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    西門子模塊6ES7253-1AA22-0XA0型號(hào)齊全

    一、 引言
    隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,計(jì)算機(jī)應(yīng)用的迅速推廣,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)逐步深入計(jì)算機(jī)PLC控制系統(tǒng)領(lǐng)域,在PLC控制系統(tǒng)的開發(fā)中占有越來越重要的地位。所謂PLC就是可編程控制器。網(wǎng)絡(luò)從應(yīng)用角度來看,就是以相互共享資源方式將各自具備獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)或終端連接起來。在PLC控制系統(tǒng)中,傳統(tǒng)式的資源共享只能通過使用遵循諸如MODBUS,MODBUS PLUS,GENIUS這樣的通訊協(xié)議的專用通訊模塊來實(shí)現(xiàn)??蛇B接的設(shè)備受通訊模塊的數(shù)量及模塊上的通道數(shù)量所制約,對(duì)于現(xiàn)在越來越復(fù)雜的控制系統(tǒng)已經(jīng)不能完全滿足要求。網(wǎng)絡(luò)在PLC控制系統(tǒng)中的應(yīng)用極大地改善了這方面的不足。通過網(wǎng)絡(luò)可對(duì)受控對(duì)象進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)視和控制。其優(yōu)點(diǎn)監(jiān)控距離遠(yuǎn),易擴(kuò)展,使控制系統(tǒng)更具有靈活性。

    二、 PLC控制系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成
    控制系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由網(wǎng)絡(luò)軟件和網(wǎng)絡(luò)硬件組成的。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,硬件對(duì)網(wǎng)絡(luò)的選擇起著決定的作用;而網(wǎng)絡(luò)軟件則是挖掘網(wǎng)絡(luò)潛力的工具。
    1.網(wǎng)絡(luò)軟件
    在網(wǎng)絡(luò)組成的PLC控制系統(tǒng)中,每個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)都可由PLC進(jìn)行監(jiān)視和直接控制。因此,軟件要能實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶進(jìn)行分級(jí)限制。沒有權(quán)限的用戶禁止對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行修改或?qū)芈返瓤刂菩盘?hào)輸出,并且軟件要具備操作記錄功能,對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)作進(jìn)行后臺(tái)記錄,以便對(duì)因誤操作或不應(yīng)有操作造成的后果進(jìn)行分析。
    由于現(xiàn)在的PLC種類很多,而且大部分都支持網(wǎng)絡(luò)功能,但不同PLC所遵循的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有很大差異,因此,要求軟件應(yīng)具有各類PLC的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序。
    網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)軟件的組成部分,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議取決于所用PLC的類型以及PLC所采用的網(wǎng)絡(luò)模塊的類型??傊?,通訊必須具有相應(yīng)PLC設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序,并安裝此網(wǎng)絡(luò)軟件。
    2.網(wǎng)絡(luò)硬件
    網(wǎng)絡(luò)硬件是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),首選要有PLC控制器,監(jiān)控工作站及其它設(shè)備連接起來,實(shí)現(xiàn)物理連接。不同的PLC控制系統(tǒng),在硬件方面是有差別的。因此,網(wǎng)絡(luò)硬件更是多種多樣。在這里只簡(jiǎn)單的將硬件分為兩部分,即PLC控制部分(這里稱“下位機(jī)”)和計(jì)算機(jī)監(jiān)控部分(這里稱“上位機(jī)”)。
    在PLC計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中,上位機(jī)和下位機(jī)是具有不同功能的硬件設(shè)備。但在網(wǎng)絡(luò)中,賦予它們相同的節(jié)點(diǎn)定義。也就是說,它們均屬網(wǎng)絡(luò)連接上的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn),都具有唯一的網(wǎng)絡(luò)地址。
