西門子模塊6ES7322-5HF00-0AB0

　1 DCS系統(tǒng)的模型

　　DCS控制系統(tǒng)是控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)及圖形顯示技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其一般的體系結(jié)構(gòu)見圖1。由圖1 DCS控制系統(tǒng)模型框圖可知，DPU指的是分布處理單元。DCS控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)分為3層：過程控制層、監(jiān)控層和管理層。其中過程控制層是DCS系統(tǒng)控制的基礎(chǔ)，其設(shè)備的主要功能是控制接口、現(xiàn)場控制單元、檢測儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu);監(jiān)控層主要由監(jiān)控計算機(jī)、高級操作站和接口裝置構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)操作監(jiān)視、系統(tǒng)報警、趨勢顯示及系統(tǒng)診斷等功能;管理層主要由管理計算機(jī)組成，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的管理工作。

　　DCS控制系統(tǒng)的冗余設(shè)置大部分都與過程控制層和監(jiān)控層有關(guān)，因此大部分的冗余技術(shù)都與過程控制層相關(guān)。下面結(jié)合*新的基于ARM控制器的分布式處理單元，對DCS控制系統(tǒng)中采用的冗余技術(shù)中的分布處理單元冗余和網(wǎng)絡(luò)冗余進(jìn)行討論。

　　2 基于ARM的分布處理單元結(jié)構(gòu)

　　基于ARM的分布處理單元的結(jié)構(gòu)框圖見圖2，這和一般的分布處理單元的結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)模塊、電源管理模塊、存儲器模塊、低層網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)，整個DCS控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和控制策略都是在這里處理的。上層網(wǎng)絡(luò)模塊主要是指和管理層通信的主/冗余網(wǎng)絡(luò)和一個實現(xiàn)主/冗余分布處理單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)，這部分的主要功能是完成管理層對DCS控制系統(tǒng)的實時檢測和實現(xiàn)主/冗余分布處理單元的數(shù)據(jù)冗余。底層的網(wǎng)絡(luò)模塊是由分為主次的2條485網(wǎng)絡(luò)組成，此模塊主要實現(xiàn)ARM控制器的I/O卡件之間的數(shù)據(jù)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(tǒng)，另一部分用來管理存放實時數(shù)據(jù)。電源模塊和時鐘模塊分別實現(xiàn)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(jù)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(chǎn)品中是不同的。這兩種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。這里介紹的是冗余度為1∶1的冗余設(shè)置。

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

　　本系統(tǒng)所采用的分布處理單元均帶3個網(wǎng)絡(luò)接口，其中2個網(wǎng)口分別連接到A網(wǎng)和B網(wǎng)，實現(xiàn)各工作站點(diǎn)間的數(shù)據(jù)通信，第3個網(wǎng)口通過對等網(wǎng)數(shù)據(jù)連接子分布處理單元間(對等網(wǎng)數(shù)據(jù)現(xiàn)可選用光纖作傳輸介質(zhì))，用來傳輸主、從分布處理單元之間的備份數(shù)據(jù);分布處理單元之間的狀態(tài)信息由串口傳輸。冗余分布處理單元與網(wǎng)絡(luò)的連接見圖3。

