6ES7222-1BD22-0XA0货期较快

1.1 SA系统 

    SA（Supervisor Control And Data Acquisition）系统，即监测监控及数据采集系统。它可以实时采集现场数据，对工业现场进行本地或远程的自动控制，对工艺流程进行全面、实时的监视，并为生产、调度和管理提供必要的数据。 

    SA系统主要应用于水利、石油、供电等行业中，用于地理环境恶劣无人值守的环境下进行远程控制。它的主要结构包括远程控制单元RTU（Remote Terminal Unit）、通讯网络及中心站。 

    (1)RTU 主要作用是进行数据采集及本地控制，进行本地控制时作为系统中一个独立的工作站，这时RTU可以独立的完成连锁控制、前馈控制、反馈控制、PID等工业上常用的控制调节功能；进行数据采集时作为一个远程数据通讯单元，完成或响应本站与中心站或其它站的通讯和遥控任务。 

    它的主要配置有CPU模板、I/O（输入/输出）模板、通讯接口单元，以及通讯机（RADIO）、天线、电源、机箱等辅助设备。 

    RTU能执行的任务流程取决于下载到CPU中的程序，CPU的程序可用工程中常用的编程语言编写，如梯形图、C语言等。

    I/O模板上的I/O通道是RTU与现场信号的接口，这些接口在符合工业标准的基础上有多种样式，满足多种信号类型。I/O模板一般都插接在RTU的总线板槽上，通过总线与CPU相连。这种结构易于I/O模板的更换和扩展。 

    除I/O通道外，RTU的另一个重要的接口是RTU的通讯端口，RTU具有多个通讯端口，以便支持多个通讯链路。 

    (2)系统的通讯网络   主要用于RTU与中心站通讯及与其它RTU通讯。链路种类有无线、有线、微波、光纤。RTU可支持的通讯方式有中心站触发的通讯方式和RTU触发的通讯方式。

    中心站触发的通讯方式包括： 

    轮询方式 由系统设置一个时间周期，每隔一个时间段系统进行一次查询，收中心站所需要的现场数据。

    广播方式 由中心站向所有RTU或某分组内的RTU下发命令。

    控制命令下发方式 如下发开、关控制命令，修改报警及控制权限，在通讯上有较高的优先级。 

    RTU触发的通讯方式 包括事件触发方式、突发传输方式、RTU对RTU的通讯。RTU可以在程序中根据现场情况设置条件，以便在非常情况下中心站突发数据，这种突发方式在通讯中有较高的传输优先级。RTU与RTU之间也可以进行，这种要靠编程来实现。 

    (3)中心站   它是一个局域网，可包含多个工作站和支持网络功能的设备，以完成不同的工作。它通过中心站软件管理系统数据库，每个工作站通过组态画面监测现场站点，下发控制命令进行控制，并完成工况图、统计曲线、报表等功能。

    SA系统的主要功能包括数据采集、本地和远程控制、多种通讯介质联接、易于重新配置及本地和远程诊断。 

    SA系统总体结构如图1所示，它的工作过程是：中心站通过组态软件（如工况图、趋势图等）监视现场的工作情况，监控数据来源于中心站定期轮询和RTU的主动突发。而且中心站可以下发控制命令，这时RTU响应中心站的控制命令，其它时候RTU独立的按照自己的程序流程进行数据I/O、发出和响应通讯任务、完成逻辑和控制功能。如果中心站和下位机协议不相同时，接口单元FIU（Front-End Interface Unit）用来进行协议转换，如果协议相同，则不需要FIU。

    1.2 SA 与PLC、DCS系统的比较 

    PLC 系统，即可编程控制器，适用于工业现场的测量控制，现场测控功能强，性能稳定，可靠性高，技术成熟，使用广泛，价格合理。

    DCS 系统，即集散工控制系统，属90年代国际水平大规模控制系统。它适用于测控点数多、测控精度高、测控速度快的工业现场，其特点是分散控制和集中监视，具有组网通讯能力、测控功能强、运行可靠、易于扩展、组态方便、操作维护简便，但系统的价格昂贵。

