西门子6ES7231-7PF22-0XA0一级代理

西门子6ES7231-7PF22-0XA0一级代理

引 言

经济的高速发展，工业技术的不断革新和人民生活水平的不断提高，促进了电力系统的逐步改造，并要求我国电网不断提高其供电率。从1998年至今，城乡电网供电从99.81％提高到99.897％。如今，配电设备市场的发展趋势应是：反应真实快速，高智能化和数字化。

地铁是地下铁道的简称，作为一种立的有轨交通系统，它不受地面道路情况的影响，能够按照设计能力运行，从而快速、、舒适地运送乘客。地铁，，能够实现大运量地要求，具有良好的社会效益，成为现在中大城市改善交通情况的。配电的性要求在地铁行业尤其。一旦停电，地铁无法运行，将导致城市交通的瘫痪。

为了保证运行的性和避免人为的失误，地铁中采用了各种以电子计算机处理技术为的各种自动化设备代替人工的、机械的、电气的行车组织、设备运行和系统。同时为了地铁运行的性，地铁建设中经常采用SA系统作为综合数据采集与监控控制系统，对主变电所、牵引变电所、降压变电所设备系统的遥控、遥信和遥测，实时掌握配电所所有设备的带电情况。

1 　地铁低压配电典型系统构成

地铁的低压配电通常采用典型的双进线一联络结构，其中1QF、2QF为进线开关，3QF为联络开关。正常工作的情况下，进线开关1QF和2QF合闸，分别为I段和II段母线供电。但是当其中一组进线电压跌落时（以1TF电压跌落为例），需要断开1QF。在甩开母线上的三级负荷后，闭合联络开关3QF，此时变压器2TF同时为I、II段母线供电。

2 　地铁低压配电备自投的特点

为了减少母线段断电时间，保证低压电气设备能够顺利运行，减少经济损失，地铁的低压配电系统要求备自投功能。所谓备自投，就是当进线开关因为电压跌落脱扣时，联络开关自动闭合。

但在地铁行业，备自投需要完成三个基本步骤：一，进线开关要脱扣，而且是因为电压跌落而非因为故障脱扣；二，三级负荷甩开；三，联络开关自动闭合。根据复位方式的不同，备自投又分为两种：自投自复和自投手复。自投自复：当进线掉电时，联络开关自动闭合，当进线电压恢复时，联络开关自动断开，进线开关自动闭合。自投手复：顾名思义，则当进线电压恢复时，手动分断母联闭合进线。

3 　PLC备自投的应用与特点

以往的地铁项目，是通过电压继电器，时间继电器和中间继电器等继电器来实现备自投。当电压继电器探测到进线开关的进线侧电压低电压阀值，一般的判断条件为70％额定电压，经过时间继电器的延时，发出命令，令该进线开关脱扣，将信号发送至各三级负荷总开关和联络开关。之所以需要延时，是为了保证电网确实掉电，而不是发生晃电。负荷总开关收到进线的脱扣信号，并确认进线并非因为故障脱扣后，直接跳闸，并将跳闸信号发送至联络开关。联络开关接收到进线和各负荷总开关的脱扣信号后，自动合闸，完成一次备自投的过程。

可见，由继电器搭接而成的备自投回路能够满足基本的备自投要求，但是随着地铁行业对配电的要求越来越高，而且在实际应用中，该备自投的继电器触点容易熔焊，线路复杂等问题，深深影响到地铁低压配电的稳定运行。因此近年来的地铁项目，基本都要求选用性高的工业型PLC控制或智能模块来实现低压配电系统的备自投。如广州地铁项目用了ABB公司的AC31系列PLC来实现两进线一母联的备自投。

其中CPU 07KR51装于母联柜，4台扩展模块ICM14F1分别装于两个进线柜和两个三级负荷总开关回路。CPU 07KR51与扩展模块 ICM14F1之间通过CS31总线连接。进线回路把进线断路器状态、故障信号、低电压信号同时输入扩展模块 ICM14F1；三级负荷总开关回路将开关状态、故障信号输入扩展模块 ICM14F1；母联回路向CPU 07KR51输入母联断路器状态、故障信号和控制方式（自复或者手复）。PLC的输出线圈依次控制进线、母联和三级负荷回路开关的合分。PLC根据每个输入信号的状态，判断是否发生低电压，并判断输出继电器是否需要动作，实现两进线一联络系统的备自投切换。下表为PLC进行备自投的程序进程顺序：

