【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 定接線(xiàn)方式，很難適應(yīng)這個(gè)要求。大型生產(chǎn)線(xiàn)的控制系統(tǒng)使用的繼電器數(shù)量很多，這種有觸點(diǎn)的電器工作頻率很低，在頻繁動(dòng)基于三菱FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)10作的情況下壽命較短，從而造成系統(tǒng)故障，使生產(chǎn)線(xiàn)的允許可靠性降低。為了解決這個(gè)問(wèn)題，20世紀(jì)60年代初期利用電子技術(shù)研制出矩陣式順序控制器和晶體管邏輯控制系統(tǒng)來(lái)代替繼電接觸式控制系統(tǒng)。對(duì)復(fù)雜的自動(dòng)控制系統(tǒng)則采用計(jì)算機(jī)控制，由于這些控制裝置本身存在某些不足，因此均未能獲得廣泛應(yīng)用。1968年美國(guó)最大的汽車(chē)制造商通用汽車(chē)（GM）公司，為適應(yīng)汽車(chē)型號(hào)不斷更新，提出把計(jì)算機(jī)的完備功能以及靈活性、通用性等優(yōu)點(diǎn)和繼電接觸器控器系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格底等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，做成一種能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并把編程方法及程序輸入方法簡(jiǎn)化，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人員也能很快掌握其使用技術(shù)。根據(jù)這一設(shè)想，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）于1969年率先研制出第一臺(tái)可編程控制器（簡(jiǎn)稱(chēng)PLC），并在通用汽車(chē)公司的自動(dòng)裝配線(xiàn)上試用成功。從此以后，許多國(guó)家的著名廠家競(jìng)相研制，各自成為系列，而且品種更新很快，功能不斷增加，從最初的邏輯控制為主發(fā)展到能進(jìn)行模擬量控制，具有數(shù)字運(yùn)算、數(shù)字處理和通信聯(lián)網(wǎng)等許多功能。PLC另一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)是可靠性很高，平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間可達(dá)10萬(wàn)個(gè)小時(shí)以上，可以大大減少設(shè)備維修費(fèi)用和停產(chǎn)造成的經(jīng)濟(jì)隨時(shí)。當(dāng)前PLC已經(jīng)成為電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的核心控制裝置。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，電氣控制相繼出現(xiàn)了直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDS）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）、智能機(jī)器人、集散控制系統(tǒng)（DCS）、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)等多項(xiàng)高技術(shù)，形成了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造生產(chǎn)管理的智能化生產(chǎn)的完整體系，將自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)推進(jìn)到更高的水平。 FX2N系列的特點(diǎn)FX2N系列PLC可以應(yīng)用在大多數(shù)單機(jī)控制或簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)控制中，是FX系列中規(guī)格最大、性能最高、功能最強(qiáng)的一個(gè)系列。它兼容了FXIS/IN系列的全部功能。該系列使用了比FXIS/IN系列性能更高的CPU，CPU運(yùn)算速度與運(yùn)算性能得到了提高，I/O點(diǎn)增加了，擴(kuò)展功能模塊也更多，編程功能與通信功能更強(qiáng)。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。(1) FX2N系列基本邏輯控制指令的執(zhí)行時(shí)間由FXIS/,速度提高了近10倍；應(yīng)用指令的執(zhí)行時(shí)間由FXIS/IN系列，速度也提高了兩倍以上?；谌釬X2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)11（2）FX2N系列采用了基本單元加擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)形式，基本單元本身具有固定I/O點(diǎn)，可以作為獨(dú)立的PLC使用。FX2N系列也有擴(kuò)展I/O模塊，最大I/O點(diǎn)數(shù)可以達(dá)到256點(diǎn)。與FXIN相比，在輸入/輸出擴(kuò)展功能上，F(xiàn)X2N系列主要增加了模擬量輸入/輸出模塊，而開(kāi)關(guān)量的輸入/輸出擴(kuò)展模塊與FXIN系列基本相同。（3）FX2N系列的應(yīng)用指令大為增加，達(dá)到132種、309條，主要增加的是傳送、移位、求補(bǔ)和代碼轉(zhuǎn)換等應(yīng)用指令。PLC的編程元及用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量也比FXIN大大增加?？梢詫?shí)用的內(nèi)部繼電器、定時(shí)器、技數(shù)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、用戶(hù)程序存儲(chǔ)器的容量等為FXIN系列的23倍。