西门子6ES7253-1AA22-0XA0产品信息

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推荐随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。近年来，从美国、日本、德国等国引进的PLC产品及国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列、上百种型号。PLC的品种繁多，其结构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC在控制系统中的应用起着重要作用。
    1 机型的选择

    PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择较可靠、维护使用较方便以及性能价格比的较优化机型。

    在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的PLC；其它情况则较好选用模块式结构的PLC。

    对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。

    而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现ＰＩＤ运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。根据不同的应用对象，表１列出了PLC的几种功能选择。

表1 PLC的功能及应用场合


    对于一个大型企业系统，应尽量做到机型统一。这样，同一机型的PLC模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；同时，其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；此外，由于其外部设备通用，资源可以共享，因此，配以上位计算机后即可把控制各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制系统，这样便于相互通信，集中管理。

    2 输入/输出的选择

    PLC是一种工业控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，工作环境是工业生产现场。它与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。

    通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制信息对被控对象进行控制。同时通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给被控设备或工业生产过程，从而驱动各种执行机构来实现控制。PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离，为了确保这些信息的正确无误，PLC的I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要，一般情况下，PLC都有许多I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其它一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。

    2.1 确定I/O点数

    根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时，应再增加10%～20%的备用量，以便随时增加控制功能。对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，I/O点数也应有所不同。

    表2列出了典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的I/O点数。

表2 典型传动设备及常用电气元件所需的开关量的I/O点数


    2.2 开关量输入／输出

    通过标准的输入／输出接口可从传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开／关）设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）接收信号。典型的交流输入／输出信号为24～240V，直流输入／输出信号为5～240V。

    尽管输入电路因制造厂家不同而不同，但有些特性是相同的。如用于错误信号的抖动电路；免于较大瞬态过电压的浪涌保护电路等。此外，大多数输入电路在高压电源输入和接口电路的控制逻辑部分之间都设有可选的隔离电路

目前，变频调速生活给水在建筑给水中应用越来越广，其主要原因是：

    1.变频调速给水的供水压力可调，可以方便地满足各种供水 压力的需要。在设计阶段可以降低对供水压力计算准确度的 要求，因为随时可以方便地改变供水压力。但在选泵时应注意 ，泵的扬程宜大一些，因为变频调速其较大压力受水泵限制 。较低使用压力也不应太小，因为水泵不允许在低扬程大流量 下长期**负荷工作，否则应加大变频器和水泵电机的容量， 以防止发生过载。

2.目前，变频器技术已很成熟，在市场上有很多国内外品牌 的变频器，这为变频调速供水提供了充份的技术和物质基础 。变频器已在国民经济各部门广泛使用。任何品牌的变频器与 变频供水控制器配合，即可实现多泵并联恒压供水。因为建 筑供水的应用广泛，有些变频器设计生产厂家把变频供水控制 器直接做在供水**变频器中；这种变频器具有可靠性好， 使用方便的优点。

3.变频调速恒压供水具有优良的节能效果。

由水泵－管道供水原理可知，调节供水流量，原则上有二 种方法；一是节流调节，开大供水阀，流量上升；关小供水阀 ，流量下降。调节流量的*二种方法是调速调节，水泵转速 升高，供水增加；转速下降，流量降低，对于用水流量经 常变化的场合(例如生活用水)，采用调速调节流量，具有优良 的节能效果。我国和国家在《中国节能技术 政策大纲》中把泵和风机的调速技术列为国家九五计划重点推 广的节能技术项目。应当指出，变频恒压供水节能的效果主 要取决于用水流量的变化情况及水泵的合理选配，为了使变频 恒压供水具有优良的节能效果，变频恒压供水宜采用多泵并 联的供水模式。由多泵并联恒压变频供水理论可知多泵并联恒 压供水，只要其中一台泵是变频泵，其余全是工频泵，可以实现恒压变量供水 。在变频恒压变量供水当中，变频泵的流量是变化的，当变 频泵是各并联泵中较大，即可保证恒压供水。多泵并联恒压供 水，在设计上可做到在恒压条件下各工频泵的效率不变(因工 况不变)，并使之处于率区工作，变频泵的流量是变化的 ，其工作效率随流量而改变。因为采用多泵并联恒压供水，变 频泵的功率降低，从而可以降低多泵并联变频恒压供水系统 的能耗，改善节能状况。

    当多泵并联恒压供水系统采用具有自动睡眠功能的变频器 ，当用水流量接近于零，变频泵能自动睡眠停泵，从而可以做 到不用水时自动停泵而没有能量损耗，具有较佳的节能效果 。