对比上面两种备自投控制的方案，可以得出PLC进行备自投控制的优点：

1） 性

继电器容易烧坏，触点发生熔焊，线路复杂。每多连接一根电缆，发生故障的概率就增加一分。而且由于机械原因，不论在线圈吸合还是脱扣，都是依靠纯粹的机械判断，存在出错的可能，从而影响到整个系统的正常运行；PLC减少了继电器的数目，用内部虚拟继电器代替实际的继电器，同时通过输入信号，直接判断是否起动备自投，减少了中间的步骤，同时能地给出延时时间，降低了出错地可能。经过多次的实践应用，表明PLC比继电器得多。

2） 灵活性

当系统的控制逻辑发生变化时，PLC仅仅需要改内部的程序内容，而继电器的备自投，需要重新设计，重新拆线接线，操作繁冗。改完后，PLC可以事先在内部测试程序的准确性；而继电器的备自投则需要通电试验，如果发现问题，还需要再次拆线接线。

3） 简洁性

继电器的备自投，由于柜间的联锁和使用的继电器数量，需要连接的电缆数远远PLC。无论查线或者理解图纸来说，都比较复杂。PLC的备自投，只需要将所有信号输入PLC，通过程序判断，图纸简单易读。程序里可以按照每个回路的合分逻辑编程，并在后面加以备注，方便理解程序的意思。

4 　ABB的AC31系列PLC 在地铁中的应用案例

1）应用案例1——深圳地铁

该项目两进线断路器、联络断路器以及三级负荷总开关相隔较近，且在同一排柜子的相邻位置，采用输入扩展模块XI16E1和输出扩展模块XO08R1配合PLC主机07KR51。进线、三级负荷总开关的所有控制信息和状态信息直接输入装于联络柜的PLC扩展模块。虽然连接电缆增加了一些，但少了4个扩展模块ICM14F1，实现在保证PLC备自投的性的前提下，成功降低一定的备自投成本。

2）应用案例2——广州地铁

该项目在优化应用案例1的基础上，取消了2个电压继电器，取而代之的是通过装于进线回路的多功能表计采集电压信号，并通过通讯的方式传输到PLC。PLC读取电压值，并判断是否发生电压跌落。这样不仅减少了2个电压继电器的成本，同时凭借对电压信号的实时读取和判断，可以准确的判断是否发生电压跌落，并发出信号，令负荷总开关跳闸。因为电压继电器的可调门阀值一般在70%左右，而判断读取的电压值可以到10%左右。从而可以实现分批甩开一些不重要的负荷，以保证重要负荷的运行。

经过上面两个案例，PLC的备自投成本可以降低不少，甚至将继电器架构的备自投。可见，成本问题将不会成为阻碍PLC备自投在工业配电的应用。 来源:输配电设备网

5 　结语

如今的工业项目，不再是简单的两进线一联络系统，而是三进线两联络或者四进线三联络。使用继电器备自投，每增加一进线回路或一联络回路，就需要增加一堆继电器和一堆用于控制、连锁的电缆，造成不隐患的概率上升，而使用PLC的备自投，只需要修改一下程序即可，十分便利，相对增加了配电性。

随着智能化和数字化的普及，有的项目拥有一个后台系统（如：SA），PLC不仅能够实现备自投的功能，还能够将SA所需要的数据整合在一个数据区块，并实时新，便于SA读取。

同时，为了方便客户使用，我们还可以将根据PLC实现的备自投的不同，做出若干个标准程序，比如标准自投自复，标准自投手复，标准三进线两母联等。随着因特网的普及，客户只需要在网上下载相应的标准程序，就可以满足自己的需要，降低了PLC的编程操作难度和人力维护成本。

综上，随着社会的发展，随着工业对备自投要求以及PLC自身竞争力的提高，我们可以预见PLC在工业的应用前景将越来越广阔

的运行情况。

1 引言

电梯的电气系统由驱动系统和控制系统两部分组成。传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、性差、体积大等缺点，正逐渐被淘汰。电梯采用PLC一变频器控制，具有控制准确、调试方便、运行稳定、电路简单等特点。PLC控型电梯，其是一台PLC。目前电梯设计使用可编程控制器（PLC），要求控制系统能进行下列运作:根据轿厢所处位置及乘客所处层数，判定轿厢运行方向，保轿厢平层时减速，将轿厢停在选定的楼层上;同时根据楼层的呼叫，顺路停车，自动开关门;另外在轿厢内外均要有信号灯显示电梯运行方向及楼层数。

