Control Net技术及其在冷站控制系统中的应用
ControlNet现场总线技术
ControlNet 现场总线技术佟为明,林景波,李凤阁(哈尔滨工业大学罗克韦尔自动化实验室,黑龙江150001) 摘 要:ControlNet 是由罗克韦尔自动化公司推出的一种开放的国际标准现场总线,是面向控制层的高速实时控制和I/O 网络,对于离散和连续过程控制应用场合,均具有确定性和可重复性。
本文在给出ControlNet 的特点、优点与应用领域的基础上,介绍了其体系结构与协议分层、应用隐性令牌传递技术的媒体访问控制机制、用于建立连接并对其进行维护的网络与传输层、用于描述产品通信功能的对象模型与设备描述。
关键词:ControlNet ;确定性和可重复性;隐性令牌;对象模型中图分类号:TP3 文献标识码:A 文章编号:1002-2279(2005)02-0059-03ControlNet Fieldbus TechnologyTON G Wei -ming ,L IN Jing -bo ,L I Feng -ge(Harbin Institute of Technology -Rockwell A utom ation L ab ,Heilongjian 150001,China ) Abstract :ControlNet is an open ISO Fieldbus that developmented by Rockwell Automation.It is a high speed real -time control and I/O network ,widely used in the digital and continual process con 2trol fields ,it provides full determinism and repeatability.On introduced the characters ,advantages and the application fields ,detailed the Integrated Architecture ,the protocol lays ,the media access mechanism that adopts implicit token passing technology ,the Network and Transport lays that provide connection buildings and maintains ,the Object Model used to describe the communication functions of products and the device profiles.K ey w ords :ControlNet ;Determinism and Repeatability ;Implicit Token Ring ;Object Model1 引 言ControlNet 是一种高速的工业控制网络,是开放、实时、具有确定性和可重复性(Determinism &Repeatability )的现场总线,是由美国罗克韦尔自动化公司于1997年推出的。
ControlNet讲义(Copy)
3. 将节点号与非预定性
节点参数相比较。
27
通信技术汇总
信息 自动化与控制
509 -BOD
24vdc
设备
509 -BOD
24vdc
以太网 控制网
设备网
开放性 - 允许各种IS, MES和数
据存档系统，从所有控制系统存 取工厂层数据。
开放性 - 经常是单个控制销售
商负责任完成每个控制系统内机 械设备和它的安全运行。
时间
1 2 3 4
1 2 4
1 2
3 5
3 4
预约、非预约
网络时间间隔 1
1 2 3 4
2 3 4 5 2
预约、非预约
网络时间间隔 3
预约、非预约
网络时间间隔 2
预约部分总是允许每个已组态的预约节点，在给定时间间隔内只允许一个节点发送。
在不同节点的每个时间间隔内，非预约部分轮回起动。在任何一个时间间隔内，根据网络的 负载，每个节点可能为0、1或许多机会允许发射。
罗克韦尔自动化网络配置
信息
自动化和控制
509 -BOD 24vdc
设备
509 -BOD 24vdc
以太网 控制网 设备网
1
客户网络要求的通信策略
产品
B17loc91k I/O
509 -BO D 24vdc
T
功能度
信息
关键驱动器
- 大型数据包 - 多种存取方法 - 支持多销售商
控制
- 响应时间 - 确定性 - 可重复性 - 支持多销售
CTLR2
ALLEN- BRADLEY
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
网络ControlNet概述及其介质
PLC 21200
ControlNet物理层 (同轴电缆, BNC 或 TNC 连接器)
ControlNet是一种干线/分支(或总线)网络。每一个节点都通过 分接器连接到干线电缆上。分接器固定连接长度为1米，因此 每个节点必须在1米之内连接到干线电缆。由于ControlNet是 一个基于总线的网络，所以每一网段的末端必须安装终端电 阻。
0 0 0
基本单元 经常通过分接 器连接到 同轴电缆段
光纤电缆用下一个 集线器连到 类似的光纤中继器
RG6 四芯屏蔽 电缆 * 如果使用光纤环中继器中的一个，则只能有两个模块
14
PLC 21200
ControlNet同轴电缆中继器
同轴电缆中继器能把同轴电缆段连接到一起，并且在信号从 一个网段传递到另一网段时把信号加大。如果用中继器把2个 网段连接到一起，最多可以在ControlNet网络上接96个设备， 因为每一段最多能连接48个设备。由于ControlNet支持99个节 点，所以不得不优化成使用2个中继器来获得所有的99个节点 。
R E M
PROC
临时电缆的 NAP 端口
Run
FOR
COMM
A
B
AB
NAP消除了为在网络上用于故障检修、试运行 等临时节点预留备用分接器的需求。
分接器在此 连接
A
1 2 1 2
B
Battery
PLC-5/40C
Programmable Controller
9
PLC 21200
备用分接器
有时用户想在网络上安装备用分接器 ，因此不得不破坏电缆 ，随后再建立一个新的节点。未连接物理设备的分接器是网 络的噪声源，推荐在任意一个未连接物理设备的分接器上建 立虚拟负载终端的方法。虚拟负载终端与实际设备阻抗相匹 配，从而防止噪声从未连接的分接器进入系统。当需要安装 实际节点时，能够轻易移除虚拟负载。注意这个装置与干线 电缆的终端电阻不同。
controlnet 应用案例
controlnet 应用案例
ControlNet是一种用于工业自动化的网络通信协议，它通常用于连接控制系统、传感器和执行器，以实现实时数据交换和控制。
以下是一些ControlNet的应用案例：
1. 工业自动化控制系统，ControlNet常用于工厂自动化控制系统中，用于连接PLC（可编程逻辑控制器）、传感器、执行器和其他设备。
通过ControlNet，这些设备可以实现高速、可靠的数据交换，从而实现对生产过程的精确控制。
2. 过程控制和监控，ControlNet可用于监控和控制各种工业过程，例如化工厂的生产过程、电力厂的设备监控等。
通过ControlNet，工程师和操作人员可以实时获取各种参数数据，并对设备进行远程控制，从而提高生产效率和安全性。
3. 机器人控制，在自动化生产线上，ControlNet可以用于连接各种工业机器人和其控制系统。
这样一来，机器人可以实现与其他设备的实时协调和协作，从而提高生产线的灵活性和效率。
4. 物流和仓储控制，在物流和仓储领域，ControlNet可以用
于连接自动化输送设备、仓储设备和分拣系统，实现对物流过程的
实时监控和控制，提高物流效率和准确性。
5. 汽车制造，在汽车制造工业中，ControlNet可以用于连接
各种生产设备，如焊接机器人、装配线设备等，实现对汽车生产过
程的精确控制和监控，提高生产线的自动化水平和生产效率。
总的来说，ControlNet在工业自动化领域有着广泛的应用，它
可以实现设备之间的高速数据交换和精确控制，从而提高生产效率、降低成本，并提升生产过程的灵活性和安全性。
ControlNet
21
CTLR1 #2 #1
CTLR2
HMI
I/O 1
Drive1
Drive2
Drive3
message #1
I/O 1 CTLR1 CTLR1,2 , HMI drive1,drive2,drive3, HMI
24VDC 电源供电 DIN 轨道安装 每个口的诊断状态LED显示 诊断用的继电器返回给控制系统 应用
– 扩展物理长度,真正安全, 户外电缆线 路, 高噪音环境
1786-RPFM Medium Distance Fiber Module
12
13
ControlNet 光缆应用例
PLC PLC PLC
No repeater required if your system falls in this area
Single Segment Chart
32 48
10
2
16
Number of devices
中继器
* 使用中继器, ControlNet 支持多种介质拓扑:总线型, 树型 , 星型, 或任意组合
5
电缆冗余特性
两根电缆上信息同时传送 每台设备同时监听并且选择过去以好的, 出错少的 每台设备同时监听并且选择过去以好的, 数据性能提供给该设备的电缆: 数据性能提供给该设备的电缆: –从选择的电缆上接收到的含有坏数据的桢将被 从选择的电缆上接收到的含有坏数据的桢将被 丢弃并且无法恢复 –在含有坏数据的桢被丢弃和接收下一桢之间, 在含有坏数据的桢被丢弃和接收下一桢之间, 在含有坏数据的桢被丢弃和接收下一桢之间 可能变换选择电缆 –一个错误计数器将记录两根电缆的情况 一个错误计数器将记录两根电缆的情况
控制网络系统中ControlNet的应用
本科毕业论文（设计）题目控制网络系统中ControlNet的应用学院计算机与信息科学学院专业自动化年级2002级学号200220682043姓名杨浩指导教师赵亦欣成绩2006年4 月24 日方坯连铸机二冷段自动配水控制系统——控制网络系统中ControlNet的应用杨浩西南大学计算机与信息科学学院，重庆400715摘要：随着控制、计算机、通信、网络等技术的发展，信息交换沟通的领域正在迅速覆盖从工厂的现场设备层到控制、管理的各个层次。