多泵并联变频恒压变量供水的工作模式通常是这样的：当 用水流量小于一台泵在工频恒压条件下的流量，由一台变频泵 调速恒压供水；当用水增大，变频泵的转速自动上升； 当变频泵的转速上升到工频转速，为用水进一步增大，由 变频供水控制器控制，自动启动一台工频泵投入，该工频泵 提供的流量是恒定的(工频转速恒压下的流量)，其余各并联工 频泵按相同的原理投入。

在多泵并联变频恒压变量的供水情况下，当用水流量下降 ，变频调速泵的转速下降(变频器供电频率下降)；当频率下降 到零流量的时候，变频供水控制器发出一个指令，自动关闭一 台工频泵使之**出并联供水。为了减少工频泵自动投入或** 出时的冲击(水力的或电流的冲击)。在投入时，变频泵的转速 自动下降，然后慢慢上升以满足恒压供水的要求。在**出时， 变频泵的转速应自动上升，然后慢慢下降以满足恒压供水的 要求。上述频率自动上升，下降由供水变频控制器控制。

另一种变频供水模式通常叫做恒压变量循环状启动并先开 先停的工作模式。在这种供水模式中，当供水流量少于变频泵 在恒压工频下的流量时，由变频泵自动调速供水，当用水流 量增大，变频泵的转速升高。当变频泵的转速升高到工频转速 ，由变频供水控制器控制把该台水泵切换到由工频电网直接 供电(不通过变频器供电)。变频器则另外启动一台并联泵投入 工作。随用水增大，其余各并联泵均按上述相同的方式软 启动投入。这就是循环软启动投入方式。

当用水流量减少，各并联工频泵按次序关泵**出，并泵** 出的顺序按先投入先关泵**出的原则由变频控制器单板计算机 控制。

由上述可见，对于变频恒压变量给水通常有两种工作模式 ，一是变频泵固定方式，二是变频循环软启动工作方式。在变 频泵固定方式中，各并联水泵是按工频方式自动投入或**出 的。因为变频泵固定不变，当用水流量变化，变频泵始终处于 运行状态，因此变频泵的运行时间较长。为了均衡各水泵的 运行时间，对于变频泵固定运行方式，可以设计成变频泵定时 轮换运行方式。即当某一台变频泵运行一定时间后，由变频 控制器控制变频泵自动进行轮换。例如：开始时1泵变频，2－ 3泵工频，当1泵变频运行T时间后(T可按序设定)自动轮换为2泵 变频，3－1泵工频；在此状态下运行T时间后自动轮换为3泵变 频，1－2工频，……。如此反覆进行定时轮换。

显然，具有变频泵自动轮换控制的变频恒压变量供水系统 ，变频泵是定时改变的，即任何一台并联泵都有可能成为变频 泵。由变频恒压变量供水理论可知，为了保证恒压供水，变 频泵必须是各并联泵中的较大者。为此，对于变频恒压供水并 变频泵自动定时轮换的水机，各并联水泵的大小应相同以保 证恒压供水。

按变频器工作原理，在运行中的变频器不允许在其输出端 进行切换；否则在切换过程中会使变频器中的某些电子器件受 到大电流冲击而降低其寿命。在变频泵自动轮换过程中，要 在变频器的输出端进行切换；为了保护变频器，在进行自动切 换之前应使变频器停止运行。在变频器停止运行的条件下， 在其输出端进行切换。在切换好后再重新启动变频器而恢复正 常运行。因此，自动轮换控制的电路比较复杂，会增加变频 控制柜的造价并降低其使用可靠性。

当变频恒压变量供水系统具有变频泵自动轮换功能，其优 点是各并联泵可定时轮换到变频运行，使各并联泵的磨损均衡 。但是，在任一台泵变频运行时，万一水泵故障有可能使变 频器保护跳闸而停止工作。各并联水泵是由变频器控制运行的 ；当变频器跳闸，必然使所有并联水泵停机而中断供水。
因此，当水泵的可靠性一定，具有自动轮换控制功能的变 频恒压供水机的供水可靠性将低于不具备自动轮换控制功能的 变频恒压供水机。笔者认为，供水可靠性是主要矛盾。因此 我们不主张采用具有自动轮换控制功能的变频恒压给水系统。