    在PLC設(shè)備中,通訊模塊是網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備,通訊模塊的類型決定著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的選擇。目前,多數(shù)廠家的PLC都支持細(xì)纜連接,少數(shù)PLC(例如GE90-70的CMM742)可同時(shí)使用雙絞線連接。通訊模塊一般都支持各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,除了具有與其它不同類型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通訊的協(xié)議,還具有專用協(xié)議,主要是與相同設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。例如,TRICONEX公司的PLC網(wǎng)絡(luò)通訊模塊具有四種專用協(xié)議(NCM、ACM、EICM、TSAA),以便支持專用網(wǎng)絡(luò)上的相同TRICONEX系統(tǒng)。

    三、 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
    1. 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
    所謂拓?fù)涫且环N研究與大小,距離無關(guān)的幾何圖形特性的方法。在網(wǎng)絡(luò)中,計(jì)算機(jī)、PLC控制器作為節(jié)點(diǎn),通訊線路作為連線,可構(gòu)成相對(duì)位置不同的幾何圖形。拋開網(wǎng)絡(luò)中的具體設(shè)備,將PLC控制器,計(jì)算機(jī)操作站,計(jì)算機(jī)工程師站等網(wǎng)絡(luò)單元抽象為“點(diǎn)”,將網(wǎng)絡(luò)中的電纜等傳輸介質(zhì)抽象為“線”,這樣從拓?fù)鋵W(xué)的觀點(diǎn)看網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),就形成了由點(diǎn)和線組成的幾何圖形,從而抽象出了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有星型,總線型,環(huán)型,樹型,網(wǎng)狀和不規(guī)則型等幾種。在計(jì)算機(jī)PLC控制系統(tǒng)中采用最多的是總線型結(jié)構(gòu)。
    1.1總線結(jié)構(gòu)
    總路線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是將各個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備用一根總線相連。網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)工作站通過總線進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸。作為總線的通訊連線通常采用同軸電纜。在總線結(jié)構(gòu)中,作為數(shù)據(jù)通信必經(jīng)的總線,其負(fù)載能量是有限度的。這是由傳輸介質(zhì)本身的物理特性所決定的。所以,總線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)是有限制的,如果節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)超出總線負(fù)載的能量,就需要延長(zhǎng)總線的長(zhǎng)度,并加入相當(dāng)數(shù)量的附加轉(zhuǎn)接部件,使總線負(fù)載達(dá)到容量要求。
    PLC控制系統(tǒng)要求網(wǎng)絡(luò)可靠性高,節(jié)點(diǎn)間響應(yīng)速度快,當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)處理故障時(shí),不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)造成影響,而且要有很好的擴(kuò)充性,總線型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具備這些條件,因此,目前的PLC通訊模塊支持總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在這里,我們也只介紹控制系統(tǒng)的總線型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。
    2. 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議
    在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,為了保證數(shù)據(jù)通信雙方能正確而自動(dòng)地進(jìn)行通信,針對(duì)通信過程的各種問題,制定了一整套約定,這就是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信協(xié)議。通信協(xié)議是一套語義和語法規(guī)則,它決定了網(wǎng)絡(luò)通信中傳輸?shù)男畔?文件格式及控制方式,主要功能是數(shù)據(jù)交換,信息編碼,差錯(cuò)控制與線路合理利用等。
    為了便于網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議結(jié)構(gòu),即開放系統(tǒng)互聯(lián)OSI(Open System Interconnection)參考模型,它定義了連接異種計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的主體結(jié)構(gòu),任何兩個(gè)遵守參考模型和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)可以進(jìn)行互聯(lián)。這樣的系統(tǒng)稱為開放系統(tǒng)。
