第2章_罗克韦尔ControlLogix系统硬件体系架构
Controllogix介绍
Controllogix介绍自从罗克韦尔自动化1987年进入中国以来，其产品在制造加工业得到了广泛的应用。
罗克韦尔公司在自控领域拥有许多著名的品牌，AB(AllenBradley)是其品牌之一，包括五十万种以上的产品，并提供工业控制和系统解决方案。
此主题相关图片如下：此主题相关图片如下：Controllogix是罗克韦尔公司在1998年推出AB系列的模块化PLC，代表了当前PLC发展的最高水平，是目前世界上最具有竞争力的控制系统之一，Controllogix将顺序控制、过程控制、传动控制及运动控制、通讯、IO技术集成在一个平台上，可以为各种工业应用提供强有力的支持，适用于各种场合，最大的特点是可以使用网络将其相互连接，各个控制站之间能够按照客户的要求进行信息的交换。
Controllogix采用框架式结构，所有得模块都插在框架的背板上，背板支持模块的热插拔。
下图（见附件一）展示了典型的网络架构：从图中可以看出，Controllogix的网络能力可以使控制器的IO端子不必放在本地，而是可以放在工艺现场，cpu框架可以通过总线（controlnet）来完成信息的传递，有点像传统的dcs结构，这种方式大大的拓展了Controllogix的应用范围。
在上图的基础上可以方便的构建成AB典型三层结构的网络，这种网络可以把所有的系统设备有机地结合为一个整体，成为当前的ERP系统中的一个组成部分。
鉴于工业现场的高可靠性要求，Controllogix可以提供完善的控制器冗余功能，采用热备的方式构建控制器，两个框架采用完全相同的配置，之间使用同步电缆连接，不仅控制器可以采用热备，通讯网络也可以采用相似的方式进行热备，如下图（见附件二）：除以上的部分可以热备外，控制器的电源也可以进行热备，这样大大提高了控制器的运行的可靠性。
在组建通讯网络时，Ethernet/ip、controlnet是比较常用的通讯协议，除此之外，Controllogix还支持devicenet、DH+、RS232、DH485等。
ControlLogix 系统介绍
7/22/98
Rockwell Automation Confidential
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使用数据标记别名并行开发项目
Logix5000 的标记别名能力能缩短开发时间和费用
没有完整的电气设计即可开发程序 创建一个可重用的程序库以在 1. 基于系统设备需要创建标记 多个项目中使用 为相同数据值定义多个名字以 改善文档
ControlBusTM 通过提供基于并行通讯网络的多主生产者/客户信 息打破了这种模式
将 ControlNetTM 生产者/客户技术直接应用于背板 (1 对 1, 1 对 多) 控制器不再作为控制中心 无需控制器干预背板上的任何设备即可和其它设备进行广播和通讯 提高了系统带宽和性能 构造控制系统具有更大的灵活性 让控制器专注于控制
I/O 数据能在控制器和/或操作员界面设备之间共享 I/O 共享为构造系统提供了更大的灵活性
Logix5550
RUN I/O RS232 BAT OK
O K
RUN
REM
PROG
DIAGNOSTIC
7/22/98
Rockwell Automation Confidential
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背板和网络 通讯
基于通讯的模板框架
250 个机架模板或数字 I/O框架的同步连接
Logix5550基于 I/O的连接 提供了增强的 I/O能力
32点数字量 I/O的250 x 17 槽框架具有 128,000 点的最大数字 量* 模拟量 I/O模板250 x 16 通道具有多达4000通道的模拟量I/O*
*根据所用的I/O模板和物理,I/O能力是不同的
controllogix系统介绍
Flex I/O 变频器 传感器 执行器
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操作员 接口
开关
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ProcessLogix 过程控制系统
工厂管理系统
RSView for Windows NT Ethernet ControlLogix
High Alarm Low Alarm Comm. Err. High Alarm Low Alarm Comm. Err.
