西门子6ES7341-1CH02-0AE0安装调试

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随着工业企业智能化应用水平的提升，越来越多的人开始接触到各种工业自动化系统和产品，比较常见的包括SA、DCS和PLC。其中，SA即数据采集与监控系统，是工业控制的核心系统，主要是用于控制分散的资产以便进行与控制同样相同重要的集中数据采集。DCS即分布式控制系统，主要是用于在同一地理位置环境下控制生产过程的系统。PLC作为重要的控制部件，通常应用在SA和DCS系统中，用于实现工业设备的具体操作与工艺控制，通过回路控制提供本地的过程管理。由此可看出：SA、DCS是一种系统，而PLC是一种产品，PLC可以构成SA、DCS。

DCS与SA系统比较
DCS和SA都是系统级方案，由许多软硬件系统组成。从系统结构看，两者都属于分布式工业控制系统，具有控制分散、管理集中的特点。且通常具有至少两层网络结构，早期SA和DCS都采用**协议，但目前都基本采用了统一的国际标准。但除此之外，SA与DCS在技术与应用方面存在较大的差别。
 
1、DCS是一种技术，SA侧重功能与集成。SA系统根据生产过程监控要求从市场上采购各种自动化产品而构造满足客户要求的系统。正因如此，SA的构建十分灵活，可选择的产品和解决方案也很多。有时候也会把SA系统成为DCS，主要是在这类系统也具有控制分散、管理集中的特点。但由于SA系统的软、硬件控制设备来自多个不同的厂家，而不像DCS那样，主体设备来自一家DCS制造商。因此，把SA系统称为DCS不恰当。
 
2、DCS具有更加成熟和完善的体系结构，系统的可靠性等性能更有**，而SA系统是用户集成的。因此，其整体性能与用户的集成水平紧密相关，通常要低于DCS。也正因为DCS是**系统，DCS的开放性比SA差。
 
3、DCS主要用于控制精度要求高、测控点集中的流程工业，如石油、化工、冶金、电站等工业过程。SA**用于测控点分布范围广泛的生产过程或设备的监控，通常情况下，测控现场是无人或少人值守，如移动通信基站、长距离石油输送管道的远程监控、环保监控等。通常每个站点的I/O点数不太多。一般来说，SA系统中对现场设备的控制要求低于DCS中被控对象要求。在有些SA应用中，只要求进行远程数据采集而没有现场控制要求。
 
4、市场规模不同。由于DCS是成套系统，设备及软件授权费用较高，如果I/O点数少于一百个点，则DCS的单点成本较高。而SA系统中采用的控制器，其控制点数配置更加灵活，可以根据I/O的点数选择相应的控制器。因此，对于基点数较少的系统来说，选择SA的成本相对较低。
 
SA、DCS与PLC的比较
1、DCS有上位机和下位机，上位机包括工程师站、操作员站，下位机包括现场控制站；SA系统只有上位机，包括SA服务器和客户机；而PLC组成的系统实没有上位机，其主要功能就是现场控制，常选用PLC作为SA系统的下位机设备。因此，可以把PLC看作SA系统的一部分。
 
2、从系统规模看，PLC主要优势是逻辑控制，可以用在控制点数从几个到上万个点。而DCS、SA主要用于规模较大的连续过程控制。但近年以来，随着技术的不断发展，各种控制系统相互融合和吸收其它系统的功能，DCS的逻辑控制功能和PLC的连续控制功能都在不断增强，DCS、SA和PLC的功能边界也在逐渐模糊。
 
3、总体来说，DCS主要用于过程自动化，PLC主要用于工厂自动化（生产线），SA 主要针对广域的需求，如油田，绵延千里的管线。从应用功能将，DCS常常要求高级的控制算法。如在炼油行业，PLC对处理速度要求高，因为经常用在联锁上，甚至是故障安全系统，SA也有一些特殊要求，如振动监测，流量计算，调峰调谷等等。
 