（4）FX2N系列PLC可以使用較多的特殊功能模塊，如溫度傳感器輸入模塊、溫度調(diào)節(jié)模塊、脈沖輸出模塊、軸定位模塊、高速計(jì)數(shù)模塊和轉(zhuǎn)角檢測(cè)模塊等外部模塊，以適應(yīng)溫度控制和位置控制的應(yīng)用場(chǎng)合。（5）在通信功能方面，F(xiàn)X2N在FXIN的基礎(chǔ)上增加了MNET網(wǎng)絡(luò)鏈接的通信模塊，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)鏈接的需要。FX2N系列PLC基本單元有6種規(guī)格，分別為134680、128?；締卧鶕?jù)電源可以分為AC和DC兩種；根據(jù)輸出可以分為繼電器、晶體管和雙向晶閘管3種。 FX系列PLC型號(hào)的說(shuō)明FX系列PLC是由三菱公司近年來(lái)推出的高性能小型可編程控制器，以逐步替代三菱公司原F 、F1 、F2系列PLC產(chǎn)品。其中FX2是1991年推出的產(chǎn)品，F(xiàn)X0是在FX2之后推出的超小型PLC ，近幾年來(lái)又連續(xù)推出了將眾多功能凝集在超小型機(jī)殼內(nèi)的FX0S、FX1S、 FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC 等系列 PLC，具有較高的性能價(jià)格比，應(yīng)用廣泛。它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)。FX系列PLC型號(hào)的含義如下 ：基于三菱FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)12其中系列名稱(chēng)：如0、0S、1S 、ON 、1N、2N、2NC等 單元類(lèi)型：M──基本單元 E──輸入輸出混合擴(kuò)展單元 Ex──擴(kuò)展輸入模塊 EY──擴(kuò)展輸出模塊 輸出方式：R──繼電器輸出 S──晶閘管輸出 T──晶體管輸出 特殊品種：D──DC電源，DC輸出 A1──AC電源，AC（AC100~120V）輸入或 AC輸出模塊 H──大電流輸出擴(kuò)展模塊 V──立式端子排的擴(kuò)展模塊 C──接插口輸入輸出方式 F──輸入濾波時(shí)間常數(shù)為 1ms的擴(kuò)展模塊如果特殊品種一項(xiàng)無(wú)符號(hào)，為AC電源、DC輸入、橫式端子排、標(biāo)準(zhǔn)輸出。例如FX2N－32MT－D表示FX2N系列，32個(gè)I/O點(diǎn)基本單位，晶體管輸出，使用直流電源，24V直流輸出型。 FX2N系列的工作原理FX2N系列的采用循環(huán)掃描方式，一個(gè)掃描周期一般包括五個(gè)階段:輸入處理、執(zhí)行程序、處理通訊請(qǐng)求、執(zhí)行CPU自診斷測(cè)試和寫(xiě)輸出。輸入處理階段對(duì)個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行輸入掃描，并將各掃描結(jié)果分別寫(xiě)入對(duì)應(yīng)的映像寄存器中。在執(zhí)行程序階段，CPU從第一條指令開(kāi)始順序取指令并執(zhí)行，直到最后一條指令結(jié)束。執(zhí)行指令時(shí)從映像寄存器中讀取各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，每條指令的執(zhí)行是對(duì)各數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果送到輸出映像寄存器中。在CPU掃描周期的信息處理階段，CPU自動(dòng)檢測(cè)并處理各通訊端口接收到的任何基于三菱FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)13信息。即檢查是否有編程器、計(jì)算機(jī)等的通信請(qǐng)求，若有則進(jìn)行相應(yīng)處理，在這一階段完成數(shù)據(jù)通訊任務(wù)。CPU自診斷階段，CPU檢測(cè)主機(jī)硬件，同時(shí)也檢查所有的輸入輸出模塊的狀態(tài)。在RUN模式下，還檢測(cè)用戶(hù)程序存儲(chǔ)器。如果發(fā)現(xiàn)異常，則停機(jī)并顯示出錯(cuò)。若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。寫(xiě)輸出階段，CPU用輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)幾乎同時(shí)集中對(duì)輸出點(diǎn)進(jìn)行刷新，通過(guò)輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備。與計(jì)算機(jī)的循環(huán)取指令和執(zhí)行指令的工作方式不同，循環(huán)掃描的工作方式執(zhí)行用戶(hù)程序只是其中的一步，而且指令的執(zhí)行結(jié)果并不立即傳送到輸出點(diǎn)，只是用它改變內(nèi)部的映像寄存器狀態(tài)，當(dāng)所有指令執(zhí)行完成后，同時(shí)對(duì)各輸出點(diǎn)刷新。 PROFIBUSDP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)概述 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的概念所謂現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，是指將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與工業(yè)過(guò)程控制單元、現(xiàn)場(chǎng)操作站等互連而成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，具有全數(shù)字化、分散、雙向傳輸和多分支的特點(diǎn)，是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)向現(xiàn)場(chǎng)發(fā)展的產(chǎn)物。