论文主要是利用ControlNet网络与ControlLogix可编程控制器以及远程输入/输出模块之间的通信实现对二冷段配水的自动控制，提高生产的自动化水平。
论文通过对ControlNet现场总线的介质访问方式、信息连接、通用数据帧等技术的分析，成功的组建了监控网络，实现了ControlNet网络与远程输入/输出模块之间的通信，从而达到对整个二冷段配水进行远程控制的目的。
因此本论文将现场总线技术应用于该自动控制系统中，实现了以PLC为核心的实时监控。
同时，在管理计算机上用组态软件RSView32控制界面，对整个系统状态进行监控，初步构建一个网络控制系统，实现信息的集成。
关键词：现场总线；ControlNet；ControlLogixAutomatic Distributing water Control on Secondary Cooling Water forContinuous Billet-Bloom Casting——In control network system ControlNet applicationYANG HaoFaculty of Computer and Information Science Southwest University, Chongqing 400715, ChinaAbstract:With the development of techniques such as control technique, computing technique, communication technology, network technique and so on, the field of information exchanging- communicating is covering rapidly from the locate equipment in the factory to each part of controlling and managing. In this thesis, we mainly make use of the communications between ControlNet network, ControlLogix programmable controller and long-distance I/O module to realize the auto control of Secondary Cooling Water, as a result, the procreative automation level is improved. In detail, on the base of the careful analyze for the techniques such as control’s medium accessing fashion, information connecting and currency data frames and so on, we build the supervisory control network successfully, then realize the communications between ControlNet and long-distance I/O module, therefore, we achieve the purpose that the long-distance supervisory control system of the whole Secondary Cooling Water can run normally. In a word, in the thesis we put ControlNet technique into auto control system, and realize the real-time supervisory control which is based on the PLC technique. Besides, utilizing the configuration software RSView32 in the host computer, we can control the interface, supervise and control the whole system state, and then we build a network control system and realize information integration.Key word: ControlNet；ControlLogix；Fieldbus；1 前言信息网络技术的迅猛发展正深刻地改变着人们的工作方式和生活方式，特别是对企业的信息化和自动化发展也产生着巨大的影响。
基于ControlNet总线的冷站控制系统分析与设计
场较 晚 ， 优点 尚不 为我 国工业 技术 人员 所熟 知 ， 其
故 本 文 在 分 析 Ｃ ｎｒｌｅ 总 线 技 术 特 点 的 基 础 ｏｔ Ｎ ｔ ｏ
上 ， 点探 讨 了基 于 Ｃｎｒｌｅ 重 ｏｔ Ｎ ｔ总线 技 术 的冷 站 ｏ
控 制 系统 的设计 与 实现 。
１ 技 术 特 点
维普资讯
低 压 电器 ｌＯ ７ １ ） ２０ № １
通用低压 电器篇
・ 现场总线 ・
基 于 Ｃ ｎｒｌ ｅ 总 线 的冷 站 ｏ ｔｏ ｔ Ｎ 控 制 系统 分 析 与 设 计
陈 虹 ， 李锦 磊
６０８ ） １ ０ １ （ 中国建筑 西南设计 研 究 院 ， 川 成 都 四
０ 引 言
随着 网络 技术 的迅 猛 发 展 ， 为 工业 自动 化 作 底层 控 制 网络 的现 场总 线 技术 ， ２ 自 ０世 纪 ９ ０年 代 以来有 了长 足 的发 展 。 目前 ， 由于 种类 繁 多 的
控制 设备 和过 程 监控 装 置 在 工 业领 域 的应 用 ， 对
ｔｏｌｒａ ｒ ｔｔｏ ｓｃ ｒ ｒ ｌ ｎｄ ｗｏｋｓａ ｉｎ ａ ｏ ｅ．ｔｅ ｈａｄｗａ ｅｃ ｎ ｉｕ ａ ｉｎ ｏ ｏ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｓｄ ｓｇ ｅ ｎｄｔ ｅ ｓ ｆｗａｅ ｏ ｏ ｔｏ ｅ ｈ ｒ ｒ ｏ ｆｇ ｒ ｔｏ ｆｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｗａ ｅ ｉｎ ｄ ａ ｈ ｏ ｔ ｒ ｆｃ ｎｒ ｌ ｎｅｗｏ ｋ ｗａ ｒ ￣ ａ ｍｅ Ｔｈ ｎ ｉ ｅ ｎ ｐ ｉａｉ ｎ ｒ ｓ ｔｓ ｏ ｈ ｔｔ ｓｓ ｓｅ ｈａ ｒｔ ｆｇ ｏ ｒｏｍ ａ ｃ ｔ ｒ ｓｐｏ ｍ ｄ． ｅ ｅ ｇｎｅ ｒ ｇ ａ ｐｌ ｔｏ ｅ ｕｌ ｈ ｗｓｔａ ｈｉ ｙ ｔｍ ｓｍｅ ｓｏ ｏ ｄ ｐｅｆ ｒ ｎ ｅ， ｉ ｃ ｉ ｈｉｈ ｒ ｌａ ｉｉｙ ａ ｄ ｌｗ ｏｔ ｇ ｅ ｉｂ ｌ ｎ ｏ ｃ ｓ ． ｔ
CCN开利空调控制网络系统介绍.
19XR
30HXC
PIC机组控制模块
PRODUCT INTEGRATED CONTROLS 机组集成控制 ——（I） 16DN,DE,JT 溴化锂机组 19XL/XR 离心式冷水机组 23XL/XR 螺杆式冷水机组
针对开利机组，CCN 内置各类优化程序， 配合开利机组特性， 达到冷水机组优化， 冷水系统节能高效运 行。
Carrier Comfort Network
开利控制网络系统
November 10, 2018
CCN的发展历史
自从1902年开利博士发明了第一套科
学空调系统以来，开利公司非常重视
空调设备控制系统的研发，开利控制 网络系统Carrier Comfort Network （CCN）逐步建立与完善。在1975年 开利首次在HVAC系统中使用 的DDC 控制系 我们在DDC控制领域积累了将 近30年的经验。
PIC机组控制模块
PIC机组控制模块： Product Integrated Control
• 开利每台冷水机组上都已预 装了专业的PIC机组集成控制 系统控制器
• PIC控制单台机组的稳定运 行与自我调节 • 每台机组的PIC在整个CCN 系统中成为一个独立的控制器， 使机组在系统中匹配运行
1. 改善运行效率，经济节能
• 2. 每年的运行成本下降，机组使用寿命延长
提供舒适和优质空气品质
•
3.
区域控制，对室内温度、湿度精确控制
最优的系统控制 • 不仅提高机组COP，同时优化HVAC系统
4.
强化的诊断能力，远程监控 • 中央控制室、全世界因特网、开利监控中心均可监控
5.
互动操作，与楼宇自控通讯
基于ControlNet现场总线技术的冷站CIMS系统设计与集成
基于ControlNet现场总线技术的冷站CIMS系统设计与集成引言cims 系统是一个以企业网络为基础把企业经营决策、管理、计划、调度、过程优化、故障诊断、现场控制等信息统一进行优化处理的系统。
文章以某卷烟厂动力车间冷站cims 系统改造设计为例，就该冷站cims 系统实现的相关技术作了比较深入的讨论。
2 cims 系统集成的实现技术在构建cims 系统时，控制与信息网络互联具有重要意义，在该冷站cims 系统设计中以支持OPC 技术的组态软件为纽带，实现控制与信息网的集成。
2.1 opc 技术opc 是实现控制系统现场设备级与过程监控级间信息互联的关键技术。
它以微软的（分布式）组件对象模型为基础，采用客户/服务器模式，按照面向对象的原则，将一个应用程序（opc 服务器）作为一个对象封装起来，只将接口方法暴露在外面，客户以统一的方式去调用，使用户从低层的开发中脱离出来。
opc 可实现远程调用，使应用程序的分布与系统硬件的分布无关，便于系统硬件配置，从而使系统的应用范围更广。
实际上，opc 是提供了一种机制，使系统能够以标准的方式从数据源获取数据并将其传递给任何客户程序。
opc 服务器是数据的供应方，负责为opc 客户端提供所需的数据;opc 客户端是数据的使用方，opc 服务器作为现场总线体系结构的中间层，将现场信号按照统一的标准与scada、hmi 等软件无缝连接起来，把硬件和应用软件有效地分开. opc 服务器对下层设备提供接口，使现场的各种过程信息能够进入opc 服务器，从而实现向下互联;opc 服务器还对上层设备提供标准的接口，使上层信息网络（intranet）设备能够取得opc 服务器中的数据，从而实现向上互联，这两种互联都是双向的。
通过opc 接口就能访问所有提供了opc 服务器的现场设。
ControlNet网络在自动监控系统中的原理应用.
