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ControlLogix硬件组成

2025年02月05日 11:56:25 来源：云南昌晖仪表制造有限公司 >> 进入该公司展台阅读量：30

硬件采用模块化结构，包括控制器模块、框架、电源模块、I/O模块、通信模块和其他专用模块等。可以根据不同的应用需要进行灵活配置，构成各种结构和规模的ControlLogix控制系统。

ControlLogix控制器

1、控制器
ControlLogix控制器是控制系统的核心模块，采用32位的精简指令处理器(RISC)芯片，负责整个自控系统的控制工作。采集各种输入模块、通信模块以及其他控制器模块的数据，执行用户编制的程序，输出控制各种执行设备，并通过各种网络接口，为可视化和人机界面提供监视数据和操作接口，来实现全生产全过程的监视和控制。

①主要性能指标
ControlLogix控制器(V18版后)可以控制的数字量I/O最多可达2.56×10⁵点，模拟量I/O最多可达8.0×10³点。一个控制器支持32个任务，每个任务最多可有100 个程序和设备阶段。用户内存可达32MB，并可扩展64M扩展内存。支持NetLinx开放网络和控制器冗余，支持梯形图、结构化文本、功能块、顺序功能图等编程语言等。

ControlLogix控制器为双CPU设计，一个称为逻辑CPU，负责逻辑控制和数据处理；另一个称为背板CPU，负责背板通信。内存分为用户内存(基本内存)和扩展内存，用户内存存放控制器与外部交换的通信数据，扩展内存存放用户程序和内部数据。扫描速度小于0.03ms/k平均布尔指令，内置USB端口运行速度达12Mbps。1756-L7X控制器的主要性能指标见表。

1756-L7X控制器主要性能指标

②控制器模块和部件
1756-L7X控制器模块的面板上部是状态显示屏，滚动显示控制器的固件版本、储能模块状态、项目状态和严重故障(也称为主要故障或重大故障)信息等；显示屏下是发光二极管(LED)状态指示灯，分别指示控制器的运行状态、I/O强制、SD状态和控制器状态等；指示灯下方是一个模式开关，也称为钥匙开关，用专门配置的钥匙来切换控制器的工作模式；模式开关右侧是SD卡槽，用于安装SD卡；模块下部是ESM模块插槽和USB串行接口。

模式开关有3挡，即运行(RUN)、远程(REM)和编程(PROG)，表示3种工作模式。

在RUN模式时，控制器运行各种任务，控制输入和输出。组态站不能改变控制器的工作状态，也不能在线修改控制器的程序。正常运行时，为了防止不必要的误动，可切换到RUN模式并取走钥匙，放好备用。

在REM模式时，控制器保持钥匙开关切换时的工作状态，即从RUN切换到REM时保持运行状态；从PROG切换到REM时保持编程状态。组态站可以远程改变控制器的状态，在线编辑、修改程序、下装和运行等。如果经常需要修改程序或远程启停控制器，通常切换到REM模式。

在PROG模式时，控制器处于编程模式，停止运行任务和输出。组态站可以进行在线编辑、修改和下装等，但不能改变控制器的工作状态。

②框架
ControlLogix系统框架(也称为底盘，指安装模块的物理支架，带有插槽和背板，有些资料也称为机架。)用来安装除电源模块之外的各种系统模块，有4槽、7槽、10槽、13槽和17槽等5种框架尺寸，目录号分别为1756-A4、A7、A10、A13和A17，插槽编号都是从0号开始。框架的背板有高速总线，各种模块通过背板总线进行数据传递和交换。安装了系统标准电源模块的1756-A4框架如图所示。

③系统电源模块
系统电源模块给框架背板提供1.2V、3.3V、5V和24V等多种直流电源，有非冗余和冗余电源模块2大类。输入电压有交流和直流2种，有多种输入电压等级和输出电压。非冗余电源有标准电源模块和细长型电源模块等，安装在框架的最左侧，通过插槽给背板供电。当需要冗余电源供电时，可采用2块冗余电源模块、2条连接电缆和一块框架适配器连接模块组成冗余电源套件。标准电源供电和冗余电源供电都不占用框架的槽位。典型的电源性能指标见表。

ControlLogix系统典型电源性能指标

④I/O模块
I/O模块是ControlLogix控制器与现场设备的信号接口。ControlLogix系统提供种类众多的1756系列I/O模块，覆盖工业控制中绝大多数的信号类型。I/O模块可以混合安装在框架的插槽中，支持带电插拔，现场仪表设备的信号可以直接与模块相连，也可以通过可拆卸的端子块和接口模块 (IFM/AIFM)与I/O模块相连。I/O模块还可以根据组态，提供相应的信息和附加的功能，如诊断功能，包括数字滤波、过程报警、速率报警和断线检测等。不同I/O模块的附加功能是不一样的，可根据应用需要选择和使用。

①I/O模块的基本特点
I/O模块有交流、直流和数字、模拟信号模块4大类，包括交流数字量I/O模块、直流数字量I/O模块、继电器触点模块、模拟量I/O模块、热电阻与热电偶模块输入、组合I/O模块等。每一种类型又有众多型号，分别对应于不同点数、电压电流类型、工作电压范围、电阻范围、分辨率、通道是否隔离和通道故障诊断等。数字量模块也称为开关量模块。

②数字量输入(DI)模块
采集、接收现场仪表设备的数字量信号，包括按钮、选择开关、行程开关、接近开关、光电开关、数字拨码开关、继电器触点等，并把状态信号通过背板传送给控制器和其他设备。ControlLogix系统允许框架内有多个控制器运行，控制I/O模块的控制器称为I/O模块的所有者、拥有者或宿主，其他控制器或设备也可以通过获取信息，称为者或设备。