　目前的網(wǎng)絡(luò)控制器都提供了命令、診斷、配置和狀態(tài)寄存器，通過讀寫這些寄存器，便可以區(qū)分上述5種情況。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時，各種因素都可能存在，為了在線反映網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，每個節(jié)點(diǎn)可以設(shè)置一張網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)表，記錄各節(jié)點(diǎn)上每塊網(wǎng)卡的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)某節(jié)點(diǎn)上1塊或2塊網(wǎng)卡的狀態(tài)改變時，其他節(jié)點(diǎn)應(yīng)能在盡可能短的時間內(nèi)知道。為此，每個節(jié)點(diǎn)的2塊網(wǎng)卡需要定時廣播1個測試包，表明該節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)卡存在。其他節(jié)點(diǎn)收到此包時，修改網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)表中此節(jié)點(diǎn)上相應(yīng)網(wǎng)卡的狀態(tài)。然而在運(yùn)行過程中，如果某節(jié)點(diǎn)的1塊網(wǎng)卡離線，它將既不能接收、也不能發(fā)送。而在此之前，它已在其他節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)表上登記了，其他節(jié)點(diǎn)將認(rèn)為該網(wǎng)卡存在且正常，顯然沒有反映網(wǎng)卡運(yùn)行的真正狀態(tài)。為了準(zhǔn)確反映網(wǎng)卡的狀態(tài)，每個節(jié)點(diǎn)的2塊網(wǎng)卡定時廣播測試包的同時，將本節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)表中所有網(wǎng)卡狀態(tài)計數(shù)加1，直到*大值LIMIT。每當(dāng)收到某節(jié)點(diǎn)的測試包時，將該節(jié)點(diǎn)相應(yīng)網(wǎng)卡的狀態(tài)計數(shù)清為0。這樣，保證狀態(tài)數(shù)小于*大值LIMIT和定時廣播周期就可以在線實時監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，準(zhǔn)確反映節(jié)點(diǎn)所處的狀態(tài)。在2個網(wǎng)絡(luò)之間還可以添加具有路由功能的網(wǎng)間傳輸設(shè)備，當(dāng)2個網(wǎng)絡(luò)同時出現(xiàn)故障時，網(wǎng)間傳輸設(shè)備也能自動尋找可行路徑，組成1個環(huán)路，保持系統(tǒng)的正常通信。

　　對于測試包的廣播，只要本節(jié)點(diǎn)上的網(wǎng)卡在線運(yùn)行，即從相應(yīng)的鏈路發(fā)送，測試包發(fā)送完畢之后，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)表，可以選擇一條正常運(yùn)行的節(jié)點(diǎn)數(shù)較少的，負(fù)荷較輕的鏈路，用于數(shù)據(jù)包發(fā)送。雙網(wǎng)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(nèi)存6ES7 312-1AE14-0AB0
6ES7 312-5BE03-0AB0
6ES7312-5BF04-0AB0CPU312C，32K內(nèi)存   10DI/6DO6ES7 313-5BF03-0AB0
6ES7313-5BG04-0AB0CPU313C，64K內(nèi)存   24DI/16DO / 4AI/2AO6ES7 313-6BF03-0AB0
6ES7313-6BG04-0AB0CPU313C-2PTP，64K內(nèi)存   16DI/16DO6ES7 313-6CF03-0AB0
6ES7313-6CG04-0AB0CPU313C-2DP，64K內(nèi)存   16DI/16DO6ES7 313-6CF03-0AM0CPU313C-2DP，64K內(nèi)存   16DI/16DO組合件（6ES7 313-6CF03-0AB0+6ES7 392-1AM00-0AA0）6ES7 314-1AG13-0AB0CPU314,96K內(nèi)存6ES7 314-1AG14-0AB0CPU314,128K內(nèi)存6ES7 314-6BG03-0AB0
6ES7314-6BH04-0AB0CPU314C-2PTP   96K內(nèi)存 24DI/16DO / 4AI/2AO6ES7 314-6CG03-0AB0
6ES7314-6CH04-0AB0CPU314C-2DP   96K內(nèi)存 24DI/16DO / 4AI/2AO6ES7 314-6EH04-0AB0CPU314C-2PN/DP   192K內(nèi)存/24DI/16DO/ 4AI/2AO6ES7 314-6CG03-9AM0CPU314C-2DP   96K內(nèi)存 24DI/16DO / 4AI/2AO組合件(6ES7 314-6CG03-0AB0+6ES7 392-1AM00-0AA0*2)6ES7 315-2AG10-0AB0CPU315-2DP,   128K內(nèi)存6ES7 315-2AH14-0AB0CPU315-2DP,   256K內(nèi)存6ES7 315-2EH13-0AB0
6ES7315-2EH14-0AB0CPU315-2   PN/DP, 256K內(nèi)存6ES7 317-2AJ10-0AB0
6ES7317-2AK14-0AB0CPU317-2DP,512K內(nèi)存6ES7 317-2EK13-0AB0
6ES7317-2EK14-0AB0CPU317-2   PN/DP,1MB內(nèi)存6ES7 318-3EL00-0AB0
6ES7318-3EL01-0AB0CPU319-3PN/DP,1.4M內(nèi)存