ControlNet网络在自动监控系统中的原理应用近年来，世界对于能源的需求不断扩大，能源作为一个国家发展的基础越来越受到各国的重视，由于能源特别是石油而引起的冲突不断。
为保证能源的供应，我国除积极寻找国内油田外，还积极寻找国外的供应，因此目前我国的石油供应趋于多样化。
而石油的运输主要通过输油管道进行，同时输油本身就是一项能耗巨大的工业过程。
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成为一项重要的课题。
建设大口径、多功能、自动化水平近年来，世界对于能源的需求不断扩大，能源作为一个国家发展的基础越来越受到各国的重视，由于能源特别是石油而引起的冲突不断。
为保证能源的供应，我国除积极寻找国内油田外，还积极寻找国外的供应，因此目前我国的石油供应趋于多样化。
而石油的运输主要通过输油管道进行，同时输油本身就是一项能耗巨大的工业过程。
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成为一项重要的课题。
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。
为此中国石油管道公司在我国北方建立一个大型的、国际一流的输油管道试验基地。
为更好的满足试验需求，要求工艺流程能够实现停输再启动试验，在变性研究和结蜡试验的基础上，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。
通过对工艺流程的优化设计，增加试验管段长度，提高试验精度。
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。
为此，采用以操作员工作站为上位机，可编程控制器（PLC）为下位机的控制模式组成自动监控系统的方案。
PLC采用美国ROCKWELL公司的先进的ControlLogix系列产品，应用Logix5000编程，实现了远程数据采集、控制执行机构运转、执行机构的故障检测等功能;同时采用了双PLC（CPU）运行模式，实现了控制系统的热备功能;上位机工作于Windows环境下，使用工程上广泛应用的澳大利亚Ci Technologic公司的Citect工业控制组态软件开发监控软件，采用双人机界面，实现了环道工艺流程的实时动态显示，数据的自动采集处理，故障报警，实时、历史报表的打印等功能;利用ControlNet网络进行数据交换，对系统各设备参数值进行在线监控显示，充分保证信息传递的快速性。
CCN冷机群控系统功能介绍与操作说明
重庆地铁一号线冷机群控系统功能介绍及操作说明V 1.0开利空调冷冻销售（上海）有限公司2012年6月目录1.冷机群控系统的概念、主要特点和作用1.1.冷机群控系统的概念1.2.冷机群控系统主要特点和功能1.3.冷机群控系统主要作用2.Carrier CCN冷机群控系统的简要介绍3.重庆地铁一号线冷机群控系统的控制对象4.重庆地铁一号线冷机群控系统的组成5.重庆地铁一号线冷机群控系统设备清单及功能介绍6.重庆地铁一号线冷机群控系统各机电设备的控制原理6.1.冷水机组6.2.冷冻/冷却水泵6.3.冷却塔6.4.电动开关蝶阀、调节阀6.5.Carrier冷机内部参数的监测显示7.日常维护注意事项N控制箱7.2.受控的现场机电设备7.3.现场安装的传感器、仪表N监控电脑7.5.日常维护操作人员1.冷机群控系统的概念、主要特点和作用1.1.冷机群控系统的概念冷机群控系统通过对多台中央空调冷水机组和外围设备（包括冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔等）的自动化控制使达到节能、精确控制和操作维护方便的功效。
系统采集和控制各类输入输出信号，实现多台冷水机组的远程管理控制，同时也把冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔等联锁控制纳入管理。
冷机群控系统中的监控计算机监测和控制这些设备的各种重要参数，并作为管理者的操作界面。
在该界面上，可通过对设备的运行状态了解，设定或修改各类运行参数，如设定冷机运行时间表、修改冷机的出水温度控制值等等。
1.2.冷机群控系统主要特点和功能－根据时间表，自动投入或停止冷机群控的功能－在运行时间表时内，以合理的机组台套数匹配用户负荷，实现节能、高效运行－平衡各机组的运行时间，延长机组寿命－具有对指定的运行机组相应开关冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔及相关电动蝶阀的功能－显示外围设备（冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔及电动蝶阀等）和冷水机组的运行状态和主要参数－通过控制器对冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔等实现联锁控制，并可根据突发事件自动启停备用设备1.3.冷机群控系统主要作用A.提高空调系统的运行效率✧能够保证用户在节能方面的利益，允许用户从使用的经济性和环境保护两个角度来管理冷机的能源消耗✧机组运行时间安排、负荷分段卸载等功能可以为用户提供最高效的能耗管理策略✧操作者可以在短时间内对系统故障报警作出反应，保持空调系统的舒适性和提高能源效率✧能够提供设备运行时间和能耗量等数据，为用户作能耗分析，为其决策提供有效的依据B.提高用户的居住空气舒适度✧通过对冷冻水水温、空气温度、相对湿度、室外空气通风量的精确控制来提升居住者的舒适度✧多重舒适区域控制功能为庞大的楼宇提供了单元式的相对独立的舒适控制C.降低劳动强度，提高工作效率✧集中监控大大减轻了人工手动操作的劳动强度，简化排除故障的过程，避免了由于人工手动操作疏忽而造成的设备损坏✧持续性的现场和远程监视系统，有利于延长冷水机组的寿命，降低设备的维护成本D.强化了的系统诊断能力✧网络为操作者提供了辨别设备非正常运行状态和由此对其他设备产生影响的功能✧所有的维护请求需要进行现场或远程操作的确认，不会自动清除E.系统的协同工作✧通过控制网络的数据互交换功能，使用专用通讯模块可以实现与其他楼宇控制系统的联网。
ControlNet现场总线技术在楼宇自控系统中的应用
周 竹 （９ Ｏ ） 女 。 １７ 一 ．
统 及 一 体 化 集 成 管 理 体 系方 面 将 有 广 泛 的 应 用 前 景 。
副 教 授 。 事 信 息 与 从
６０ ３ ） １０ １
摘 要 ： Ｃ ｎｒｌｅ 现场总线技术在楼宇自动化监控系统中的应用进行了研 对 ｏｔ Ｎ ｔ ｏ
究 。分 析 了 Ｃ ｎｒｌ ｅ 现 场 总 线 的技 术 特 点 ， 建 了控 制 系统 结 构 及 其 相 应 的硬 ｏ ｔｏＮ ｔ 构 件 配 置 ， 给 出 了控 制 层 、 控 层 及 中 央 管 理 层 各 层 以 及 层 间 通 信 的 相 应 软 件 和 并 监
造、 城市 供水 、 气 等 自动控 制 领 域 。另 一 方 面 ， 供
