西門子模塊6ES7322-5HF00-0AB0

　1 DCS系統的模型

　　DCS控制系統是控制技術、計算機技術、通信技術及圖形顯示技術相結合的產物，其一般的體系結構見圖1。由圖1 DCS控制系統模型框圖可知，DPU指的是分布處理單元。DCS控制系統的體系結構分為3層：過程控制層、監控層和管理層。其中過程控制層是DCS系統控制的基礎，其設備的主要功能是控制接口、現場控制單元、檢測儀表和執行機構;監控層主要由監控計算機、高級操作站和接口裝置構成，主要負責操作監視、系統報警、趨勢顯示及系統診斷等功能;管理層主要由管理計算機組成，負責整個系統的管理工作。

　　DCS控制系統的冗余設置大部分都與過程控制層和監控層有關，因此大部分的冗余技術都與過程控制層相關。下面結合*新的基于ARM控制器的分布式處理單元，對DCS控制系統中采用的冗余技術中的分布處理單元冗余和網絡冗余進行討論。

　　2 基于ARM的分布處理單元結構

　　基于ARM的分布處理單元的結構框圖見圖2，這和一般的分布處理單元的結構非常相似。這里主要把處理單元分為6部分：ARM控制器、上層網絡模塊、電源管理模塊、存儲器模塊、低層網絡模塊和時鐘模塊。ARM控制器和存儲模塊組成了*基本的嵌入式系統，整個DCS控制系統的數據處理和控制策略都是在這里處理的。上層網絡模塊主要是指和管理層通信的主/冗余網絡和一個實現主/冗余分布處理單元進行數據交換的網絡，這部分的主要功能是完成管理層對DCS控制系統的實時檢測和實現主/冗余分布處理單元的數據冗余。底層的網絡模塊是由分為主次的2條485網絡組成，此模塊主要實現ARM控制器的I/O卡件之間的數據通信。存儲器模塊可分為兩部分，一部分用來管理存放操作系統，另一部分用來管理存放實時數據。電源模塊和時鐘模塊分別實現電源的管理和時鐘的管理。

　　3 控制器冗余

　　分布式處理單元的冗余根據冗余度可以分為冗余度為1∶1和1∶n兩種情況。這在每個DCS廠家的產品中是不同的。這兩種方式各有優缺點。這里介紹的是冗余度為1∶1的冗余設置。

　　分布處理單元冗余度為1∶1，就是將2塊組態*一樣的控制器設置成冗余方式。在投入運行時，若出現故障，兩分布處理單元之間能實現無擾動切換，保證系統的正常運行。

　　本系統所采用的分布處理單元均帶3個網絡接口，其中2個網口分別連接到A網和B網，實現各工作站點間的數據通信，第3個網口通過對等網數據連接子分布處理單元間(對等網數據現可選用光纖作傳輸介質)，用來傳輸主、從分布處理單元之間的備份數據;分布處理單元之間的狀態信息由串口傳輸。冗余分布處理單元與網絡的連接見圖3。

　目前的網絡控制器都提供了命令、診斷、配置和狀態寄存器，通過讀寫這些寄存器，便可以區分上述5種情況。當系統運行時，各種因素都可能存在，為了在線反映網絡各節點的運行狀態，每個節點可以設置一張網絡狀態表，記錄各節點上每塊網卡的運行狀態。當某節點上1塊或2塊網卡的狀態改變時，其他節點應能在盡可能短的時間內知道。為此，每個節點的2塊網卡需要定時廣播1個測試包，表明該節點的網卡存在。其他節點收到此包時，修改網絡狀態表中此節點上相應網卡的狀態。然而在運行過程中，如果某節點的1塊網卡離線，它將既不能接收、也不能發送。而在此之前，它已在其他節點的網絡狀態表上登記了，其他節點將認為該網卡存在且正常，顯然沒有反映網卡運行的真正狀態。為了準確反映網卡的狀態，每個節點的2塊網卡定時廣播測試包的同時，將本節點的網絡狀態表中所有網卡狀態計數加1，直到*大值LIMIT。每當收到某節點的測試包時，將該節點相應網卡的狀態計數清為0。這樣，保證狀態數小于*大值LIMIT和定時廣播周期就可以在線實時監視網絡的運行，準確反映節點所處的狀態。在2個網絡之間還可以添加具有路由功能的網間傳輸設備，當2個網絡同時出現故障時，網間傳輸設備也能自動尋找可行路徑，組成1個環路，保持系統的正常通信。

　　對于測試包的廣播，只要本節點上的網卡在線運行，即從相應的鏈路發送，測試包發送完畢之后，根據網絡狀態表，可以選擇一條正常運行的節點數較少的，負荷較輕的鏈路，用于數據包發送。雙網的工作流程見圖4。

