【導(dǎo)讀】的水平和范圍都發(fā)生了巨大的改變。為適應(yīng)這些變化，控制系統(tǒng)由將所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和。它以網(wǎng)絡(luò)為核心，將分布在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不同位置的站點(diǎn)連接起來，形成了具有分。散控制、集中操作、分級(jí)管理、組態(tài)方便、配置靈活等特點(diǎn)的控制模式。入無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，以解決現(xiàn)場(chǎng)布線困難的問題。在設(shè)備層使用西門子Profibus-DP. 現(xiàn)場(chǎng)總線，現(xiàn)場(chǎng)控制站點(diǎn)和中控室站點(diǎn)采用無(wú)線通信的方式進(jìn)行連接。分布式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)思路、硬件選型、軟件設(shè)計(jì)等詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過程。間的PLC控制程序，在組態(tài)王軟件上開發(fā)了用于上位監(jiān)視系統(tǒng)的交互畫面。表明，PLC控制系統(tǒng)能夠按照要求完成生產(chǎn)任務(wù)。

　　

【正文】 網(wǎng)絡(luò)中的站數(shù)可以超過 1000。對(duì)于管理級(jí)，以太網(wǎng)是主要的網(wǎng)絡(luò)類型，為了連接更遠(yuǎn)的距離，在絕大多數(shù)情況下使用 TCP/IP 協(xié)議。 在單元級(jí)， 處理自動(dòng)化任務(wù)。在該級(jí)別， PLC，操作和監(jiān)控設(shè)備以及 PC 彼此連接。根據(jù)性能要求，主要的網(wǎng)絡(luò)類型是工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線。 現(xiàn)場(chǎng)級(jí)是 PLC 和設(shè)備之間的連接鏈路。在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)使用的設(shè)備提供過程值和消息等，并且也向設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)命令。在大多數(shù)情況下，在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)傳送的數(shù)據(jù)量較小。 在設(shè)備層使用西門子 ProfiBusDP 現(xiàn)場(chǎng)總線 ， 現(xiàn)場(chǎng)控制站點(diǎn)和中控室站點(diǎn)采用無(wú)線通信的方式進(jìn)行連接。主控制器采用西門子 S7300 系列帶有以太網(wǎng)接口的 PLC 模塊 CPU3152PN/DP， 從站使用 ET200M 系統(tǒng) 。 PROFIBUS – DP 的 DP 即 Decentralized Periphery。它具有高速低成本，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式 I/O 的通信。 Profibus是作為德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) DIN 19245 和歐洲標(biāo)準(zhǔn) prEN 50170 的現(xiàn)場(chǎng)總線。 ISO/OSI 模型也是它的參考模型。由 Profibus Dp、 Profibus FMS、 ProfibusPA 組成了 Profibus 系列。 DP 型用于分散外設(shè)間的高速傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用。 Porfibus 支持主 —從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)等幾種傳輸方式。主站具有對(duì)總線的控制權(quán)，可主動(dòng)發(fā)送信息。 用于現(xiàn)場(chǎng)層的高速數(shù)據(jù)傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息?？偩€循環(huán)時(shí)間必須要比主站（ PLC）程序循環(huán)時(shí)間短。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外， PROFIBUSDP 還提供智能化設(shè)備所需的非周期性 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 18 頁(yè) 通信以進(jìn)行組態(tài)．診斷和報(bào)警處理。 傳輸技術(shù)： RS－ 485 雙絞線．雙線電纜或光纜。波特率從 bit/s 到 12M bit/s。 總線存?。焊髦髡鹃g令牌傳遞，主站與從站間為主－從傳送。支持單主或多主系統(tǒng)?？偩€上最多站點(diǎn)（主－從設(shè)備）數(shù)為 126。 Profibus 的理論地址范圍： 0~127（ 127為廣播地址）。最多可用 32 個(gè)主站，總的站數(shù)可達(dá) 127 個(gè)（多主）。 通信：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（用戶數(shù)據(jù)傳送）或廣播（控制指令）。循環(huán)主－從用戶數(shù)據(jù)傳送和非循環(huán)主－主數(shù)據(jù)傳送。 同步：控制指令允許輸入和輸出同步。同步模式：輸出同步；鎖定模式：輸入同步。 功能： DP 主站和 DP 從站間的循環(huán)用戶有數(shù)據(jù)傳送。各 DP 從站的動(dòng)態(tài)激活和可激活。 DP 從站組態(tài)的檢查。強(qiáng)大的診斷功能，三級(jí)診斷診斷信息。輸入或輸出的同步。通過總線給 DP 從站賦予地址。通過部線對(duì) DP 主站（ DPM1）進(jìn)行配置，每 DP從站的輸入和輸出數(shù)據(jù)最大為 244 字節(jié)。 設(shè)備類型：第二類 DP 主站（ DPM2）是可進(jìn)行編程、組態(tài)、 診斷的設(shè)備。第一類 DP 主站（ DPM1）是中央可編程控制器，如 PLC、 PC 等。 DP 從站是帶二進(jìn)制值或模擬量輸入輸出的驅(qū)動(dòng)器、 閥門等；同時(shí)也可以是智能從站，即從站支持可編程，一般智能從站即另外一個(gè) PLC 主機(jī)。 PROFIBUSDP 允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。在同一總線上最多可連接 126 個(gè)站點(diǎn)。每個(gè) PROFIBUSDP 系統(tǒng)可包括以下三種不同類型設(shè)備： ① 一級(jí) DP 主站（ DPM1）：一級(jí) DP 主站是中央控制器，它在預(yù)定的周期內(nèi)與分散的站（如 DP 從 站）交換信息。