2 电梯主控制电路及其工作原理

电梯中的曳引电动机的运行直接由变频器控制，变频器的输入控制信号由PLC提供。电路中，电动机作为终端设备给电梯提供驱动能力，同时是变频器的执行机构;变频器是中间设备，在电路中起上传下达的作用，其作用是根据PLC输出的指令要求来控制主机、门机及旋转编码器，然后又将执行结果反馈给PLC;PLC既是人与电梯的接口，又是电梯控制部分的，其作用是接收乘客输入的开关指令，然后将该命令传送给变频器;旋转编码器是电梯运行中的检测机构，其作用是检测电梯的运动行程。

2.1 电梯运行控制（设电机转为上行）

电梯运行培训见图1。

DYD为电源指示灯，当外接电源接通时指示灯发光。接通电源开关GK，按下启动按钮，电源接触器HKC接通，变频器有电源输入。KC为运行/停止开关（由运行控制器控制），电梯的运行类型由PLC来控制。其控制方式如下:

Yl l、 Y 14 输出:电梯以额定速度上行（电梯正常状态下使用此速度）;
Yl l、 Y 巧输出:电梯以额定速度上行;
Y12 、 Y 14输出:电梯以爬行速度上行（电梯测试或检修时使用此速度）;
Y12 、 Y 巧输出:电梯以爬行速度上行;
Y01 、 Y 14 输出:电梯以检修速度上行（电梯检修状态下使用此速度）;
Y01 、 Y 巧输出:电梯以检修速度上行;
Y13 、 Y 14 输出:电梯以中速上行（电梯轻载时使用此速度）;
Y13 、 Y 巧输出: 电梯以中速上行。

2.2 旋转编码器工作原理

旋转编码器的作用是对电机的转动圈数进行计数，然后根据电机的转速与所计转动圈数计算出电梯的运动行程，从而实现对电梯运动行程的检测。

3 PLC电气控制电路

PLC是本梯控制部分的。电梯的各种操作均由PLC来控制，本PLC采用共阳继电器输出型，如图2所示。PLC输入/输出接口功能及保护作用说明如下:

AJ :安 全 继电器开关，电梯运行时为闭合状态。
MJS : 门 锁继电器开关，电梯运行时为闭合状态。
MQG :平 层磁感应器开关，正常运行时断开，平层时闭合。
SHK: 上 强迫换速开关，此开关闭合，电梯强行减速，正常时断开。
XHK : 下强迫换速开关，此开关闭合卜电梯强行减速，正常时断开。
NH K : 轿内检修开关其与X7接通时，Y01输出，电梯处于轿内检修状态，正常运行时此开关与X10接通。
DHK :轿检修开关正常情况下与X01支路接通，当开关与Xll、X12 支路接通时，电梯处于轿检修状态。
DSA: 轿检修慢上按钮，电梯在轿检修状态下，按下此开关，电梯将以检检修速度上行。
DX A :轿 检修慢下按钮，电梯在轿检修状态下，按下此开关，电梯将以检检修速度下行。
KM A : 开门按钮，电梯停靠在层站时，按下此开关电梯将打开轿门，同时轿门带到层门井起开户;一般电梯每到一停站，门自动开户。
GM A : 关门按钮，电梯停靠在层站时，按下此开关电梯将关闭轿门，层门在弹簧作用力下自动关闭;一般电梯每到一停站，门延时关闭。
KM K : 开门限开关，当轿门开到此开关断开，门机停止运转。
GM K : 关门限开关，当轿门关到此开关断开，门机停止运转。
OR K : 开门故障开关，此开关正常时门断开。
SJK : 司 机开关，时开关闭合时，电梯由电梯司机控制。
xF K: 消 防开关，时开关闭合时，电梯将、乘客送到近的一层站然后停止运行，以保证乘客。
CZ K: 载开关，电梯载时此开关闭合，电梯报警，电梯不运行。
SW K : 上限位开关，电梯冲时将开关闭合，电梯停止运行。
xW K : 下限位开关，电梯冲底时将开关闭合，电梯停止运行毛-
x2 7: 变 频器故障开关，此开关正常时断开，变频器故障时闭合，电梯停止运行。
X3 O: 减 速开关，电梯靠近停站时此开关闭合，电梯减速运行。
SP :强 迫 换速开关，电梯飞车时，此开头闭合，电梯强迫换速。
AP K I、 APK、CPK、LSS:触板开关组，位于轿门触板上。
INA 一 nN:A 内指令按钮，用于乘客选层。
ISA 一 Sn :A外上呼电梯按钮，每层一个，用于乘客呼叫电梯。
IX A一 nx A汐卜下呼电梯按钮，每层一个，用于乘客呼叫电梯。