随着制造企业加紧推进智能化工厂的规划、实施与改造，如何综合成本和需求来选择合适的工业自动化控制系统是有着急迫的现实需求。对于同一个工业控制应用场景，可能提出不同的解决方案。个人认为，对于监控点分布较广的控制过程，**考虑SA系统。对于较为集中的连续过程控制需求，如流程工业企业，**考虑DCS系统。而对于现场的过程控制则选择PLC。但在实际实施和应用过程中，企业还是需要充分的评估需求和成本进行灵活的选择。

今天我将从一个用户的地角度，来看待现在自动化行业PLC的未来在哪里。作为一个从业自动化十几年的老司机来说。不得不说现在的自动化行业已经是“百家争鸣，花开千朵”的情况了。为什么这么说呢？就在中国迈向制造强国提出来中国制造2025愿景之下，就在德国倡导的工业4.0发起之际，就在美国举起工业互联网大旗之时。所有的自动化的厂商和行业*人士全部提出来，一个共同的目标，就是IT和OT融合，IT就是信息技术，OT就是运营技术（自动化技术）。这些雨后春笋般的先进的技术理念，超前的解决方案，犹如梨花带雨般毫无顾忌的滋润着国人的对自动化和信息化融合那饥渴的求知欲望。

我希望自动化用户们，理性对待这个知识膨胀的时代。冷静的坐下来思考一下，你到底需要什么？而自动化产品又能给你什么？切入正题，我们今天就来看一下，做为用户你真正需要的是什么PLC？PLC的功能不想在这里做重复定义，大家基本上每天都在跟它直接和间接打着交道，可以说PLC已经成为自动化行业的代名词之一。IT和OT在融合的道理上，我给大家提几个思考点，无关乎哪个厂商的产品。

1、PLC的高可靠性。

大家试想一下，PLC近10年在干什么？一直在扩展功能。而在稳定性上大不如以前。估计很多厂家人的开始准备手里的板砖了。不知道有多少人还记得西家的S5，罗家的PLC5，施家的984，那个时代的产品，稳定性极高，现在的产品经常有要求加G3防腐等，在那个时代，什么保护都没有但就是不出故障，一款PLC5在满是碳粉的铝车间运行15年，备件都没有换过，就是不敢拔下来吹扫检修。那这里是为什么呢？其实那个时代的电路板还不是高度集成，PLC的设计人员需要对电路板和元器件做参数设计和选型，在那个时代这些设计都是电路发烧级别，所以当时的PLC的可靠性和稳定性极高，当然价格也是不菲。但操作的人性化可以说极差，碍于那个时代操作系统的发展背景。但现在的PLC的可靠性呢？由于高度集成的芯片的出现，现在PLC的电路板很简单了，你打开看一下除了芯片和简单的外围电路没了。而这种高集成的好处就是简单，但坏处就是可靠性大大降低。对于EMC的测试，有时厂商也是没有办法，集成的芯片就是有问题，那咋办！还是希望做为用户先关注PLC本身的稳定性，要知道作为大型的PLC，尤其是冗余架构的产品，首要任务是啥，稳定运行控制程序，本本分分的把IO按照逻辑进行采集和输出，再考虑其他吧！

2、PLC的功能性。

接下来我们谈谈PLC的功能性，西家的TIA如火如荼，S1500风生水起。其实更多是谈论功能，比如工具软件的统一（组态和监控放在一起），控制功能的统一（运动控制，传动控制，过程控制），可以支持WEB的诊断（1500的新功能），一个CPU上集成了多个网口（就是把以前CP卡集成了）。其实大家可以看出来自动化厂商就一个目的，“融合”，把以前分散在不同产品结构上的功能集成在一起，还非常骄傲和自豪对客户说，我们研发出来划时代的智能PLC，更是未来两化融合的基础。看到这我就想笑，好像没有集成这些功能，就会阻碍自动化行业飞奔的脚步一样。做为用户真正需要的功能是SDC（软件定义控制器），也就是未来编程组态的工具统一标准化，可以通过一个编程工具对各家的PLC进行编程组态，无论是控制还是监控。对于各家PLC只需要提供运行环境就可以了。因为PLC所用的CPU芯片在快速的迭代，性能和功能都是成几何倍数增加，就像ARM打算挑战inbbb一样，嵌入式CPU已经已经不是吃干饭的了。那未来我在这里大胆的猜测一下，个人觉得HMI这个产品将消失，取而代之是基于PLC base的web监控。其实大家就可以把未来的PLC当作一台小的计算机，没有它做不了的工作，这个时候你再试想一下功能性的问题，也就不是问题了。