它是用于支持現(xiàn)場(chǎng)裝置，實(shí)現(xiàn)傳感、變送、調(diào)節(jié)、控制、監(jiān)督以及各種裝置之間透明通信等功能的通信網(wǎng)絡(luò)，保證網(wǎng)內(nèi)設(shè)備間相互透明有序地傳遞信息是它的主要集成任務(wù)。 PROFIBUS簡(jiǎn)介PROFIBUS（Process Field Bus），1987年德國(guó)工業(yè)界開(kāi)始啟動(dòng)了PROFIBUS聯(lián)合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。由這個(gè)聯(lián)合體開(kāi)發(fā)的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)成為德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即DIN E 19245[2] PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)。于1996年，德國(guó)的國(guó)家現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)成為國(guó)際性標(biāo)準(zhǔn)，即歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50170。2022年3月，PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)被批準(zhǔn)為國(guó)際 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的組成部分（TYPEIII）。PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是一種國(guó)際化、開(kāi)放式異步通訊標(biāo)準(zhǔn)，于1996年被批準(zhǔn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 PROFIBUS主要由PROFIBUSFMS、PROFIBUSPA和PROFIBUSDP等三部分組成，PROFIBUS已經(jīng)廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化等。PROFIBUSDP是一種高速低成本通訊，主要應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備級(jí)傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線(xiàn)（EIA RS485），使用PROFIBUS技術(shù)的核心公司有SIEMENS、E+H和SOFTING等。PROFIBUS基于三菱FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)14DP的實(shí)時(shí)性遠(yuǎn)高于其他局域網(wǎng)，因而特別適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。它的缺陷是，若向網(wǎng)中增刪站點(diǎn)，就要重新初始化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)各站重新排序。S7200PLC只能作為PROFIBUSDP從站，但是S7200PLC是可以獨(dú)立編程和完成控制的，又把PROFIBUSDP技術(shù)的應(yīng)用更擴(kuò)展一步。 PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)圖14 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)圖從圖中可以看出，采用PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的控制系統(tǒng)可以分成現(xiàn)場(chǎng)控制層、監(jiān)控層和企業(yè)管理層三層?，F(xiàn)場(chǎng)控制層現(xiàn)場(chǎng)控制層由現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)智能儀表、遠(yuǎn)程I/O 和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成?，F(xiàn)場(chǎng)控制涉及PROFIBUS 協(xié)議 PROFIBUSDP 和PROFIBUSPA 兩個(gè)部分。PROFIBUSDP 是高速網(wǎng)絡(luò)，通訊速率達(dá)到12M 。PROFIBUSDP 可以連接遠(yuǎn)程I/O 、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、智能馬達(dá)控制器、人機(jī)界面HMI 、閥門(mén)定位器、變頻器等智能設(shè)備，一條PROFIBUSDP 總線(xiàn)可以最多連接123 個(gè)從站設(shè)備。PROFIBUSDP 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是總線(xiàn)型、星型和樹(shù)型，通訊介質(zhì)可以是屏蔽雙絞線(xiàn)、光纖，也支持紅外傳輸，采用雙絞線(xiàn)時(shí)， 公里，最多可以采用9 個(gè)中繼器，最遠(yuǎn)通訊距離可達(dá)9 公里。采用光纖時(shí)，最遠(yuǎn)通訊距離可達(dá)100 基于三菱FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)15公里以上，其中采用多膜光纖，兩點(diǎn)間最遠(yuǎn)距離可達(dá)3 公里，采用單膜光纖時(shí)，兩點(diǎn)間最遠(yuǎn)距離可達(dá)3 公里。PROFIBUSPA 是低速現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接、總線(xiàn)型、混合型、樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。PROFIBUSPA 主要用于連接現(xiàn)場(chǎng)智能儀表，如壓力、溫度、液位、流量等變送器及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。