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[摘 要] 现场总线控制是工业设备自动化控制的一种计算机局域网络。它是依靠具有检测、控制、通信能力的微处理芯片，数字化仪表（设备）在现场实现彻底分散控制，并以这些现场分散的测量，控制设备单个点作为网络节点，将这些点以总线形式连接起来，形成一个现场总线控制系统。本文叙述了神华集团黄骅港务公司装卸系统中罗克韦尔自动化的ControlNet现场网络总线控制系统的结构组成及特点。
[关键词] ControlNet 总线技术 控制系统
中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：
前言：神华黄骅港务公司是1997年3月由神华集团和河北建设投资公司共同出资组建，现为神华能源股份公司控股子公司。黄骅港以煤炭装卸为主业，是国家西煤东运第二大通道的出海口。公司的生产效率和设备完好率均居国内同行业领先水平，总资产规模近百亿元。2011年，黄骅港完成吞吐量10058万吨。目前，公司的煤三期工程已经投产；煤四期工程项目前期工作已全面铺开，预计2015年港口吞吐量将达到2亿吨。黄骅港务公司能够取得今天的成绩除了公司上下全体人员的共同努力以外还和公司高度的自动化水平分不开，这其中工业控制领域中的总线控制技术在这里得到了充分的应用。黄骅港控制系统配置选用了美国罗克韦尔自动化公司的产品。系统的特点为整个机组采用分布式I/O远程控制方式，基于现场总线技术，利用PLC中央处理器的结构体系构建ControLNet网络。上位机（也就是信息层）采用以太网，现场设备有设备网，远程i/o等，使用RSLogis5000软件设计PLC梯型图，用软件RSView32编制上位机画面，应用Panelview触摸屏实现设备的监控豆面。
一、控制网ControlNet的介绍
ControlNet 技术1995 年由罗克韦尔自动化（Rockwell Automation） 开发， 1996 年起由现场总线国际组织ControlNet InternationalTM管理。ControlNet的规范和协议是开放的， 符合IEC-61158 国际标准和欧洲CEN EL EC EN 50170 标准， 同时基于开放系统互联（ OSI） 参考模型。
ControlNet 是一个高速确定性的网络， 通信速率为5Mb/ s； 支持同轴电缆和光纤通信， 支持冗余介质， 安装费用低； 支持各种拓扑结构； 传输距离远， 使用同轴电缆最大传输距离为3 km， 若使用光纤带中继器通信， 则最大传输距离可达30 km。ControlNet 最大支持99 个节点。采用生产者/ 消费者（ Producer/ Consumer） 模式， ControlNet 高效地利用有限的网络带宽， 允许系统中各個组件同时访问同一数据； 通信结构灵活， 支持主从、多主、或对等通信。基于这种模式， 多个节点可以同时读取来自同一数据源所提供的数据； 节点间数据易于同步； 设备可以实现自主通信。
二、 控制系统主要特点
ControlNet是一个高速的工业控制网络， 在同一电缆上同时支持I/O信息和报文信息， 包括程序、组态、报文、诊断等信息， 集中体现了控制网网络对控制、组态、采集等信息的完全支持。ControlNet是基于生产者/客户这一网络模型， 该模型为网络提供更高有效性、一致性和柔韧性。ControlNet是确定性、可重复性的控制网络， 同一链路上允许有多个控制器同时共存， 网络上节点居于对等地位， 可以从任意节点实现网络存取， 网络总线速率为5Mbit/s， 网络可支持的最大节点数为99个。总线拓扑结构可以是星型、树型、总线型或是这三者之间的任意组合， 使用光纤传输可以达到30km。
三、控制系统网络结构