另外 ， 图 中的“a一9”为LED七段显示器a段～9段的发光二管，图中的“9”是应用于设有地下层的楼房的，当“9”有信号时指层器就会自动显示“负数”表示地下楼层，如:一IF、-ZF等。

变频器 : FR一55205一0，75K一CH;
曳引电动机:YS一5634W 180w（教学实训用，实际选用功率应相应增大）;
旋转编码器:ZSP3.806一40lG50OBZlls一24C（配速比为巧:1的相应减速器）。

4 结束语

本文采用三菱FXZN一80MR可编程控制器设计电梯的控制系统完成电梯的轿内指令、厅外召唤指令、楼层位置指示、平层换速控制、开门控制等控制任务。变频器在电梯中的应用，能够准确的执行PLC输出的指令，灵活地控制电机的运动状态。旋转编码器计算出电梯的运动行程，将信号反馈给变频器。利用变频器执行电梯PLC控制系统的运行，将PLC中的驱动程序与变频器的需求响应相结合，实现加载驱动。通过对我院机电一体化实验室电梯实验装置的实践设计与调试证明，将PLC可电气控制电路编程控制器和变频器结合可以有效地实现电梯控制系统 的测试运行，有利于PLC控制系统的设计、检测，具有良好的应用。

1. 系统概述

CARGOPRO系统主要有四个相对立的子系统组成，包括：液位遥测系统、阀门遥控系统、立高位及高高位报警系统和大舱进水报警系统，能对全船的货控系统进行监测及报警，是全船电气系统的重要组成部分。该系统有大量数字量和模拟量的测量点，且这些测量点种类多，分布广，因此对系统的性，性及通信能力有较高的要求。我们采用GE Fanuc 90-30、VersaMax Micro等系列的PLC作为系统的控制单元，VersaMax Remote I/O作为远程站进行信号采集，Genius Bus、Mod Bus、Profibus等通用总线协议作为内部通信协议，并通过TCP/IP网络协议与工控软件iFix通信，实现人机对话。

2. 系统解决方案

整套 CARGOPRO 系统的系统图如图 1所示：

2.1 液位遥测系统

液位遥测系统采用分散采集，集中控制的设计理念，对相应舱室的液位，液货舱的温度以及四角吃水等进行检测与报警。由于所需采集的信号分布广，数量与种类多，因此所有的信号都通过安装在各个采集箱中的GE VersaMax Remote I/O模块进行，保证所采集信号的准确性。GE VersaMax Remote I/O模块通过GE的Genius Bus总线协议与安装在货控台的PLC主站通信，将所采集的信号发送到PLC的CPU模块。CPU经过运算将控制信号经Genius Bus发送到GE VersaMax Remote I/O模块，实现远程控制。

上位机部分包括一台工控机、一台交换机以及打印机和软件。工控机通过TCP/IP协议与PLC主站通信，实现软件HMI/SA iFix与PLC之间的信息交换。操作者通过iFix软件可以实现对所有测量点的实时监测以及对报警信息的处理。

2.2 立高位及高高位报警系统

该系统通过采集立的报警信号，对液货舱、污水舱、压载水舱等舱室的高液位及高高液位信号进行报警。采用立的VersaMax Micro系列PLC作为控制器，QuickPanel View系列的触摸屏作为HMI，构成了一个相对立的控制系统，实现相应报警信号的显示和控制。

作为HMI的触摸屏与PLC控制器之间通过Mod Bus总线协议通信，所有报警信号的显示以及操作员对系统的操作在一个触摸屏上实现，使得整个系统为精简。

2.3 大舱进水报警系统

系统利用压力式液位测量原理，将压力信号转换成4-20mA电流信号，送至货控台上的VersaMax Micro系列PLC控制站，PLC控制站与QuickPanel View系列的触摸屏通过TCP/IP通信，实现报警信号的现实与控制。整套系统可以实现立的液位显示，报警显示及控制。