    OSI參考模型是設(shè)計(jì)和描述網(wǎng)絡(luò)通信的基本框架。OSI參考模型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是層次式結(jié)構(gòu),由七層組成。從高層到低層依次是:應(yīng)用層,表示層,會(huì)話層,傳輸層,網(wǎng)絡(luò)層,數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。OSI參考模型定義了不同計(jì)算機(jī)和互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)的框架結(jié)構(gòu)。通過分層把復(fù)雜的通信過程分成了各個(gè)獨(dú)立的,比較容易解決的問題。在OSI模型中,下一層為上一層提供服務(wù),而分層內(nèi)部的工作與相鄰層是無關(guān)的。
    2.1 IEEE802.3網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)
    IEEE802.3是PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要標(biāo)準(zhǔn)。
    IEEE802是由美國電氣與電子工程師協(xié)會(huì)IEEE802委員會(huì)制定的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。是針對(duì)局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而制定的。IEEE802遵循ISO/OSI參考模型的原則,解決最低兩層??物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能以及網(wǎng)絡(luò)層的接口服務(wù),網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)有關(guān)的高層功能。
    OSI參考模型的物理層對(duì)應(yīng)IEEE802參考模型的物理層,OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層對(duì)應(yīng)IEEE802參考模型的邏輯鏈路控制子層和介質(zhì)訪問控制塊子層。
    IEEE802.3是IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的一部分,意為CSMA/CD(帶沖突檢測(cè)的載波偵聽多路復(fù)用)訪問控制方法和物理層技術(shù)規(guī)范。PLC控制系統(tǒng)只使用IEEE802.3的物理層。

    2.2TCP/IP協(xié)議
    PLC控制系統(tǒng)中,PLC控制器與各計(jì)算機(jī)操作站之間通訊普遍使用TCP/IP協(xié)議。TCP/IP協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的一種,TCP是指?jìng)鬏斂刂茀f(xié)議,對(duì)應(yīng)OSI參考模型的傳輸層。IP是指網(wǎng)間協(xié)議,對(duì)應(yīng)OSI參考模型的網(wǎng)絡(luò)層。
    2.2.1 IP地址
    在以TCP/IP為通訊協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)上,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)唯一的地址標(biāo)識(shí),即IP地址。IP地址不但可以用來辨識(shí)每一個(gè)節(jié)點(diǎn),其中也隱含著網(wǎng)絡(luò)間的路由信息。
    IP地址為32個(gè)二進(jìn)制位長(zhǎng),一般是以4個(gè)十進(jìn)制數(shù)字表示,并且每個(gè)數(shù)字間以點(diǎn)隔開,如:203.35.88.7。
    IP地址分為A,B,C,D,E五類,地址格式的最左邊的一個(gè)或多個(gè)二進(jìn)制位用來指定網(wǎng)絡(luò)類型。(具體的分類請(qǐng)參見有關(guān)資料,在此不詳細(xì)介紹)
    PLC控制系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)屬于局域網(wǎng),采用C類IP地址。C類網(wǎng)的IP范圍是192.0.0.0~223.0.0.0。這個(gè)范圍中192.168.0.0~192.168.255.255地址是留給用戶自定義的。在實(shí)際應(yīng)用中,發(fā)現(xiàn)有些廠家的PLC只能使用這個(gè)網(wǎng)段的IP地址,而且必須用24位表示網(wǎng)段。
    2.2.2子網(wǎng)掩碼
    子網(wǎng)掩碼也是一個(gè)32位二進(jìn)制值,格式與IP地址相同。子網(wǎng)掩碼有兩大功能:
    (1) 用來區(qū)分IP地址中的網(wǎng)段地址和節(jié)點(diǎn)地址。
    (2) 用來將網(wǎng)絡(luò)分割為多個(gè)子網(wǎng)。
    PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,由于采用C類網(wǎng),所以IP地址的前24位為網(wǎng)段地址。故子網(wǎng)掩碼定為255.255.255.0。(具體子網(wǎng)掩碼的含義參見有關(guān)資料,在此不作介紹)

    四、典型應(yīng)用實(shí)例
    下面以實(shí)例進(jìn)一步分析PLC控制系統(tǒng)的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。PLC控制器選用美國GE公司的90-70系列,PLC的以太網(wǎng)接口模塊(通訊模塊)選用GE90-70系列中的CMM742。工作站選用美國Ibbtion公司的FIX32工控軟件。該軟件運(yùn)行于bbbbbbs NT,或bbbbbbs 2000操作平臺(tái)。
    1. 硬件功能介紹
    (1) CMM742通訊模塊
