6ES7232-0HB22-0XA8量大从优

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随着我国建材工业的迅猛发展，各种新型建筑材料大量涌现并广泛应用于国民经济的各个领域，给现代建筑增添了艺术魅力，也给人们的工作、生活环境增加了美的享受。但在能源供需日趋紧张的今天，节能环保已成为世界性的问题，越来越多的人们也开始重视建材的节能与环保，而要使建材做到真正节能环保，自动化控制在其中发挥着的重要作用。日前，台达自动化针对某建材厂的需求，整合旗下机电产品，为客户提供了一套整体解决方案，帮助客户实现节能的同时，使客户生产的产品更加环保。

摘要：随着测试和测量领域中计算机技术的不断渗透，仪器系统中将更多地采用目前流行的总线类型，如通用接口总线(GPIB)和串行接口总线，以及新近出现的以太网、USB和IEEE 1394等通信总线，本文介绍这个领域的发展趋势。

采用结构化的仪器系统可以很方便地将目前甚至将来的I/O总线集成在一起，因此可以很好地保护已有的软硬件。提供这种通用结构的关键在于软件。利用一些工业标准软件如虚拟仪器软件结构(VISA)和可互换虚拟仪器(IVI)可以将不同的I/O总线集成到一个系统中，并提供抽象层以升级到新的总线，而这一切对用户来说是透明的。采用这种先进结构不仅可以使先期投资继续发挥效能，还能在*了解低层细节的基础上充分利用较新技术。

利用现有常用总线来拓展连接性能

GPIB和RS-232串行总线一直是多年来被广泛采用的通用I/O接口总线。仪器厂商在他们数千万的仪器仪表中应用GPIB接口(主要用于仪表控制设备)的历史已经有几十年。调制解调器和打印机中广泛应用的串行通信规范RS-232也同样被广泛用于各种仪表控制设备。这两种接口的不同点在于：采用GPIB总线的每个控制器较多能够控制14个仪器，而通过RS-232接口只能连接和控制一个设备。

新型总线的优越性能

较近越来越多的独立式仪器开始采用以太网、USB或IEEE1394作为可选的通信接口。基于以太网的仪器控制设备利用了这种总线的*一**的优越性，比如可以实现对仪器的遥控，甚至不同用户可以在不同地点实现对仪器的共享访问。通过以太网实现对仪器的控制已有**的协议(VXI-11)可供使用。

每种总线都有其特点。USB总线是一种即插即用型总线，主机可以对连接到这种总线上的设备进行自动检测和自动配置，因此通过USB接口可以方便地将一些外围设备如键盘和鼠标等连接到PC机上。由于目前USB接口已经成为PC机的标准配置，因此应用人员*再去购买**的控制器。另外值得一提的是，由于通过USB进行仪器控制还没有现成的协议可以利用，因此需要从仪器制造商处获得专门的处理设备。

IEEE1394是苹果公司开发的一种高性能串行总线，虽然微软的视窗98/2000支持该总线，但Inbbb的PC外围芯片目前仍未配备支持该总线的电路，因此在大多数情况下PC机仍要采用IEEE1394控制器。IEEE1394行业协会已经定义了通过1394控制仪器所需的整套协议。

保护投资的桥

由于在采用新型总线方面仪器制造商总要比PC制造商来得慢，因此除了在仪器上直接增加新型总线外，桥的应用成为可行的第二种选择方案。桥本身是一种硬件产品，它提供二种总线类型，主要完成总线间信号的转换，因此原有设备利用桥就能方便地提供新型总线功能。桥能保护人们在硬件、软件方面作出的投资，并能节省大量时间，因此成为一种较佳的透明解决方案。举例来说，如果希望用“以太网到GPIB总线桥”替代GPIB插入式控制器，那么原来用于GPIB插入式控制器的那些代码仍可以不作任何修改地加以利用。