    多泵并联，循环软启动的变频恒压给水系统，同样存在上 述变频恒压自动轮换工作模式的缺点。为了保证恒压供水，同 样要求各并联泵的大小相同。

综上可述，为保供水可靠性，笔者不主张采用自动轮换 和变频循环软启动的工作模式。清华紫光集团自动化工程部在 其《ABB恒压供水系统用户手册》中说，“循环软启动!这是一 个危险的诱惑，很多搞恒压供水的人热衷于发展此项技术，但 我们的建议是否定的。……”我们赞同清华紫光集团自动化 工程部的上述学术见解，不热衷于搞变频循环软启动供水。

由水泵－管路供水原理可知，当节流损耗等于零，则供水 系统具有较佳的节能效果，此时水泵的供水扬程完全消耗在供 水高度和供水流阻损失上。这种变频调整供水称为理态的变 压变量供水，这种供水系统的扬程－流量曲线和管路系统的流 阻—流量曲线重合。在理想的变压变量供水系统中，在用水 点，其扬程恒定，属于恒压供水。在实际建筑中，用水点是多 处，不是一处，因此很难确定何处是恒压用水点。变压变量 供水系统没有通用性，在工程上很少应用。一种实用的变压变 量供水系统叫做准变压变量供水系统；在准变压变量供水系 统中，其恒压值随用水增加而跃阶上升。例如多泵并联恒 压供水，当一台泵工作，其恒压值为P1；当投入一台泵，其恒 压值自动变为P1＋ΔP1；当二、三、四台泵投入，其恒压值分 别自动变为P1＋ΔP1＋ΔP2，P1＋ΔP1＋ΔP2＋ΔP3，P1＋ΔP1＋Δ P2＋ΔP3＋ΔP4，……。其中P1，ΔP1，ΔP2，ΔP3，ΔP4，…… 可按需要设定；因此，准变压变量系统(设备)的供水特性可以 十分接近理想的变压变量供水特性，具有优良的节能效果，这 种供水系统(设备)具有通用性。例如国际上*的ABB供水** 变频器就具有上述的准变压变量供水控制功能。

