羅克韋爾SLC500系列可編程序控制器及應(yīng)用

1 引 言

　　隨著工業(yè)控制規(guī)模的不斷擴(kuò)大及自動(dòng)化程度的提高，對(duì)工控產(chǎn)品的要求也越來(lái)越高。對(duì)于作為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品之一的可編程序控制器（PLC）而言，不僅需要其具有強(qiáng)大的控制功能，而且對(duì)其通訊能力的要求也越來(lái)越高。美國(guó)羅克韋爾自動(dòng)化公司生產(chǎn)的SLC500系列PLC具有大型PLC的功能，小型PLC的價(jià)格，及其不斷擴(kuò)充的控制能力和靈活的通訊能力，可以隨時(shí)滿足工業(yè)控制中的各種要求。

2 SLC500控制器結(jié)構(gòu)及主要功能

　　SLC500系列PLC有固定式和模塊式兩種硬件結(jié)構(gòu)，固定式集處理器，電源，輸入/輸出（I/O）于一體，由其輸入/輸出方式（直流、交流；電壓等級(jí)；源流、匯流；繼電器、可控硅、和晶體管輸出等）及I/O點(diǎn)數(shù)的不同共有24種不同型號(hào)，固定式控制器還提供一個(gè)兩槽擴(kuò)展框架以增加其輸入/輸出的靈活性。模塊式SLC系統(tǒng)可根據(jù)需要從5種處理器，7種電源，及50余種I/O模塊或特殊功能模塊中選擇不同的組合，形成一個(gè)應(yīng)用靈活、功能強(qiáng)大的控制系統(tǒng)。SLC500系列的所有模塊都通過(guò)了CSA認(rèn)證，大部分模塊通過(guò)了危險(xiǎn)環(huán)境認(rèn)證，適用于很多工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合。圖1是模塊化SLC500控制器的硬件結(jié)構(gòu)。

2.1 SLC500系列處理器

　　SLC500系列模塊式PLC有5種處理器模塊，處理能力及運(yùn)行速度不斷增強(qiáng)，每種處理器模塊都有一個(gè)內(nèi)置的DH-485網(wǎng)絡(luò)接口，可以進(jìn)行編程及監(jiān)控。SLC5/03及更高系列號(hào)處理器還有其它網(wǎng)絡(luò)接口，可以連接到不同的網(wǎng)絡(luò)中。SLC500系列處理器還具有強(qiáng)制輸入輸出、故障診斷、分級(jí)口令保護(hù)及靈活的中斷等功能，有利于用戶調(diào)試程序，檢測(cè)故障及處理器文件的保護(hù)。表1列出了5種型號(hào)SLC500系列處理器技術(shù)參數(shù)及通訊能力。

　　SLC500系列處理器的程序和數(shù)據(jù)是以文件的形式在內(nèi)存中存儲(chǔ)的(如附表)。處理器文件分為程序文件和數(shù)據(jù)文件，程序文件可高達(dá)256個(gè)，包括處理器信息、梯形圖主程序、中斷子程序及其它用戶根據(jù)需要編制的子程序（文件號(hào)3-255都可用于子程序文件）。數(shù)據(jù)文件包括與外部I/O及所有梯形圖程序使用的與指令相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。它包含輸出/輸入、狀態(tài)、位、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、控制結(jié)構(gòu)、整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、字符串、ASCII碼文件，用戶可以根據(jù)需要定義除輸出/輸入和狀態(tài)文件以外的數(shù)據(jù)文件個(gè)數(shù)（可達(dá)256個(gè)），及每個(gè)數(shù)據(jù)文件包含的數(shù)據(jù)數(shù)量（可達(dá)256個(gè)）。