典型的 DPM1 如 PLC 或 PC。 ②二級(jí) DP 主站（ DPM2）：二級(jí) DP 主站是編程器．組態(tài)設(shè)備或操作面板，在DP 系統(tǒng)組態(tài)操作時(shí)使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。 ③ DP 從站： DP 從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備（ I/O 設(shè)備．驅(qū)動(dòng)器． HMI．閥門等）。 ④單主站系統(tǒng)：在總線系統(tǒng)的運(yùn)行階段，只有一個(gè)活動(dòng)主站。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 19 頁(yè) ⑤ 多主站系統(tǒng)：總線上連有多個(gè)主站。這些主站與各自從站構(gòu)成相互獨(dú)立的子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)包括一個(gè) DPMI．指定的若干從站及可能的 DPM2 設(shè)備。任何一個(gè)主站均可讀取 DP 從站的輸入 /輸出映象 ，但只有一個(gè) DP 主站允許對(duì) DP 從站寫入數(shù)據(jù)。 由于砂石加工廠位于水電站大壩下， 環(huán)境復(fù)雜， 布線困難，因此 中控室和各車間之間采用 無(wú)線通信 ， 使用西門子無(wú)線接入點(diǎn)模塊 SCALANCE W7881RR和 IWLAN/PB LINK PN IO。 SCALANCE W788xPRO/RR 配有一個(gè)以太網(wǎng)端口以及一個(gè)或兩個(gè)無(wú)線 LAN 端口。該設(shè)備適合以下應(yīng)用： ● SCALANCE W788xPRO/RR 在其傳輸范圍內(nèi)將數(shù)據(jù)由一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)不需要連接到有線以太網(wǎng)。 ● SCALANCE W788xPRO/RR 可用作從有線網(wǎng)絡(luò)到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)。 ● SCALANCE W788xPRO/RR 可用作兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的無(wú)線網(wǎng)橋。 ● SCALANCE W788xPRO/RR 也可用作兩個(gè)不同頻段之間的網(wǎng)橋。 本文采用其第一個(gè)應(yīng)用。 IWLAN/PB Link PN IO 是一個(gè)獨(dú)立組件，能夠提供工業(yè)無(wú)線局域網(wǎng)和 PROFIBUS 之間的無(wú)縫連接。將 IWLAN/PB Link PN IO 作為代理服務(wù)器使用，可以更大程度地使用現(xiàn)有 PROFIBUS 設(shè)備，并使其成為 PROFINET 應(yīng)用的一部分。 IWLAN/PB Link PN IO 能夠用于無(wú)線應(yīng)用的 WLAN 天線的 IWLAN，可實(shí)現(xiàn)單無(wú)接點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸。 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 20 頁(yè) 第三章 硬件設(shè)計(jì) PLC 概述 技術(shù)的概念 PLC 即可編程控制器（ Programmable logic Controller），是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。 PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC 技術(shù)的發(fā)展歷史 1968 年美國(guó)通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求。 1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺(tái)可編程控制器，在美國(guó)通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功 。20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。此時(shí)的PLC 為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。 20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn) 算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID 功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 20 世紀(jì) 80 年代至 90年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為 30~40%。在這時(shí)期， PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高， PLC逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS系統(tǒng)。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè) 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 21 頁(yè) 時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。 PLC 的發(fā)展趨勢(shì) 功能向增強(qiáng)化和專業(yè)化的方向發(fā)展，針對(duì)不同行業(yè)的應(yīng)用特點(diǎn)，開發(fā)出專業(yè)化 的 PLC 產(chǎn)品。以此來提高產(chǎn)品的性能和降低產(chǎn)品的成本，提高產(chǎn)品的易用性和專業(yè)化水平。 規(guī)模向小型化和大型化的方向發(fā)展，小型化是指提高系統(tǒng)可靠性基礎(chǔ)上，產(chǎn)品的體積越來越小，功能越來 越強(qiáng)；大型化是指應(yīng)用在工業(yè)過程控制領(lǐng)域較大的應(yīng)用市場(chǎng)，應(yīng)用的規(guī)模從幾十點(diǎn)擴(kuò)展到上千點(diǎn)，應(yīng)用功能從單一的邏輯運(yùn)算擴(kuò)展幾乎能滿足所有的用戶要求。 系統(tǒng)向標(biāo)準(zhǔn)化和開放化方向發(fā)展，以個(gè)人計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，在 windows 平臺(tái)上開發(fā)符合全新一體化開放體系結(jié)構(gòu)的 PLC。