事实上，在建筑供水当中，准变压变量供

网络应用规模的不断扩大带来了以下发展趋势：资源分散、用户分散、决策分权、决策者分散，用户信息、决策信息的复杂程度日益增加。这种趋势使得传统的对用户和资源的集中式管理逐渐朝着分布式管理的方向发展。因此需要为系统提供良好且一致的管理，同时满足不同的分布节点之间充分的协同和信息共享，完成对同一资源的协调管理，为整个系统提供统一的管理。
1 分布环境下授权机制新的需求
与传统的集中式系统相比，分布式系统的授权和访问控制机制带来了更多实现和管理上的问题。资源(包括服务)、资源的所有者、资源的管理者分散在网络的各个节点上，某一资源可能存在多个干系人(或资源的所有者)，分别独立地对用户进行资格审核与分布式授权。资源的管理者(或服务的提供者)需要完整维护、及时更新访问控制策略和规则，验证每一个访问请求所有必须的授权条件。可见，简单地将集中式授权和访控模型部署到分布式系统的各个节点无法满足复杂系统的需要。
此外，同一网络区域内可能存在多个分布式应用系统，系统之间存在越来越多的协作和相互支持。这需要各个系统之间存在着统一的信任基础和用于相互认证、访问控制的数据交换平台。当前，基于PKI(公开密钥基础设施)技术的统一信任平台正在快速建设中，应该充分利用现有PKI资源为分布式应用提供信任管理，在此基础上选择各自的授权机制，建立相应的访问控制模型，实现基于PMI(特权管理基础设施)技术的授权管理。
本文提出一种面向用户的分布式授权系统的通用模型。它以用户为中心管理对象，以用户管理为核心，在统一的信任平台上支持多个分布的、基于不同授权模型的授权点。通过授权管理，各个节点可以地支持各自的上层应用，也可以相互协作，共同支持一个上层应用。这一机制的设计思想是在基于书的信任平台上进行基于属性证书的授权管理。2 面向用户的分布式授权模型
图1是笔者设计的面向用户的分布式授权模型体系结构示意图。模型包括四部分：基于PKI技术的信任管理平台、授权节点、受控应用节点和LDAP目录服务器。各部分说明如下：
(1)基于PKI技术的信任管理平台。该平台是整个授权模型的信任基础，负责对用户身份的审核。同时它包含了负责生成书(公钥证书)的*机构CA(Certificate Authority)中心和负责生成属性证书的*机构AA(Attribute Authority)中心。
(2)授权管理节点。授权管理节点实现对特定特权的审核及授予。它分布在系统的每个应用服务子系统中，自主地维护着与子系统相关的授权策略和信息，并检查验用户提供的有关明。根据这些明、相关信息及授权策略，向合法用户授予相应的权利以及该权利的有效期，并将这些授权信息交给AA中心，由它负责指派有关的AA签发相应的属性证书。
(3)受控应用节点。也称为资源节点，同样分布在系统中，其上运行着实际应用服务子系统的决策模块，维护相应服务的访问控制策略和相关信息。当用户访问该节点的资源时，受控应用节点检查用户提供的身份信息(书)，查找相应的属性证书，验证模块负责验证这些证书的合法性。访问决策模块根据属性书的授权信息以及本地的访问控制策略，决定该用户是否有权访问本地的应用服务并告知访问执行模块执行。
(4)LDAP目录服务器。主要用于发布PMI用户的属性证书、身份证书以及证书的撤消列表CRL，以供查询使用。
在本模型中，采用公开密钥加密技术的身份是提供身份、授权和属性信息的基础。本系统的运行应该相对稳定，即不应该由于个别用户身份证书的变更而引起相应的授权服务体系的附加管理操作。因此在这里采用将属性证书与用户的一个终身不变的身份标识码(例如身份证号码)相关联，在身份证书中也与该标识码相关联，并且信任服务系统提供的对应用户的较新身份证书，将属性证书自动与该身份证书关联。
3 分布式授权模型的应用模式
在上述分布式授权模型思想的指导下，笔者为某省数字认证中心设计了面向用户的“一证通”应用机制。所谓“一证通”，是系统内的每个用户惟一拥有一份标识其身份的身份证书，而系统内分布的各种应用服务都将以此为基础，向用户提供服务。下面举例说明“一证通”机制的整体业务流程和功能。
系统的结构如图2所示。当一个新用户想要加入到这个系统时，首先到受理点注册，提供自己的身份信息和注册(属性)信息。受理点接收用户信息后直接交到注册机构RA，由RA生成书和属性证书的请求发给信任平台。信任平台中的CA中心根据用户提供的身份信息生成相应的书，同时，把用户提供的注册信息交给分布在网络上各个应用服务系统的授权节点(行业RA)，由各个授权节点根据各自本地的属性集合和授权策略生成授权信息交还给信任平台上对应的AA，于是每个AA生成相应的属性证书。生成的书(一份)和属性证书(多份)被保存在LDAP目录服务器中以供查询使用用户访问系统中某种应用的应用模式示意如图3所示。设一个用户想要在系统中查看其税务信息。首先，登录到税务系统的资源节点，输入用户名和密码等必要登录信息后，该节点将根据得到的这些信息到LDAP目录服务器上去检索相应的身份证书。如果身份证书存在并且未过期，则可以根据身份证书和属性证书的对应关系查询该用户相应的所有属性书并取回本地(如果存在)。定要访问用户的税务信息必须提供合法的工商数据(如营业执照号)、银行数据(如银行账号)和税务数据(如税务号)，如果取回的属性证书中含有这三份相应的证书(图3中的属性证书1~3)，税务系统的资源节点则启动本地的访问决策模块。该模块根据该用户的访问请求，搜索本地访问控制策略库中的相应策略，并将属性证书中的相关授权信息取出，判断是否满足以下条件：
(“营业执照”=“合法”)AND(“银行账号”=“合法”)AND(“税务号”=“合法”)
只有当这个条件满足时，税务资源节点才将该用户的税务信息展现给访问者。
在这个例子中可以看到，很多情况下，对每个资源节点的访问不一定只依赖于本地授权节点发布的授权信息。即一个资源存在着多个干系者(所有者)。例如上例中的税务资源节点，实际上从属于工商、银行和税务系统三个干系者，每个干系者负责该资源的某一方面属性的审核。一方面，在税务授权节点授予该用户税务授权信息时用户的工商、银行等授权信息都是合法的；另一方面，用户的属性是不断变化的，可能在请求访问税务资源时，其他授权信息已经发生了变化而变得不合法，但又没有及时通知到资源节点。所以在访问资源时，必须检查与该资源相关的多份授权信息(属性书)来作出较终决定。
本文提出的这种面向用户的分布式授权模型，能满足多种授权需求，从而使系统的扩充和管理变得非常方便，十分有利于大型分布式应用服务系统的资源管理。在此模型基础上发展起来的“一证通”系统也在某省的数字认证中心中得到了良好的运行，系统的运行维护成本也得到了有效的控制。