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1、第3章 ControlLogix5000系列大型PLC3.1 ControlLogix5000系列PLC硬件系统2.3.1 ControlLogix5000系列PLC系统概况Logix系统不同于传统的PLC,他是以先进的系统构建理念，高性能的硬件，以及功能强大的软件而组成的一个可实现多种性质控制任务的复杂多任务控制平台。ControlLogix系统是Rockwell最新推出的控制平台，它提供了单一的集成化控制架构，能够实现离散、传动、运动、过程控制任务。系统结构以三层网络为构架，以ControlLogix控制器为核心，配以功能强大的RSLogix5000软件，以及相关的网络组态软件RSLinx
2、s，系统总揽图如图1-1所示。它提供了通用的控制工具、软件环境，以及跨平台的通讯支持。图2.1 ControlLogix控制系统图1. ControlLogix控制器ControlLogix创立了一个新的标准，以让PLC在所要求的简单易用的环境中发挥出更加出色的表现和性能。ControlLogix控制器在容量可选的存储单元的配合下，可以支持精确的复杂运算处理，除满足顺序控制、过程控制以外，并且可以提供快速的运动控制。其处理器是模块化的，允许根据具体应用，选择各种存储单元规格的不同处理器。多种多样的控制器、通讯模块和I/O模块可以不加限制地组合使用。对于I/O接口，不需要专门为之安排一个处理模块
3、，系统就好比在生长一样，系统网络允许为额外的底板或者背板分配控制资源。ControlLogix控制器的优点有：(1)、模块化的高性能控制平台可满足顺序控制、过程控制、驱动以及运动控制的要求。每一个ControlLogix控制器可以执行多个控制任务，减少了系统对控制器的数量要求，进而加快了系统故障的检查。多个周期性的任务可以在不同的时刻触发，以达到更高性能水平。(2)、在没有限制的条件下组合多个控制器、网络和I/O。ControlLogix平台的高性能在一定程度上归功于ControlLogix的底板或者说是背板，因为它提供了一个非常快捷的NetLinx网络，在这个网络上，ControlLogix
4、的控制器、I/O模块和通讯模块可以像一个个的节点一样完成需要一定智能的任务。(3)、通用的编程环境和Logix控制引擎。无论如何组建控制平台或者搭建网络，由于使用了通用的控制模块，系统的成本低而且相互的整合也更加方便。系统的配置和编程的一致协调，使得最初程序的扩展和长期的系统维护都可以更加轻松的完成。(4)、与NetLinx公共网络体系的互联。在各个层面上通过网络实现信息的无缝互通，并且可以与互联网进行交互，实现了电子信息化的控制应用。(5)、多品种的I/O模块。模拟量、数字量以及特殊的I/O模块满足各种场合使用要求。(6)、对成熟的自诊断和高水平的可靠性的标准化设计提供了必要的可靠性能。2.
5、 ControlLogix网络结构通讯是ControlLogix平台的命脉。Contro1Logix的无源数据总线背板消除了通讯瓶颈现象，ControlLogix的无源数据总线背板采用了生产者客户(producer/consumer)技术，可提供高性能的确定性数据传送。Logix5555处理器通过Contro1Logix背板与本地框架中的1756IO模块通讯。除了Logix5555处理器自带的RS232(DFl协议)端口以外，与通讯网络的接口是模块化的。用户可以使用单独的通讯接口模块来实现背板与Ethernet、ControlNet、DeviceNet和普通的Remote IO链路之间的接口。
6、如果用户在ControlLogix背板上安插了多个通讯接口模块、则用户就可在RS-232，Contro1Net，Ethernet和DeviceNet网络之间组态一个网关来桥接和传送控制数据及信息数据。 网络结构的最大特点就是采用三层网络构架来满足数据量以及实时性的不同要求。 (1) 信息层的网络 在生产调度层（信息层）采用基于TCP/IP通讯协议的工业以太网（EtherNet/IP）作为网络媒介，网络传输速率为10/100Mb/s。由于PLC网络中采用了以太网网络技术，所以许多PLC产品都支持以太网的TCP/IP通信协议，它们将控制系统与监视和信息管理系统集成起来，通过以太网网络，用于监控的可
7、编程序控制器、工业计算机以及商业计算机系统就可以存取车间级的数据。这样的数据能用于数据采集、监控、计算管理、统计质量控制、设备维护、生产流程以及物料跟踪，同时TCP/IP协议可以使计算机访问使用结构化询问语言SQL的开放型数据库。(2) 控制层的网络ControlNet控制网网络是一种用于对信息传送有时间苛刻要求的、高速确定性网络，同时，它允许传送无时间苛求的报文数据，但不会对有时间苛刻要求的数据传送造成冲击。它支持介质冗余和本质安全，在工业控制网络中，主要用于控制器、工控机、图形终端和人机界面（HMI）之间的通讯。同时也能够与各种设备连接，包括操作员界面、拖动装置以及其他与控制网连接的设备。
8、采用生产者/消费者（Producer/Consumer）模型，支持对等（点对点）、多主和主从通讯方式，或三者的任意组合。高吞吐量5Mb/s的数据传送率用于改善I/O、控制器互锁以及对等通信报文传送的性能。(3) 设备层的网络DeviceNet设备网网络是一种用于对底层设备信息传送现场总线网络。它既可以连接简单的底层工业设备，又可以连接像变频器、操作员终端这样的复杂设备。其物理层采用CAN总线技术，通过一根电缆将诸如可编程控制器、传感器、测量仪表、光电开关、变频器、操作员终端等现场智能设备连接起来，它是分布式控制理想的解决方案。DeviceNet设备网网络虽然属于工业控制网络的底层网络，通讯速率
