西門子電源6SL3130-7TE21-6AA4詳細說明

1  引言
液位控制是工業(yè)生產過程中常見環(huán)節(jié)。
通過基于NetLinx網絡的水箱液位控制系統(tǒng),搭建了以ControlLogix系統(tǒng)為中心,以ControlLogix5561 PLC為控制器,以THJ-2水箱為控制對象,通過Ethernet上的PC機進行遠程監(jiān)控的系統(tǒng)。并針對實際應用,利用RSView32對上位機的人機監(jiān)控進行設計,實驗結果表明,該系統(tǒng)可為研究水箱液位控制系統(tǒng)的網絡化控制提供實驗基礎。

2  系統(tǒng)NetLinx網絡架構
現場總線技術是指把單個分散的測量控制設備變成網絡節(jié)點,以現場總線為紐帶,把它們連接成可以相互溝通訊息、共同完成自控任務的網絡系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。在眾現場總線中,具有代表性之一的是羅克韋爾自動化公司推出的工業(yè)網絡體系:Netlinx三層網絡架構,NetLinx體系結構中的各層網絡的頂層協(xié)議均采用面向對象的控制與信息協(xié)議CIP。系統(tǒng)的結構如圖1所示。

NetLinx網絡通過設備網網絡、控制網網絡、以太網網絡以及這些網絡的節(jié)點提供各種連接。本設計利用羅克韋爾三層網絡體系建立了系統(tǒng)總體結構:最上層是工廠管理級監(jiān)控系統(tǒng),采用以Ethernet/IP為基礎的通信網絡;中間層是車間級監(jiān)控系統(tǒng),采用以ControlNet為基礎的通信網絡;最底層是現場設備級控制系統(tǒng),采用以DeviceNet為基礎的通信網絡,實現了從頂層到車間層的無縫集成策略[2]。

3  水箱液位控制系統(tǒng)的實現
3.1  系統(tǒng)硬件總體設計基于Netlinx網絡的水箱液位控制系統(tǒng)如圖2所示。采用了ControlLogix系列PLC,它由處理器1756-L61模塊、以太網通訊模塊1756-ENBT、模擬量輸入模塊1756-IF8、模擬量輸出模塊1756-OF8、電源模塊1756-PA72/C、1756-A10機架組成。液位控制系統(tǒng)的液位信號、電動調節(jié)閥輸入信號以及電磁閥輸入信號分別通過模擬量輸入模塊1756-IF、模擬量輸出模塊1756-OF和數字量輸出模塊1756-OW16I與1756-L61控制器模塊建立連接,ControlLogix5561的以太網通信通過金浪KN-S1016P+系列交換機與上位機建立。
3.1.1  控制器
本系統(tǒng)采用的ControlLogix PLC控制器。ControlLogix系統(tǒng)是一個模塊化系統(tǒng),超出了傳統(tǒng)意義上的可編程邏輯控制器,采用全新的設計理念和技術,將NetLinx通信架構中的生產者/消費者通信模式應用到它的背板總線(ControlBus),使得插槽上的每個模塊甚至是處理器都可以視為ControlBu背板總線上的節(jié)點。又由于EtherNet/IP網絡、Control-Net網絡和DeviceNet網絡,都采用了CIP(通用工業(yè)協(xié)議)作為其網絡應用層協(xié)議,使得 ControlBus背板總線在連接不同網絡的通訊模塊后,實現了網絡之間的信息路由和無縫連接。
3.1.2  控制對象
水箱:包括下水箱和儲水箱。水箱底部均接有擴散硅壓力變送器(帶數顯),可對水箱的壓力和液位進行變送。
3.2  系統(tǒng)軟件總體設計
軟件設計包括以下四個方面:通過RSLinx軟件建立通信通道;通過RSLogix 5000軟件對控制器進行邏輯編程;通過RSNetworx軟件對控制網進行設定和配置;通過RSView32軟件設計人機監(jiān)控界面。系統(tǒng)軟件設計流程圖如圖3所示。(1)  建立通信通道:羅克韋爾自動化實驗室的所有PLC和上位機都通過交換機連接在同一個局域網中,通過RSLinx軟件建立通信通道,上位機可以通過以太網訪問局域網中的任何一臺PLC。
(2)  邏輯編程:本設計通過RSLogix 5000軟件編寫電機控制梯形圖程序。RSLogix5000軟件符合IEC61131-3標準,是一個包含編程、診斷、在線監(jiān)控等功能的集成系統(tǒng)開發(fā)平臺。系統(tǒng)的主要功能是為控制工程師和系統(tǒng)編程提供一個可以把他們的程序概念轉變成一系列的程序圖和定義用于快速地創(chuàng)建可執(zhí)行程序。 
(3)  網絡規(guī)劃:變頻器和測速發(fā)電機等硬件設備均是通過遠程I/O就扣掛接在控制網上,通過RSNetworx軟件對控制網進行設定和配置,可以PLC上的網絡模塊。
(4)  組態(tài)人機監(jiān)控界面:本文采用RSView32軟件組態(tài)人機監(jiān)控界面,以實現整套控制系統(tǒng)得遠程監(jiān)控。組態(tài)監(jiān)控畫面圖4所示。