2.4 阀门遥控系统

阀门遥控系统由货控台GE Fanuc 90-30系列PLC控制主站、电磁阀箱VersaMax Remote I/O PLC采制站、阀门遥控工控机、液压动力泵站、电磁阀箱（包括应急阀块）、液动阀门、手摇泵、应急手摇泵组成。阀门遥控装置采用电—液型驱动装置来控制电磁阀的动作以达到遥控操纵货油及压载舱管路阀门的打开和关闭。阀门的开闭操作及阀位指示都在货控台上阀门遥控显示屏上。

在货控台的 PLC 控制主站处可对液动遥控阀进行开关操作。开关阀的开关指示，红色指示阀门关闭，指示为阀门打开;开度阀具有开度指示及控制。电磁阀箱 PLC 控制站通过 Genius Bus与货控台 PLC 主站连接，根据货控台 PLC控制站的操作要求，控制相应的电磁阀，通过电磁阀的瞬间通电换向并锁位功能，控制油路进出方向，达到开关阀门的目的;所有遥控阀的阀位指示及开度控制信号均送到电磁阀箱 PLC 控制站，通过 Genius Bus发送至货控台 PLC 控制站接收。

上位机部分包括一台工控机、一台交换机以及打印机和软件。工控机通过 TCP/IP 协议与 PLC 主站通信，实现软件 HMI/SA iFix 与 PLC 之间的信息交换，实现阀门的控制及状态的显示及报警历史与查询。

3. 系统特点

采用GE的PLC作为控制和信号采集模块，大限度保证了系统运行的稳定性和性; 分散采集，集中控制的设计，使得各种信号的采集与控制准确、方便; 兼容多种通用的总线协议，如：Genius Bus，Mod Bus，ProfiBus等，大大扩展了系统的适用范围; 的模块化打包设计，使得各子系统之间相对立，可以单运行，同时各子系统之间也可以无缝连接，协调工作，能满足根据客户的特殊需要，实现个性化的组合; 多种人机界面，如：IPC、触摸屏、MIMIC板等，确保了操作人员能方便，快捷地信息并实现控制

4. 结束语

CARGOPRO系统具有高的行和稳定性，人机界面友好，通信稳定，且目前已在多艘船上得到了应用，并通过了多家船级社的船检。

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国通用汽车公司提出取代继电气控制装置的要求，二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，采用程序化的手段应用于电气控制，这就是代可编程序控制器，称Programmable Controller(PC)。

个人计算机(简称PC)发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC)。

上世纪80年代至90年代中期是PLC发展快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
PLC的构成

从结构，PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、 显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模 块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。

CPU的构成

CPU是PLC的，起神经的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。

CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

I/O模块

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分(I/O)完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入(DI)，开关量输出(DO)，模拟量输入(AI)，模拟量输出(AO)等模块。
常用的I/O分类如下：

开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA0-20mA）、电压型（0-10V0-5V-10-10V）等，按精度分，有12bit14bit16bit等。

除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受大的底板或机架槽数限制。
电源模块

PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。

底板或机架

大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。
PLC系统的其它设备

编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。

人机界面：简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。
PLC的通信联网

依靠的工业网络技术可以有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信现在主要采用通过多点接口(MPI)的数据通讯、PROFIBUS 或工业以太网进行联网。

2 PLC控制系统的设计基本原则

大限度的满足被控对象的控制要求。

在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。

保证控制系统。

考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC容量时应适当留有余量。

PLC软件系统及常用编程语言

PLC软件系统由系统程序和用户程序两部分组成。系统程序包括监控程序、编译程序、诊断程序等，主要用于管理全机、将程序语言翻译成机器语言，诊断机器故障。系统软件由PLC厂家提供并已固化在EPROM中，不能直接存取和干预。用户程序是用户根据现场控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序（也就是逻辑控制）用来实现各种控制。STEP7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包，也就是用户程序，我们就是使用STEP7来进行硬件组态和逻辑程序编制，以及逻辑程序执行结果的在线监视。
标准语言梯形图语言是常用的一种语言，它有以下特点：

它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。

梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是PLC输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。

梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。

内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供CPU内部使用。

PLC是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。

在火电厂热工自动化领域，DCS和PLC是两个不同而又有着千丝万缕联系的概念。DCS和PLC都是计算机技术与工业控制技术相结合的产物，火电厂主机控制系统用的是DCS，而PLC主要应用在电厂辅助车间。DCS和PLC都有操作员站提供人机交互的手段、都依靠基于计算机技术的控制器完成控制运算、都通过I/O卡件完成与一次元件和执行装置的数据交换、都具备称之为网络的通信系统。DCS和PLC如此相似，为什么会有不同的概念，我们在工程实践中如何进行选择？本文从历史沿革、技术特点、发展方向等几个方面作一综述，希望能够对热工人员有所借鉴。其中的DCS的情况以科远的NT6000为例，力求例举详实阐述清晰。