6ES7   307-1BA01-0AA0電源模塊(2A)6ES7 307-1EA01-0AA0電源模塊(5A)6ES7 307-1KA02-0AA0電源模塊(10A)CPU
6ES7   312-1AE13-0AB0CPU312，32K內存6ES7 312-1AE14-0AB0
6ES7 312-5BE03-0AB0
6ES7312-5BF04-0AB0CPU312C，32K內存   10DI/6DO6ES7 313-5BF03-0AB0
6ES7313-5BG04-0AB0CPU313C，64K內存   24DI/16DO / 4AI/2AO6ES7 313-6BF03-0AB0
6ES7313-6BG04-0AB0CPU313C-2PTP，64K內存   16DI/16DO6ES7 313-6CF03-0AB0
6ES7313-6CG04-0AB0CPU313C-2DP，64K內存   16DI/16DO6ES7 313-6CF03-0AM0CPU313C-2DP，64K內存   16DI/16DO組合件（6ES7 313-6CF03-0AB0+6ES7 392-1AM00-0AA0）6ES7 314-1AG13-0AB0CPU314,96K內存6ES7 314-1AG14-0AB0CPU314,128K內存6ES7 314-6BG03-0AB0
6ES7314-6BH04-0AB0CPU314C-2PTP   96K內存 24DI/16DO / 4AI/2AO6ES7 314-6CG03-0AB0
6ES7314-6CH04-0AB0CPU314C-2DP   96K內存 24DI/16DO / 4AI/2AO6ES7 314-6EH04-0AB0CPU314C-2PN/DP   192K內存/24DI/16DO/ 4AI/2AO6ES7 314-6CG03-9AM0CPU314C-2DP   96K內存 24DI/16DO / 4AI/2AO組合件(6ES7 314-6CG03-0AB0+6ES7 392-1AM00-0AA0*2)6ES7 315-2AG10-0AB0CPU315-2DP,   128K內存6ES7 315-2AH14-0AB0CPU315-2DP,   256K內存6ES7 315-2EH13-0AB0
6ES7315-2EH14-0AB0CPU315-2   PN/DP, 256K內存6ES7 317-2AJ10-0AB0
6ES7317-2AK14-0AB0CPU317-2DP,512K內存6ES7 317-2EK13-0AB0
6ES7317-2EK14-0AB0CPU317-2   PN/DP,1MB內存6ES7 318-3EL00-0AB0
6ES7318-3EL01-0AB0CPU319-3PN/DP,1.4M內存

PLC也是基于計算機的技術，并日益完善。故它也*可以用于數字量控制。

PLC可接收計數脈沖，頻率可高達幾k到幾十k赫茲。可用多種方式接收這脈沖，還可多路接收。有的PLC還有脈沖輸出功能，脈沖頻率也可達幾十k。有了這兩種功能，加上PLC有數據處理及運算能力，若再配備相應的傳感器（如旋轉編碼器）或脈沖伺服裝置（如環形分配器、功放、步進電機），則*可以依NC的原理實現種種控制。

高、中檔的PLC，還開發有NC單元，或運動單元，可實現點位控制。運動單元還可實現曲線插補，可控制曲線運動。所以，若PLC配置了這種單元，則*可以用NC的辦法，進行數字量的控制。

新開發的運動單元，甚至還發行了NC技術的編程語言，為更好地用PLC進行數字控制提供了方便。

3.4用于數據采集

隨著PLC技術的發展，其數據存儲區越來越大。如德維森公司的PLC，其數據存儲區（DM區）可達到9999個字。這樣龐大的數據存儲區，可以存儲大量數據。

數據采集可以用計數器，累計記錄采集到的脈沖數，并定時地轉存到DM區中去。

數據采集也可用A/D單元，當模擬量轉換成數字量后，再定時地轉存到DM區中去。

PLC還可配置上小型打印機，定期把DM區的數據打出來。

PLC也可與計算機通訊，由計算機把DM區的數據讀出，并由計算機再對這些數據作處理。這時，PLC即成為計算機的數據終端。

 西門子模塊6ES7322-5HF00-0AB0

詳細介紹編輯

1．SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業，各種場合中的自動檢測、監測及控制等。S7-200 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網絡都能實現復雜的控制功能。 S7-200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。

2．SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模塊化小型PLC系統，能滿足中等性能要求的應用。各種單獨
西門子PLC之S7家族西門子PLC之S7家族

的模塊之間可進行廣泛組合構成不同要求的系統。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結構，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運算速度；用浮點數運算比較有效地實現了更為復雜的算術運算；一個帶標準用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數賦值；方便的人機界面服務已經集成在S7-300操作系統內，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（HMI）從S7-300中取得數據，S7-300按用戶的刷新速度傳送這些數據。S7-300操作系統自動地處理數據的傳送；CPU的智能化的診斷系統連續監控系統的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術機密，防止未經允許的復制和修改；S7-300 PLC設有操作方式選擇開關，操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出，當鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強大的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態功能，這使得組態非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業以太網總線系統；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統。西門子模塊6ES7322-1HH01-0AA0

3． SIMATIC S7-400 PLC S7-400 PLC是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。 S7-400 PLC采用模塊化無風扇的設計，可靠耐用，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據需要組合成不同的系統。當控制系統規模擴大或升級時，只要適當地增加一些模板，便能使系統升級和充分滿足需要。

4工作原理編輯

當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執行上述三個階段。

輸入采樣

在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入I/O映象區中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

用戶程序執行

在用戶程序執行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。

即，在用戶程序執行過程中，只有輸入點在I/O映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或系統RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。

輸出刷新

當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。

同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執行的結果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運行結果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運行的結果有所區別。當然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區別了。

DI：數字量輸入模塊，DO：數字量輸出模塊，AI：模擬量輸入模塊，AO：模擬量輸出模塊

7-CPU模塊

S7-CPU模塊可分為緊湊型、標準型、革新型、戶外型、故障安全型、特種型CPU。

CPU312C表示是緊湊型CPU；

CPU313C-2DP表示集成了PROFIBUS-DP協議的緊湊型CPU；

CPU314-2PtP表示集成了點到點協議的緊湊型CPU；

CPU313表示標準型CPU；

CPU312IFM表示戶外型CPU；

CPU317-2DP表示集成了PROFIBUS-DP協議的特種型CPU；

的運行模式