黄骅港中央控制系统主要分为皮带机系统和大型装卸机械两大部分，采用1756-L63控制器作为主机。翻车机、堆料机.取料机、装船机采用1785-L40/C处理器或1756-L55控制器，并通过Controlnet網络与主机交换数据。一期装卸系统主要由16台单机和21条皮带机以及相应的辅助设施构成，用以实现各工艺流程设备的电气自动控制和操作、顺序逻辑控制、仪表模拟量监控等功能，对信息进行检测、记录和同步处理，执行设备运行控制和越限报警等。控制系统网络结构如图2。
控制系统网络结构图2
整个系统的控制设备网络节点基本分布在四个部分：中央控制室、变电所、装船单机和卸车单机。位于同一地点的节点（或距离较近） 直接采用同轴电缆（1786-RG6）连接，变电所、单机与中央控制室的距离较远，因此采用光缆作为传输介质，以满足通信组网需要。
四、 控制系统网络规划
ControlNet 网络根据自己的规则安排数据的流通， 这就是网络规划。网络一点要通过组态规划， 确保数据的流通畅通才能够正常运行。组态软件提供图形化的网络视图，改善带宽利用率， 具有在线和离线组态网络的能力。ControlNet 网络组态的主要步骤如下。
1、 用户用软件工具对ControlNet进行组态， 用户需输入NUT、UMAXM和SMAX， 物理参数（ 节点数、电缆长度、中继器数目，应用程序（ 节点）之间需要交换的数据大小以及RPI。
2、组态工具为用户计算及保留以下一些主要参数：保证足够的非预定时段以保证一个最大长度的帧拿到令牌后能在一个NUT 中发送出去，计算NUT能否支持请求的组态参数，计算slottime和API，计算预定时段和非预定时段的可用百分比，一旦用户满意组态工具的计算结果， 组态信息可以下载到整个网络。
五、控制系统组成
系统采用以ControlNet 为基础的控制系统。通过ControlNet 连接变频器、PLC、远程站， 设备采用冗余通信模块， 实现网络冗余。同时， PLC 通过ControlNet 与计算机、触摸屏相连， 实现高速， 可靠的控制。 1.1 PLC 系统：系统由上位机和PLC 控制系统组成，PLC 是本系统的核心， 控制工艺动作流程，处理系统各种数据，为此，选用AB 公司的ControlLogix 系列的PLC。该类PLC 是AB 的新一代PLC，集顺序控制、运动控制、传动控制和过程控制于一身； 具有强大的网络功能，可以实现高速控制平台上的高速数据传输。
1.2 触摸屏：通过触摸屏，现场操作人员可以方便灵活地设定系统参数， 实时监控系统， 有效地管理系统。此外，相比工控机， 触摸屏具有可靠，可经受恶劣现场环境的考验、安装空间小的优点。
本系统采用AB 公司的PanelView 1000触摸屏。此类触摸屏提供监视、控制及图形化信息显示等多种功能， 非常适合应用在监控及显示图象化的信息， 让操作人员更加快捷地获知现场设备的状况。同时该系列触摸屏还增加了新的以下功能： 趋势图； 表达式运算； 数据记录； 具备多种第3方通信方式； 直接浏览RSLogix5000 的地址。
六、系统软件设计
1、 PLC 软件设计
在PLC 的软件设计中， 根据罗克韦尔自动化软件的特点， 首先运行RSLinx 软件， 建立可编程序控制器Logix5555 与其他应用软件之间的通信，然后通过在RSLogix5000 软件界面下将系统的硬件组态下载到处理器中， 运行RSNetWorx 软件扫描所有网络设备， 对网络进行优化并导通网络， 这时所有电气设备组成1 个网络系统。在程序设计时， 采用子程序方式， 对各自动化功能进行分块编程， 根据各条件分别调用。这样的PLC 程序框图简单明了， 易于编程和修改。
2、 上位机的软件设计
上位监控计算机与机组PLC 可以进行数据共享， 因此本监控计算机可以将PLC 与现场设备以及传动系统采集到的数据很方便地接收进来。利用监控软件RSview 32的强大功能， 将系统各设备的运行情况以及参数实时显示在计算机画面中。
在上位机的软件设计中， 对系统的工艺流程、系统联锁提示、故障信息报警等有相应的画面， 并实现了人机界面的参数输入和与工厂管理計算机的数据信息交换。
七、网络配置
