1、控制器
ControlLogix控制器是控制系統(tǒng)的核心模塊，采用32位的精簡指令處理器(RISC)芯片， 負(fù)責(zé)整個(gè)自控系統(tǒng)的控制工作。采集各種輸入模塊、通信模塊以及其他控制器模塊的數(shù)據(jù)，執(zhí)行用戶編制的程序，輸出控制各種執(zhí)行設(shè)備，并通過各種網(wǎng)絡(luò)接口，為可視化和人機(jī)界面提供監(jiān)視數(shù)據(jù)和操作接口，來實(shí)現(xiàn)全生產(chǎn)全過程的監(jiān)視和控制。
①主要性能指標(biāo)
ControlLogix控制器(V18版后)可以控制的數(shù)字量I/O最多可達(dá)2.56×10?點(diǎn)，模擬量I/O最多可達(dá)8.0×103點(diǎn)。一個(gè)控制器支持32個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)最多可有100 個(gè)程序和設(shè)備階段。用戶內(nèi)存最大可達(dá)32MB，并可擴(kuò)展64M擴(kuò)展內(nèi)存。支持NetLinx開放網(wǎng)絡(luò)和控制器冗余，支持梯形圖、結(jié)構(gòu)化文本、功能塊、順序功能圖等編程語言等。
ControlLogix控制器為雙CPU設(shè)計(jì)，一個(gè)稱為邏輯CPU，負(fù)責(zé)邏輯控制和數(shù)據(jù)處理；另一個(gè)稱為背板CPU，負(fù)責(zé)背板通信。內(nèi)存分為用戶內(nèi)存(基本內(nèi)存)和擴(kuò)展內(nèi)存，用戶內(nèi)存存放控制器與外部交換的通信數(shù)據(jù)，擴(kuò)展內(nèi)存存放用戶程序和內(nèi)部數(shù)據(jù)。掃描速度小于0.03ms/k平均布爾指令，內(nèi)置USB端口運(yùn)行速度達(dá)12Mbps。1756-L7X控制器的主要性能指標(biāo)見表。
②控制器模塊和部件
1756-L7X控制器模塊的面板上部是狀態(tài)顯示屏，滾動(dòng)顯示控制器的固件版本、儲(chǔ)能模塊狀態(tài)、項(xiàng)目狀態(tài)和嚴(yán)重故障(也稱為主要故障或重大故障)信息等；顯示屏下是發(fā)光二極管(LED)狀態(tài)指示燈，分別指示控制器的運(yùn)行狀態(tài)、I/O強(qiáng)制、SD狀態(tài)和控制器狀態(tài)等；指示燈下方是一個(gè)模式開關(guān)，也稱為鑰匙開關(guān)，用專門配置的鑰匙來切換控制器的工作模式；模式開關(guān)右側(cè)是SD卡槽，用于安裝SD卡；模塊下部是ESM模塊插槽和USB串行接口。
模式開關(guān)有3擋，即運(yùn)行(RUN)、遠(yuǎn)程(REM)和編程(PROG)，表示3種工作模式。
在RUN模式時(shí)，控制器運(yùn)行各種任務(wù)，控制輸入和輸出。組態(tài)站不能改變控制器的工作狀態(tài)，也不能在線修改控制器的程序。正常運(yùn)行時(shí)，為了防止不必要的誤動(dòng)，可切換到RUN模式并取走鑰匙，放好備用。
在REM模式時(shí)，控制器保持鑰匙開關(guān)切換時(shí)的工作狀態(tài)，即從RUN切換到REM時(shí)保持運(yùn)行狀態(tài)；從PROG切換到REM時(shí)保持編程狀態(tài)。組態(tài)站可以遠(yuǎn)程改變控制器的狀態(tài)，在線編輯、修改程序、下裝和運(yùn)行等。如果經(jīng)常需要修改程序或遠(yuǎn)程啟停控制器，通常切換到REM模式。
在PROG模式時(shí)，控制器處于編程模式，停止運(yùn)行任務(wù)和輸出。組態(tài)站可以進(jìn)行在線編輯、修改和下裝等，但不能改變控制器的工作狀態(tài)。
②框架
ControlLogix系統(tǒng)框架(也稱為底盤，指安裝模塊的物理支架，帶有插槽和背板，有些資料也稱為機(jī)架。)用來安裝除電源模塊之外的各種系統(tǒng)模塊，有4槽 、7槽、10槽、13槽和17槽等5種框架尺寸，目錄號(hào)分別為1756-A4、A7、A10、A13和A17，插槽編號(hào)都是從0號(hào)開始?？蚣艿谋嘲逵懈咚倏偩€，各種模塊通過背板總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和交換。安裝了系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電源模塊的1756-A4框架如圖所示。
③系統(tǒng)電源模塊
系統(tǒng)電源模塊給框架背板提供1.2V、3.3V、5V和24V等多種直流電源，有非冗余和冗余電源模塊2大類。輸入電壓有交流和直流2種，有多種輸入電壓等級(jí)和輸出電壓。非冗余電源有標(biāo)準(zhǔn)電源模塊和細(xì)長型電源模塊等，安裝在框架的最左側(cè)，通過插槽給背板供電。當(dāng)需要冗余電源供電時(shí)，可采用2塊冗余電源模塊、2條連接電纜和一塊框架適配器連接模塊組成冗余電源套件。標(biāo)準(zhǔn)電源供電和冗余電源供電都不占用框架的槽位。典型的電源性能指標(biāo)見表。
④I/O模塊