1、DCS和PLC的历史沿革及概念

DCS为分散控制系统的英文（TOTAL DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）简称。指的是危险分散、数据集中。70年代中期进入市场，完成模拟量控制，代替以PID运算为主的模拟控制仪表。提出DCS这样一种思想的是仪表制造厂商，当时主要应用于化工行业。而PLC于60年代末研制成功，称作逻辑运算的可编程序控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。主要应用于汽车制造业。

DCS和PLC的设计原理区别较大，PLC是从摸原继电器控制原理发展起来的，70年代的PLC只有开关量逻辑控制。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求。将其存入PLC的用户程序存储器，运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。

DCS是在运算放大器的基础上得以发展的。把所有的函数、各过程变量之间的关系都设计成功能块。70年代中期的DCS只有模拟量控制。

DCS和PLC控制器的主要差别是在开关量和模拟量的运算上，即使后来两者相互有些渗透，但是仍然有区别。80年代以后，PLC除逻辑运算外，也增加了一些控制回路算法，但要完成一些复杂运算还是比较困难，PLC用梯形图编程，模拟量的运算在编程时不太直观，编程比较麻烦。但在解算逻辑方面，表现出快速的优点。而DCS使用功能块封装模拟运算和逻辑运算，无论是逻辑运算还是复杂模拟运算的表达形式都非常清晰，但相对PLC来说逻辑运算的表达效率较低。

DCS和PLC在历史沿革上的差异是明显的，对它们后续的发展产生了重大影响。然而，对后续发展影响大的，并不是起源技术上的差别，而是其起源概念的差别。DCS的概念是危险分散，数据集中的计算机控制系统，因此DCS的发展过程，就是在不断的运用计算机技术、通讯技术和控制技术的新成果，来构建一个完整的集散控制体系，DCS给用户提供的是一个完整的面向工业控制的灵活的解决方案。而PLC的概念是可编程序控制器，目的是用来取代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性程序控制装置。所以，PLC不断发展的主线是在不断地提高各项能力指标，给用户提供一个完善的功能灵活的控制装置。

DCS是一个体系，PLC是一个装置，这是两者在概念上的根本区别。这个区别的影响是深刻，它渗透到了技术经济的每一个方面。

2、DCS和PLC的技术特点与相互渗透

不同的概念基础、不同的发展道路使得DCS和PLC有着各自不同的技术特点，而技术的发展也不是封闭的，相互学习相互渗透也始终贯穿在发展过程之中。

2．1、控制处理能力

我们知道，一个PLC的控制器，往往能够处理几千个I/O点（多可达8000多个I/O）。而DCS的控制器，一般只能处理几百个I/O点（不过500个I/O）。难道是DCS开发人员技术水平太差了吗？恐怕不是。从集散体系的要求来说，不允许有控制集中的情况出现，太多点数的控制器在实际应用中是毫无用处的，DCS开发人员根本就没有开发带很多I/O点数控制器的需要驱动，他们的主要精力在于提供体系的性和灵活性。而PLC不一样，作为一个立的柔性控制装置，带点能力越强当然也就代表其技术水平越高了，至于整个控制体系的应用水平呢，这主要是工程商和用户的事情，而不是PLC制造商的目标。

控制处理能力的另一个指标，运算速度，在人们印象当中PLC也比DCS要快很多。从某一个角度来看，情况也的确如此，PLC执行逻辑运算的效率很高，执行1K逻辑程序不到1毫秒，其控制周期（以DI输入直接送DO输出为例）可以控制在50ms以内；而DCS在处理逻辑运算和模拟运算时采用相同的方式，其控制周期往往在100ms以上。我们用PID算法来比较时，可以发现PLC执行一个PID运算在几个毫秒，而NT6000DCS的T2550控制器解算一个PID也需要1个毫秒，这说明PLC和DCS和实际运算能力是相当的,某此型号的DCS控制器甚至强。而控制周期上的差异主要与控制器的调度设计有关。大型PLC往往使用副CPU来完成模拟量的运算，主CPU高速地完成开关量运算，所以即使模拟运算速度一般，在开关量控制方面的速度表现还是非常的。而DCS以同样的速度来处理开关量和模拟量运算，控制周期的指标确实不理想。新型的DCS控制器学习了大型PLC的设计，在控制周期方面的表现获得了大幅度的提高。以NT6000DCS的T2550控制器为例。控制器可以设置四个不同级的任务，小运算周期可以设为10ms，配合高速I/O卡件，控制周期能够达到15～20ms。而模拟量运算设置在其它周期较长的任务中。