可以采用屏蔽雙絞線(xiàn)電纜，也可采用非屏蔽雙絞線(xiàn)電纜，可通過(guò)總線(xiàn)供電。監(jiān)控層監(jiān)控層由高速工業(yè)以太網(wǎng)以及連接在總線(xiàn)上的擔(dān)任監(jiān)控作務(wù)的工作站或顯示操作站、工程師站、PLC/DCS 控制器組成。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)的通訊速率也在不斷提高，目前工業(yè)級(jí)的千兆以太網(wǎng)已經(jīng)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域大量應(yīng)用。企業(yè)管理層企業(yè)管理層由各種服務(wù)器和客戶(hù)機(jī)組成，主要由SIS、MIS 和ERP 系統(tǒng)構(gòu)成。其主要目的是在分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，將電廠各工藝段（例如DCS 系統(tǒng)、輔機(jī)程控系統(tǒng)等）的數(shù)據(jù)和信息（如過(guò)程數(shù)據(jù)、報(bào)警信息和設(shè)備狀態(tài)等）進(jìn)行匯總，從而集成企業(yè)的各種信息，實(shí)現(xiàn)與Inter 的連接，完成管理、決策和商務(wù)應(yīng)用的各種功能。通過(guò)管理層，公司和集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并通過(guò)授權(quán)還可以對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)。 PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)(1)開(kāi)放性PROFIBUS 是一個(gè)完全開(kāi)放的、與制造商無(wú)關(guān)的、無(wú)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，全球有超過(guò)250 家公司可以生產(chǎn)超過(guò)2022 種支持PROFIBUS 的系統(tǒng)和設(shè)備。PROFIBUS 的開(kāi)放性保證了不同制造廠商的產(chǎn)品的互連，例如西門(mén)子公司的DCS 或PLC 可以通過(guò)PROFIBUS 連接第三方的遠(yuǎn)程I/O、智能設(shè)備和儀表，這些連接只需要產(chǎn)品制造商提供相應(yīng)的GSD 文件或EDD 文件，然后進(jìn)行簡(jiǎn)單組態(tài)即可實(shí)現(xiàn)。目前國(guó)際知名的自動(dòng)化系統(tǒng)制造商如：SIEMENS 基于三菱FX2N_PLC的空壓站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)1ABB、EMERSON 等和知名的儀表制造商如：SIEMENS 、EMERSON 等都可以提供豐富的支持PROFIBUS 的產(chǎn)品。在電力行業(yè)知名的DCS 制造商如：SIEMENS 、ABB 、EMERSON 、FOXBORO 等都支持PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，知名的PLC 品牌如：SIEMENS 、MODICON 、AB 也都可以支持PROFIBUS 總線(xiàn)。(2)可靠性PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)已安裝運(yùn)行節(jié)點(diǎn)數(shù)超過(guò)1000 萬(wàn)個(gè)，大大高于其它現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)。PROFIBUS 是IEC61158 的重要組成部分，并于2022 年成為中國(guó)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB/T 。PROFIBUS 的可靠性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：?PROFIBUS 總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)傳輸是完全基于數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)的，這樣可以大幅提高信號(hào)傳輸過(guò)程中的抗干擾能力。?采用PROFIBUS 總線(xiàn)直接連接現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備，可以減少大量接線(xiàn)點(diǎn)，減少了由于接線(xiàn)不牢或接線(xiàn)不規(guī)范引起的故障。?PROFIBUS 連接智能設(shè)備，減少了A/D 轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)，提高了自動(dòng)化系統(tǒng)的采集精度，為精確控制提供保障。?PROFIBUS 上各設(shè)備的連接非常簡(jiǎn)單，并可以通過(guò)專(zhuān)用剝線(xiàn)工具和PROFIBUS 接頭，減少接線(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)PROFIBUS 接頭可以保證總線(xiàn)上任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障不影響系統(tǒng)通訊。? 支持冗余總線(xiàn)系統(tǒng)，提高系統(tǒng)可靠性。(3)靈活擴(kuò)展采用PROFIBUS 總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，擴(kuò)展非常方便靈活，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：? 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活，可以支持總線(xiàn)型、星型、樹(shù)型、冗余環(huán)