创建灵活的软件结构

A. VISA标准基础知识

为了实现工业化软件的兼容性，VXI即插即用系统联盟开发了**于I/O软件的标准VISA。当该联盟在1993成立之时，业界就存在许多与VXI、GPIB和串行接口有关的非标准实用商业I/O软件。对于这些总线来说，VISA提供了一个公共的基础平台，用于高层多供应商系统软件组件的开发、传送与互通，比如仪器驱动器(driver)、软面板以及应用软件等。虽然VXI联盟定义了这样的VISA标准，但在实现具体的VISA程序的过程中，不同供应商有不同的实现方法。

由于VISA定义了用于仪器通信的应用编程接口(API)，因此当需要升级到新的接口总线或采用混合I/O系统时，可以很好地保护软件方面的已有投资。比如NI-VISA标准就不仅能兼容VXI、GPIB和串行总线，还可兼容PXI和以太网接口。

B. 利用通口模型简化VISA实现

过去的模型存在一个问题，那就是每个供应商设计的VISA标准都是针对厂商自身的控制器开发的，它们不能用于其它厂商的控制器产品。另外，为了适应新接口的需要，不得不安装一套完整的VISA库，有时，来自于不同供应商的VISA库就不能兼容已有接口。

为了解决上述问题，国家仪器公司(NI)采用“通口(passport)”插入式模型重新开发了VISA标准，它对每种不同的总线定义了不同的通信端口或通口。核心VISA库包含各种流行的高层VISA API，NI通口模型负责从核心VISA库中分离出用于连接总线的**通信装置。采用这一模型后，每种不同的总线都需要通过相应的通口才能连接核心VISA引擎，因此在不影响现有接口的情况下能方便地提升新型总线的兼容性。

另外, 利用这一模型能够实现多供应商和多接口系统。与其它仍依赖于组件对象模型(COM)技术的解决方案相比，多平台ANSI-C技术仍将是这种通口模型的基础。除了VISA目前所支持的接口类型外，NI公司承诺将在VISA中增加所有将流行于测试和测量设备的其它兼容性总线接口。

C. IVI的多功能性

IVI组织正在积极为建立在VISA基础上的仪器驱动器(反映了底层通信细节的软件模型)定义合适的标准，以期提供一个功能强大的高性能易用仪器通信协议。这些根据基本标准创建的仪器驱动器包含高层函数，如配置测量或读取波形的函数，这些函数内部已包含了底层的VISA读写功能。结合VISA的功能特点，IVI提供了一种功能强大的体系结构，在此基础上能够较好地实现多供应商多平台的混合I/O测试系统。

D. 软件架构提高互连的性能

随着多供应商多接口系统的普遍应用，人们急需一种能够轻松处理这些系统以及能较大化软件复用的软件架构，而基于VISA的软件架构恰好能满足这方面的要求，并具有以下优点：

1. 可兼容多种连接总线，能方便地设计出包含新旧总线在一起的系统。另外，插入式模型还能提供升级到未来总线的较佳途径，其中也可能包括蓝牙技术。

2. 能够有效地保护硬件投资，并且利用桥产品顺利地将现有硬件合并到原系统中去。采用多接口结构后，*更换所有仪器或等待它们提供新型总线功能就能轻松地使用新型总线技术。

3. 保护系统中技术含量较高的软件投资。在应用桥产品升级到新的控制总线后，可以在不修改代码的情况下控制原有设备。对于仅工作于新型总线的仪器来说，采用VISA的系统仍能照常工作。

4. *再学习过程。虽然采用新型总线对仪器进行编程可能需要设计人员学习全新的API技术，但类似的API仍能与VISA通口模型一起工作。

5. 能兼容目前较流行的仪器操作平台。VISA API目前能很好地工作于bbbbbbs、Linux、Macintosh、Solaris等多种平台。

本文总结

未来的测试系统将由测试硬件加上混合I/O接口组成。在系统的有效寿命期间，保护软硬件投资的较佳途径就是采用一个稳定的能够与多供应商、多接口和多平台系统协同工作的软件架构。