在使用ControlNet 网络之前， 首先必须先利用RSNetWorx 软件， 配置网络， 包括设置网络刷新时间、最大预定節点数、非预定节点数以及介质是否冗余等网络参数， 并把网络的信息下载到网络之中。配置完网络之后， 所有网络上的变频器就当作PLC 的一个模块， 只需对相应的PLC 地址进行操作就可以完成对变频器的操作， 操作远程机架上的I/ O 模块就像对本地机架上的I/ O 模块进行操作， 非常简单。这一切， 省去了复杂的网络通信的编程， 由模块和PLC 自己完成。
八、 黄骅港中央控制系统主要功能如下
主要由皮带机控制系统、堆场各单机控制系统、洒水控制系统组成。采用容量为2M的LOGIX5550PLC为系统主机，并且具备远程I/O能力和故障自诊断功能。通过控制电缆和光缆（模拟量通过控制电缆，数字量通过光缆）保证翻车机和堆场各单机与中央控制室的数据通讯和信号连锁。通讯系统包括调度通讯装置和自动广播通讯装置。
1、实现皮带机系统的逆料流顺序启动。皮带机系统的逆料流顺序启动是从工艺流程的终点设备依次启动至工艺流程的始点设备， 保证在料流下游的设备正常运转后方能启动料流上游设备。
2、实现皮带机系统的故障启停。工艺流程中某设备出现重故障后， 故障发生点设备以及上游的所有设备全部停止运行。待故障处理完毕并复位后， 故障发生点设备上游的所有设备按逆料流顺序启动， 当发生流程急停故障时，整个流程设备全部停止运行。
3、实现多个流程同时工作。
4、实现皮带机系统的顺序停止。皮带机系统的顺序停止是从皮带机系统的始点设备依次停止至终点设备， 保证在顺序停止过程中不压料和堵料， 同时要考虑设备的停止时间延时。
5、现场设备状态监控和数据采集。
6、实时的报警画面能保证故障被及时发现和处理。
结语：罗克韦尔自动化公司提供的ControlNet 网络总线控制系统为网络控制提供了一个全新解决方案。从神华黄骅港务公司翻车机卸车系统运行情况来看， ControlNet 网络总线控制系统软硬件组成简单， 易于设计， 方便调试， 易于掌握。该控制系统运行稳定、抗干扰能力强、通信速率快、故障率少、维护成本低。
参考文献
[1]万保平，孙延葳，连斌忠.基于ControlNet网络的剪切线自动控制系统[J].重型机械，2005，（1）：12-14.
[关键词] ControlNet 总线技术 控制系统
中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：
前言：神华黄骅港务公司是1997年3月由神华集团和河北建设投资公司共同出资组建，现为神华能源股份公司控股子公司。黄骅港以煤炭装卸为主业，是国家西煤东运第二大通道的出海口。公司的生产效率和设备完好率均居国内同行业领先水平，总资产规模近百亿元。2011年，黄骅港完成吞吐量10058万吨。目前，公司的煤三期工程已经投产；煤四期工程项目前期工作已全面铺开，预计2015年港口吞吐量将达到2亿吨。黄骅港务公司能够取得今天的成绩除了公司上下全体人员的共同努力以外还和公司高度的自动化水平分不开，这其中工业控制领域中的总线控制技术在这里得到了充分的应用。黄骅港控制系统配置选用了美国罗克韦尔自动化公司的产品。系统的特点为整个机组采用分布式I/O远程控制方式，基于现场总线技术，利用PLC中央处理器的结构体系构建ControLNet网络。上位机（也就是信息层）采用以太网，现场设备有设备网，远程i/o等，使用RSLogis5000软件设计PLC梯型图，用软件RSView32编制上位机画面，应用Panelview触摸屏实现设备的监控豆面。
一、控制网ControlNet的介绍
ControlNet 技术1995 年由罗克韦尔自动化（Rockwell Automation） 开发， 1996 年起由现场总线国际组织ControlNet InternationalTM管理。ControlNet的规范和协议是开放的， 符合IEC-61158 国际标准和欧洲CEN EL EC EN 50170 标准， 同时基于开放系统互联（ OSI） 参考模型。
