【正文】 ⑸.智能式I/O：智能式I/O自帶有處理器，對(duì)輸入/輸出信號(hào)先進(jìn)行預(yù)處理，將其吃力結(jié)果送入CPU或直接輸出，它能提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。 一些廠家通過提供特殊模擬接口來接受低電平信號(hào)（如RTD、熱偶電阻等）一般這類接口能同時(shí)接受同一模塊上的不同類型熱電偶或RTD得混合信號(hào)。這些接口能測(cè)量流量、壓力、溫度等模擬那個(gè)的數(shù)值，并用于控制電壓或電流輸出設(shè)備。三、允許同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮整過模塊的帶負(fù)載能力，允許最大電流不能超過模塊的規(guī)定電流。但是有繼電器有觸電，壽命短，響應(yīng)慢等缺點(diǎn)，適用于動(dòng)作不頻繁的負(fù)載；二、輸出電流的選擇。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出。一般同時(shí)接入點(diǎn)數(shù)不超過總數(shù)的60%。距離較遠(yuǎn)的應(yīng)選擇電壓較高的模塊提高可靠性。①選擇開關(guān)量輸入模塊的一般依據(jù)：一根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)與PLC輸入模塊距離的遠(yuǎn)近來選擇電平高低。⑵. 開關(guān)量I/O：標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口用于開關(guān)和傳感器（按鈕、限位開關(guān)）及控制(開/關(guān))設(shè)備（指示燈、報(bào)警器、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)等）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。再根據(jù)實(shí)際需要，選擇相應(yīng)的I/O模塊，包括開關(guān)量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊等。外部設(shè)備或生產(chǎn)過程中的信號(hào)電平種類不一，而PLC CPU處理的信息智能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口還將實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換的功能。通過I/O接口模塊可以檢測(cè)被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，并以這些數(shù)據(jù)做為控制器對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)。通信速度和方式、與上位機(jī)的聯(lián)網(wǎng)功能、調(diào)制解調(diào)等7通信功能支持多種通信協(xié)議對(duì)通信有特殊要求的用戶8診斷功能有內(nèi)診斷和外診斷。根據(jù)不同的應(yīng)用對(duì)象，表31列出了PLC的幾種功能選擇[8]。⑸.在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價(jià)格比的最優(yōu)化機(jī)型。⑶.PLC應(yīng)與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型統(tǒng)一。⑵.PLC處理速度應(yīng)滿足實(shí)時(shí)控制要求：PLC工作時(shí)，從輸入信號(hào)到控制輸出存在滯后，一般在12個(gè)周期后才能反映到輸出端。 CPU及I/O模塊選型依據(jù) ⑴.性能和任務(wù)相適應(yīng)：對(duì)于開關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)控制速度要求不高時(shí)，可選用小型PLC；對(duì)于復(fù)雜的中大型控制系統(tǒng)，如閉環(huán)控制、PID調(diào)節(jié)、通信聯(lián)網(wǎng)等，可選用中大型PLC。根據(jù)超純水處理系統(tǒng)具體要求對(duì)該控制系統(tǒng)的硬件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)?？梢苑浅７奖憷肞LC系統(tǒng)所獨(dú)有功能，實(shí)現(xiàn)廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)在線遠(yuǎn)程診斷功能。這三臺(tái)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步顯示，其中一臺(tái)用于水處理第一和第二段現(xiàn)場(chǎng)控制，一臺(tái)用于水處理第三段現(xiàn)場(chǎng)控制，剩余一臺(tái)用于與廠務(wù)系統(tǒng)連接。上位機(jī)采用ISO和TCP/IP傳輸協(xié)議連接到100MB/s高速工業(yè)以太網(wǎng)而上傳到廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)，便于全廠集中、統(tǒng)一計(jì)算機(jī)控制?？刂葡到y(tǒng)和遠(yuǎn)程I/O控制站之間采用高性能工業(yè)以太網(wǎng)總線傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息可靠、安全、穩(wěn)定的傳輸?？刂葡到y(tǒng)采用冗余方式，通過遠(yuǎn)程I/O方式連接現(xiàn)場(chǎng)需檢測(cè)和控制的點(diǎn)，遠(yuǎn)程I/O由通訊處理器CP4431和I/O模塊構(gòu)成?