    CMM742是GE90-70系列PLC中功能的網(wǎng)絡(luò)接口模塊??蛇B接于IEEE802.3網(wǎng)絡(luò),傳輸率為10Mbps,有BNC,RJ45和AUI三種接口,可通過細(xì)纜,雙絞線和AUI的D型15針連接器接入總線型或星型網(wǎng)絡(luò)中。支持TCP/IP協(xié)議。
    實(shí)際應(yīng)用中,我們采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過CMM742將PLC的網(wǎng)絡(luò)IP地址設(shè)為192.168.1.1,子網(wǎng)掩碼設(shè)為255.255.255.0。將PLC起始節(jié)點(diǎn),在BNC接口需加50Ω終端電阻。
    (2) 以太網(wǎng)卡
    網(wǎng)卡用于將PC工作站連接到網(wǎng)絡(luò)中,是計(jì)算機(jī)與通信媒體進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的中間處理部件,每個(gè)網(wǎng)卡有自己的控制器,用以發(fā)送接收數(shù)據(jù)。
    我們選用了3COM公司的3C509型網(wǎng)卡,該卡有BNC和RJ45兩種接口,通過T型頭連于網(wǎng)絡(luò)。
    2. 軟件設(shè)置
    三臺(tái)工作站均選用bbbbbbs2000操作系統(tǒng),并安裝FIX32工控軟件。
    軟件設(shè)置步驟:
    (1) 安裝網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序。
    (2) 安裝TCP/IP協(xié)議,對(duì)三臺(tái)工作站進(jìn)行IP地址分配,分別設(shè)為192.168.1.2,192.168.1.3,192.168.1.4,子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0。
    (3) 測(cè)試網(wǎng)絡(luò)連接
    在任一臺(tái)工作站的DOS下,鍵入PING 192.168.1.1,回車,屏幕出現(xiàn)四行
    Reply from 192.168.1.1:bytes=32time<10ms,TTL=128
    說明已經(jīng)與PLC接通,再分別PING其它IP地址,確認(rèn)PLC與工作站正確。
    (4) 確認(rèn)網(wǎng)卡綁定TCP/IP協(xié)議。
    (5) 設(shè)置FIX32用于通訊的GE9驅(qū)動(dòng)程序。
    GE9是FIX32用于與GE90-70系列PLC進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊的驅(qū)動(dòng)程序,支持TCP/IP協(xié)議,通過它可與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
    以上只是一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,在實(shí)際的應(yīng)用中由于選用的PLC和工作站軟件的不同,如:選用PLC的遠(yuǎn)程擴(kuò)展;本地?cái)U(kuò)展以及冗余和熱備等不同系統(tǒng);工作站操作系統(tǒng)的不同;采用對(duì)等網(wǎng)或是主從網(wǎng);工控軟件的選擇其它不同軟件;還有環(huán)境因素等等;都會(huì)使網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)千變?nèi)f化,但總體思路方法大體相同。



    隨著計(jì)算機(jī)、控制、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展,作為工業(yè)控制數(shù)字化、智能化與網(wǎng)絡(luò)化典型代表的現(xiàn)場(chǎng)總線(FieldBus)技術(shù)也發(fā)展迅速、影響巨大,引起了工程技術(shù)界的普遍興趣與重視,使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)逐步從集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System DCS)走向以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的分布式現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(Fieldbus Control System,F(xiàn)CS),被譽(yù)為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域具有性的新技術(shù)?,F(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。
    1項(xiàng)目概述
    我公司現(xiàn)有五座煉鐵高爐,每一座高爐在生產(chǎn)中都產(chǎn)生大量的高爐煤氣,但是煤氣中煙塵和焦油的含量非常高,所以不能直接用于其他生產(chǎn)活動(dòng),必須進(jìn)行除塵?,F(xiàn)有的煤氣除塵系統(tǒng)主要有洗滌塔除塵和布袋除塵。鑒于一號(hào)到四號(hào)高爐在地理位置上比較集中,并且采用相同的洗滌塔式除塵系統(tǒng),又因原用電動(dòng)組合式儀表控制系統(tǒng)已不能滿足生產(chǎn)的需求,所以采用集中改造原則,把這四個(gè)高爐的控制系統(tǒng)進(jìn)行大集成,現(xiàn)將其改造成為西門子PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。