ControlNet 是一个高速确定性的网络， 通信速率为5Mb/ s； 支持同轴电缆和光纤通信， 支持冗余介质， 安装费用低； 支持各种拓扑结构； 传输距离远， 使用同轴电缆最大传输距离为3 km， 若使用光纤带中继器通信， 则最大传输距离可达30 km。ControlNet 最大支持99 个节点。采用生产者/ 消费者（ Producer/ Consumer） 模式， ControlNet 高效地利用有限的网络带宽， 允许系统中各個组件同时访问同一数据； 通信结构灵活， 支持主从、多主、或对等通信。基于这种模式， 多个节点可以同时读取来自同一数据源所提供的数据； 节点间数据易于同步； 设备可以实现自主通信。
二、 控制系统主要特点
ControlNet是一个高速的工业控制网络， 在同一电缆上同时支持I/O信息和报文信息， 包括程序、组态、报文、诊断等信息， 集中体现了控制网网络对控制、组态、采集等信息的完全支持。ControlNet是基于生产者/客户这一网络模型， 该模型为网络提供更高有效性、一致性和柔韧性。ControlNet是确定性、可重复性的控制网络， 同一链路上允许有多个控制器同时共存， 网络上节点居于对等地位， 可以从任意节点实现网络存取， 网络总线速率为5Mbit/s， 网络可支持的最大节点数为99个。总线拓扑结构可以是星型、树型、总线型或是这三者之间的任意组合， 使用光纤传输可以达到30km。
三、控制系统网络结构
黄骅港中央控制系统主要分为皮带机系统和大型装卸机械两大部分，采用1756-L63控制器作为主机。翻车机、堆料机.取料机、装船机采用1785-L40/C处理器或1756-L55控制器，并通过Controlnet網络与主机交换数据。一期装卸系统主要由16台单机和21条皮带机以及相应的辅助设施构成，用以实现各工艺流程设备的电气自动控制和操作、顺序逻辑控制、仪表模拟量监控等功能，对信息进行检测、记录和同步处理，执行设备运行控制和越限报警等。控制系统网络结构如图2。
控制系统网络结构图2
整个系统的控制设备网络节点基本分布在四个部分：中央控制室、变电所、装船单机和卸车单机。位于同一地点的节点（或距离较近） 直接采用同轴电缆（1786-RG6）连接，变电所、单机与中央控制室的距离较远，因此采用光缆作为传输介质，以满足通信组网需要。
四、 控制系统网络规划
ControlNet 网络根据自己的规则安排数据的流通， 这就是网络规划。网络一点要通过组态规划， 确保数据的流通畅通才能够正常运行。组态软件提供图形化的网络视图，改善带宽利用率， 具有在线和离线组态网络的能力。ControlNet 网络组态的主要步骤如下。
1、 用户用软件工具对ControlNet进行组态， 用户需输入NUT、UMAXM和SMAX， 物理参数（ 节点数、电缆长度、中继器数目，应用程序（ 节点）之间需要交换的数据大小以及RPI。
2、组态工具为用户计算及保留以下一些主要参数：保证足够的非预定时段以保证一个最大长度的帧拿到令牌后能在一个NUT 中发送出去，计算NUT能否支持请求的组态参数，计算slottime和API，计算预定时段和非预定时段的可用百分比，一旦用户满意组态工具的计算结果， 组态信息可以下载到整个网络。
五、控制系统组成
系统采用以ControlNet 为基础的控制系统。通过ControlNet 连接变频器、PLC、远程站， 设备采用冗余通信模块， 实现网络冗余。同时， PLC 通过ControlNet 与计算机、触摸屏相连， 实现高速， 可靠的控制。 1.1 PLC 系统：系统由上位机和PLC 控制系统组成，PLC 是本系统的核心， 控制工艺动作流程，处理系统各种数据，为此，选用AB 公司的ControlLogix 系列的PLC。该类PLC 是AB 的新一代PLC，集顺序控制、运动控制、传动控制和过程控制于一身； 具有强大的网络功能，可以实现高速控制平台上的高速数据传输。