STEP7-Micro/WIN32编程软件硬件连接及软件的安装 

 1、硬件连接

    为了实现PLC与计算机之间的通信，西门子公司为用户提供了两种硬件连接方式：一种是通过PC/PPI 电缆直接连接，另一种是通过带有MPI电缆的通信处理器连接。

    典型的单主机与PLC直接连接如图1所示，它不需要其他的硬件设备，方法是把PC/PPI电缆的PC端连接到计算机的RS-232通信口（一般是COM1），把PC/PPI电缆的PPI端连接到PLC的RS-485通信口即可。

    2、软件的安装

    （1）系统要求 
    STEP7-Micro/WIN32软件安装包是基于bbbbbbs的应用软件，4.0版本的软件安装与运行需要bbbbbbs2000/SP3或bbbbbbsXP操作系统。

    （2）软件安装


    STEP7-Micro/WIN32软件的安装很简单， 将光盘插入光盘驱动器系统自动进入安装向导（或在光盘目录里双击setup，则进入安装向导），按照安装向导完成软件的安装。软件程序安装路径可使用默认子目录，也可以使用“浏览”按钮弹出的对话框中任意选择或新建一个新子目录。

**运行STEP7-Micro/WIN32软件时系统默认语言为英语，可根据需要修改编程语言。如将英语改为中文，其具体操作如下：运行STEP7-Micro/WIN32编程软件，在主界面执行菜单Tools→Options→General选项，然后在对话框中选择Chinese即可将English改为中文

我国水泥工业和其他流程工业一样，未来的十年将面临着市场和能源、清洁生产和环境保护、和规范、负责和协调的挑战。节能、环保、安全、是每一个水泥集团必须要面对的课题，而自动化技术和这四大目标又是紧密相连，本文将就当今自动化领域内和水泥行业有关的较新发展趋势做一简述，以便为我国水泥工业发展，搭建更为广阔的交流和沟通平台。

一、信息技术推动企业实现自动化控制

以信息技术改造水泥行业，以信息化推进自动化，自动化再促使节能、环保、安全、四大目标的实现，已成为业界的共识。在当今自动化领域内，从工艺现场层到工厂（集团）管理层可经由以太网，基本实现信息的畅通无缝流通，所谓的“现代集成生产工艺”是将信息技术、网络技术和现代新工艺相结合，并应用于企业产品生命周期的各个阶段，通过信息的无缝集成、过程优化和资源优化，实现物流、信息流、价值流的集成，以缩短企业新产品的开发周期（T）、提高质量（Q）、降（C）、改进服务（S）和改善环境（E），从而提升企业市场的应变能力和竞争能力，以此开发出一系列管理层软件，如ERP、MRP、MIS、PES等，并越来越显示其巨大的经济效益。

国内某水泥集团在新建的水泥生产线做自动化控制系统配置时，在现场级和过程控制级（PCS）的上端，还增加了制造执行系统（MES）层，并正在策划和运作ERP，即企业资源规划和管理层，它包括有生产管理系统、质量控制系统、采购管理系统、仓库管理系统、销售子系统、设备管理系统、财务管理系统、办公自动化管理系统和综合管理子系统等。在水泥市场供大于求，竞争激烈的形势下，由于该集团初步实现了MES的运营，集团化管理的控制力和执行力明显提高，精细化运行方式使得物流成本和原材料成本得到控制，实现了综合效益的大幅增长，净利润比去年同期增加了12.76%.笔者认为该集团的MES运营还是初期的，要把生产调度和企业**的决策统一成为真正的企业管理级（ERP）还需要进一步开发。

