基于LC-500系列PLC和DH+網(wǎng)絡實現(xiàn)空壓站自控系統(tǒng)的設計

設計要求

1）每臺設備應有自動控制和連鎖保護裝置，并配有觸摸屏供現(xiàn)場觀察各工藝參數(shù)和設備狀態(tài)，可手動／自動切換操作及緊急停機。

2）現(xiàn)場控制室應有計算機操作站，通過建立設備網(wǎng)絡，監(jiān)控整個生產(chǎn)過程。

3）空壓房的操作站應與廠區(qū)控制中心聯(lián)網(wǎng)，由控制中心的控制器實時遠程監(jiān)控，實現(xiàn)空壓站無人值守。

系統(tǒng)構成

1．控制網(wǎng)絡結構的確立

由于控制中心選用AB公司的PLC構筑自控系統(tǒng)，并指定采用DH+網(wǎng)絡實施遠程聯(lián)網(wǎng)，為保持一致性，空壓站自控設備選用AB公司的小型PLC——LC-500系列可編程序控制器，其帶有DH+網(wǎng)絡接口，支持DH+和DH-485網(wǎng)絡協(xié)議。原設計推薦為單一DH+網(wǎng)絡結構，后仔細分析綜合各方面因素后確立了分級控制網(wǎng)絡的實施方案，如圖1所示。其基本理由是：

1）從技術性考慮，單一結構網(wǎng)絡在節(jié)點數(shù)量較大時安全性不夠理想。因為各設備控制器均掛在同一網(wǎng)絡上，任何一臺出現(xiàn)通信故障都可能影響整個網(wǎng)絡，嚴重時會引起網(wǎng)絡癱瘓，無法實現(xiàn)遠程監(jiān)控。雖然本案例的設備總數(shù)并不算很多，但考慮到對無人值守的高標準要求，將設備網(wǎng)分為上層DH+和下層DH-485兩級網(wǎng)絡，以達到分散危險，提高網(wǎng)絡有效性和可靠性的目的。

2）從經(jīng)濟性考慮，滿足基本要求的前提下，采用低成本的微型PLC替代。干燥器設備的生產(chǎn)工藝相對較簡單，控制點數(shù)不到10點，模擬量信號輸入點數(shù)也不多，動態(tài)響應的時間常數(shù)相對較大，微型PLC——Micrologix1200可以滿足要求。其成本可降低一半。

DH+網(wǎng)絡為AB公司推出的工業(yè)局域網(wǎng)之一，它是最早為可編程序控制器提供遠程編程支持的控制網(wǎng)絡。它可以在可編程序控制器（PLC-5、PLC-3、SLC5／04）、操作員界面系統(tǒng)、個人計算機、主計算機、數(shù)字控制設備、可編程的具有RS-232-C／RS-422接口的設備之間提供點對點通信。一個DH+網(wǎng)絡最多可以連接99個DH+鏈路，每個DH+鏈路最多可以連接64個節(jié)點（智能化設備）。它采用雙絞線或屏蔽同軸電纜連接，每個鏈路的傳輸速率為57.6Kbit／s，115，2Kbit／s和230.4Kbit三種可選，傳輸距離可達10000ft（3048m）。DH+網(wǎng)絡支持從遠程鏈路進行組態(tài)、編程以及故障查詢等。

DH-485是一種對信息傳送有時間苛刻要求的、高速確定性的工業(yè)局域網(wǎng)絡，主要用于車間級各種設備之間的數(shù)據(jù)傳遞；具有多種功能，在令牌傳送協(xié)議下工作，網(wǎng)絡的最大長度為1219m。DH-485能夠連接多達32個節(jié)點的設備，包括SLC 500和Micrologixl200可編程序控制器、操作員終端和個人計算機等。其最大傳輸速率可達19.2Kbiffs。