由于现场 总线 技 术 的 巨大 商 业 价值 ， 短短 数 年 时
间 ， 些 世 界 著 名 的 跨 国 公 司 又 先 后 推 出 了 一
楼 宇 自动 化 控 制 系 统 是 智 能 建 筑 中极 其 重 要且 复 杂 的 子 系 统 ， 实 质 是 运 用 计 算 机 技 术 、 其 现 代通 信技 术 、 制 技 术 以及 图形 显 示 技 术 （ Ｃ 控 ４ 技术 ） 整 个大厦 的建 筑设 备 （ 中央 空 调 、 配 对 如 供 电、 明、 排水 、 防、 照 给 消 电梯 、 自动 停 车 库 等 ） 进 行 自动控 制 和集 成管 理 。
领域 的发 展看 ， 以网 络 控制 模 式 取 代传 统 的 集 散
控制 系统 模式 是一 种 必然趋 势 。
关联控制在超高效全变频冷冻站控制系统中的应用
关联控制在超高效全变频冷冻站控制系统中的应用关联控制在超高效全变频冷冻站控制系统中的应用姜卫东（加拿大Ｓ．Ａ．阿姆斯壮有限公司上海代表处）今年３月份的美国ＨＰＡＣＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（热力／管道／空调工程师）杂志上发表了一篇题为《超高效全变频冷冻站》的文章，文章是由美国加州第二大城市圣地亚哥地区政府能源办公室的工程经理（ＢｅｎＥｒｐｅｌｄｉｎｇ）提交，他向我们提供了一些重要信息：１．在他近５年的冷冻站实测报告中，９０％左右的冷冻站的年平均运行效率在１．０到１．２千瓦／冷吨，虽然如下统计是基于使用电制冷离心机组，冷冻水出水温度为５．６ｏＣ，冷却水回水温度为２９．４℃，和国内大部分项目的设计条件和运行条件不尽相同，但它具有相当重要的参考意义。
２．造成了冷冻站能耗高的主要原因如下：２．１定速设备２．２水泵以分离形式布置（大部分是一二次系统）２．３大量的冷热混合２．４水泵过大２．５设计的冷冻水温度难以达到２．６低温差２．７水力追逐２．８多种流量和压损问题２．９系统不能工作３．他提供了一个全变频冷冻站的实测案例，项目名称是圣地亚哥北县行政中心，空调面积６１００００平方尺（相当于５６６９９平方米），３台１９９８年生产的５７５冷吨定速电制冷离心式冷水机组，４台２０马力的定速一次泵，每个区各设一套二次泵并配变频器，２台８５０吨的冷却塔（最初带二速电机），４台６０马力的定速冷却水泵，２４／７负荷。
具体管路布置如下：３．１原系统虽然设计正确，但部分负荷时运行效率低，经实测，冷冻站年平均运行效率为１．１２千瓦／冷吨。
３．２在２００３年１１月的改造中，冷冻机、水泵和冷却塔加载了变频器，同时改变了传统的控制方法，经实测，冷冻站年平均运行效率高于０．５千形冷吨。
９１中国第二届制冷年会论文集３．３在原先机房的自控系统中融人了“自然曲线”和“基于需求控制”（注：基于需求控制是哈特曼关联控制算法的一种），由于此项目成功的大幅减低冷冻站的能耗达４５％以上（此平均能耗包含了冷冻机，冷冻泵，输送泵，冷却塔和冷却泵的综合能耗），每年节约电费超过１７．５万美元，因此被授予了“２００４圣地亚哥地区最佳节能项目奖”。
开利控制网络系统又添成功案例
开利控制网络系统为“超甲级写字楼”提供智能控制——上海嘉华中心冷机群控系统介绍开利控制网络系统CCN，是开利公司应用多年智能控制领域的知识与经验，专为HVAC 系统研创的能源效率管理系统。
该系统以为用户提供令人满意的舒适度、可操作性、空气质量品质和能源管理为目标，全面管理开利公司的空调机组、其它机电设备，并提供多系统、多方位的集成。
日前，开利控制网络系统CCN为上海嘉华中心配备的冷机群控系统成功通过验收。
被称为“超甲级写字楼”的上海嘉华中心，拥有65000平方米的写字楼，目前，办公楼出租面积已超越90%，其中98%的客户为外资跨国机构或上市公司，大部分租户为世界500强公司。
4月，法国超现实主义大师理查德·塔克西埃（Richard Texier）的大型雕塑“时间的精神”正式落户位于上海嘉华中心，法国总理让·皮埃尔·拉法兰亲临嘉华中心主持揭幕仪式，更显大楼的文化内涵与重要地位。
一流的写字楼，需要一流的HVAC智能控制系统。
上海嘉华中心的开发商独特的设计、项目所在的钻石地段、大楼的高贵品质和专业管理，无不要求开利控制网络系统CCN的可靠与高质量运行。
CCN为其提供的冷机群控系统，保证冷源的稳定、高效、节能运行，为写字楼的每个空调区域提供高品质空气的舒适源头。
1. 上海嘉华中心冷机群控系统的控制对象•3台1000冷吨的离心机组，1台500冷吨的离心机组•4台大功率冷冻水泵，2台小功率冷冻水泵•4台大功率冷却水泵，2台小功率冷却水泵•7台带双速风机的冷却塔•1台板式热交换器•若干电动调节阀、开关阀2. 上海嘉华中心冷机群控系统的组成11个开利CCN控制箱、4台冷机和1台监控电脑通过网络线连接，进行通讯。
CCN控制箱内置CCN控制器。
现场各机电设备的状态、温度、压差等信号通过电缆连入CCN控制器，CCN控制器根据采集的各类信号并经过内置的程序运算后输出控制信号，通过电缆发送至现场各机电设备决定其开或关、或模拟量调节。
基于ControlNet现场总线的高炉水站控制冗余控制系统
ｓｇｎ Ｔｈｉ ｉ ｅｄ． ｓ ｐａ ｒ ｅｓ ｒ ｓ ｈ ａ ｐｅ ｄ ｃ ｉ ｔ ｅ ｐｐｌ ａ ｉｎ ｆ ｂｅ ｉ ｔｏ ｏ ＢＦ ｃ ｗａ ｅ ｒ ｔ ｅ ｔ ｙ ｔ ｍ ｂ ｓｅ Ｒｏ ｗｅｌ ｔ ｒ ｔｅａｍ ｎ ｓ ｓ ｅ ａ ｄ ｃｋ ｌ Ｃｏｎｒ Ｌ ｇｉ ｒｄｕｎ ｎ ． ｒ— ｔ ｏ ｘ ｅ ｏｌ ｄａ ｃｙＩ ｅ ｔ ｄｕｃ ｓ ｔ ｅ ｃ ｓ ｉ ｔ ｏ ｎ ｒ ｙ ｔ ｅ ｈ ｏｎ ｔｕ ｅ ｆｃｏ ｔｏｌｓ ｓｅｍ ｆＯ ｔ ｒｍ ｓ ｔ ｍ ｃ ｆ ｒ ａ ｄ ｏｔ ｅ ｙｓｅ ｏｎｉ ｅ ｎ ｓ ｆｗａｒ ｐｒｇｒ ｍ ｍｉｇ． ｇｕ ｏ ａ ｎ Ｋｅ ｗｏｒｓ： ａ ｅ Ｔｅａ ｍｅｎ， ｙ ｄ ＢＦ Ｗ ｔ ｒ ｒ ｔ ｔＣ０ｎｒ Ｌ ｘ Ｏ ｎ ｒ ｙ ｔ ， ｄｕｎ ｎ ｎ ｔ ｒ ｌ Ｏｇｉ５０ ０ ｃｏ ｔｏｌｓ ｓｅｍ ｒ ＯＩ ｅ ｄａ ｔ ｅｗｏ ｋ
胡 峰
（ 武汉纺织大学， 湖北 武汉 ４ ０ ０ ） ３ ２ ０
李 瑾 （ 武钢能源试验研究中心， 湖北 武汉 ４０ ８ ） ３０３
摘 要 在 对 Ｃｏ ｔ ｌ ｇｘ冗余 系统 硬 件 配 置 进 行 分 析 的基 础 上 ， 计 了 由 Ｃ ｎ ｒ ｌ ｔ ｎｒ Ｌ ｉ ｏ ｏ 设 ｏ ｔ Ｎｅ 构成 的 冗 余 网 络 控 制 系统 ， 成 功 应 ｏ 并
１６ Ｏ
窑 系 统 、 冷 机 系 统 、 品 储 运 系 统 、 泵 房 系统 、 流 系 统 等 共 环 成 水 风
莱 钢 １０万 吨球 团链 篦 机 一 回 转窑 自控 系 统 的设 计 与实 现 ２
窑 直径 、 斜 度 、 倾 物料 填 充率 等 影 响 。 冷机 的 速度 主 受环 冷 机处 环