现今计算机技术、网络技术和先进的控制技术相结合，已不再停留在理论和实验阶段，如模型预测、神经元和神经网络、模糊控制、多变量控制。自适应和自寻优等先进控制算法已进入实践，并用于DCS、PLC等控制器中，而且这种趋势在加快。在水泥工业用于窑和磨的模糊控制、多变量控制以及*系统早在上世纪就有应用，但这些大多是由水泥设备供应商自行开发的，如FLS、KHD等，他们提供的仅是独立的软件，和系统几乎没有任何联系。而现在是控制系统的供应商已将先进控制算法用于DCS和PLC等控制器中，如Siemens公司专门为水泥工业开发的CEMAT集成化标准软件，它具有水泥工厂过程控制优化的功能块，还包括窑的煅烧和磨的负荷优化控制，该软件包并集成于Siemens公司的过程控制系统PCS7中；ABB公司的Opti-mizeIT优化*则集成于IndustryIT中，它通过集成大量已验证的先进控制技术及广泛的*知识库，如模糊逻辑、控制模型、神经元和模糊控制等，来对水泥生产过程进行控制及实施优化决策管理。

IT技术与自动化结合的另一热点是公共数据库、局域网、互联网、无线技术等渗透控制系统使控制系统扁平化，实现了跨平台，跨地区的控制。

二、自动化技术的互补与渗透

DCS、PLC、IPC是自动控制领域的三大支柱，它们之间竞争激烈，但又取长补短和相互渗透，相互融合，因而形成了具有混合控制策略的PLC/DCS混合系统HCS，某咨询集团把其称之为PAC.水泥行业作为较典型的流程工业决定了其开关量逻辑控制的主导地位，同时模拟量的处理多为简单的显示和给定，控制回路基本上为并不复杂的单回路调节，这些特点适合于HCS的应用。目前市场以PLC为主导地位的Siemens、Schneider、Rockwell等公司纷纷推出的具有混合控制策略的PLC/DCS混合系统HCS，已作为主导产品在水泥行业推广，并取得不俗的业绩。

混合系统HCS的主要特点是：构建一个公共的、集成的开发环境，提供通用开发平台、共用标签和单一数据库，以满足多领域自动化系统设计和集成的需要；同时它采用了可自由组合的模块化的硬件架构，减少系统升级带来的开销。它支持IEC61158等现场总线国际标准以实现高度分散的自动化环境，也支持事实上的工业以太网标准，可方便地和上一级的ERP、MIS、MES集成。

三、自动化系统更注重功能和信息安全

安全生产越来越引起人们的关注，人的生命**一切，已成为衡量现代工业的重要指标，对于安全事故多发的我国，意义更为重要。自动化控制系统主要考虑的安全有：电气安全、防爆安全、信息安全和功能安全。

信息安全是指由于信息泄密、入侵等系统的安全性；功能安全是指控制系统所执行的安全功能失效引起的可能危险。目前已相继出台的国际标准有IEC61508-电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全标准，IEC61511是关于过程工业领域安全仪表系统的功能安全标准，一般以整体安全等级SIL来评估风险程度，共有4级，安全等级SIL越高，风险就越低。

水泥行业已大多采用新型水泥干法工艺，它是连续性很强的工艺过程，并已实现了计算机系统的顺序和连锁控制，笔者认为新型干法工艺其安全等级是较高的。要进一步提高整体安全等级必须增强故障诊断环节；人机操作界面要便于故障的监测；对生产规模越大的生产线，如日产万吨熟料的生产线系统配置要提高冗余度，另外信息安全也必须高度关注，要特别增强煤磨车间的防爆安全等级，对于设置低温余热发电的企业，整体安全等级SIL要**一般企业。

在自动化领域内纷纷出台了相应的标准产品，如Siemens的故障安全容错S7F/FH系统，Rockwell的GruardPLC等，有的公司则配置**的安全模块和相应的组态软件，并由被动的维护、诊断发展到预防性安全措施，与此相适应还出台了许多安全协议，如PROFIsafe、CIPsafety等。