2．硬件配置

現(xiàn)場控制室——操作站計算機PC，主控制器0#SLC（SLC-504）帶有標準RS-232C／DH+／8針圓形接口，共3個網(wǎng)絡接口。配置模擬量輸入／輸出模塊，開關量輸入／輸出模塊，共計128點，所有開關量輸出均采用繼電器隔離。0#SLC控制各設備子站以外的系統(tǒng)測點和閥門。

空壓機子站——1#～6#SLC可編程序控制器（SLC-504），分別配有包括模擬量輸入在內的64點I/O模塊，通過DH+接口連接到上層設備網(wǎng)。

干燥器子站——1#～8#M1200微型可編程序控制器（Micrologixl200自帶24點FO），配接12點模擬量輸入FO模塊，通過NET-AIC通信模塊接入DH-485下層設備網(wǎng)。PV-500彩色觸模屏也由通信模塊的9針插頭連接到DH-485網(wǎng)。

3．軟件組成和工作程序

網(wǎng)絡連接軟件RSLinx在車間級設備與各種應用軟件之間提供通信功能，它可組態(tài)網(wǎng)絡的通信協(xié)議（即選擇PLC控制網(wǎng)絡的協(xié)議，如DH-485協(xié)議，DH+協(xié)議）、傳輸波特率、驅動程序等，完成網(wǎng)絡的初始化和令牌管理。

編程軟件RSLogix500可使用戶在DH-485網(wǎng)或DH+網(wǎng)上對控制器（SLC 500、Micrologixl200）進行編程，網(wǎng)絡上的任一個工業(yè)終端可以用來對網(wǎng)絡上的所有控制器編程。用戶既可以將程序下載到有關設備中，又可以從設備上載已有的程序，調試程序，監(jiān)視設備的運行。

工作站組態(tài)軟件RSView32設在現(xiàn)場控制室的操作站用來監(jiān)視和操作整個生產(chǎn)過程，為控制系統(tǒng)提供通信、顯示及報表管理等功能。

各設備控制器自成一子系統(tǒng)，其應用程序功能包括：信息采集、設備控制、故障報警、聯(lián)鎖保護以及數(shù)據(jù)處理和通信傳輸。

通信傳輸工作程序如圖2所示。在本案例中，從控制中心控制器經(jīng)現(xiàn)場控制室操作站到7#SLC通信控制器，均采用自上而下的方式讀／寫目標控制器的數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)傳送指令完成數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)信息集成和遠程控制。

難點問題和解決方法

整個控制系統(tǒng)隨同設備于2003年7月初步完成安裝調試工作，進入試生產(chǎn)。2004年2月正式投產(chǎn)，滿負荷運行，情況良好，達到設計的預期目標。期間出現(xiàn)過的主要問題為：

1）通信故障引起遠程監(jiān)控失效兩次（上層設備網(wǎng)）。分析可能的原因，通信電纜使用了帶屏蔽的普通信號電纜而非控制設備規(guī)范要求的雙絞線屏蔽電纜，易受現(xiàn)場干擾，軟件方面對通信異常未設置必要的處理程序。

解決方法——將原來115.2Kbit／s通信傳輸速率降低到57.6Kbit／s，以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕卉浖矫孀隽讼鄳母膭?，此后未再出現(xiàn)過類似通信故障。

2）通信傳輸延時，實時控制滯后（下層設備網(wǎng)）。經(jīng)分析獲悉，DH-485令牌總線網(wǎng)絡結構的工作模式使得7#SLC通信控制器需要多個循環(huán)才能對下層網(wǎng)各設備控制器掃描一遍，加之網(wǎng)絡傳輸速率相對較低，在傳輸數(shù)據(jù)量較大時，出現(xiàn)控制延時達7～8s。

解決方法——由于系統(tǒng)結構已定，硬件無法改變，所以在軟件方面加以改進。數(shù)據(jù)傳輸速率提高到上限19.2Kbit／s；再修改軟件程序，采用控制操作指令優(yōu)先的策略，控制滯后的操作可得到改善。

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