I/O模塊是ControlLogix控制器與現(xiàn)場設(shè)備的信號(hào)接口。ControlLogix系統(tǒng)提供種類眾多的1756系列I/O模塊，覆蓋工業(yè)控制中絕大多數(shù)的信號(hào)類型。I/O模塊可以混合安裝在框架的插槽中，支持帶電插拔，現(xiàn)場儀表設(shè)備的信號(hào)可以 直接與模塊相連，也可以通過可拆卸的端子塊和接口模塊 (IFM/AIFM)與I/O模塊相連。I/O模塊還可以根據(jù)組態(tài)，提供相應(yīng)的信息和附加的功能，如診斷功能，包括數(shù)字濾波、過程報(bào)警、速率報(bào)警和斷線檢測(cè)等。不同I/O模塊的附加功能是不一樣的，可根據(jù)應(yīng)用需要選擇和使用。
①I/O模塊的基本特點(diǎn)
I/O模塊有交流、直流和數(shù)字、模擬信號(hào)模塊4大類，包括交流數(shù)字量I/O模塊、直流數(shù)字量I/O模塊、繼電器觸點(diǎn)模塊、模擬量I/O模塊、熱電阻與熱電偶模塊輸入、組合I/O模塊等。每一種類型又有眾多型號(hào)，分別對(duì)應(yīng)于不同點(diǎn)數(shù)、電壓電流類型、工作電壓范圍、電阻范圍、分辨率、通道是否隔離和通道故障診斷等。數(shù)字量模塊也稱為開關(guān)量模塊。
②數(shù)字量輸入(DI)模塊
采集、接收現(xiàn)場儀表設(shè)備的數(shù)字量信號(hào)，包括按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等，并把狀態(tài)信號(hào)通過背板傳送給控制器和其他監(jiān)聽設(shè)備。ControlLogix系統(tǒng)允許框架內(nèi)有多個(gè)控制器運(yùn)行，控制I/O模塊的控制器稱為I/O模塊的所有者、擁有者或宿主，其他控制器或設(shè)備也可以通過監(jiān)聽獲取信息，稱為監(jiān)聽者或監(jiān)聽設(shè)備。
③數(shù)字量輸出(DO)模塊
通過背板接收控制器輸出的數(shù)字量信號(hào)，控制各種執(zhí)行部件或儀表設(shè)備，包括接觸器、電磁閥、繼電器和指示燈等。
④模擬量輸入(AI)模塊
采集、接收由電位器、轉(zhuǎn)速探頭、變送器等儀表設(shè)備輸出的連續(xù)變化模擬信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換器把信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制器需要的數(shù)值，并通過背板傳送給控制器和其他監(jiān)聽設(shè)備。
⑤模擬量輸出(AO)模塊
把控制器從背板傳送的數(shù)值通過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)模擬量信號(hào)輸出，去控制閥門定位器等儀表設(shè)備以及電機(jī)等。I/O模塊通道間大多采用分組隔離方式的模塊，每組共用一個(gè)公共端子和電源回路；也有每個(gè)通道都隔離的分隔隔離方式。
⑥晶體管型輸出模塊
動(dòng)作速度快，無觸點(diǎn)，開關(guān)次數(shù)幾乎沒有限制。繼電器型輸出可以提高通道的負(fù)載能力，還可以選用多種負(fù)載的供電類型。
⑦I/O模塊的灌流和拉流
是指信號(hào)電流經(jīng)過現(xiàn)場儀表設(shè)備后流入或流出模塊。電流流入模塊的稱為灌流(Sink)，流出模塊的稱為拉流(Source)，I/O模塊的灌流和拉流如圖所示。
⑧A/D和D/A轉(zhuǎn)換
模擬量模塊的A/D轉(zhuǎn)換把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為整型數(shù)，D/A轉(zhuǎn)換把控制器運(yùn)算后的整型數(shù)轉(zhuǎn)換為模擬量輸出。整型數(shù)的大小與轉(zhuǎn)換器的處理位數(shù)有關(guān)，以12位轉(zhuǎn)換器為例，模擬量4~20mA的A/D和D/A轉(zhuǎn)換如圖所示。1756系列模擬量模塊通過通道組態(tài)完成A/D和D/A轉(zhuǎn)換，只需要定義好每個(gè)通道相應(yīng)的工程單位轉(zhuǎn)換就可以了。
⑨通信模塊
通信模塊是ControlLogix系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口，不同的通信模塊連接不同的網(wǎng)絡(luò)，安裝在框架中的各種網(wǎng)絡(luò)接口模塊通過背板實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的連接，不需要控制器模塊。ControlLogix系統(tǒng)支持多種通信網(wǎng)絡(luò)，如EtherNet/IP，ControlNet，DeviceNet，DH+，RIO和FF等。通過這些通信模塊，控制器就可以訪問相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而控制或監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)中的I/O設(shè)備。
1)EtherNet/IP模塊
ContolLogix控制器通過EtherNet/P通 信模塊連接 EtherNel/IP網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)模塊最多可以支持128個(gè)TCP/IP連接和128個(gè)邏輯連接。通信介質(zhì)、傳輸距離、傳輸速率等與商用以太網(wǎng)相同，采用五類雙絞線時(shí)傳輸距離達(dá)100m，傳輸速率達(dá)100Mbps，采用單模光纖可傳輸30km及更遠(yuǎn)。支持星形和環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，常用的EtherNet/IP模塊和特性見表。