9、不高，数据传输量也不大，但其具有低成本、高效率、高可靠性的特点。其同一网段上最多可以容纳64个节点，三种可选的数据传输速率：125kbit/s、250kbit/s、500kbit/s，采用生产者/消费者（Producer/Consumer）模型，支持对等（点对点）、多主和主从通讯方式。3. ControlLogix软件ControlLogix软件系统包括集成软件开发平台RSLogix5000、通讯服务软件包RSLinx、网络组态软件RSNetWorx。RSLogix5000软件是符合IEC61131-3标准的软件包，是一个包含编程、诊断、在线监控等功能的集成系统开发平台。系统的主要功能是为控制
10、工程师和系统编程人员提供一个可以把他们的程序概念转变成一系列的程序图和定义用于快速地创建可执行程序。 RSLinx提供了一个贯穿整个网络的友好的用户图形界面，支持和许多不同网络上的多种设备同时进行通讯。RSNetWorx网络组态软件是用于进行组态和规划的工具，允许用户为网络创建一个图形化界面，并配置相应的参数以定义网络。又根据三层网络构架分别有三个软件：RSNetWorx for DeviceNet（用于设备网组态）、RSNetWorx for ControlNet（用于控制网组态）、RSNetWorx for EtherNet/IP（用于以太网组态）。2.3.2 ControlLogix50
11、00系列PLC硬件结构ControlLogix控制器采用了模块化的设计，无源数据总线背板结构。包括处理器在内所有单元，根据功能设计成各种模块，典型的处理器模块如Logix5555处理器，并且模块种类不仅包括数字量、模拟量这些传统的信号模块，还有各种网络通讯模块，更突出的还有专门的运动伺服控制模块及相应的全套的运动控制指令，这就可以为工业控制提供种非常灵活并且十分完整的控制方案。所有的模块都安装于标准的ControlLogix机架内，其实物如图1-2所示图1-2、ControlLogix控制器ControlLogix提供了一种以背板为基础的模块组合方式。ControlLogix的I/O背板是按照
12、背板装配方式而设计的。电源模块直接安装在这个背板的最左边。ControlLogix的I/O背板按照使用需求可以分为4、7、10、13和17槽几种规格。各个模块的布置是完全相互独立的，任何一个模块都可以安装在背板的任何一个槽内。每个I/O模块都可以采取机械按键的方式来锁定，以防止不合适的电压加到相应的组件上。由于ControlLogix控制器的无源数据总线背板结构，模块化的设计，加上性能卓越的处理器，ControlLogix控制器不仅具有先进的通讯能力和最新的I/O技术，而且可同时提供顺序、过程、运动和传动控制。因为系统是模块化的，所以用户就能够有效的设计、建立和更改系统。根据控制任务的要求，灵
13、活的选择各种模块和数量，最后根据模块数量和规格来确定机架规格和电源型号。机架的型号规格分别有1756-A4, 1756-A7, 1756-A10, 1756-A13, 1756-A17几种规格，电源有1756-PA75，1756-PA75，1756-PA75R，1756-PA75R，等多种规格，其中PA为交流输入，PB为直流输入，R为冗余电源。ControlLogix处理器提供模块化的存储单元（容量从750K到8M），并且可以寻址大范围的I/O接口（最多为4000个模拟量或者128000个数字量）。这些I/O可以是ControlLogix的本地I/O，在安装有ControlLogix控制器的一
14、个背板上的1756I/O模块最多可以收发512个数字量，256个模拟量的输入或者96个模拟量的输出，一个ControlLogix的I/O模块允许使用的最多接口数为32个。如果使用远程I/O，单独一个控制器可以交互的远程I/O最多达250个。控制器可以通过以太网、控制网、设备网和远程I/O网络来监控这些I/O接口。一个最小的ControlLogix控制系统需要一个带有电源的机架背板（Chassis）、一个处理器模块和一个I/O模块组成。对于一个普通的控制任务，可以选择一块处理器模块，例如Logix5555处理器模块，以及若干I/O模块，把这些模块插在同一个机架内，如图1-3所示。模块在机架内的排
15、列是任意的，机架内的各模块通过背板无源数据总线传递和共享数据。图1-3 单处理器的本地控制系统Contro1Logix的无源数据总线背板结构，不但使得处理器模块可以插在机架的任何槽位上，而且使得多个Logix5555处理器模块可以在一个机架上并存，这是Rockwell以前处理器所不具备的功能。ControlLogix允许多个Logix5555处理器模块插在同个背板上，高速度的背板使每个处理器都可轻而易举的访问其他处理器的数据、从而实现IO数据及其他信息的共享。其可实现的配置如图1-4所示。通过在一个ControlLogix背板上安装多个处理器模块，每个处理器模块各自执行独立的控制任务。这样的系
16、统需要进行系统规划，为每一个IO指明宿主控制器。每一个处理器都可以读取任何一个输入模块发来的信号，并且向特定的输出模块发送指令。需要通过对系统的配置来明确每一个控制器对应控制那些输出模块。图1-4多处理器的本地控制系统ControlLogix控制器还可以通过EtherNet，ControlNet和DeviceNet网络模块及其网络将远离处理器的分布式IO连接起来，实现分布式IO数据处理。同样可以通过EtherNet，ControlNet和DeviceNet网络将分散的处理器连接起来，实现分布式控制。其可实现的配置如图1-5所示。可以有选择的按照所需的通讯端口为ControlLogix的背板安装相应的通讯模块。可以在背板上安装多个通讯模块为数据的传输提供多条路径，这样可以提高系统的性能。任何通讯模块都可以安装在背板内的任意槽内。在这种配置下，控制器就可同时对本地背板上和远程背板上的I/