2.2 SLC500系列輸入/輸出模塊

　　SLC500控制系統(tǒng)提供50多種不同的I/O模塊滿足用戶的不同需求。本地模塊采用硬件尋址方式，程序邏輯可直接存取I/O數(shù)據(jù)。

　?。?）開關(guān)量I/O模塊

　　包括各種輸入/輸出方式和不同的I/O點(diǎn)數(shù)，有4、8、16和32點(diǎn)開關(guān)量I/O模塊及8、12和16點(diǎn)I/O混合模塊等，可與不同電壓等級(jí)的交流，直流和TTL電平連接。其中有負(fù)載電流達(dá)2A和2.5A的大電流繼電器模塊、固態(tài)輸出模塊和最大接通信號(hào)延遲時(shí)間只有0.3ms、最大關(guān)斷信號(hào)延遲時(shí)間只有0.5ms的快速響應(yīng)直流輸入模塊。為提高工業(yè)應(yīng)用的可靠性，這些模塊都提供了輸入濾波和光電隔離功能。16點(diǎn)I/O模塊上還有可拆卸的接線端子排，使接線和更換模塊更容易。

　　（2）模擬量I/O模塊

　　SLC500系列模擬量模塊有4路I/O、4路混合I/O（2路輸入/2路輸出）模塊和高密度的8路輸入模塊，及快速響應(yīng)模塊等。輸入模塊都采用差分輸入，每路通道可單獨(dú)配置成不同等級(jí)的電流或電壓輸入方式，最高輸入分辨率可達(dá)16位精度。具有輸入濾波，對(duì)電氣噪聲具有高度的防護(hù)能力。輸出通道的精度都是14位，提供精確的控制能力。SLC500系列模擬量I/O模塊可以選擇由框架的背板供電，不需外部電源。

（1）掃描時(shí)間是指由簡(jiǎn)單的梯形圖程序和通訊服務(wù)組成的1K程序的典型掃描時(shí)間。

2.3 SLC500系列智能模塊

　　SLC500控制系統(tǒng)還提供一些適用于特殊場(chǎng)合的智能模塊和輔助通訊模塊，以滿足不同的控制需求。如：熱電阻（RTD）/電阻輸入模塊、熱電耦/毫伏輸入模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、步進(jìn)控制模塊、伺服定位模塊、BASIC模塊和各種通訊模塊等。

　?。?） 1746-NRX—RTD/電阻輸入模塊

　　SLC500控制系統(tǒng)的RTD/熱電阻輸入模塊提供了與12種不同類型的RTD連接，如鉑、鎳、銅及鎳鐵型。并可連接如分壓器等類型的電阻性設(shè)備。大大增強(qiáng)了SLC500系統(tǒng)的溫度控制能力。還有兩種可選擇的激勵(lì)電流等級(jí)（0.5mA 和2.0mA），能夠限制RTD自身發(fā)熱并提高溫度精度。該模塊也有四個(gè)可選擇的濾波器，和獨(dú)立的通道結(jié)構(gòu)，可以分別連接RTD或直接與電阻相連。

　　（2）1746-NTX—熱電耦/毫伏輸入模塊

　　SLC500控制系統(tǒng)的熱電耦/毫伏輸入模塊接收和存儲(chǔ)熱電耦和/或直流毫伏模擬量信號(hào)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，處理器可以對(duì)存入其映象表中的這些數(shù)據(jù)進(jìn)行冷端補(bǔ)償和線性化，提供精確的數(shù)字化過(guò)程溫度讀數(shù)。該模塊有四個(gè)可選的濾波器，可以根據(jù)需要改變系統(tǒng)響應(yīng)特性以滿足環(huán)境的要求。采用獨(dú)立的通道結(jié)構(gòu)，可以混合使用毫伏型和熱電耦型。

　?。?）746-HSCEX—高速計(jì)數(shù)模塊

　　高速計(jì)數(shù)模塊可對(duì)來(lái)自編碼器和各種高速輸入開關(guān)進(jìn)行雙向計(jì)數(shù)。這種單通道模塊接受最高50Hz的輸入脈沖，以對(duì)快速運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精確控制。此外該模塊還提供以Hz為單位來(lái)表示脈沖頻率的速率測(cè)量功能，速率測(cè)量的功能是用在一段固定時(shí)間內(nèi)所累加的輸入脈沖來(lái)確定的，速率的周期范圍為10ms~2.25s。