理量、 环冷 机 有 效冷 却 面 积 、 冷机 冷 却 时 间等 影 响 。综 合 比较 ， 环 回转 窑 作 为 这三 套 设 备 的 中 间 枢纽 ， 度 又 较 难 控 制 ， 它 作 为 速 把 速 度基 准 来 调节 链 篦机 和环 冷 机 是 比较 容 易实 现 的联 调方 式 。
plc21200controlnet概述和其介质
该网段有3个设备。在每一段上中继器都被 视为是一种设备。每一段都与前几页旳表
格做比较，都证明是在技术范围内旳。
与其他设备相同， 中继器也经过分接器 连接
同轴电缆 中继器
15
PLC 21200
ControlNet同轴电缆中继器
为了创建一种同轴电缆中继器单元，能够在中继器基座上简 朴旳添加一种同轴电缆模块。因为每个中继器模块都有2个端 口，所以能够在两个不同旳方向扩展。能够从同轴电缆直接 连接分接器到网络段，而不必到另一种中继器单元（尽管能 够这么）。
连接到其他
ControlNet 产品
RPA RPFS RPFM
光纤段 (点对点)
注意光纤和同轴电 缆中继器能够添加 在相同旳基座上。
每一种位置都需要RPA 模块。然 而并不需要使用同轴电缆。
连接到其他 ControlNet 产品
光纤段 (点对点)
RPA RPFS RPFM
RPA RPFM
在本例中需要使用旳设备：
0
同轴电缆段
中继器模块。这个必需是同 轴电缆或光纤中继器。能够
将两种类型结合起来
0
0
光纤电缆用下一种 集线器连到
类似旳光纤中继器
RG6 四芯屏蔽 电缆
* 假如使用光纤环中继器中旳一种，则只能有两个模块
14
PLC 21200
ControlNet同轴电缆中继器
同轴电缆中继器能把同轴电缆段连接到一起，而且在信号从 一种网段传递到另一网段时把信号加大。假如用中继器把2个 网段连接到一起，最多能够在ControlNet网络上接96个设备， 因为每一段最多能连接48个设备。因为ControlNet支持99个节 点，所以不得不优化成使用2个中继器来取得全部旳99个节点 。
ControlNet现场总线
பைடு நூலகம் 概述
• ControlNet基础技术是美Rockwell Automation公司 自动化技术研究发展起来的。1995年10月开始面世， 1997年7月由Rockwell等22家企业发起成立 ControlNet国际化组织(CI)，是个非赢利独立组织， 主要负责向全世界推广ControlNet技术（包括测试软 件）。目前已有50多个公司参加，如ABB Roboties 、 Honeywell Inc.、日本横河、东芝、Omron等大公司。 • ControlNet是实时的控制层网络，在单一物理介质链 路上，可以同时支持对时间有苛刻要求的实时I/O数 据的高速传输，以及报文数据的发送，包括编程和组 态数据的上载/下载以及对等信息传递等。在所有采 用ControlNet的系统和应用中，其高速的控制和数据 传输能力提高了实时I/O的性能和对等通讯的能力。
• 物理层：3个子层 • －物理层信号（PLS）子层：定义与信号有关的内 容，如波特率、信号编码等 • 物理媒体连接（PMA）子层：定义设备内的物理部 件。收发器、连接器等 • 传输介质子层：定义与传输介质有关的内容。线缆、 网络拓扑结构等 • 网络元件： • －同轴电缆，拓扑结构：主干－分支型，加中继器 后几种形式均可。 • 一个典型的基于同轴电缆的ControlNet网络组成：干 线电缆、终端电阻（75 ）、分接头、支线电缆、 ControlNet设备等。 • 支持传输介质冗余：所有设备都支持冗余，以冗余 的方式相接，两个通道都启用。 • ControlNet是一个与地隔离的网络，应该保证网络不 会意外接地。
• 非预定时段：传送对时间无苛求的显式报文或I/O 报文（非预定数据）。 • MAC ID：0～UMAX • 各节点均有机会发送非预定数据直到非预定时段 的时间用完。 • 节点发送数据的机会不同，可为0到多次，取决于 NUT所剩的时间。 • 当前访问媒体的节点MAC ID＝前一个NUT中第一 个节点的MAC ID＋1 • 令牌起始：前一个协调帧USR所指定的MAC ID， 每个NUT到来，USR＋1 • CTDMA算法保证在不影响预定时段的前提下，每 个NUT中至少有一个节点可发送数据。
基于ControlNet在冰激凌生产系统中的应用
基 于 Ｃ ｎｒｌ ｔ 冰 激 凌 生产 系 统 中 的应 用 ｏ ｔ Ｎｅ 在 ｏ
基于 Ｃ ｎｒｌｅ 在冰激凌生产系统中的应用 ｏｔ Ｎ ｔ ｏ
Ａｐｐ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｎ ｒ ｌ ｔ ｉ ｙ ｔ ｍ ｆ Ｉｅ ｒ ｅ ｌ ｔ ｆ Ｃｏ ｔ Ｎｅ ｎ Ｓ ｓｅ ｏ ｃ ｃ ｅ ｍ Ｐ ｏ ｃ ｉｎ ｃ ｏ ｏ ｒ ｄｕ ｔ ｏ
以 及 ＣＩ 洗 工作 站 不 在 图 中 。 Ｐ清
图 １ 冰 淇 淋 主 要 生产 流 程
２ 控 制 系统 简 介
图 ２
网 络控 制 圈
整 个 冰 淇 淋生 产 线 采 用 国 际 上最 先进 的技 术 。其 控 制 系 统
根 据美 国罗 克 韦尔 公 司的 全 方 位 自动 化 的 理念 而设 计 的开 放 式
世界 上 最 先 进 的两 条 冰 淇淋 雪 糕 生 产 线 。
１ 生产 工 艺简 介
冰 淇 淋 生 产 主 要 分 混料 、 合 、ａ ｔｕｉａｉｎ巴斯 杀 菌 、 水 Ｐ ｓｅ ｒ ｔ ｚ ｏ 老 化 、 后 由冷 冻 机 出各 种产 品 ， 最 这几 个 过 程 。 由于 食 品 行 业 对 卫
《 业 控 制计 算 机 ｝ ０ ８年 ２ 卷 第 １ 工 ２０ １ ０期
９ １
操 作 ， 三 台 电脑 只需 要 装 Ｉ ｏ ｃ 运 行 版 。所 有 六 台 电脑 都 连 这 ｎ ｕｈ ｔ 接 到 同 一 个 交 换 机 上 ， 与 企 业 Ｉ ｒｎ ｔ 连 ， 过 Ｔ ／Ｐ协 并 ｎ ａｅ 相 ｔ 通 ＣＰ Ｉ 议 组 成 Ｅｈ ｒｅ 网络 ， ｔｅｎ ｔ 构成 信 息 （ 理 ） 。 管 层
整 个 生 产线 控 制 层 采 用 两 个 美 国 罗 克 韦 尔公 司 的 Ｃ ｎ ｒ ｌ ｏｔ — ｏ
【推荐下载】ControlNet网络技术PPT文档
ControlNet介质访问方式
• ControlNet数据链路层的介质存取控制协议 • ControlNet链路层的NUT划分
ControlNet数据链路层的介质存取控制
协议
• ControlNet采用了一个特殊的令牌传递机制叫隐性令牌传递机制, 每个网节络点上监每视个收节到点的分数配据一帧个的唯源一节的点M地A址C地→址结（束如→1隐到性9令9）牌，寄像存普器通的值 置为令收牌到传的递源总M线A一C地样址，＋持1有→令等牌于的某节节点点可M以A发C地送址数→据该。节但点是发，送网数络据
• （2）对于离散和连续过程控制应用场合，均具 每个节点可传输最多510位。
NUT的大小决定了系统的循环周期，太大,系统的实时性变差;太小,影响了预定时间和无预定时间,使得系统的控制信息和显性报文的发 送得不到保证.