2．2、数据通讯交换

数据通讯交换主要是指控制系统网络及其数据交换形式。在这个方面DCS有着先天的优势。集散系统的“分散”主要体现在立的控制器上，“集中”主要体现在具有完整数据的人机交互装置上，而将分散和集中连接成集散系统的正是网络。因此，从DCS发展的早期，网络就成为了DCS生产厂家的技术方向，冗余技术、窄带传输技术都是DCS厂家早研发或应用成功的。PLC主要是按照立装置来设计的，其 “网络”实际上是串行通讯。

工业以太网技术的发展和广泛应用，从形式上拉平了DCS和PLC网络方面的差距。从表面上看很多DCS和PLC都应用了工业以太网，但是其实质上的差距却依然存在。以很多PLC采用的MODBUS-TCP以例。MODBUS是串行通讯协议，不是网络，大家都没有疑问；MODBUS-TCP是网络吗？很多人就有疑问了。仔细分析，MODBUS-TCP是将MODBUS通讯协议加载到以太网的TCP协议之上的一种通讯方式，它虽然具有了网络的外形，但依然是一主多从的管理方式，数据表的传输结构。而DCS呢，以NT6000的ELIN网为例，虽然也是基于工业以太网的，但其应用层协议是积累了近30年的无主令牌LIN网协议，在1M的OLIN，2.5M和20M的ARCNET上都有长期成功的应用。ELIN网上，各站平等，不存在主要管理站。而且数据通讯是以模块为单位的结构化数据，数据管理能力非数据表方式可比。

以PID模块为例，其中的基本数据有PV、SP、OP，采用数据表的传输方式，你先定义PV、SP、OP的数据地址为01、02、03，其它的站也以数据表的方式接收数据，但是01是什么数据？02是什么数据？通过数据定义表才能还原。数据表的管理方式烦琐易错,一个大型系统的上万点数据采用这个方式,平铺在数据表中进行管理，是非常可怕的。而NT6000DCS以模块为单位的结构化管理，将一个PID作为一个模块进行处理，要访问其PV值，访问其模块，以PID.PV的形式来管理。这就将所有平铺的数据，分类归属集中到一个个小盒子中，按模块.分量的方式进行管理，管理的效率大大提高。

PLC数据通讯交换的问题，主要源于PLC长期以来做为一个立装置在发展，没有系统概念；而且主要应用在小型控制系统中，问题暴露得并不明显，所以发展较慢。目前也有一些大型PLC在这个方面有所提高，但是要达到DCS的水平还需要一个相当长的过程。

2．3、组态维护功能

组态维护功能包括逻辑组态、下载修改、运行调试、远程诊断等。

早期，PLC以梯形图为主，DCS以模块功能图为主。经过多年的发展，电工通过IEC1131-3标准规定了五种编程语言,目前主流的DCS和PLC都表示符合这个标准，支持其中的几种或全部编程语言。从开发效率和程序可读性来考虑，模块功能图和顺序功能图越来越成为主要的编程方式，梯形逻辑和结构化文本成为了自定义模块的开发工具。大型PLC在组态方式上越来越像DCS，差距在逐渐缩小，而小型PLC仍然以梯形图为主。

DCS经过多年的发展，积累了大量的算法模块。例如NT6000具有的设备级模块，在一个模块中集中完成了面向设备的基本控制和故障报警功能，在网络通讯中也已此模块为单位进行传递，大大提高了软件开发的效率。一个设备模块相当于0.5K的梯形图逻辑量，PLC要完成同样的功能，就要烦琐得多了。

在下载修改、运行调试、远程诊断方面，PLC缺乏解决方案。而DCS从一设计之初就是从系统需要的角度出发的，有着多年积累的完善的解决方案。以NT6000DCS为例，系统既可以在线修改控制策略，也可以在线下载控制策略，修改和下载过程中，对系统的正常运行没有影响。NT6000DCS有完善的虚拟DCS功能，不但可以用于组态逻辑的验证，而且能够构建成完整的虚拟DCS与模型相连，完成系统的调试。NT6000DCS具有完善的措施，提供基于广域网的远程调试方案。