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ControlLogix系统概述
Copyright © 2000 Rockwell International
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ControlLogix系统概述
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路由器 TCP/IP HMI 交换机 操作员站 Lgx I/O 网桥 操作员接口 Flex I/O
变频器 PLCs
DeviceNet
• 带有诊断功能的智能设备 和 I/O • 64 节点/网络 • 125, 250, 500 Kbps可调 • 8 字节大小的分组
阀 马达 启动器
HMI 网桥
远程 I/O
在切换时两个cnb网桥将自动地互换地址任一外部的controlnet设备将继续和新的主控制器进行通讯
ControlLogix 系统概述
08/14/00
Copyright © 2000 Rockwell
1
ControlLogix 新一代集成通讯与控制平台
ControlLogix系统概述
ControlLogix系统是罗克韦尔自动化有限公司（原 Allen-Bradley 艾伦布拉德利有限公司 ）继传统可编程控 制器PLC2、PLC5/SLC500之后推出的第三代工业控制产 品。 它是高度模块化结构的、可灵活地进行任意组合和扩 充的高性能控制平台；通过背板总线强大的网关功能完 成信息层、控制层和设备层三个开放式的通信平台之间 的自由转换，并兼容DH+、RI/O、DH485/串口等传统通 信网络
三层网络架构
罗克韦尔的三层网络架构随着制造业竞争的加剧，制造商更加追求生产设备的可靠性，尤其是那些控制关键性生产工序的设备，往往需要采用冗余配置。
目前，多数的基于可编程控制器的冗余系统采用了两套CPU处理器模块，一个处理器模块作为主处理器，另外一个作为从处理器。
正常情况下，由主处理器执行程序，控制I/O设备，从处理器不断监测主处理器状态。
如果主处理器出现故障，从处理器立即接管对I /O的控制，继续执行程序，从而实现对系统的冗余控制。
很多厂商都能够提供可编程控制器冗余系统解决方案，用户在使用过程中往往对其冗余原理理解不深，造成系统冗余性能下降。
本文以罗克韦尔自动化Alle n Bradley品牌ControlLogix控制器为例，介绍其冗余系统的构建和性能优化问题。
2 冗余系统构建ControlLogix系统采用了基于“生产者/消费者”的通讯模式，为用户提供了高性能、高可靠性、配置灵活的分布式控制解决方案。
ControlLogix系统实现了离散、过程、运动三种不同控制类型的集成，能够支持以太网、ControlNet控制网和DeviceNet设备网，并可实现信息在三层网络之间的无缝传递。
因而，C ontrolLogix被广泛地应用于各种控制系统。
[1]构建ControlLogix冗余系统的核心部件是处理器和1757-SRM冗余模块。
目前，有1756-L55系列处理器模块支持冗余功能，其内存容量从750KB到7.5MB不等。
1757-SRM冗余模块是实现冗余功能的关键。
如图1所示，在冗余系统中，处理器模块和1757-SRM冗余模块处于同一机架内。
为了避免受到外界电磁干扰，提高数据传输速度，两个机架的1757-SRM模块通过光纤交换同步数据。
所有的I/ O模块通过ControlNet控制网与主、从控制器机架内的1756-CNB(R)控制网通讯模块相连接。
图1 冗余系统结构以往的冗余系统通常需要用户编制复杂的程序对处理器状态进行判断，在两个处理器之间传输同步数据并实现I/O控制权的切换，两个处理器中的程序也各不相同，这使得冗余系统本身的建立和维护工作非常繁琐。
ControlLogix系统中文详细介绍
功能和灵活性
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性能
开放、集成的万能控制平台
全厂控制系统方案 =
LogixTM
传统控制系统设计方法:
Logix将所有控制方式集成在单
– 顺序控制 ：PLC系统
一控制平台上
– 过程控制 ：DCS系统
–数据按与设备和实际应用相匹配的速率进行更新 –可以为需快速改变的设备节省带宽 –按精确的时间间隔采样数据,可以保证确定性 • 适用的结构: 主/从,多主,及对等通讯结构 • 适用的连接: 一对一,一对多,及广播方式
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Cyclic Rate
Cyclic Rate
Cyclic Rate
Drive1 100ms Drive2 50ms
Drive3 25ms
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I/O数据交换方式之三: 状态改变
•只有当状态发生变化时设备才发出数据 •产生高效率的因素:
7. 总结
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控制器系列
SoftLogixTM ControlLogix®
CompactLogixTM
DriveLogixTM
MicrologixTM PicoTM
CoCpoypryigrihgth©t ©20200909RoRcokcwkewlel All uAtuotmomataiotino,nI,nIcn.cA. lAl lrligrihgthstsrerseesrevrevde.d.