③数字量输出(DO)模块
通过背板接收控制器输出的数字量信号，控制各种执行部件或仪表设备，包括接触器、电磁阀、继电器和指示灯等。

④模拟量输入(AI)模块
采集、接收由电位器、转速探头、变送器等仪表设备输出的连续变化模拟信号，通过A/D转换器把信号转换为控制器需要的数值，并通过背板传送给控制器和其他设备。

⑤模拟量输出(AO)模块
把控制器从背板传送的数值通过D/A转换器转换为标准模拟量信号输出，去控制阀门定位器等仪表设备以及电机等。I/O模块通道间大多采用分组隔离方式的模块，每组共用一个公共端子和电源回路；也有每个通道都隔离的分隔隔离方式。

⑥晶体管型输出模块
动作速度快，无触点，开关次数几乎没有限制。继电器型输出可以提高通道的负载能力，还可以选用多种负载的供电类型。

⑦I/O模块的灌流和拉流
是指信号电流经过现场仪表设备后流入或流出模块。电流流入模块的称为灌流(Sink)，流出模块的称为拉流(Source)，I/O模块的灌流和拉流如图所示。

⑧A/D和D/A转换
模拟量模块的A/D转换把输入的模拟信号转换为整型数，D/A转换把控制器运算后的整型数转换为模拟量输出。整型数的大小与转换器的处理位数有关，以12位转换器为例，模拟量4~20mA的A/D和D/A转换如图所示。1756系列模拟量模块通过通道组态完成A/D和D/A转换，只需要定义好每个通道相应的工程单位转换就可以了。

常用的 DeviceNet模块和特性

⑨通信模块
通信模块是ControlLogix系统的网络接口，不同的通信模块连接不同的网络，安装在框架中的各种网络接口模块通过背板实现网络间的连接，不需要控制器模块。ControlLogix系统支持多种通信网络，如EtherNet/IP，ControlNet，DeviceNet，DH+，RIO和FF等。通过这些通信模块，控制器就可以访问相应的网络，进而控制或网络中的I/O设备。

1)EtherNet/IP模块
ContolLogix控制器通过EtherNet/P通信模块连接 EtherNel/IP网络，每个模块最多可以支持128个TCP/IP连接和128个逻辑连接。通信介质、传输距离、传输速率等与商用以太网相同，采用五类双绞线时传输距离达100m，传输速率达100Mbps，采用单模光纤可传输30km及更远。支持星形和环形拓扑结构，常用的EtherNet/IP模块和特性见表。

常用EtherNet/IP模块和特性

2)ControlNet模块
ControlNet模块连接ContolNet网络，采用RG6同轴电缆，支持光纤中继器和冗余介质。支持总线形、星形、树形和混合拓扑结构，网络速度达5Mbps。干线长度与节点数量有关，单网段、2个节点时干线长度达1km，48个节点时干线长度为250m。ControlNet网最多支持99个节点，有128个连接，终端电阻为BNC型，阻值75Ω。常用的ControlNet通信模块和特性见表。

常用ControlNet通信模块和特性

3)DeviceNet模块
DeviceNet通信模块连接 DeviceNet网络，采用典型的干线-分支拓扑结构，支持粗缆、细缆和扁平电缆。可容纳64个节点地址，每个节点支持的I/O数量没有限制，支持对等通信、多主或主/从通信模式和冗余结构，网络速度可选125kbps、250kbps和500kbps。干线长度与通信速率成反比，采用粗缆时，最长干线长度达500m。终端电阻为120Ω, 不少于1/4W，有圆缆孔式、圆缆针式和扁平电缆式3种形式。常用的 DeviceNet模块和特性见表。

常用DeviceNet模块和特性

4)其他通信模块
DH+是罗克韦尔自动化控制层的一种工业控制局域网，支持远程编程，可以连接各种处理器、计算机、人机界面等设备。DH+采用总线结构和令牌传送协议，只有持有令牌的节点才能发送数据。DH+采用标准双绞线作为传输介质，按菊花链或主干/分支的连接方式，单条DH+网络可最多连接32个工作站，通道A支持57.6kbps，115.2kbps和230.4kbps等3种通信速率，传送距离分别为3024m、1524m和230m；通道B支持57.6kbps和115.2kbps 2种速率。

RIO链路是处理器与远程I/O机架、智能设备、操作员界面等设备的通信链路，处理器通过内置的扫描器端口或独立的扫描器模块对所有的远程I/O设备进行数据交换。RIO还可连接兼容的第3方产品，如机器人、焊接控制器、无线调制解调器等。RIO采用标准双绞线作为传输介质，通过光纤中继可支持光纤传输。采用菊花链或主干/分支的连接方式和主/从通信方式。最多可以连接32个I/O机架或适配器式的设备，支持57.6kbps，115.2kbps和230.4kbps等3种通信速率，传送距离分别为3024m、1524m和762m。

1756-DHRIO模块是ControlLogix系统的DH+和RIO网路通信模块，具有DH+和RIO通道的全部技术特性，可以通过拨码开关组态为DH+通道或 RIO通道，使用 MSG或生产/消费标签完成各种数据的交换和共享，可实现 ControlLogix控制器与处理器之间的信息交换和数据共享，以及用作扫描器，协调多种设备的通信工作。同时，可提高系统集成的灵活性和选择性，降低集成和维护等费用。典型的DH+和RIO网络架构分别如图所示。

除DH+和RIO外，罗克韦尔自动化系统的传统网络还有DH-485，以及第3方通信模块如Prosoft公司的MVI56E-MCM进行ModBus通信等。ControlLogix控制器可以采用这些通信网络对上一代控制系统进行升级、改造，连接各个系列的I/O模块等，都具有很好的兼容性。

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