有确定性和可重复性。 每个节点可传输最多510位。
未预定时段(unscheduled) 若在每一个NUT内,所有Scheduled节点都有数据发送,且每个MAC帧中Lpacket部分的长度都达到了其规定的最大值510个字节;同时,无 预定时间段中由于CTDMA协议保证了至少要有一个节点发送数据
可以从任何一个节点访问整个网络。 性。
这样就不会出现信息失真的现象，室内人数的增减也不会影响通信时间和效率。 在每个NUT中，节点地址从1到SMAX的每个节点都允许在Scheduled时段中传输数据，如果某个节点由于某种原因从网络上丢失，其 下一个节点必须等待一个slot-time时间，一个slot-time时间是信号在链路上走一个来回所需的最小时间，它的计算取决于链路的物理特 性。 如果某个节点没有要发的数据，则只须发一个空的数据帧。 （3）先进的生产者/消费者网络模型，最大限度的优化了带宽的利用率，并可构成多主、主/从、对等的通讯结构；
基于ControlNet的四重压力制冷线控制系统设计说明书
Design of Quadriplex Extrusion Line Control System Based on ControlNetChen MingxiaGuangxi scientific experiment center of mining, metallurgy and environmentMechanical and control engineering collegeGuilin University of Technology, China**************Abstract—With the development of electronic technology, Fieldbus control network is applied in industrial control system widely. In CGEC Company, Fieldbus technology is commonly used in electric control system of machine. ControlNet is one kind of Fieldbus control network. This paper briefly introduces the characteristics and basic working principle of ControlNet, describes the control system of quadriplex extrusion line based on ControlNet with examples, which is composed of ControlLogix5000 series PLC, Flex I/O remote station with ControlNet interface, Panel View Plus touch panel, PowerFlex70 series inverter, etc. The practical experience and consequence of several project witness that the networks based on ControlNet fieldbus technology have apparent advantages such as simple structure, stable technical performance, reducing the amount of wiring that is why it is convenient to commissioning and maintenance, enhancing the flexibility and reliability of the system in the best way, and so on. In conclusion, the control system base on the ControlLogix5000 series PLC+ ControlNet fiedbus network is a good choice in the project that needs high system performance.Keywords- quadriplex extrusion line;fieldbus; ControlNet; touch panel; flex I/O; inverter)I.I NTRODUCTIONWith the rapid development of social economy and science technology, in rubber industry, the requirement of equipments for quality and quantity is increasing, and rubber machinery and equipment is moving in large-scale, linkage, automatic, intelligent direction. CGEC extrusion equipments, one of the company's main series of products have been from the original single extruder to produce various products of many varieties of composite extrusion machine. At present, the company's duplex, triplex, quadriplex extrusion lines have been widely used in the tire industry at home and abroad. And the quadriplex extrusion line is in the domestic original, the leading proprietary technology products. Due to the requirement for the mechanical properties of complicated and highly automated equipment, intelligentize, matching followed complicated control system and control requirements are higher. At the same time, the current control technology with a variety of electronic products in the field of automatic control in high-speed development period, product update very quickly. And based on various aspects of demand, like production, statistics, analysis, management, maintenance and so on, the user to the functional requirement of the control system and stability requirements is also becoming more and more high, especially some senior customers, in addition to the system is stable and reliable, also need to collect, record amounts of data and information. Therefore, with the development of the industrial field bus technology, as its simple, reliable, economical and practical, and excellent communication function etc, the control system based on the bus network is gradually spreading into some important area and applied in different field of industry control. However, how to synthesize many special factors in the current situation of the variety types of products and field bus to design a suitable control system and meet the needs of different levels, is what engineers must take into account, such as user needs, cost factors, and the system performance factors.II.F IELDBUS APPLICATION IN CGEC C OMPANYAt present, according to the different needs of different users, the types of bus network control systems are often used in CGEC company’s projects have the following kinds: Siemens S7 series PLC+ Profibus-DP bus network control system , Mitsubishi's Q series PLC + CC - Link bus network control system, Rockwell company ControlLogix5000 series PLC+ControlNet bus network control system.Just as we all know that PROFIBUS started earlier, it is one of the most successful field buses in current, and has been widely used. It has good openness and major automation manufacturers have the support of Profibus-DP products. However, there is a puzzling problem that as the increase of the stations on network and the length of it, its stability will be reduced, especially in the case of EMC does not attach enough consider when in the situation of installation, the system will be more communication problems and then leading to downtime; It will take longer time for technician to solve the problem because of its diagnostic information is vague. So, it is very important to pay special attention to the network distribution and EMC requirements when dealing with the system planning and designing.Network cc-link EMC requirements are not strict as Profibus-DP network, also its stability is better than Profibus-DP under harsh environment, PLC system configuration and network cost is lower, but itsInternational Conference on Mechatronics, Control and Electronic Engineering (MCE 2014)compatibility is poor, many well-known brands of autom ation products haven’t CC - Link network interface,and Mitsubishi PLC programming control software visibility is poorer, diagnostic information is lack, programming is tricky, and address is needed tocalculation.Based on ControlLogix5000 series PLC+ControlNet fieldbus network control system has high cost compared with the previous two, but the response speed and stabilityof the ControlNet are better. Field test results and application experience in multiple projects show that it will not recur problem in supposing that the first timecommunication can connected according to the requirement of each connection joints, and to the can’t connect site, PLC software can also give accuratediagnostic information. Programming model of RS5000 programming software and connection address is very convenient and the diagnostic information is complete, which to the debugging and the maintainer is definitely good news. While such system had both advantages and disadvantages. The openness of the system is not very good, and the software distinguish much slimly and variety, for the first time user will feel more difficult, often encounter software is not compatible module or adapter card then need additional processing, which create enormous spans of wasted time. But on the whole, the performance of the system than the Profibus-DP network system and the CC-Link network system is better.The following content, setting the quardriplex extrusion line as an example, to elaborate the practical application of network control system based on ControlNet fieldbus.III.C ONTROL S YSTEM OF Q UADRIPLEX E XTRUSION L INE B ASE ON C ONTROL N ET N ETWORKA.The Introduction for Characteristics of ControlNetControlNet based on the modified CanBus technique, it is a high-speed and definitive industrial control network accord with IEC61158 Type 2 standard, used to establish an explicit, predictable, and repeatable communication between industrial equipment. Its data transfer rate of 5 Mb, supports defined and repeatable scheduled communications data exchange, also supports unscheduled communication. It is primarily designed for the communication between PLC, I/O devices, Programming terminals, as well as the operation of terminal. As an independent network, it can be used for I/O control, message sending, programming, and terminal operation. Medium access method makes full use of the advantages of the producer-consumer model, supports multiple consumers, multi-cast, and point to point communication. And support the ControlLogix redundancy and PLC-5 ControlNet hot standby (efficient system redundancy processors). All use of the coaxial cable of the distance can be up to 6 km, on the same link support 99 nodes at most and have 64 connections, the longest distance between two nodes up to 1000m, the distance of 48 node can up to 250m; Communication distance can be up to scores of kilometers after using optical fiber and repeater, The network structure can use bus, tree and star structure or combination structure. The user can extend the physical length according to the need of increasing node Numbers or improve safety performance. ControlNet is a network based on the bus, so a terminal resistance must be installed at the end of each segment.As ControlNet network is in data link layer, so information is transmitted through establish connections between the nodes. Accessing information from Network media is controlled by the unique time limit access