3、PLC的开放性。

在这里我们主要是讨论网络，其是这个问题本不想多谈，因为一说这个问题就会引起太多厂商的共鸣，为什么呢？其实大家都知道自动化的主战场未来10年都是在通讯协议层面上，无论是Profinet（S7），Ethernet/IP（CIP）还是Ethercat和Powerbbbb，都是在争夺客户产品的市场占有率，更是工业以太网组织遍地都是，都恨不得在弄个GB/T啥的，甚至想把/T干掉，那样就可以在自动化领域赢得先机。（很多人会问，哥你把Modbus tcp忘记了吧，不是Modbus tcp已经被odva收编，协议栈已经被CIP集成）。那用户就会问哪个协议好呢？其实没有什么好不好，就看你选哪个，工业通讯协议分两个阵营，分为标准TCP/IP和基于标准TCP/IP两种，（Ethernet/IP和Powerbbbb是标准TCP/IP协议栈，而Profinet和Ethercat是基于TCP/IP的协议栈）这两种是截然不同的作为客户如果你选了标准TCP/IP的协议意味着你可以在标准的IT架构上使用工控产品，而*考虑协议转换的问题，对于未来TCP/IP的先进性也不需要担忧，他就是构建这上的7层协议而已。而如果选择基于TCP/IP的协议的呢？什么叫基于？其实就是自行修改了TCP/IP的报文甚至修改了2层的通讯芯片（Ethercat）那这种协议的好处就是针对工控的应用而研发，在构建IT和OT融合的时候，边界设备需要使用这个协议厂商支持的网络设备。在基本控制（IO，上位机，site to site）上这两种没有太多的区别，对于用户丝毫感觉不出来，在开放性上可能标准TCP/IP的协议厂商会有一些先天优势。但在特殊和领域，对于要求通讯速度极快的领域，基于TCP/IP的协议还是有自己的优势，你想呀！原本150字节的TCP/IP的报文被精简了，那将是一个让你轻松和愉快的事情，更甚者在这层已经发出去了

PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。
1．按I/O点数分类
(1)小型机。小型PLC输入输出总点数一般在256点以下，其功能以开关量控制为主，用户程序存储器容量在4K字以下。小型PLC的特点是体积小、价格低，适合控制单台设备、开发机电一体化产品。
(2)中型机。中型PLC的输入输出总点数一般在256~2048点，用户程序存储容量达到2~ 8K字。中型PLC不仅具有开关量和模拟量的控制功能，还具有更强的数字计算能力，它的通信功能和模拟量处理能力更强大，适用于复杂的逻辑控制系统以及连续生产过程控制场合。
(3)大型机。大型PLC的输入输出总点数在2048点以上，用户程序存储容量达8~ 16K字，它具有计算、控制和调节的功能，还具有强大的网络结构和通信联网能力。它的监视系统采用CRT显示，能够表示过程的动态流程。大型机适用于设备自动化控制、过程自动化控制和过程监控系统等。
2．按结构分类
根据PLC结构的不同，PLC主要可分为整体式和模块式两类。
(1)整体式结构。整体式又叫单元式或箱体式，它的体积小、价格低，小型PLC -般采用整体式结构。
整体式结构的特点是将PLC的基本部件，如CPU模块、I/O模块和电源等紧凑地安装在一个标准机壳内，组成PLC的一个基本单元或扩展单元。基本单元上没有扩展端口，通过扩展电缆与扩展单元相连，以构成PLC不同的配置。
整体式PLC还配备有许多**的特殊功能模块，使PLC的功能得到扩展。
(2)模块式结构。模块式结构的PLC由一些模块单元构成，将这些模块插在框架上或基板上即可。各模块功能是独立的，外形尺寸统一，可根据需要灵活配置插入的模块。目前，大中型PLC多采用这种结构形式。
3．按功能分类
根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。
（1）低档PLC：具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。
（2）中档PLC：除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。
（3）高档PLC：除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。1在程序编制初期，形成一个空白“画布”，这就是未来的HMI的“底板”，控制器件、执行设备一样样往上“摆”，当这些“活”的东西都摆完了，再往上画建筑、底座等不可执行的“背景”部分，这就是未来的HMI的样貌;
2选择进入后台编程状态，这张HMI的“底板”便被“撤掉”或“拿走”，在每一个执行或控制器件上一点击，它的外形立刻改变为类似变频器接线图式样的功能块图，上面输入点输出点清清楚楚摆在那里，而其他设备的功能块图也可以一一点击予以呈现，将这些设备之间的输入输出点进行一一仔细地定义，并对这些输入输出点之间用连线进行连接，或者以固定数值予以输入，便可确定每台控制或执行设备的数据、控制流态;
3“盖”上HMI的“底板”，返回到HMI界面，通过编程/运行选择按钮进入到HMI编程状态，选择这些控制器件或执行设备的界面形式，并对界面中按钮、数据显示窗口等进行精确定义，HMI部分便编制完成;
4从HMI编程状态转为执行状态，程序编制完成，可以运行了!
以上这种彻底面向对象的PLC程序编制方法的优点在哪里：
1实现工控领域的“大一统”，做到无论是PLC，还是变频器，亦或是电动执行器件(如电动阀门等)，设备开发商只要提供你这种设备的驱动程序，那么在程序开发时，如果编程平台不认你这台设备，你只需就像安装光驱、显卡等一样，加进其驱动，你这台设备就“活”了，就可以连接了;
2真正实现“傻瓜”化编程，将“工控系统程序编制”由过去的“技术工种”变为一种“体力活”，真正实现“工艺”吃掉“控制”，让只需懂得工艺，稍稍懂得点控制的人就可搭建控制系统，就如当今并非汽车*之人，人人都可以开汽车一样。
以上目标并不遥远，LabView其实已经大部分实现了上述功能，只不过拥有该软件的NI公司在工控领域的号召力还并不够强大，或者在工控领域的底层他们的实力还不太行而已。InTouch组态软件的工厂化模型部分也闪现出了这方面的火花，只不过这个组态软件当下把精力更多地转移到了后台部分，多少有些无暇顾及这方面的事情罢了。
PLC程序编制的这条道路无疑是颠覆当下工控人思想、未来前途的一条彻底的、翻天覆地的道路，它或许是非常诱人的，但或许也是非常可怕的：它的出现，必定彻底改变目前工控领域的格局，对人如此，对那些国际的品牌而言就更是如此。也正因为如此，所以这条并不难设想、并不难实现的道路这些大佬们或许早已想到，但他们可能在面对这条道路同时“闭上了眼睛”，就像灯管发明后，硬生生在保险箱里躺了二十年一样。

(1)来自空间的辐射干扰

空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。若PLC系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径；一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。

(2)来自系统外引线的干扰

主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。

(3)来自电源的干扰

实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后更换隔离性能更高的PLC电源，问题才得到解决。

PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流转动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路到电源边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，**隔离是不可能的。

(4)来自信号线引入的干扰

与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽略；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成I/O模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。

（5）来自接地系统混乱时的干扰

接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态加雷击时，地线电流将更大。

此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

（6）来自PLC系统内部的干扰

主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路

互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。这都属于PLC制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门是无法改变，可不多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。