1.2 触摸屏：通过触摸屏，现场操作人员可以方便灵活地设定系统参数， 实时监控系统， 有效地管理系统。此外，相比工控机， 触摸屏具有可靠，可经受恶劣现场环境的考验、安装空间小的优点。
本系统采用AB 公司的PanelView 1000触摸屏。此类触摸屏提供监视、控制及图形化信息显示等多种功能， 非常适合应用在监控及显示图象化的信息， 让操作人员更加快捷地获知现场设备的状况。同时该系列触摸屏还增加了新的以下功能： 趋势图； 表达式运算； 数据记录； 具备多种第3方通信方式； 直接浏览RSLogix5000 的地址。
六、系统软件设计
1、 PLC 软件设计
在PLC 的软件设计中， 根据罗克韦尔自动化软件的特点， 首先运行RSLinx 软件， 建立可编程序控制器Logix5555 与其他应用软件之间的通信，然后通过在RSLogix5000 软件界面下将系统的硬件组态下载到处理器中， 运行RSNetWorx 软件扫描所有网络设备， 对网络进行优化并导通网络， 这时所有电气设备组成1 个网络系统。在程序设计时， 采用子程序方式， 对各自动化功能进行分块编程， 根据各条件分别调用。这样的PLC 程序框图简单明了， 易于编程和修改。
2、 上位机的软件设计
上位监控计算机与机组PLC 可以进行数据共享， 因此本监控计算机可以将PLC 与现场设备以及传动系统采集到的数据很方便地接收进来。利用监控软件RSview 32的强大功能， 将系统各设备的运行情况以及参数实时显示在计算机画面中。
在上位机的软件设计中， 对系统的工艺流程、系统联锁提示、故障信息报警等有相应的画面， 并实现了人机界面的参数输入和与工厂管理計算机的数据信息交换。
七、网络配置
在使用ControlNet 网络之前， 首先必须先利用RSNetWorx 软件， 配置网络， 包括设置网络刷新时间、最大预定節点数、非预定节点数以及介质是否冗余等网络参数， 并把网络的信息下载到网络之中。配置完网络之后， 所有网络上的变频器就当作PLC 的一个模块， 只需对相应的PLC 地址进行操作就可以完成对变频器的操作， 操作远程机架上的I/ O 模块就像对本地机架上的I/ O 模块进行操作， 非常简单。这一切， 省去了复杂的网络通信的编程， 由模块和PLC 自己完成。
八、 黄骅港中央控制系统主要功能如下
主要由皮带机控制系统、堆场各单机控制系统、洒水控制系统组成。采用容量为2M的LOGIX5550PLC为系统主机，并且具备远程I/O能力和故障自诊断功能。通过控制电缆和光缆（模拟量通过控制电缆，数字量通过光缆）保证翻车机和堆场各单机与中央控制室的数据通讯和信号连锁。通讯系统包括调度通讯装置和自动广播通讯装置。
1、实现皮带机系统的逆料流顺序启动。皮带机系统的逆料流顺序启动是从工艺流程的终点设备依次启动至工艺流程的始点设备， 保证在料流下游的设备正常运转后方能启动料流上游设备。
2、实现皮带机系统的故障启停。工艺流程中某设备出现重故障后， 故障发生点设备以及上游的所有设备全部停止运行。待故障处理完毕并复位后， 故障发生点设备上游的所有设备按逆料流顺序启动， 当发生流程急停故障时，整个流程设备全部停止运行。
3、实现多个流程同时工作。
4、实现皮带机系统的顺序停止。皮带机系统的顺序停止是从皮带机系统的始点设备依次停止至终点设备， 保证在顺序停止过程中不压料和堵料， 同时要考虑设备的停止时间延时。
5、现场设备状态监控和数据采集。
6、实时的报警画面能保证故障被及时发现和处理。
结语：罗克韦尔自动化公司提供的ControlNet 网络总线控制系统为网络控制提供了一个全新解决方案。从神华黄骅港务公司翻车机卸车系统运行情况来看， ControlNet 网络总线控制系统软硬件组成简单， 易于设计， 方便调试， 易于掌握。该控制系统运行稳定、抗干扰能力强、通信速率快、故障率少、维护成本低。
参考文献
[1]万保平，孙延葳，连斌忠.基于ControlNet网络的剪切线自动控制系统[J].重型机械，2005，（1）：12-14.