PLC也是基于計算機(jī)的技術(shù)，并日益完善。故它也*可以用于數(shù)字量控制。

PLC可接收計數(shù)脈沖，頻率可高達(dá)幾k到幾十k赫茲?？捎枚喾N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(dá)幾十k。有了這兩種功能，加上PLC有數(shù)據(jù)處理及運(yùn)算能力，若再配備相應(yīng)的傳感器（如旋轉(zhuǎn)編碼器）或脈沖伺服裝置（如環(huán)形分配器、功放、步進(jìn)電機(jī)），則*可以依NC的原理實現(xiàn)種種控制。

高、中檔的PLC，還開發(fā)有NC單元，或運(yùn)動單元，可實現(xiàn)點(diǎn)位控制。運(yùn)動單元還可實現(xiàn)曲線插補(bǔ)，可控制曲線運(yùn)動。所以，若PLC配置了這種單元，則*可以用NC的辦法，進(jìn)行數(shù)字量的控制。

新開發(fā)的運(yùn)動單元，甚至還發(fā)行了NC技術(shù)的編程語言，為更好地用PLC進(jìn)行數(shù)字控制提供了方便。

3.4用于數(shù)據(jù)采集

隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，其數(shù)據(jù)存儲區(qū)越來越大。如德維森公司的PLC，其數(shù)據(jù)存儲區(qū)（DM區(qū)）可達(dá)到9999個字。這樣龐大的數(shù)據(jù)存儲區(qū)，可以存儲大量數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)采集可以用計數(shù)器，累計記錄采集到的脈沖數(shù)，并定時地轉(zhuǎn)存到DM區(qū)中去。

數(shù)據(jù)采集也可用A/D單元，當(dāng)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再定時地轉(zhuǎn)存到DM區(qū)中去。

PLC還可配置上小型打印機(jī)，定期把DM區(qū)的數(shù)據(jù)打出來。

PLC也可與計算機(jī)通訊，由計算機(jī)把DM區(qū)的數(shù)據(jù)讀出，并由計算機(jī)再對這些數(shù)據(jù)作處理。這時，PLC即成為計算機(jī)的數(shù)據(jù)終端。

 西門子模塊6ES7322-5HF00-0AB0

詳細(xì)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(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200 PLC的強(qiáng)大功能使其無論單機(jī)運(yùn)行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)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(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨(dú)
西門子PLC之S7家族西門子PLC之S7家族

的模塊之間可進(jìn)行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.6~0.1μs）的指令運(yùn)算速度；用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算比較有效地實現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算；一個帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進(jìn)行參數(shù)賦值；方便的人機(jī)界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機(jī)對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機(jī)界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護(hù)可以使用戶高度、有效地保護(hù)其技術(shù)機(jī)密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出，當(dāng)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(qiáng)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(tài)功能，這使得組態(tài)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(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點(diǎn)到點(diǎn)的通信系統(tǒng)；多點(diǎn)接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機(jī)、人機(jī)界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。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(fēng)扇的設(shè)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(jù)需要組合成不同的系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大或升級時，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要。

4工作原理編輯

當(dāng)PLC投入運(yùn)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(zhí)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(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)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(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)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(zhí)行

在用戶程序執(zhí)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(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。

即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)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(tài)或數(shù)據(jù)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(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。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(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時間對整個運(yùn)行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。

DI：數(shù)字量輸入模塊，DO：數(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(xié)議的緊湊型CPU；

CPU314-2PtP表示集成了點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議的緊湊型CPU；

CPU313表示標(biāo)準(zhǔn)型CPU；

CPU312IFM表示戶外型CPU；

CPU317-2DP表示集成了PROFIBUS-DP協(xié)議的特種型CPU；

的運(yùn)行模式