2)ControlNet模塊
ControlNet模塊連接ContolNet網(wǎng)絡(luò)，采用RG6同軸電纜，支持光纖中繼器和冗余介質(zhì)。支持總線形、星形、樹形和混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)速度達(dá)5Mbps。 干線長度與節(jié)點(diǎn)數(shù)量有關(guān)，單網(wǎng)段、2個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)干線長度達(dá)1km，48個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí) 干線長度為250m。ControlNet網(wǎng)最多支持99個(gè)節(jié)點(diǎn)，有128個(gè)連接，終端電阻為BNC型 ，阻值75Ω。常用的ControlNet通信模塊和特性見表。
3)DeviceNet模塊
DeviceNet通信模塊連接 DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，采用典型的干線-分支拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，支持粗纜、細(xì)纜和扁平電纜。可容納64個(gè)節(jié)點(diǎn)地址，每個(gè)節(jié)點(diǎn)支持的I/O數(shù)量沒有限制，支持對(duì)等通信、多主或主/從通信模式和冗余結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)速度可選125kbps、250kbps和500kbps。干線長度與通信速率成反比，采用粗纜時(shí)，最長干線長度達(dá)500m。終端電阻為120Ω, 不少于1/4W，有圓纜孔式、圓纜針式和扁平電纜式3種形式。常用的 DeviceNet模塊和特性見表。
4)其他通信模塊
DH+是羅克韋爾自動(dòng)化控制層的一種工業(yè)控制局域網(wǎng)，支持遠(yuǎn)程編程，可以連接各種處理器、計(jì)算機(jī)、人機(jī)界面等設(shè)備。DH+采用總線結(jié)構(gòu)和令牌傳送協(xié)議，只有持有令牌的節(jié)點(diǎn)才能發(fā)送數(shù)據(jù)。DH+采用標(biāo)準(zhǔn)雙絞線作為傳輸介質(zhì)，按菊花鏈或主干/分支的連接方式，單條DH+網(wǎng)絡(luò)可最多連接32個(gè)工作站，通道A支持57.6kbps，115.2kbps和230.4kbps等3種通信速率，傳送距離分別為3024m、1524m和230m；通道B支持57.6kbps和115.2kbps 2種速率。
RIO鏈路是處理器與遠(yuǎn)程I/O機(jī)架、智能設(shè)備、操作員界面等設(shè)備的通信鏈路，處理器通過內(nèi)置的掃描器端口或獨(dú)立的掃描器模塊對(duì)所有的遠(yuǎn)程I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。RIO還可連接兼容的第3方產(chǎn)品，如機(jī)器人、焊接控制器、無線調(diào)制解調(diào)器等。RIO采用標(biāo)準(zhǔn)雙絞線作為傳輸介質(zhì)，通過光纖中繼可支持光纖傳輸。采用菊花鏈或主干/分支的連接方式和主/從通信方式。最多可以連接32個(gè)I/O機(jī)架或適配器式的設(shè)備，支持57.6kbps，115.2kbps和230.4kbps等3種通信速率，傳送距離分別為3024m、1524m和762m。
1756-DHRIO模塊是ControlLogix系統(tǒng)的DH+和RIO網(wǎng)路通信模塊，具有DH+和RIO通道的全部技術(shù)特性，可以通過撥碼開關(guān)組態(tài)為DH+通道或 RIO通道，使用 MSG或生產(chǎn)/消費(fèi)標(biāo)簽完成各種數(shù)據(jù)的交換和共享，可實(shí)現(xiàn) ControlLogix控制器與處理器之間的信息交換和數(shù)據(jù)共享，以及用作掃描器控制遠(yuǎn)程I/O，協(xié)調(diào)多種設(shè)備的通信工作。同時(shí)，可提高系統(tǒng)集成的靈活性和選擇性，降低集成和維護(hù)等費(fèi)用。典型的DH+和RIO網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分別如圖所示。
除DH+和RIO外 ，羅克韋爾自動(dòng)化系統(tǒng)的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)還有DH-485，以及第3方通信模塊如Prosoft公司的MVI56E-MCM進(jìn)行ModBus通信等。ControlLogix控制器可以采用這些通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)上一代控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)、改造，連接各個(gè)系列的I/O模塊等，都具有很好的兼容性。