　?。?）746-HSP1步進(jìn)控制和1746-HS IMC伺服定位模塊

　　步進(jìn)控制模塊是一種可用于單軸開環(huán)的微型步進(jìn)控制模塊。在脈沖序列速率高達(dá)250 Hz時(shí)有超過(guò)+8,000,000個(gè)絕對(duì)定位點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)控制模塊是一個(gè)單軸閉環(huán)伺服定位模塊，當(dāng)與伺服驅(qū)動(dòng)裝置、電機(jī)和編碼器一起使用時(shí)，它是一個(gè)成本低、功能強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。

　　（5）1746-BAS—BASIC模塊

　　BASIC模塊占據(jù)系統(tǒng)框架的一個(gè)槽，提供兩個(gè)可組態(tài)的串行通道（RS-232/423、RS-422、RS-485），一個(gè)DH-485通道。獨(dú)立運(yùn)行BASIC程序，對(duì)來(lái)自SLC的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析運(yùn)算，有多達(dá)24K字節(jié)的電池后備RAM和一個(gè)32字節(jié)的EEPROM。該模塊還可以用于提供與其相聯(lián)的外部設(shè)備同SLC處理器的接口；計(jì)算復(fù)雜的數(shù)學(xué)或應(yīng)用中的特殊算法；同遠(yuǎn)程設(shè)備通訊等。

3 電源

　　SLC500系列可編程序控制器有7種電源可供選擇，有3種交流進(jìn)線電壓和4種直流進(jìn)線電壓，其中交流進(jìn)線電源的標(biāo)稱值120V或240V，直流進(jìn)線電壓范圍分別是19.2-28.8V、10-30V、30-60V、和90-146V。適用于世界范圍的電壓等級(jí)。除進(jìn)線電壓是24V直流的電源以外，其余電源都額外提供24V直流用戶電源。

4　編程指令及編程工具

4.1 編程指令

　　所有SLC 500 處理器具有功能強(qiáng)大的指令集，不僅支持通用的位指令、計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)、高速計(jì)數(shù)、比較、位移、立即輸入/立即輸出、順序器、程序流程等標(biāo)準(zhǔn)梯形圖邏輯指令，及基本算術(shù)運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理指令。5/02及更高型號(hào)處理器還支持PID、高級(jí)算術(shù)運(yùn)算、堆棧、通訊、中斷處理及ASCII等指令。

4.2 編程工具

　　SLC500系統(tǒng)有4種編程選件對(duì)處理器編程，它們是手持編程終端（HHT）、基于DOS

操作系統(tǒng)的APS和SLC 500A.I編程軟件、及基于Windows 操作系統(tǒng)的RSlogix500軟件。

　　HHT是一個(gè)功能強(qiáng)大的編程平臺(tái)，用于對(duì)處理器進(jìn)行組態(tài)；輸入或修改程序；實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用程序的執(zhí)行；排除程序故障等。

　　RSlogix500編程軟件可以通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)SLC500系列處理器進(jìn)行編程。具有自由格式的梯形圖編輯和程序校驗(yàn)功能，使用戶在書寫程序時(shí)專心于程序邏輯而不用注意語(yǔ)法的對(duì)錯(cuò)?？梢詫?duì)梯形圖程序的每個(gè)梯級(jí)、指令、地址進(jìn)行編輯和注釋。的該軟件也具有Windows 操作系統(tǒng)的文件管理及拷貝、粘貼、拖放、查找和替換等功能，可在文件之間快速移動(dòng)和查找梯級(jí)或地址、符號(hào)等，使編程更容易。RSlogix500軟件還具有數(shù)據(jù)監(jiān)控功能，可同時(shí)顯示不連續(xù)的數(shù)據(jù)單元，也可以用趨勢(shì)圖來(lái)顯示數(shù)據(jù)，以監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的運(yùn)行情況。