四、控制系统由集中向分散化发展

智能化分布式I/O是将某一部分I/O组成一个有自治能力的节点，其本身带有处理器，独立完成某一部分的控制。由于组合在一个框架内，它可直接安装在现场，甚至空间十分有限的地方，但它同时又可链接到*计算机，从而将控制系统从传统的三层结构简化为二层结构。许多**的PLC厂商大都推出了分布式I/O，如Siemens的ET200系列，Rockwell的FlexAr-morI/O，Wago的WAGO-SPEEDWAY767等高速智能I/O.智能化分布式I/O将使水泥生产线的系统配置可更趋扁平化，原设置的远程I/O场合，如矿山、预配料站等可用智能化分布式I/O替代，以节省I/O安装电缆和控制系统整体的开销。

五、无线通讯技术进一步渗透控制领域

无线通讯技术作为有线控制系统的补充，正方兴未艾地用于工业自动化系统中，也是工业自动化产品的一个新增长点，运行于2.4GHz1SM波段的跳频扩频（FHSS）无线传输技术具有优良的抗干扰性和高可靠性，无线局域网和无线网状网络扩大了无线传输的覆盖范围。无线通讯的数据安全性是人们所关心的，但可以通过加安全密码和加密密码等一系列措施来确保数据的安全传输。据悉HART基金会将在近期推出HART无线通讯新协议。

在水泥行业，有的大集团局部辅助流程采用了无线技术，如冀东水泥集团在循环水泵站已采用了无线控制，浙江有些水泥厂采用无线控制装卸散装水泥船等，考虑到有些水泥厂占有的物理空间很大，有些工艺测量的位置难于安装，而有些工艺测量点环境十分恶劣，用传统的硬连线安装器件成本又过高，如果改用无线通讯能够节约能源，减少配线和维护费用。

六、人机界面更趋人性化

人机界面已全系列化，包括手持式、面板式、台式和PC机式。今后的人机界面已不仅仅局限于SA以及编程、监控和诊断等，在工业自动化领域，人机界面可以为操作和管理提供越来越多的信息，功能强大的模块化软件和多客户机/服务器结构，使人机界面成为企业实时生产信息以及商务垂直集成的统一的软件平台，它也是连通到外部世界的媒介。通过驱动器或OPC来驱动各种I/O模块，总之人机界面已演变为一个完整的系统。

某水泥集团MES的运营，集团化管理的控制主要依靠是多种人机界面，通过OPC实现了集团内各个水泥生产线之间的信息交换，也实现了主控系统和各子控制系统的互连，如生料质量控制系统等。

七、变频器性能更加扩展

变频器的应用领域已从常规的风机、泵类等拓展到输送、喂料机械等，在行业应用面上也越来越广，因而其功能也进一步提升并多样化，一方面是全数字化、功能齐全、能够补偿负荷变化的自适应、调谐技术，特别是分布式具有通信、联网功能和集成PLC的高端变频器。另一方面是简易或**的变频器，以及机电一体化的变频器。就开展控制技术而言，DTC直接转矩控制、无传感器矢量控制是发展方向。目前速度响应约为2ms，电流

响应能达到0.1～0.5ms.速度调节的发展趋势是提高速度的控制精度，一般在闭环时，对应于全范围，调速比为1：100或更高时，速度控制精度高达0.05%.另外变频器性能在低速时的过载能力，稳定的、四象限运行能力以
及一机驱动多台电机的负荷平衡等方面也有所增强。在水泥行业为实施节能降耗，风机、泵类、输送设备、喂料机械等已广泛应用，如何在低速时经受较大的过载转矩，提高中压变频器的性价比是对制造商提出的课题。Siemens公司推出罗宾康中压变频器作为中压变频器的可以选择方案将有助于性价比的提高。

除上述领域外，在自动化领域特别引起关注的，还有射频识别技术（RFID）的突起，它促使机器视觉及其系统的迅速发展；和视觉系统连在一体的是运动控制系统，它更趋高度智能化，这对于有上百台驱动器的制造业，为提高生产效率，降低运行成本是极为有利的。另一热点是工业以太网的突破性发展，使工业控制的三层网络更能无缝连接，并能与IT世界相通。自动化技术的发展将使我们能尽快实现节能、环保、安全、这四
大目标。