4  參數設定與
本設計中使用RSLogix5000 PIDE Faceplate Control面板進行PID參數的整定。RSLogix5000 PIDE自動整定提供了一個簡易的開回路的自動整定,它固定在PIDE指令中,可以通過設置和讀取控制器中合適的自動調節(jié)數據結構值來進行自動調節(jié),觀察響應曲線的變化,直至響應曲線達到令人滿意的效果。

5  結束語
本設計利用羅克韋爾開放式網絡平臺,設計和構建了基于NetLinx網絡的水箱液位控制系統(tǒng)。實現了不同層次上設備間的網絡通信,設計了水箱液位系統(tǒng)人機監(jiān)控界面,并進行了PIDE參數的自整定,通過運行和實驗證明該系統(tǒng)能達到較好的控制效果。最終實現水箱液位系統(tǒng)的網絡化控制。羅克韋爾多層網絡是基于Netlinx的開放式網絡架構,ControlLogix可以作為網關實現不同網絡和多個節(jié)點的連接,可以同時實現多臺設備和多個節(jié)點的復雜監(jiān)控,以實現復雜的流程控制或多設備的協(xié)同工作。而本設計只是利用網絡構架實現了對一個水箱的控制。實現多節(jié)點水箱是進一步研究的方向

數據采集（DAQ），是指從傳感器和其它待測設備等模擬和數字被測單元中自動采非電量或者電量信號，送到上位機中進行分析，處理。數據采集系統(tǒng)是結合基于計算機或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產品來實現靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。

        USB是一個外部總線標準，用于規(guī)范電腦與外部設備的連接和通訊。USB接口支持設備的即插即用和熱插拔功能。USB接口可用于連接多達127種外設，如鼠標、調制解調器和鍵盤等。USB是在1994年底由英特爾、康柏、IBM、Microsoft等多家公司聯(lián)合提出的，自1996年推出后，已成功替代串口和并口，并成為當今個人電腦和大量智能設備的必配的接口之一。

    　宇泰科技USB轉換器系列，兼顧在硬件與軟件上即插即用的功能，著重于便攜式、穩(wěn)定性高的特性，采用USB-DB9接頭，讓使用者更容易配線。為了實現IC卡門禁考勤系統(tǒng)中RS232到USB的接口轉換，需要1臺支持USB的主機，同時還要提供主機上用于與外設通信的驅動，一般由操作系統(tǒng)提供。UT-880是一款通用的USB轉RS-232轉換器,無需外加電源、兼容USB、RS-232標準，能夠將單端的USB信號轉換為RS-232信號，轉換器內部帶有零延時自動收發(fā)轉換, 獨有的I/O電路自動控制數據流方向, 即插即用. 確保適合一切現有的通信件和接口硬件。
UT-880接口轉換器可以為點到點、數據通訊速率300-460800bps，帶有電源指示燈及數據流量指示燈可指示故障情況、支持的通訊方式有USB到RS-232轉換。

性能參數：
■ 完全兼容USB（UniversalSerial Bus）Rev：2.0 
■ 支持RS-232界面 
■ 標準DB9針串口 
■ 2Mbps以上速率 
■ 支持自動握手協(xié)議 
■ 支持遠程喚醒和電源管理 
■ USB總線直接取電，無需外接電源
■ +/-15KV ESD防靜電保護
■ 單片(ASIC)USB端口到串行端口通信
■ 使用環(huán)境：-40℃ 到 85℃，相對濕度為5%到95%
■ 支持Win98/Win2000/WinXP/Vista/Win7/Linux等