    SA系统，即分布式数据采集和监控系统，属中小规模的测控系统。它集中了PLC系统的现场测控功能强和DCS系统的组网通讯能力的两大优点，性能价格比高。 

    2、MOS 

    MOS是MOTOROLA公司设计、生产的较新一代SA产品。它的核心是32位CPU和32位数字协处理器，具有较强的运算处理能力。它集完备的本地测控功能和完善的网络通讯功能与一体，其*特的网络通讯MDLC（MOS Date bbbb Communication)能保证在较其恶劣的电磁环境中十分可靠的通讯。 

    (1)MOS远程终端设备（RTU）是用功能很强的微处理器和软件组成的，优化设计后用于对远端设备的监视和控制，具有本地处理和控制能力。每个RTU可作为一个独立的设备工作，根据从本地和远距离得到的状态、条件和数值执行本地功能，或与其他单元交换信息。它的主要特点有： 

采用模块化结构，除CPU模块外，还有各种数字量输入/输出，模拟量输入/输出及混合型输入/输出模块，及其他特殊功能模板。 

    支持不同的通讯链路，如常规VHF/UHF讯道DFM（Directly Frequency Modulation)RADIO，集群RADIO，有线讯道包括专线和租用线路，模拟微波、数字微波、公用服务电话网及LAN和串行口通讯。

    (2)MOS系统支持多协议，包括系统本身自带的MDLC协议，控制中常用的MODBUS协议，A-B公司的PLC协议以及TCP/IP协议，并可由FIU进行协议之间的转换。 

    优化设计的MDLC用于点到多点的通讯网络，如无线网络或MULTIDROP链路。这一协议保证了覆盖范围广阔的网络这内的节点间能够准确有效的通讯。符合ISO推荐的七层标准OSI的协议。

    MDLC是专为无线电使用开发的，通过采用先进的数据包发送技术，允许在RTU和*计算机之间传输大量数据。依靠MDLC协议中灵活的数据帧，接收点只要求重新发送失去的或不正确的帧。MDLC可以根据环境条件改变通讯帧长，把受环境干扰的可能降至较低的限度。可在同一频点的通道上工作，节省频眯，而MDLC保证了其通讯质量的可靠。

    支持无线与无线链路、无线与有线链路、有线不同链路之间的存储转发。系统在初始状态时，进行一项路由配置，当系统运行时，存储转发会自动进行。通过增加中继站对信息进行存储转发，扩大系统覆盖范围，同时中继站可对不同协议进行转换，使多个物理链路可以透明通讯。 

    MOS系统还具有远程编程、诊断、监视的能力。除本地进行的基本RTU配置外，MOS的编程工具箱可以通过与它相连的RTU访问到系统的任何一个RTU并对它们进行远程的组态、程序上传和下载；硬件诊断：实时数据监控。 

    此外，利用集群无线电进行语音和数据的传输，也是得益于MDLC的强大功能。 

    (3)中心站软件可以用PCSOFT公司的WIZCON SA软件包进行开发，基于bbbbbbS95操作系统、具有32位体系结构、支持事件驱动、多任务和多线程等先进技术。 

    通讯分有不同优先级，以便重要的数据能够快速、准确的传输，而且在中心站轮询条集时，条取(Change of Status)方式或可选方式，以便对大的数据采集，对变化不大的数据不进行采集，优化了讯道（尤其是无线讯道）的吞吐量，减小系统负荷，使系统通讯更加实是时、快速、可靠。

    3、应用 

    供水调度系统大致上有二种方案选择，一是在PLC系统上扩展通讯组网能力，二是选用SA系统。 

    虽然近年来各大PLC厂商在其原有设备基础上选配一些第三方设备增强了其通讯组网能力，也得到一些应用，但由于其无法从系统设计阶段就考虑到网络协议的合理性、可行性，因此对于复杂的网络结构，多媒体的通讯要求，恶劣的工作环境就显得力不从心。 

    SA系统集中屯现场测控功能强和组网通讯能力强这两大优点，其讯道既可配有线通讯系统又可配无线通讯系统，性能价格比高，而无线通讯系统尤其适合于地域广阔的应用环境。

    广州自来水公司采用MOTOROLA公司的MOS系统和AB公司的PLC监测水厂生产过程，利用现有的MOTOROLA集群通讯系统，实现语言、数据一体化的生产调度与管理。PLC—生产现场、MOS RTU—PLC—生产现场这两个子系统被完美的融于一个SA系统中，为自来水公司整个生产调度、监控、管理系统奠定了可靠的技术基础。