罗克韦尔培训第二章
第二章ControlLogix控制器本章内容: 控制器的程序结构、数据结构、CPU、内存、容量的讨论。
本章目的: 详细了解控制器程序文件的结构和调用关系；详细了解控制器数据文件的类型和定义结构方式；；了解CPU的工作过程，了解内存的运用分配，了解容量的内容和含义。
在ControlLogix系统中，主管逻辑程序运行及数据交换工作的模块被称为控制器，而在传统的可编程序控制器PLC5/SLC500则被称为处理器，两者的差别在于通讯接口部分。
PLC5/SLC500的处理器包括了它们的各种各样的通讯口，几乎所有的通讯都是通过处理器对外，当选定了控制器的型号，也就决定了通讯的形式，一旦要改变通讯网络，就必须更换处理器，用户在为某些通讯口买下特定型号的处理器的同时，有可能也买下了自己不需要的通讯口，另外，要扩展网络或增加不同的网络是非常困难或不可能的。
ControlLogix控制器只保留了作为基本编程口的串口，分离了所有的网络通讯口，使之成为独立的通讯模块，通过背板实现它们的信息连接，从而，改变网络类型，扩展新的网络，建立同种类型的多个网络，都是非常容易实现的，系统配置的价格也变得合理。
ControlLogix控制器是控制系统的核心模块，负责控制系统的控制工作，它收集与之相关的数据，主要是来自于I/O模块、通讯模块、其它控制器模块的数据，运行事先编制好的控制器功能程序，实现控制的全过程；控制器还为各种人机界面提供操作和监视数据，开放的、方便而自由的网络通道，使外部机器简捷而快速地访问控制器的内存，获取所需数据。
从应用上来说，ControlLogix控制器的主要硬件包括了CPU和内存两大部件，它们分别的作用是：∙CPU 共有两个，一个称为逻辑CPU，主管逻辑控制和数据处理；一个称为背板CPU，主管背板通讯。
∙内存分为基本内存和扩展内存，基本内存用来存放控制器与外部交换的通讯数据，扩展内存存放用户的逻辑程序和内部数据。
罗克韦尔 ControlLogix 模拟量I O模块 说明书
ControlLogix 模拟量 I/O 模块产品目录号 1756-IF16、1756-IF6CIS 、1756-IF6I 、1756-IF8、1756-IR6I 、1756-IT6I 、1756-IT6I2、1756-OF4、1756-OF6CI 、1756-OF6VI 、1756-OF8用户手册重要用户信息在安装、配置、操作或维护设备之前，请仔细阅读本文档及“其他资源”部分列出的文档，了解设备的安装、配置和操作信息。
用户需要了解安装和接线指南以及所有适用规范、法律和标准的相关要求。
包括安装、调整、投入运行、使用、装配、拆卸和维护等在内操作必须由经过适当培训的人员根据适用的操作守则来执行。
如未按照制造商指定的方法使用设备，则设备提供的保护功能可能会受到影响。
任何情况下，对于因使用或操作本设备造成的任何间接或连带损失，罗克韦尔自动化公司概不负责。
本手册中包含的示例和图表仅用于说明。
由于任何具体的安装都存在很多差异和要求，罗克韦尔自动化公司对于依据这些示例和图表进行的实际应用不承担任何责任和义务。
对于因使用本手册中所述信息、电路、设备或软件而引起的专利问题，罗克韦尔自动化公司不承担任何责任。
未经罗克韦尔自动化公司的书面许可，不得复制本手册的全部或部分内容。
在整本手册中，我们在必要的地方使用了以下注释，来提醒您注意相关的安全事宜。
标签可能位于设备上或设备内，可提供特定警示。
Allen-Bradley 、Rockwell Automation 、Rockwell Software 、RSLogix 5000、Logix5000、RSNetW orx 、RSLinx 、PowerFlex 、DeviceNet 、EtherNet/IP 、Data Highway Plus-Remote I/O 和 T echConnect 是罗克韦尔自动化公司的商标。
不属于罗克韦尔自动化的商标分别为其所属公司所有。
警告：用于标识在危险环境下可能导致爆炸，进而导致人员伤亡、物品损坏或经济损失的操作或情况。
液位控制