algorithm, namely to adopt concurrent time domain multiple access (CTDMA) method, in each control node of the network (NUI) for the refresh interval transmit information. We can set by the software of millisecond network refresh time (the NUT) to configuration the frequency of NUI repetition, the scope of the NUT for 2ms to 100ms. The NUT can be divided into three parts: the scheduled time and unscheduled time, the maintenance time. Scheduled time: each scheduled node (Based on the sequential order in a loop) to ensure there is a chance to transfer information. Unscheduled time: all the nodes in an order to transmit information circulation. Maintenance time: reserved for network maintenance time, using the address information transmitted by the lowest node to ensure the synchronization of other nodes.First, confirm that you have the correct template for your paper size. This template has been tailored for output on the US-letter paper size. If you are using A4-sized paper, please close this template and download the file for A4 paper format called “CPS_A4_format”.B.Hardware Configuration of the Control SystemQuadriplex extrusion line mainly includes four feeders, four screw extruders, hydraulic head, temperature control units, parts I of downstream, parts II of downstream, calender, skiver and so on. Considering the servo control of skiver is suitable to the nearest, to place the master station of PLC control system in the control cabinet beside skiver, and then according to the characteristics of the other input and output control points of different parts and quantity, give full play to the superiority of collecting and distributing system, remote I/O stations of PLC according to the following parts to take consider : 1.Feeder NO.1;2.Feeder NO.2;3.Feeder NO.3;4.Feeder NO.4;5.Temperature control units NO.1;6.Temperature control units NO.2;7.Hydraulic station;8.The left side of head;9.The right side of head; 10.The main operation desk;11.Cabinets on platform; 12.Calender control cabinet;13.Calender NO.1 operation box; 14. Calender NO.2 operation box.1)Master station of PLC: Consisting of Rockwell company ControlLogix5000 series PLC, using 10 slot rack, the type of CPU is1756-L62, the EtherNet module is used for communication to managing main computer system and touch panels, two ControlNet modules are used to form the networks to connect to the remote I/O stations and other devices, a servo control module is used to control two servo drive through the optical fiber optical fiber connection, then according to the I/O characteristics and number on skiver and accessories parts to configurative corresponding analog and digital I/O modules. This series PLC modules are high performance and intelligent I/O modules: support the producer-consumer model, the I/O module produce information only when needed, thus relieving the burden of processor,improve the efficiency of the system; All I/O without hardware setup, but through software configuration, easy to rapid configuration I/O system; And all modules support hot-plugging.2)Remote I/O stations: Choose Rockwell Company’s 1794 Flex series products to construct various PLC remote I/O stations, each substation consist by a 1794-ACN15 ControlNet adapter and all kinds of I/O modules match each station control points. Each 1794 - ACN15 adapter can contain eight modules at most, through which the above two small button switch can set ControlNet station address, address range from 01 to 99, and show the light on the power supply and communication diagnosis. 1794 Flex I/O is a flexible, high cost performance, and is suitable for distributed applications modular I/O.3)DC driver: It adopts CT company's MENTOR Ⅱseries DC driver to control extruders and calenders. Since it has not ControlNet network adapter, it is controlled by CPU of PLC via connection with the Flex I/0 directly.4)AC inverter: It adopts Rockwell Company's inverter series of PowerFlex70 to control the operation and speed of all transducer motors in the whole line. Each inverter has the network adapter card that with ControlNet. It can set the ControlNet address that between 01 to 99 by two micro-knob switch. Network adapter card with ControlNet is used to realize the data exchange with the CPU, it also has the function of receive the control instruction from CPU and send the status information.5)AC servo drive: This system consists of two sets of Ultra3000 series servo drivers from Rockwell Company, they communicate to the servo module 1756 - M03SE on master station of PLC by optical fiber. This system is used to control two servo motors and other parts of skiver, then to implement the fixed-length cutting function in accordance with the requirements of products formula. 6)Touch panel: There is a touch panel on the master operating station and the cutting operation box for each. The type of touch panel is PanelView Plus series products bundied a communication interface of EtherNet in Rockwell Company. The system is bundied a network module of EtherNet because of PLC and upper management computer are needed to pass the communication of EtherNet. So, it chooses to connect PLC with touch panel by EtherNet. It makes contribution to cost saving, reduce the number of sites of ControlNet and improve the speed of communication.System networks configuration is shown in Fig .1.C.System Configuration in RSLogix50001)The system configuration: When creating a new project and writing the program in PLC software for control system, first of all is to establish a corresponding project in RSLogix5000 software and system configuration, its configuration process steps are as follows: a).In the new application I/O Configuration, choose the type of the CPU of PLC by the right mouse button according to design drawings, select the software version number, and give a name for the CPU, choose the corresponding rack slot number. b).A backplane labels of CPU added appears in the PLC project program after added CPU, by right-click the labeling, add the type of I/O modules, ControlNet modules, and Ethernet modules according to the design drawings. And pay attention to select the slot number of module and give a name for the module. c)After adding ControlNet module, then add the drive or I/O modules of substation, right-click ControlNet module, choose the type of module according to drawings.d).For components that are not belong to AB company products, if it is hung on the ControNet module, you can choose ControlNet-MODULE, and then carried out in accordance with the characteristics of the device configuration.When finish the configuration the structure as shown in Fig .2.Figure 1.The networks configuration of control system.Figure 2. PLC system configuration.2)Methods to schedule the ControlNet Network: Firstto confirm all hardware units on network are configuredcorrectly and the communication is normal. Pilot lampswill flash or turn to red if there is any problem. There aretwo ways that can be chosen to schedule ControlNetnetwork--To schedule by creating a new file ofControlNet and to schedule by ControlNet module that isadded in the configuration of PLC hardware. The secondmethod as follows: a). Right-click the ControlNet module,choose the Schedule The ControlNet Network in the thirdoption RSNetWorx, as shown in Fig .3. b). Click “OK”then the program automatically open RSNetworx software,and scan of network nodes online. c). Edit enabled:Choose the Edits Enable in the picture, softwareautomatically schedules. d).Save the file, file path willappear in the features of ControlNet module.Figure 3. Network schedules.After finishing schedule ControlNet network, there willappear yellow warning signs if the hardware configurationmodule is abnormal, you can check the state of module,and schedule the network again after the faults wereremoved.D.Design of Software for Control System1)The structure of PLC program: The structure of PLC program: Main structure of PLC program for quadriplex extrusion line as shown in Fig .4. Each relatively independent part of the control system there is same structure form in PLC program. The Routine number and its specific application are different according to the requirements of their respective functions within a subroutine. An example about division of the program structure forms as shown in Fig .5.Figure 4. Main structure of PLC Program.Figure 5. The division of the Program structure.As shown in Fig .4 and Fig .5, each part can be made relatively independent programs group in a catalogue which similar to the folder in the condition of RsLogix 5000 platform. It is irrelevant when using the same name in this directory of local label and other program directory, so that we can copy similar parts program what only to modify its global tags and signal correlation, so can greatly reduce the workload of programming. For programming software of RsLogix 5000 use the tag (label) programming method, so that the users is free to prepare the label name, type and quantity, even make the label name briefly, easy to understand, also make different people can understand the