，F(xiàn)地LCU布置在控制現(xiàn)場(chǎng)，公用LCU布置在控制室。整個(gè)控制系統(tǒng)采用了兩級(jí)控制，第一級(jí)采用了一套冗余PLC控制系統(tǒng)，完成了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和整個(gè)邏輯順序控制。溫度控制器、流量傳感器、液位傳感器、導(dǎo)電度變送器等通過連接電纜連接到分布式I/O模塊層，然后通過ProfibusDP連接到PLC控制器。過程控制分為現(xiàn)場(chǎng)對(duì)象層、I/O模塊層和S7400現(xiàn)場(chǎng)主控控制層。順序控制按照工藝要求對(duì)純水處理系統(tǒng)的各個(gè)單元進(jìn)行先后控制，并對(duì)水質(zhì)出現(xiàn)意外情況時(shí)進(jìn)行單元順序調(diào)整，從而控制整個(gè)制備系統(tǒng)水質(zhì)。根據(jù)超純水處理工藝要求，系統(tǒng)采用順序和過程控制相結(jié)合的方式。PLC控制系統(tǒng)電源由電氣控制室負(fù)責(zé)提供，且配備不斷電系統(tǒng)(UPS)，可以在停電情況下維持系統(tǒng)正常運(yùn)行一段時(shí)間，充分降低了系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)因素。整個(gè)控制系統(tǒng)分為現(xiàn)場(chǎng)控制單元、中心控制單元和上位機(jī)三個(gè)部分。I/。ET200M是在PROFIBUSDP上的被動(dòng)站(從站). ⑻.有源總線模塊設(shè)計(jì):在運(yùn)行過程中能更換模塊⑹.診斷數(shù)據(jù)的集中和分布的分析可運(yùn)行兩種型式的ET200M⑷.保護(hù)等級(jí)IP20ET200M特點(diǎn)：⑴.最多可擴(kuò)展8個(gè)I/O模塊S7/M7主設(shè)備)⑶.電源(如有必要)適合過程控制中危險(xiǎn)區(qū)域使用等特殊模擬量模塊S7300200MET200M（圖210）采用模塊化設(shè)計(jì)，方便安裝于控制柜。ET200M主要有：ET200S、ET200M、ET200IS、ET200X、ET200ECO、ET200L.2．SIMATIC⑸.功能模塊 用于ET200M的附加模塊，如計(jì)數(shù)器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或者定位模塊。集成的安全技術(shù)顯著的減低了接線費(fèi)用。⑶.變頻器ET200X用于電氣傳動(dòng)工程的模塊提供變頻器的所有功能。⑵.啟動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)過適當(dāng)?shù)呐渲?，ET200M能用于閥門控制。能提供鏈接光纖的PREFIBUS網(wǎng)絡(luò)接口，可以節(jié)省昂貴的抗電磁干擾。200分布式I/O 1．ET200的特點(diǎn)ET200M分布式I/O是基于PREFIBUSDP總線的分布式I/O，可以經(jīng)過認(rèn)證的非西門子公司生產(chǎn)的PREFIBUSDP主站協(xié)同運(yùn)行。 SIMATIC②實(shí)時(shí)傳送現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到得數(shù)字/模擬信號(hào)到PLC，再把經(jīng)過PLC處理后的控制信號(hào)傳送到現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器。使用網(wǎng)段耦合器或DP/PA鏈路，可以將PA總線段連接到PROFIBUS DP總線段上。 kbits/s。在單一總線段上運(yùn)行的節(jié)點(diǎn)數(shù)目依賴于所用的電源、總線節(jié)點(diǎn)的能耗、總線電纜和總線系統(tǒng)的擴(kuò)展。通過使用網(wǎng)段耦合器，PROFIBUSPA設(shè)備可以輕松地集成到 PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)中。另外，還使用定義了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備響應(yīng)特性的PA配置文件。4. Profibus PAPROFIBUSPA是為過程處理而特別設(shè)計(jì)的，且允許把傳感器/執(zhí)行器連接到共享的現(xiàn)場(chǎng)總線電纜(也可以用于危險(xiǎn)區(qū)域)。只能在PROFIBUS子網(wǎng)上進(jìn)行使用FMS服務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸。在FMS所提供的服務(wù)當(dāng)中，通過FMS連接，可以完成FMS協(xié)議的讀取、寫入和信息發(fā)布服務(wù)。FMS服務(wù)可以看作是ISO參考模型第七層的一部分。智能從站的一個(gè)特征是：DP主站可以使用的從站輸入和輸出區(qū)域不能與實(shí)際的物理I/O設(shè)備一致，但是必須與由預(yù)處理CPU所虛擬的輸入和輸出區(qū)域一致。智能DP從站(IDP從站)：能預(yù)處理信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備被稱為“智能從站”。西門子ET200M是該類DP從站的典型實(shí)例。根據(jù)所需要的I/O通道數(shù)量和電壓范圍，可以在200B模塊范圍內(nèi)選擇合適的模塊。緊湊型DP從站：緊湊型DP從站使用一種不能更改的I/O結(jié)構(gòu)。