液位控制摘要本文完成了基于RA PLC的液位控制系统的设计。
设计对象为辽宁工业大学罗克韦尔自动化实验室的液位控制系统模型，以罗克韦尔公司的ControlLogix系统作为控制平台，实现了液位控制过程。
液位控制系统包括硬件配置、I/O点分配、网络组态、梯形图以及组态程序。
硬件由主机、ControlLogix控制器、通讯、I/O模块及输入输出设备组成。
网络组态和程序是在ControlLogix系统的RSNetWorx for EtherNet/IP、RSLinx、RSLogix5000、FactoryTalk三种软件环境中完成。
网络组态实现各种设备之间的联接层次和联接方式，使其构成一个ControlLogix系统。
程序设计以自动分拣传送仓储系统的工作过程作出控制方案设计，编程语言采用梯形图，组态界面采用RA 组态软件完成。
工艺要求液位设定范围为10～20 cm，最小区分度为0.5cm，调节时间小于20分钟，静态误差小于1cm，具有液位显示功能。
实验运行表明该系统控制准确，运行稳定，界面友好，基本实现工业控制过程。
关键词：PLC；液位；ControlLogix目录第1章绪论 (1)1.1 液位控制装置 (1)1.2 设计内容 (4)第2章控制方案及硬件配置 (5)2.1控制方案 (5)2.1液位控制系统系统配置 (6)2.2 I/O地址分配 (6)第3章程序设计 (7)第4章显示界面设计 (10)结论 (11)第1章绪论1.1液位控制装置液位控制装置是单参数（液位）单容单回路的实验装置，采用铝合金框架式结构、并配有移动脚轮。
真实的管路、容器、泵、阀等使仿真极度高；储水槽﹑水箱等均采用不锈钢材料制成，管路采用耐用环保的PPR管材，水泵采用意大利CALPEDA离心式水泵；全套工艺设备结构紧凑﹑占用空间小﹑各手动阀门操作方便﹑设备运行噪音小﹑无腐蚀、无泄露﹑坚固耐用、安全可靠。
可配备变频调速泵或电动调节阀类型的执行器（也可同时配备）；液位信号的测量手段可根据用户需要配备（如：静压式、差压式、非接触式等）。
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4．DriveLogix控制器 DriveLogix控制器是专用于变频驱动器的控制器，可以减少控制层和变频驱动 器之间的通信，将相关的逻辑控制直接放在变频驱动器上，适用于传动系统结构。 5．SoftLogix控制器 SoftLogix控制器是基于PC平台的控制器，把控制和信息组合在一个单元中，适 用于以数据为中心的应用。 6．ProcessLogix 控制器 ProcessLogix控制器是小型DCS系统控制器，与ControlLogix控制器共用1756的框 架及其I/O模块，这两种控制器可以构成混和系统，实现DCS与PLC的无缝连接及信 息交换。
2．多处理器本地I/O架构 在同一个ControlLogix机架背板内安装多个处理器，可以使每个处理器独立执行 各自的控制任务。但是，在多处理器本地I/O架构中要进行系统规划，为每一个I/O 指明宿主控制器。
多处理器本地I/O架构如图2-6所示。
3．远程或分布式I/O架构 对于需要I/O远程分站，或控制点数比较分散，实时性和经济性都有比较严格 要求的应用，ControlLogix系统提供了远程或分布式I/O体系结构解决ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ案。 远程或分布式I/O架构如图2-7所示。
2．主要性能特点 （1）Logix处理器的功能强大。 （2）创新的机架和背板采用最大可用性设计，使用生产者/消费者 （Producer/ Consumer）技术的无源多主数据总线。 （3）支持ControlNet、DeviceNet等标准工业现场总线，兼容Hart过程仪表总 线协议，同时提供与各类第三方控制系统的广泛接口。 （4）支持开放的100Mbps EtherNet/IP网络，控制系统和上位机可以组成多服 务器/多客户端模式的实时监控系统。 （5）在EtherNet/IP、ControlNet和DeviceNet各层网络中采用统一的CIP协议， 该协议可以区别对待实时控制数据和非实时监视/组态数据，保证了工业控制的实 时性和确定性。 （6）用户通过软件刷新，即可实现包括处理器在内的各种模块的升级。 （7）系统的所有模块，包括I/O模块均为智能化模块，均可带电插拔。
