）应用程序 应用程序是指PLC用户根据各种控制要求和控制条件而编写的用户控制程序。 6．可靠性指标 PLC是专为在工业环境下应用而设计的，所以，对其可靠性尤为关注。 7．经济指标 经济指标最简单的就是看价格。一般来讲，同样技术性能的PLC，价格低其经 济指标就好。
1.1 PLC主要功能和特点 1.2 PLC的工作原理 1.3 罗克韦尔（Rockwell）PLC
1.1.1 PLC主要功能 PLC作为一种专为在工业环境下应用而设计的计算机，必须具有以下功能： （1）逻辑控制功能。 （2）信号采集功能。 （3）输出控制功能。 （4）数据处理功能。 （5）定时/计数功能。 （6）远程I/O功能。 （7）人机界面功能（HMI）。 （8）故障自诊断功能。 （9）通信联网功能。 （10）实时通信和冗余互备功能。