二類主站完成非周期性數(shù)據(jù)訪問，如數(shù)據(jù)讀寫、系統(tǒng)配置、故障診斷等，包括操作員工作站(如PC機(jī)加圖形監(jiān)控軟件)、編程器、HMI（人機(jī)界面）等。ProfibusDP主站分為一類主站和二類主站。此外，PROFIBUS DP還提供智能化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所需的非周期性通信以進(jìn)行組態(tài)、診斷和報(bào)警處理及復(fù)雜設(shè)備在運(yùn)行中參數(shù)的確定。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。因此這種PROFIBUS協(xié)議(已經(jīng)為快速數(shù)據(jù)交換進(jìn)行了優(yōu)化)特別適用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的自動(dòng)化系統(tǒng)和分布式I/O設(shè)備之間的通信。DP主站和DP從站之間周期性地交換少量數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換的原因是每個(gè)過程對(duì)象都是由它在所謂的對(duì)象字典(OD)中的特性(數(shù)據(jù)類型、存取保護(hù)、物理地址)所描述的。ALI：位于第7層之上的應(yīng)用層接口(ALI)，構(gòu)成了到應(yīng)用過程的接口。在某些應(yīng)用過程中，還可以通過FMA7把各個(gè)子層的事件和錯(cuò)誤顯示給用戶。PROFIBUS第7層fMA7：與第2層類似，第7層也有現(xiàn)場(chǎng)總線管理(FMA7)。借助于此，才可能訪問一個(gè)應(yīng)用過程的通信對(duì)象。數(shù)據(jù)交換既可是循環(huán)的也可是非循環(huán)的。除了上面 已經(jīng)提到的監(jiān)控連接或數(shù)據(jù)傳輸，LLI還檢查在建立連接期間用于描述一個(gè)邏輯連接通道的所有重要參數(shù)。（4）PROFIBUS第7層。第3—6層在PROFIBUS中沒有具體應(yīng)用，但是這些層要求的任何重要功能都已經(jīng)集成在“低層接口”(LLI)中。此外，第1層和第2層可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤事件會(huì)被傳遞到更高層(FMA7)。PROFIBUS 第2層FMAl／2：第2層的現(xiàn)場(chǎng)總線管理(FMAl／2)完成第2層(MAC)特定的總線參數(shù)的設(shè)定和第1層(PHY)的設(shè)定。為使PROFIBUS從設(shè)備(slave)之間也能傳遞信息，從設(shè)備由主設(shè)備循環(huán)查詢。PROFIBUS采用一種混合訪問方法。（2)PROFIBUS第2層。在線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下采用雙絞線電纜。第1層—PHY：第1層規(guī)定了線路介質(zhì)、物理連接的類型和電氣特性。參照ISO／OSI參考模型，PROFIBUS只包含第l，2,和7層。PROFIBUS 是一種現(xiàn)場(chǎng)總線，因此可以將數(shù)字自動(dòng)化設(shè)備從底級(jí)(傳感器／執(zhí)行器)到中間執(zhí)行級(jí)(單元級(jí))分散開來。Profibus遵循ISO/OSI模型，其通信模型由三層構(gòu)成:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。我們采用的為以西門子PLC為主的控制系統(tǒng)，其CPU、變頻器等都帶有Prefibus接口，所以為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)計(jì)維護(hù)方便，采用了Prefibus 為現(xiàn)場(chǎng)控制總線。FCS用“工作站－現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表”的二層機(jī)構(gòu)完成了集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System, DCS)“操作站－控制站－現(xiàn)場(chǎng)儀表”的三層結(jié)構(gòu)模式，降低了成本，提高了可靠性，且在統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)下可實(shí)現(xiàn)真正的開放式互連系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它既是一個(gè)開放的通信網(wǎng)絡(luò)，又是一種全分布的控制系統(tǒng)。診斷緩沖區(qū)可以保存120個(gè)故障和中斷時(shí)間[7]。第二個(gè)通信接口不支持內(nèi)部節(jié)點(diǎn)通信、等時(shí)線、SYNC/FREEZE功能。S74174H用于程序和用戶數(shù)據(jù)的可擴(kuò)充RAM容量為10MB；它有兩個(gè)PrefibusDP主站總線接口，不能用于接口子模塊和IM467，通過CP可以擴(kuò)展10個(gè)DP主站。S7417H是S7400H容錯(cuò)式自動(dòng)控制系統(tǒng)和S7400F/FH安全型自動(dòng)控制系統(tǒng)CPU，可以編譯和運(yùn)行F用戶程序。S7/C7通信對(duì)象的通信服務(wù)通過集成在系統(tǒng)中的功能塊來進(jìn)行。在自動(dòng)化系統(tǒng)之間，PLC與計(jì)算機(jī)和HMI（人機(jī)接口）站之間，均可以交換數(shù)據(jù)。S7400有很強(qiáng)的通信功能，CPU模塊集成有MPI和DP通信接口，有PrefibusDP和LAN通信的模塊，以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模塊。