2．4、硬件封装结构

PLC一般为大底版式机架，封闭式I/O模件，封闭式结构有利与提高I/O模件的性，抗射频、抗静电、抗损伤。PLC模件的I/O点数有8点、16点、32点。

DCS大部分为19英寸标准机箱加插件式I/O模件，I/O模件为裸露式结构。每个模件的I/O点数有8点和16点，很少使用32点模件。

DCS的这种结构源于其使用领域主要在大型控制对象，19英寸标准机箱便于密集布置，较少的I/O点数则是由于对分散度的要求。PLC的大底版式机架，封闭式模件结构在管理和配置上加灵活，单个设备的性高。因此，不少DCS也吸收了PLC在结构上的优点，采用了和PLC相似的封装结构，如I/A采用金属外壳， NETWORK-6000+采用导电塑料外壳。

2．5、人机交互装置

在早期，DCS作为一个系统，其人机交互装置是DCS厂家提供的装置。而PLC厂家一般不提供人机交互装置，往往由工程商自主采用通用的软件来完成（如ifix、iuch、组态王）。DCS集成的人机交互装置往往有着功能较、稳定性较好的特点，但是其价格也很高。随着PC技术的快速发展，一些通用软件发展很快，功能和性能逐渐过了DCS厂家提供的装置。因此不少DCS厂家逐步放弃了的人机交互装置，转而和PLC一样也使用了通用的软件。DCS厂家使用通用软件并不是简单地拼装，而是在通用软件的基础上，通过合作开发，将自已多年积累的网络通讯技术、系统自诊断技术以软件包的形式保留和继承下来了。例如，NT6000早期曾经使用过基于操作系统的T1000人机交互系统，而目前主要使用基于FIX/IFIX或IUCH的T3500人机交互系统。其中的LINPOLL网络通讯包是开发集成的。

3、DCS和PLC的市场情况和发展方向

在热工自动化领域，主厂房控制系统基本上毫无例外地使用DCS。而在辅助车间才使用PLC。其主要原因是早期的DCS系统非常昂贵，人们认为辅助车间的运行可以间断，性要求不是很高，且模拟量控制要求较少，从降的角度出发，往往选择PLC来构建控制系统。而锅炉、汽机和发电机的控制系统，要求长期稳定地运行，信号中含有相当比例的模拟量，从系统的性能出发，人们不得不选择了昂贵的DCS。

另外，分析一下主厂房DCS和辅助车间控制系统的市场竞争情况，我们会发现一个有趣的现象。主厂房DCS的竞争往往在不同的供应商或代理商之间展开，竞争激烈,DCS的价格不断下调。而辅助车间控制系统的竞争往往在同一PLC的各个工程商之间进行，门槛较低，竞争加激烈，但是PLC的价格下调幅度却并不如DCS明显。主要原因是DCS的生产商直接参与竞争，在的市场压力下，不断下调设备制造费用和工程实施费用。而PLC的生产商不直接参与竞争，各个工程商只能下调自身有限的工程费用，空间有限。从现在情况看来，DCS与PLC的价格差距已不明显，辅助车间仍然较多地采用PLC，是市场的惯性使然。

随着国内电厂装机容量的不断扩大及电力系统改革的推进，对辅助车间控制的要求也不断提高，在这个大环境，DCS系统进入辅助车间控制已成为趋势。NT6000DCS因其综合的技术经济优势，已经并将继续在辅助车间控制方面发挥越来越大的作用。

在辅助车间应用广泛的PLC也并不会就此退出热工自动化的历史舞台，的竞争压力，将会促使PLC厂商在技术上向DCS标准靠拢，在价格上作出大的努力。 市场竞争的结果，将使用户获获得大的利益。

4、结论

DCS和PLC作为计算机技术和控制技术结合的产物，为火电厂热工自动化水平的提高都作出了各自的贡献。由于两者在应用上有较大的相通性，在不同的时期，其各自的技术或价格优势，都会直接影响到其市场地位。而市场的反应也会或快或慢地反映到各自的技术发展和价格调整上。从总的趋势来看，DCS和PLC在技术上的融合和促进将会是竞争的主流，而在性价比方面，你来我往地不断攀升，也将是发展的主旋律。