programs easily that written by others, thus forming standardization programs according to each company’s own requirements. There is a very prominent advantages for programming method of using the tag, that is the users can program even the project system configuration don't finish (as the module of the system input and output channels has not yet to determine its specific function), just match the tag with a specific module in software channel corresponding after the completion of system configuration, without having to modify the program again. This method of programming completely changed the former programming methods: programmer programming must base on drawing design and each module functions of input and output channels have finished, otherwise have to modify the program again. In this way, the project design and programming can be carried out at the same time, as well as less time consuming. It is convenient to inspect the information of components have disposed the in the whole ControlLogix system, such as the PLC modules and the drive components, this not only make the system of information collection is more easy to implement, but also greatly facilitate the debugging and maintenance personnel.2)Design of touch panel interface: The design of the touch panel interface with all kinds of screen and functions is carried out according to the requirements from equipment, production technology and user. Touch panel interface designed by RSView software of Rockwell, then correlate touch panel with CPU according to the actual network path in the software, and match the variables between touch panel and PLC program, and final generate the runtime file and download it to the touch panel, so the functions of each screen will be realized according to the scheme designed. It is unnecessary adding another tabs to connect with ControlLogix 5000 CPU in the label, but directly read the tabs of ControlLogix 5000 CPU after establishing communications with ControlLogix 5000 system. So that simplifies the programming of touch panel.The user interface of this system mainly includes main monitoring screen, the user login (password) management screen, monitoring screens of components, recipe management screens, equipment parameter setting screens, service screens, alarm information screens and so on. The function of switching each other between screens is realized by the function of user login and transformation button given in each screen. The main screen of two touch panels as shown in Fig .6 and Fig .7 respectively.Figure 6. The main screen of whole line.Figure 7. The main screen of skiver.IV.C ONCLUSIONThe practical experience and consequence of several project witness that the networks which based on ControlNet Field bus technology have apparent advantages in the following. First, its structure is simple. Second, its technical performance is stable. Third, it will reduce the amount of wiring, and that is why it is convenient to commissioning and maintenance. Last but not least, it enhances the flexibility and reliability of the system in the best way. However, the functions of good to program, parameter setup and read, and failure diagnosis and so on, which not only make the program to achieve the highly modularization and standardization easily, but make debugging and maintaining faster in RSLogix5000 software platform. Its function and speed are better than some other Fieldbus networks. Based on the series of ControlLogix5000, the control system base on the series of ControlLogix5000 PLC+ ControlNet fiedbus network is a good choice in the program of highly system performance.R EFERENCES[1]Baidu library, ControlLogix composition and the application ofPLC control system[2]Rockwell Automation.ControlLogix System User Manual. . 2011[3]Rockwell Automation. RSLogix5000 Programming SoftwareProduct Profile. . 2011.[4]Rockwell Automation.RSLinx User Manual. . 2011.[5]Rockwell Automation.RSLogix5000 User Manual. . 2011.[6]Yuzhu Mi, motion control system based on ControlLogix platformapplication [J];Science and technology information;22, 2012. [7]Fanjin Sun,Weiming Tong.The Studying of Virtual Token PassingApproach in ControlNet. High Technology . 2004.[8]Marceclo Luis Dultra.Fieldbus Control System. Advances inInstrumentation and Control . 2001[9]Lan Jianpeng, “Analysis and comparison of the system ofautomatic control based on ControlNet bus,” Science and Technology Innovation Herald, 2013,(9).doi: 10.3969/j.issn.1674-098X.2013.09.029[10]Rockwell Automation.RsnetWorx for ControlNet Online Help. .。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
C ontrolNet技术及其在冷站控制系统中的应用朱春花 周齐国 (重庆大学 400045) 摘 要 探讨了基于生产者/消费者通信模式的C ontrolNet总线技术,包括其技术特点、通信模式、信息交换方式和网络集成,并对该总线在冷站控制系统中的应用作了具体的分析,包括网络系统构成和软件组态。
关键词 C ontrolNet控制网 生产者/消费者模式 信息交换 时间片算法 网络刷新时间 现场总线技术自20世纪90年代以来有了长足的进步。
目前,由于种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用,对现场总线控制系统信息交换的实时性、确定性以及系统的运行效率提出了越来越高的要求〔1〕。
在这一领域,北美自动化供应商罗克韦尔自动化公司,推出了基于开放网络技术的新型通讯模式———生产者/消费者模式的C ontrol2 Net现场总线。
1 基于生产者/消费者的通讯模式目前,工业自动化控制网络采用的网络模型主要有两种:源/目的地模型(S ource/Destination)和生产者/消费者(Producer/C onsumer)模型。
绝大多数控制网络通讯都是采用源/目的地的通讯模式,如FF、Lonw orks、Profibus等。
源/目的地网络模型(S ource/Destination)采用应/答式通讯,如果网络要向多个设备传送数据,则需要对这些设备分别进行“呼”“应”通信,即使是同一个数据,也需要制造多个数据包,消耗过多的带宽,并且数据到达每个设备的时间还是不同的。
这样,不仅增大了网络的通信量,网络响应速度受到限制,容易发生信息瓶颈问题,而且当系统对时间有苛求的实时控制信息要求传送时,还需要采用其它不同的网络。
在现行设计中,一般将基础钢筋作为自然接地体,用40×4的镀锌扁钢将其连通,并施行总等电位联结。
这样进行处理,接地电阻很小,一般容易达到设计要求。
在设计中应当注意,应在室外合适位置预留接地连接板,做法可以参考国家标准图集《接地装置安装》(03D501Ο4)。
这样,当接地电阻值达不到要求时,施工单位可以方便地连接人工接地体和测试接地电阻值,这一点应当在设计图纸中有所体现。
另外,在设计图纸中,不能泛泛而谈“利用建筑物基础钢筋做自然接地体”。
前面已经提到,轻钢结构建筑物在基础施工时需预埋地脚螺栓,加垫片后才能和钢柱相连。
须知:预埋的接地螺栓本身和基础钢筋是没有电气连接的!所以,土建施工时可用不小于<10钢筋或圆钢将基础钢筋和接地螺栓可靠焊接,具体做法参见国家标准图集《利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装》(03D501Ο3)的17页。
这样,从接闪器到引下线,再到接地装置,雷电流才具备完整的泄放通道。
这样做还不够,还应该用短钢筋和基础钢筋可靠焊接,并引出基础外,供联结接地环网,方有利于降低自然接地体的接地电阻值和实施有效的等电位联结。
这一点对于设置独立基础的轻钢结构建筑尤其重要,所以有必要在设计图纸中交待清楚。
如果忽视了轻钢结构建筑物接地装置的特殊性,即基础钢筋和接地螺栓本身并没有电气连接这一事实,造成的后果则是整个建筑物没有可靠的接地网。
采取的补救措施是用40×4的镀锌扁钢做等电位环网,镀锌扁钢过钢柱时应和柱底脚板下侧可靠焊接。
这样,镀锌扁钢充当了接地极和接地线的双重角色。
除了等电位接地环网沿建筑物外围敷设一周外,在建筑物内还应该按跨度设置均压网格,不但可降低跨步电压,保护人身安全,而且有利于工业厂房生产设备就地实施等电位联结,缩短等电位联结线的长度。
图1所示为源/目的地通信模式和生产者/消费者通信模式的数据包结构图对比。
源地址目的地址数据循环冗余检验码(a)源/目的地通讯模式的数据包结构标识符数据循环冗余检验码(b)生产者/消费者通讯模式的数据包结构图1 源/目的地通信模式和生产者/消费者通信模式的数据包结构图 C ontrolNet则是采用了一种基于开放网络技术的新型通讯模式———生产者/消费者模式。
此模式允许在同一链路上有多个主控制器共存,对输入数据和对等通信数据采用多信道广播方式,将传统网络的针对不同站点多次发送改为一次多点共享,以使链路上所有控制器之间实现预定的对等通信互锁,共享输入数据,从而大大减少了网络发送的次数和网络上的交通量,提高了网络效率和网络性能。
同时允许网络上的所有节点同时从单个数据源存取相同的数据,报文通过标识符来识别,从而可以实现网络节点的精确同步,提高带宽的有效使用率,并且所有数据可以同时到达。
此时采用该模式既可以支持系统的主从、多主或对等通信结构,也可以支持其任意组合的混合系统结构,还可在同一链路上传送任意信息类型相混合的数据。
显然,与典型的源/目的地模式相比,生产者/消费者模型是一种更为灵活高效的处理机制。
可以说,基于此模式的C ontrolNet是目前各种工业控制底层现场总线网络中性能较为可靠的网络。
2 C ontrolNet总线的性能特点C ontrolNet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,是具有高度确定性、可重复的高速控制和数据采集网络,I/O性能和端到端通讯性能都较传统网络有较大提高〔6〕。
表1给出了C ontrolNet现场总线技术和其他总线技术的主要性能比较。
表1 几种总线技术的性能比较性能指标C ontrolNet CAN Profibus ASΟI FF 研制公司罗克韦尔ΟAB Bosch西门子ASΟI国际FF基金会拓扑结构星型、树型、总线型总线型总线型、树型星型、树型总线型、树型最大通信速率5Mb/s110Mb/s1210Mb/s167kb/s215Mb/s 最多节点99个110个127个31个从站156个最大无中继距离同轴:5km 光纤:30km10km电缆:214km 光纤:2318km100m119km 最大帧长510字节244字节仲裁方法时间或多路存取(CT DMT)生产者/消费者非破坏性总线仲裁令牌传送主/从周期查询调度/周期、非调度/非周期、生产者/消费者通信方式主/从、多主、对等、混合多主主/从、对等主/从、周期查询服务器/客户机网络效率高高不高不高高 相比可知,C ontrolNet网络具有吞吐量较高、体系结构灵活、组态和编程简单、信息交换可靠等特点,是一种适合各种工业、企业和建筑智能化网络信息传输与控制的实时控制网络和控制系统。
C ontrolNet的媒质访问控制采用了独特的基于排队论的时间片算法(T ime Slice)。
根据实时数据的特性,一些带宽预先保留和预定用来支持实时数据的传送,余下的带宽用于非实时和未预定数据的传送。
因此,它在保证对时间有苛求的控制信息传输的同时,也能在同一物理介质链路上传送其它无时间苛求的信息。
至于C ontrolNet的介质存取则采用了一个特殊的令牌传递机制———隐性令牌传递〔2〕。
其中传递隐性令牌的逻辑是通过特别设计的并行时间域多路存取(CT DM A)算法〔2〕,来控制各个节点在网络刷新时间(NUT)内传送信息的机会。
网络刷新时间(NUT)分为三个部分:预定信息传送时间、非预定信息传送时间和维护时间。
表2 网络刷新时间网络刷新时间(NUT)功 能预定信息传送时间传送预定节点(在一个循环的顺序次序的基础上)的有时间苛求的信息。
非预定信息传送时间传送非预定节点(按顺序进行循环传送,一直到分配给非预定传送的时间用完为止)没有时间苛求的信息。
控制网保证至少有一个非预定节点有机会传送数据,提供给非预定节点的时间取决于预定节点的通信量。
维护时间能够自动调整,以使NUT大小不变,并保证其他节点同步。
NUT (网络刷新时间)是由用户自己选择的,它将不停地扫描网络上的设备节点,并根据节点上设备类型的不同,按照C ontrolNet 的时间片算法在NUT 内为它们分配时间段。
由此可知,C ontrolNet网络具有预见数据何时能够可靠传输到目标,并且数据的传输时间不受网络节点添加/删除或网络繁忙等状况的影响而保持恒定的能力。
3 C ontrolNet 总线的网络体系C ontrolNet 是高度确定性、可重复的高速控制和数据采集网络。
因此,它非常适用于那些控制关联复杂,要求协调实时控制、控制信息同步、数据传输率较高的场合。
此外,对于多个基于PC 的控制器之间,不同P LC 之间或P LC 与个人计算机之间存在通讯要求的场合,C ontrolNet 也非常适用。
在罗克韦尔推出的工业网络平台方案———NetLinx体系中〔3〕,C ontrolNet 处于核心地位,网络结构如图2所示。
C ontrolNet 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De 2viceNet 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。
图2 C ontrolNet 逻辑网络体系 组态软件是现场总线控制系统普遍应用的人机接口(M MI )监控软件,是控制网络底层总线与现场设备直接进行数据交换的软件接口和控制网络与信息网络集成的桥梁。
RS View32〔4〕、RS View SE 是基于Windows 环境的工业监控软件,使用方便、直观、可靠,同时允许用户进行图形观察和组态整个网络。
它全面支持ActiveX 技术,同时支持OPC 的服务器和客户端模式,既可以通过OPC 和硬件通讯,又可以向其它软件提供OPC 的服务。
同时,Windows 为RS View 和基于Windows 的应用软件提供接口,利用DDE (动态数据交换)技术〔5〕,与Win 2dows 的应用程序间进行数据交换,实现本地控制网络与上层信息网络之间的信息共享,从而为用户提供更为集中的数据操作环境,实现系统集成。
4 工程应用某卷烟厂的动力车间冷站控制系统,在制冷机进出水温差小于7℃的前提下,对制冷机的出水温度有很严格的要求。
由于该冷站是具有高速数据量I/O 和大量模拟量I/O 的系统,控制关系之间有复杂关联,且要求互锁灵活、控制信息同步、数据传输率高,因此笔者以美国AB 公司的C ontrolNet 网络、C ontrolLogix 控制器及操作站构建系统。
图3为冷站控制系统网络结构示意图。
图3 某卷烟厂的动力车间冷站自控系统网络结构 该系统包括一台制冷机P LC 控制柜(机组自带)0#、四台制冷机远方数据采集控制单元(2#～3#)、一台冷却塔远方数据采集控制单元6#及一台冷冻站下位机系统1#,同时还配有周边设备:6台冷冻水泵、5台冷却水泵、2台补水泵、6台凉水塔(共28个风扇)。