5 SLC500控制系統(tǒng)通訊

　　由表1可知SLC500控制系統(tǒng)中各系列處理器的通道0都可以配置成DH-485通訊，通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換模塊（AIC）與DH-485網(wǎng)連接，可見(jiàn)DH-485網(wǎng)絡(luò)是SLC500控制系統(tǒng)比較典型的控制網(wǎng)絡(luò)。DH-485網(wǎng)是一個(gè)多主，令牌傳遞的同級(jí)通訊網(wǎng)絡(luò)，最多可連接32個(gè)設(shè)備，傳輸速率可達(dá)19.2kb，傳輸距離可達(dá)2,438米。用戶可以在網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)工作站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和處理器的狀態(tài)，并可向/從網(wǎng)絡(luò)上的任何設(shè)備下載/上載程序。在網(wǎng)上的SLC 處理器之間可任意交換數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)上的操作員接口設(shè)也可以訪問(wèn)SLC處理器的數(shù)據(jù)。

　　SLC5/03及更高級(jí)別處理器的通道0是一個(gè)RS-232通訊口，除DH-485外，和可配置成DF1全雙工（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）、DF1半雙工（主/從）、和ASCII碼協(xié)議。DF1協(xié)議可以通過(guò)調(diào)制解調(diào)器與遠(yuǎn)程設(shè)備之間進(jìn)行信息傳遞；半雙工可用于SCADA 類型數(shù)據(jù)采集，ASCII協(xié)議可以與其它ASCII碼設(shè)備如：條形碼讀入器、電子稱、打印機(jī)等通訊。

　　另外SLC5/04和SLC5/05處理器的通道1還分別支持DH+網(wǎng)和以太網(wǎng)通訊。SLC500控制系統(tǒng)還可以通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)通訊模塊控制遠(yuǎn)程設(shè)備，或與網(wǎng)上的其它處理器通訊。如通過(guò)1747-SN遠(yuǎn)程I/O掃描器模塊控制遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)上的設(shè)備；1747-SDN設(shè)備網(wǎng)絡(luò)掃描器模塊設(shè)備網(wǎng)（DeviceNet?）上的設(shè)備；1747-KFC15控制網(wǎng)通訊模塊實(shí)現(xiàn)與控制網(wǎng)（ControlNet?）上的設(shè)備通訊。SLC500處理器之間的通訊是通過(guò)簡(jiǎn)單的通訊指令（MSG）來(lái)完成的，無(wú)須編制復(fù)雜的通訊控制程序。

　　由此可見(jiàn)SLC500系列PLC可以通過(guò)其自身的通信接口或借助于通信模塊與羅克韋爾自動(dòng)化的三層網(wǎng)絡(luò)通信。這三層網(wǎng)絡(luò)分別是：（1）信息網(wǎng)，采用傳送信息量比較大的以太網(wǎng)來(lái)完成信息的管理任務(wù)；（2）控制網(wǎng)，通過(guò)同級(jí)對(duì)等通訊網(wǎng)絡(luò)如DH+、DH485、或ControlNet?等將PLC、工控機(jī)以及各種操作員界面連接在一起實(shí)現(xiàn)信息交換，用于完成對(duì)過(guò)程控制有較高要求的系統(tǒng)控制；（3）設(shè)備網(wǎng)，通過(guò)主從網(wǎng)絡(luò)如DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線、遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)等將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與上層網(wǎng)絡(luò)聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制，及與上層網(wǎng)絡(luò)信息傳送。

6 應(yīng)用

　　SLC500系統(tǒng)在工業(yè)控制中已得到廣泛應(yīng)用，如在冶金、化工、輕工、電力、機(jī)械等各行業(yè)都有很多成功的應(yīng)用實(shí)例。圖2是SLC500系統(tǒng)系統(tǒng)在水處理中的集散控制應(yīng)用實(shí)例，水處理廠的廠內(nèi)控制層采用DH-485或DH+網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)處理器之間的通訊及上位機(jī)監(jiān)控，設(shè)備層采用遠(yuǎn)程I/O和設(shè)備網(wǎng)對(duì)廠內(nèi)的遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行控制。對(duì)于離水處理廠比較遠(yuǎn)的泵站（水源及用戶的用水量等）采用SCADA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)制解調(diào)器采集遠(yuǎn)程泵站的數(shù)據(jù)，主控系統(tǒng)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)整遠(yuǎn)程站的工作情況，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)供水系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

圖2 SLC500系統(tǒng)在水處理控制中的應(yīng)用