通過提供標(biāo)準(zhǔn)化和開放化的接口，可以很方便地將 PLC 接入其它系統(tǒng)。 PLC 的功能特點(diǎn) PLC 的功能 隨著自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅速發(fā)展， PLC 的功能日益增多。它不僅能實(shí)現(xiàn)單機(jī)控制，而且能實(shí)現(xiàn)多機(jī)群控制；不僅能實(shí) 現(xiàn)邏輯控制，還能實(shí)現(xiàn)過程控制、運(yùn)動(dòng)控制和數(shù)據(jù)處理等，其主要功能如下： 開關(guān)量邏輯控制 這是 PLC 的最基本的功能。 PLC 具有強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力，它提供了與、或、非等各種邏輯指令，可實(shí)現(xiàn)繼電器觸點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)和串并聯(lián)等各種連接的開關(guān)控制，常用于取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。使用 PLC 提供的定時(shí)、計(jì)數(shù)指令，可實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)功能，其定時(shí)值和計(jì)數(shù)值既可由用戶在編程時(shí)設(shè)定，也可用數(shù)字撥碼開關(guān)來設(shè)定， 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 22 頁(yè) 其值可進(jìn)行在線修改，操作十分靈活方便。 模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液 位和速度等都是模擬量。 PLC 提供了各種智能模塊，如模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊、熱電阻用模擬量輸入模塊、熱電阻用模擬量輸出模塊等，通過使用這些模塊，把現(xiàn)場(chǎng)輸入的模擬量經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后送 CPU 處理；而 CPU 處理的數(shù)字結(jié)果，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換成模擬量去控制被控設(shè)備，以完成對(duì)連續(xù)量的控制。 閉環(huán)過程控制 使用 PLC 不僅可以對(duì)模擬量進(jìn)行開環(huán)控制，而且還可以進(jìn)行閉環(huán)控制。配置 PID控制單元或模塊，對(duì)控制過程中某一變量（如速度、溫度、電流、電壓等）進(jìn)行 PID控制。 定時(shí)、定位、計(jì)數(shù)控制 PLC 具有定時(shí)控制的功能，它為用戶提供了若干個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器的時(shí)間可以由用戶在編寫程序時(shí)設(shè)定，也可以用撥盤開關(guān)在外部設(shè)定，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或延時(shí)控制。定位控制是 PLC 不可缺少的控制功能之一。 PLC 提供了定位模塊、脈沖輸出模塊等智能模塊，以實(shí)現(xiàn)各種需求的定位控制。 PLC 具有計(jì)數(shù)控制的功能，它為用戶提供了若干個(gè)計(jì)數(shù)器或高速計(jì)數(shù)模塊。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可以由用戶在編寫程序時(shí)設(shè)定，也可以用撥盤開關(guān)在外部設(shè)定，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)控制。 順序（步進(jìn)）控制 在工業(yè)控制中，選用 PLC 實(shí)現(xiàn)順序控制，可以采用 IEC 規(guī)定的用于順序控制的標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ) 言 —— 順序功能圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以用移位寄存器和順序控制指令編寫程序。 網(wǎng)絡(luò)通信 現(xiàn)代 PLC 具有網(wǎng)絡(luò)通信的功能，它既可以對(duì)遠(yuǎn)程 I/O 進(jìn)行控制，又能實(shí)現(xiàn) PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信，從而構(gòu)成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。 PLC 通過 RS232 接口可與各種 RS232 設(shè)備進(jìn)行通信。 PLC 還可與其它智能控制設(shè)備（如變頻器、數(shù)控裝置）實(shí)現(xiàn)通信。 PLC 與變頻器組成聯(lián)合控制系統(tǒng)，可提 設(shè)計(jì)（論文）專用紙 第 23 頁(yè) 高交流電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)化控制水平。 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。 這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼? PLC 的特點(diǎn) 通用性強(qiáng)、靈活性好、功能齊全 PLC 是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，具有面向工業(yè)控制的鮮明特 點(diǎn)。通過選配相應(yīng)的控制模塊便可適用于各種不同的工業(yè)控制系統(tǒng)。同時(shí)，由于 PLC 采用存儲(chǔ)邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，當(dāng)生產(chǎn)工藝改變或生產(chǎn)設(shè)備更新時(shí)，不必改變 PLC 的硬件，只需改變程序，改變控制邏輯，其連線少，體積小，加之 PLC 中每只軟繼電器的觸點(diǎn)數(shù)理論上無(wú)限制，因此，靈活性和擴(kuò)展性都很好。 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 為了確保 PLC 在惡劣的工業(yè)環(huán)境下能可靠的工作。在設(shè)計(jì)中強(qiáng)化了 PLC 的抗干擾能力，使之能抗諸如電噪聲、電源波動(dòng)、振動(dòng)、