    具體改造項(xiàng)目包括四座高爐的煤氣洗滌塔流程和公共部分流程。系統(tǒng)中所有上位監(jiān)控設(shè)備將全部采用研華工業(yè)用計(jì)算機(jī),通過工業(yè)以太網(wǎng)集中HMI人機(jī)交互方式進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控運(yùn)行,下位PLC控制站也采用集中組建方式,這樣可以減少控制室數(shù)量,節(jié)省大量開支。另外在現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集站,通過PROFIBUS總線向PLC傳送數(shù)據(jù),這樣可以大量減少物理布線,并且實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程設(shè)備診斷。在PLC控制站上實(shí)現(xiàn)各個(gè)工藝流程、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)之間的相互聯(lián)鎖的操作功能,提高了系統(tǒng)的安全性。采用了先進(jìn)的控制方式和控制算法,實(shí)現(xiàn)了四座高爐煤氣洗滌塔液位的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制,減少了維護(hù)和操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量,為這些崗位減員增效創(chuàng)造了條件。
    2系統(tǒng)組成
    現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向,通過細(xì)致詳細(xì)的調(diào)查工作,并結(jié)合這四個(gè)高爐煤氣洗滌系統(tǒng)的實(shí)際情況,最終選擇了西門子公司的PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),在這套現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中,我們的控制站采用了德國西門子公司的S7-300系列PLC,站采用了德國西門子公司的ET200系列設(shè)備,通過上位、下位、現(xiàn)場(chǎng)三位一體的方式實(shí)現(xiàn)了PROFIBUP-DP現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng),并且在上位監(jiān)控中采用了工業(yè)以太網(wǎng),對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線提供了強(qiáng)有力的輔助,大大提高了速度。系統(tǒng)整體布置簡(jiǎn)圖如圖1所示。該系統(tǒng)是一種功能強(qiáng)大、使用方便、運(yùn)行可靠的控制系統(tǒng),為我們的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)提供了功能強(qiáng)大的物質(zhì)基礎(chǔ)。
    2.1控制系統(tǒng)的UPS電源
    為了提高系統(tǒng)的安全性,為PLC控制系統(tǒng)提供不間斷電源,配置原裝EMERSON電池。這套UPS電源系統(tǒng)包括主副兩路220V供電和電池組,當(dāng)主220V電源故障后,自動(dòng)跳到電池組供電,當(dāng)電池組電量耗盡后,系統(tǒng)又會(huì)自動(dòng)跳到副220V電源。這套電源系統(tǒng)與原來的控制系統(tǒng)電源相比,給系統(tǒng)提供了極大的安全性,保證了凈化系統(tǒng)的安全連續(xù)運(yùn)行,減少了不必要的停產(chǎn),無形中增加了效益。
    2.2上位監(jiān)控系統(tǒng)
    上位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)一臺(tái)工程師站和兩臺(tái)操作員站,選用研華工業(yè)計(jì)算機(jī),每臺(tái)計(jì)算機(jī)上裝有網(wǎng)絡(luò)通訊卡CP1613,它們各通過上位工業(yè)以太網(wǎng)總線分別與五套S7-300系統(tǒng)的通訊處理器CP343-1通訊口連接,工業(yè)以太網(wǎng)的構(gòu)建主要依據(jù)一臺(tái)西門子的ESMTP80工業(yè)級(jí)別的交換機(jī)。組態(tài)軟件采用西門子的WINCC制作監(jiān)控程序,WINCC是西門子公司的專用軟件,與硬件連接時(shí)有很好的兼容性和可靠性,通訊方便,具有很好的適配性。WINCC提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報(bào)表的功能模板,高性能的過程耦合、快速的畫面更新及可靠的數(shù)據(jù)使其具有高度的適用性。
    2.3下位控制站
    我們的控制站采用了德國西門子公司的S7-300系列PLC,包括四個(gè)高爐的系統(tǒng)和一套公共管網(wǎng)系統(tǒng),總共用五套西門子S7315-2DP的PLC系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
    2.4現(xiàn)場(chǎng)站
    在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),我們需要采集的信號(hào)主要包括熱電阻信號(hào)、各種變送器的4~20mA模擬量信號(hào)、數(shù)字量信號(hào)等,還要輸出模擬量電流信號(hào)用于控制調(diào)節(jié)閥,由于各個(gè)高爐的變送器距離集中控制室比較遠(yuǎn),我們采用了德國西門子公司的ET200系列設(shè)備來構(gòu)成站,通過PROFIBUS-DP總線向控制站傳送和接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。這樣,我們可以就近把變送器的信號(hào)接入傳輸站,并可就近輸出4~20mA的控制信號(hào)來控制現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)閥,主要由ET200B熱電阻模板采集熱電阻信號(hào),由ET200B標(biāo)準(zhǔn)模擬量輸入模板采集4~20mA電流信號(hào),由ET200eco數(shù)字量模板采集數(shù)字量信號(hào)輸入,由ET200B標(biāo)準(zhǔn)模擬量輸出模板輸出控制信號(hào)。這些數(shù)據(jù)通過總線在現(xiàn)場(chǎng)和控制站之間傳輸,省去了大量的物理布線,這些現(xiàn)場(chǎng)模塊完全適合工業(yè)生產(chǎn)的惡劣環(huán)境,只需要一個(gè)簡(jiǎn)單的小控制室即可正常工作,另外采用先進(jìn)的EJA530就地式變送器,省去了大量的儀表安裝管網(wǎng)。