    MCP—M是控制中心与远程终端通过无线电相连的处理单元。远程终端中一个RTU检测各种参数并将其通过无线网络传输至控制中心；另一个RTU通过其串行口与AB的PLC通讯，并将获得的数据通过无线网络传输至控制中心。控制中心运用WIZCON工控组态软件完成监控功能，中心可向RTU发送命令及查询要求，并能通过无线讯道向RTU下装整个数据库、应用软件和参数。 

    控制中心与远程终端之间通过800MHZ频段集群无线通讯，MDLC通讯协议被用于这个通讯中。

    4、结束语 

    MOS已被广泛使用在现场环境恶劣，无人值守的系统中进行控制，获得了可观的经济效益。随着国家西部开发战略的进一步深入，西部广大的地域和复杂的环境为SA系统提供了广阔的应用前景，相信SA系统必将日益广泛的应用在西部经济建设的各行各业中。 产品配置: CPU模板、I/O（输入/输出）模板、通讯接口单元，以及通讯机（RADIO）、天线、电源、机箱等辅助设备。适用领域及情况: 主要应用于水利、石油、供电等行业中

电动机的应用涵盖了工业生产的各个领域。在自动化生产线中需要一个电动机群的运行来保证各生产环节的连续性,预防某个电机出现故障影响整条生产线的生产任务。

本文提出了利用pc上位机和plc构建一个电动机群监控系统的方案，优点在于pc机强大的人机接口功能，高性价比，丰富的软件开发资源，而plc较强的抗干扰性，信号采集和控制的输出功率强，直接与现场信号对接，从而更好地发挥两者的效用。在窄带钢五机架冷轧机电动机群监控中完全按此方案设计。此系统保护电动机群运转的可靠性，保护的实时性和管理的系统性，从而提高生产效率。

    2  系统设计

2.1 总体设计

为了构建电动机群监控的集散控制系统。先将整条生产线上的电动机根据生产流程的任务特点或电动机类型划分成n组，每台plc分别控制生产线上的几台电动机，并作为一个组，采样模块采用定时中断的方式采集每个电机的状态信息。多台plc合理分配监控任务，共同完成整条生产线上电动机群的综合保护。上位机pc根据通讯协议通过串口与n台plc建立通讯，即1：n的通讯模式。plc将每组电动机的状态信息传输到上位机，由上位机实现信息的综合处理。

            图1  电动机群综合保护系统的构成

如图1所示，电动机上安装温度传感器和电流电压采集模块，将检测的信息传到plc实时采集和初步处理。上位机通过rs232与rs485转换接口与plc实现通讯，对各种数据进行判断、分类、处理，从而实现整个电动机群的监控保护和故障处理。

2.2 plc与上位机pc的任务分配

合理的分配plc与上位机的工作任务，实现实时和优化的数据处理结果。

(1)plc实现的功能主要有：接收上位机的指令或人工选择来控制电动机的启停；采集电动机的状态信息，指示每组电动机的运行状态和故障报警；通过模拟量模块采集电动机的电流、电压、温度等信息，检测电动机的过流、短路、断相、**温等故障。其实质是正常工况下的状态值与实际状态值的比较过程，并将数据传到上位机。

(2)上位机实现的功能主要有：根据生产工艺要求，按规定的顺序通过plc控制各电动机的自起动。合理安排电动机群的起动批次及避开剩余电压的影响防止对电动机的合闸冲击；对整个电动机群实现起动功率、电流、电压的评估，防止功率、电流过大致使熔断器熔断或电压偏低而使电动机群起动困难；根据生产流程对整个电动机群的运行实时优化控制，防止设备的空运行，节能降耗；实现整个电动机群故障的判断、报警、显示和故障历史数据的查找。