2.1 罗克韦尔ControlLogix系统的产品线介绍 2.2 罗克韦尔ControlLogix系统的控制功能和主要性能特点 2.3 罗克韦尔ControlLogix系统的主要模块及功能 2.4 系统的I/O架构 2.5 ControlLogix PLC系统的控制器 2.6 ControlLogix PLC系统的电源模块 2.7 数字量输入/输出模块
1．基本介绍 从应用上来说，ControlLogix控制器的硬件主要包括控制器的CPU和内存两大 部件，它们的作用分别如下。 CPU：共有两个，一个是逻辑CPU，主要负责逻辑控制和数据处理；一个 是背板CPU，主要负责背板通信。 内存：可以分为基本内存和扩展内存，基本内存主要用来存储控制器与外 部交换的通信数据，扩展内存主要存储用户的逻辑程序和内部数据。
ControlLogix系列PLC系统的主要部件如表2-1所示。
ControlLogix PLC系统的实物如图2-4所示。
1．单处理器本地I/O架构 一个最小的单处理器本地ControlLogix PLC系统由一个机架背板（chassis）、 一个电源、一个处理器模块、一个I/O模块组成。
模块在机架背板内任意排列，机架内的各模块通过背板无源数据总线传递数 据，如图2-5所示。
1．控制功能 （1）顺序控制 （2）过程控制 （3）驱动控制 （4）运动控制
ControlLogix系统的功能结构如图2-2所示。
ControlLogix平台不仅技术领先，而且有多种解决方案，集成简易，在能源电 力、冶金、市政、基础设施、水处理、烟草、消费品制造、造纸、石化、油气输 送、交通、地铁、汽车、采矿等各个行业中都有广泛应用，如图2-3所示。
2.8 模拟量输入/输出模块 2.9 ControlLogix系统的I/O模块工作模式 2.10 ControlLogix系统的网络通信模块 2.11 ControlLogix系统的专用模块 2.12 ControlLogix系统的机架背板 2.13 系统组态
产品线如图2-1所示。
1．ControlLogix控制器 ControlLogix控制器适用于大规模的控制系统，可以控制大量的I/O点，具有极 强的网络通信功能。 2．CompactLogix控制器 CompactLogix控制器较适合于几百个控制点的工作站级的小型PLC系统，将逐 渐替代SLC500系列PLC。 3．FlexLogix控制器 FlexLogix控制器是从1794系列的适配器发展而来的，广泛应用于分布式控制系 统。一个简单的FlexLogix系统包含一个控制器和最多8个输入/输出模块。
不同类型控制器的结构是不同的，其CPU执行的任务和内存存储的内容不同， 它们之间的关系也不同，如图2-8所示。
（1）逻辑CPU 逻辑CPU系统高层管理的内容主要包括： 操作系统的操作执行； MSG的信息处理； 串口通信； 连接信息的管理。
（2）背板CPU 背板CPU主要负责外部数据交换的操作，访问I/O内存。 背板CPU的优先级别比逻辑CPU更高。当背板CPU有新的外来数据要刷新基本 内存的数据缓冲区时，可以中断逻辑CPU正在进行的数据通信，先刷新数据缓冲 区。 控制器的内存中总有一部分是用做信息缓冲区的，存储动态连接信息，作为 系统运行时信息交换的临时存储区。主要存储的信息包括： 信息处理过程的进出队列； RSLinx数据处理的标签组； 在线编辑时的临时存储； 趋势图的数据缓冲区。
2．控制器的型号分类及主要技术参数 ControlLogix系列PLC的型号分类及主要技术参数如表2-2所示。
控制器 系列号
1756-L55M12 1756-L55M13 1756-L55M14
1756-L55M16 1756-L55M22 1756-L55M23 1756-L55M24