    3采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
    傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一般采用DCS結(jié)構(gòu)。在DCS中,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)需要進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接,并且I/O端子與PLC或自動(dòng)化儀表一起被放在控制柜中,而不是放在現(xiàn)場(chǎng)。這就需要鋪設(shè)大量的信號(hào)傳輸電纜,布線復(fù)雜,既費(fèi)料又費(fèi)時(shí),信號(hào)容易衰減并容易被干擾,而且又不便維護(hù)。DCS一般由操作員站、控制站等組成,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高。而且DCS不是開放系統(tǒng),互操作性差,難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。而基于PC的FCS則完全克服了這些缺點(diǎn)。
    (1)在FCS中,借助于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),所有的I/O模塊均放在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),而且所有的信號(hào)通過分布式智能I/O模塊在現(xiàn)場(chǎng)被轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào),只需一根電纜就可把所有的現(xiàn)場(chǎng)子站連接起來,進(jìn)而把現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)非常簡(jiǎn)捷地傳送到控制室監(jiān)控設(shè)備上,降低了成本,又便于安裝和維護(hù),同時(shí)數(shù)字化的使系統(tǒng)具有很高的傳輸速度和很強(qiáng)的抗干擾能力。
    (2)FCS具有開放性。在FCS中,軟件和硬件都遵從同樣的標(biāo)準(zhǔn),互換性好,更新?lián)Q代容易。程序設(shè)計(jì)采用IECll31-3五種國際標(biāo)準(zhǔn)編程語言,編程和開發(fā)工具是完全開放的,同時(shí)還可以利用PC豐富的軟硬件資源。
    (3)系統(tǒng)的效率大為提高。在FCS中,一臺(tái)PC可同時(shí)完成原來要用多臺(tái)設(shè)備才能完成的任務(wù)。在多任務(wù)的bbbbbbs操作系統(tǒng)下,PC中的軟件PLC可以同時(shí)執(zhí)行多達(dá)十幾個(gè)PLC任務(wù),既提高了效率,又降低了成本。且PC上的PLC具有在線調(diào)試和功能,極大地改善了編程環(huán)境。
    (4)在FCS中,系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為:工控機(jī)或商用PC、現(xiàn)場(chǎng)總線主站接口卡、現(xiàn)場(chǎng)總線輸入/輸出模塊、PLC或?qū)崟r(shí)制軟件包、組態(tài)軟件和應(yīng)用軟件。上位機(jī)的主要功能包括系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)庫組態(tài)、歷史庫組態(tài)、圖形組態(tài)、控制算法組態(tài)、數(shù)據(jù)報(bào)表組態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)顯示、圖形顯示、參數(shù)列表、數(shù)據(jù)打印輸出、數(shù)據(jù)輸入及參數(shù)修改、控制運(yùn)算調(diào)節(jié)、報(bào)警處理、故障處理、通信控制和人機(jī)接口等各個(gè)方面,并真正實(shí)現(xiàn)控制集中、危險(xiǎn)分散、數(shù)據(jù)共享、完全開放的控制要求。
    由的闡述可以看出,F(xiàn)CS的技術(shù)關(guān)鍵是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。它不僅具有精度高、可自診斷等優(yōu)點(diǎn),而且具有控制功能,必將取代傳統(tǒng)的控制方式。連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)總線是一種開放式、數(shù)字化、多接點(diǎn)的雙向傳輸串行數(shù)據(jù)通路,它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。結(jié)合PC豐富的軟硬件資源,既克服了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn),又極大地提高了控制系統(tǒng)的靈活性和效率,形成了一種全新的控制系統(tǒng),開創(chuàng)了自動(dòng)控制的新紀(jì)元,成為自動(dòng)控制發(fā)展的必然趨勢(shì)。


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