    3  上位机与plc的通讯

3.1 多元化的通讯协议

各厂家的plc通讯协议各不相同。需按照相应通讯协议实现上位机pc与plc的通讯。西门子s7-300plc支持mpi，还可以通过profibus和工业以太网总线系统与计算机进行通讯。施耐德plc型号支持modbus和modbusplus通讯方式。欧姆龙plc支持hoist bbbb和controlbbbb两种通讯协议。另外许多plc支持用户自己的通讯协议，如rockwellab的plc，s7200用自由口模式创建自己的通讯协议。

3.2 mscomm串口控件

由于受到通讯距离和传输速率及多机通讯的的要求，上位机pc和plc需要安装rs232-485转换器。rs485具有较好的抗噪能力，长的传输距离和多站能力，方便地建立起设备网络。在下文介绍的窄带钢五机架冷轧机电机群综合保护系统中，所用的上位机软件采用可视化、面向对象的结构化高级语言visual basic开发。其中mscomm串口控件是利用visual basic开发串口通讯程序的主要方法，功能完善，实用性强。利用它能方便的建立与串行端口的连接，并通过串行端口连接到其他通讯设备来传输和接收数据，为应用程序提供串行通讯功能。而mscomm串口控件中包含了各种属性和事件，根据现场的电动机分布情况需要设置通讯端口号(commport属性)、通讯协议(handshaking属性)、传输速率等通讯参数(settings属性)、打开通讯端口(portopen属性)、及输入输出字符串(bbbbb、output)等属性。通过编程按查询或中断方式实现串行通讯。mscomm控件通讯步骤：

(1) 在工程中添加mscomm对象

(2) 设置通讯端口号(commport属性)

(3) 设置通讯协议(handshaking属性)

(4) *波特率、奇偶校验、数据位和停止位(settings属性)

(5)  根据条件设置其他属性(如rthrehold属性、sthrehold属性)

(6) portopen属性设置为true，打开通讯端口

(7) 输出/读入字符串(bbbbb/output属性)

(8) 关闭通讯端口(portopen属性设为false)

遵循以上步骤编写专门的通讯模块实现上位机与plc的通讯。

    4  上位机软件设计

软件的功能是在每个扫描周期内采集、运算、处理、存储各plc的数据，即电动机运行过程中的各种信息量。以动画、文字、图表、曲线等形式显示出来，方便操作员对电动机群的状态判断、操作、管理。

上位机软件采取模块化设计。电动机群综合保护系统的上位机软件由通讯模块、信息的分类处理模块、电动机群状态的显示模块，共3大模块构成。其中信息的分类处理模块较为复杂，它又包含电动机的类别组号判别模块、电动机运行状态检测模块、电动机相电流相电压和温度的曲线绘制模块、故障的存储记录模块4个子模块

根据以上方案开发的电机群综合保护系统，应用在了某企业的一条窄带钢五机架冷轧生产线上。

5.1 plc的选型

1—5#机架上的工作辊采用交流电机拖动。1—5#机架上的电机接收原电控系统的指令完成合闸、运行、变频调速。将电动机群综合保护系统中控制电机启停的继电器串联到原电控系统中，目的是如果保护系统检测到故障可及时给电机断电。除此之外原电控系统与电动机群综合保护系统各自独立。将1—3#机架上的电机作为一组，4#、5#机架及卷取机上的电机作为一组分别有两台s7-200plc负责监控保护。plc为s7-200系列，cpu224xp的i/o模块：一个rs485通信/编程口，数字量为14入/10出，模拟量2入/1出。根据的模拟量扩展了一个8*模拟量输入模块。每组电动机所需plc输入输出点的统计如附表所示。

附表  每组电动机所需plc输入输出点的统计

5.2 系统的优化

由于每组电动机群模拟量的检测比较多，共需24个模拟输出，为了减少模拟量的输入点，在图1所示的采集模块中，分时采集每个机架上电机的模拟量，并传送给plc，从而减少了需要扩展的模拟量输入模块的数量。相电流、相电压、温度的数值运算在plc内完成。并将到上位机，合理分配plc与上位机的任务，提高了运算效率。为了减少开关量的输出点，每台电机的欠压、短路、断相、接地和过负荷指示灯在plc上均没有输出点，而以上故障信息的指示可由上位机显示，从而减少了数字量输出的扩展模块。