UR2H機(jī)架用于在一個(gè)機(jī)架上配置完整的S7400冗余系統(tǒng)，也可用于兩個(gè)具有電氣隔離的獨(dú)立運(yùn)行的S7400CPU，每個(gè)均有自己的I/O。S7400的模塊是通過機(jī)架上的總線連接起來的。⑤通過鑰匙開關(guān)和口令實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)；⑥診斷功能強(qiáng)，最新的故障和中斷時(shí)間保存在FIFO緩沖區(qū)。②存儲(chǔ)容量大，4174的 RAM可以擴(kuò)展到16M，裝載存儲(chǔ)器(FEPROM/RAM)可以擴(kuò)展到64M；③I/O擴(kuò)展功能強(qiáng)，可以擴(kuò)展21個(gè)機(jī)架，S74174最多可以擴(kuò)展262144個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)和16384個(gè)模擬點(diǎn)；④有極強(qiáng)的通信能力，容易實(shí)現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)和冗余控制系統(tǒng)，集成的MPI（多點(diǎn)接口）能建立32個(gè)站的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)。S7400為西門子的中高端性能的CPU，采用模塊化設(shè)計(jì)，適用于對(duì)可靠性要求極高的大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)。機(jī)架用于固定模塊、提供模塊工作電壓和實(shí)現(xiàn)局部接地，并通過信號(hào)總線將不同模塊連接。S7400采用大模塊結(jié)構(gòu)，大多數(shù)模塊的尺寸為25mmx290mmx210mm。⑹.電源模塊PLC一般使用AC220V或者DC24V電源，電源模塊用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為DC24V電壓和背板總線上的DC5V電壓，供其他模塊使用。接口模塊就是用來實(shí)現(xiàn)中央機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架之間的通信和提供電力。⑶.功能模塊為了增強(qiáng)PLC的功能，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，減輕CPU的負(fù)擔(dān)，PLC還有各種功能模塊，它們主要用于完成某些對(duì)時(shí)實(shí)性和存儲(chǔ)容量要求很高的控制任務(wù)。在信號(hào)模塊中，用光電耦合器、光敏晶閘管、小型繼電器等器件來隔離PLC的內(nèi)部電路和外部的輸入/輸出電路。CPU模塊內(nèi)部工作電壓一般事5V。 輸入模塊用來接受和采集輸入信號(hào)，開關(guān)量輸入模塊用來接受從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)壓力繼電器等的開關(guān)量輸入信號(hào)；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬電流電壓信號(hào)。⑵.信號(hào)模塊 輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊簡(jiǎn)稱為I/O模塊，開關(guān)量輸入/輸出模塊簡(jiǎn)稱為DI模塊和DO模塊，模擬量輸入/輸出模塊簡(jiǎn)稱為AI/AO模塊，它們統(tǒng)稱為信號(hào)模塊。 圖28模塊式PLC框圖 圖29 PLC邏輯結(jié)構(gòu)圖⑴.CPU模塊CPU模塊主要由微處理芯片和存儲(chǔ)器組成。PLC分為整體式和模塊式兩種。通過CPU模塊或通信模塊上的通信接口，PLC被 連接到通信網(wǎng)絡(luò)上，可以與計(jì)算機(jī)、其他PLC或者其他設(shè)備通信。如圖28；圖29為邏輯結(jié)構(gòu)圖。PLC它又可分為一體式PLC和模塊式PLC。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC基本概念英文稱Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱PLC。系統(tǒng)中不在有整束的電纜，也省去了成千上萬個(gè)線路接點(diǎn)，大大提高系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約了控制電纜。 整個(gè)系統(tǒng)采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)，系統(tǒng)全部控制功能的實(shí)現(xiàn)都由現(xiàn)場(chǎng)總線通訊完成。PLC接受上位機(jī)優(yōu)化控制指令，可以根據(jù)水池水位和設(shè)備出口壓力要求自動(dòng)調(diào)節(jié)相關(guān)泵運(yùn)轉(zhuǎn)頻率以適應(yīng)生產(chǎn)需求。RS485中繼器還可使網(wǎng)段之間相互實(shí)現(xiàn)電氣隔離。如果需要擴(kuò)展總線的長(zhǎng)度或者PROFIBUS從站數(shù)大于32個(gè)時(shí)，就要加入RS485中繼器，RS485中繼器具有信號(hào)放大和再生功能，在一條 PROFIBUS總線上最多可安裝9個(gè)西門子RS485中繼器。電氣網(wǎng)絡(luò)組態(tài)為樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對(duì)于實(shí)時(shí)性要求極高的PROFIBUS DP應(yīng)