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产品描述
6ES7222-1BD22-0XA0使用方式
可编程控制器的构成框图和计算机是一样的，都由处理器（CPU）、存贮器和输入/输出接口等构成。因此，从硬件结构来说，可编程控制器实际上就是计算机，图1是其硬件系统的简化框图。从图中可以看出PLC内部主要部件有: （1）CPU（Central Process Unit） CPU是PLC的组成部分，与通用微机的CPU一样，它在PLC系统中的作用类似于人体的神经，故称为“电脑”。其功能是： a、按PLC中系统程序赋予的功能，接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。 b、用扫描方式接收现场输入装置的状态式数据，并存入映象寄存器或数据寄存器中。 c、诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。 d、在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令规定的任务，产生相应的信号，去启闭有关控制门电路。分时分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等操作，完成用户程序中规定的逻辑式算术运算等任务。根据运算结果，新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输出映象寄存器的位状态式数据寄存器的有关内容，实现输出控制、制表、打印式数据通讯等。 PLC常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机或双型位片式微处理器。通用的微处理器常用的是8位机和16位机，如Z80A、8085、8086、6502、M6800、M6809、M68000等。单片机常用的有8039、8049、8031、8051等。双型位片式微处理器常用的有AMD2900、AMD2903等。 ①用通用微处理器作CPU 在低档PLC中，用Z80A做CPU较为普遍，Z80A用于PLC有如下长处： Z80（或Z80A）CPU及其配套的芯片廉价、普及、通用，用这套芯片制成的PC，给维修及推广普及带来方便。Z80有立的输入/输出指令,而且指令格式较短，执行时间也较短，这样有利于扫描周期的缩短。Z80输入/输出指令格式较短，相应的输入/输出设备编码也较短，所以相应的译码硬件器较简单。由于Z80的信息是采用输入/输出映射方式，因而设计流程序时，对输入/输出与存储器寻址容易区别。 ②用单片机作CPU 自从1974年出现单片机以来，已有不少产品采用单片机做可编程序控制器。日本三菱F系列PLC就采用美国INbbb公司MES－48系列的单片机8049和8039做处理器，8039单片机在一块片子上集成了8位的CPU，128×8的数据存储器。27条输入/输出线，T0、T1、INT测试线及8位定时器/计数器，时钟振荡电路等。 自80年代以来，出现了集成度高。功能强，并带有“布尔机”而又便于作数据通信的MCS-51系列单片机以及功能高的16位单片机，大有取代MCS－48系列之势。日本三菱的F2系列PLC即采用CPU8031。MCS－51系列单片机是美国INbbb公司在MCS－48单片机基础上，于80年代初推出的产品，具有高集成度、高性、高功能、高速度、格等特点。它有三个代表产品：8051、8751和8031，它们分别有不同的应用特性。8051是以4K字节EPR0M代替4K字节的R0M的8051； 8031是内部无R0M8051。外接EPR0M；INbbb公司的96系列的单片机，字长为16，运算速度比51系列高，这必将为次的PLC开发和应用带来美好的远景。用单片机制成的PLC有以下显著特点：为机电设备一体化创造了条件，因为由单片机制成PLC，体积小。同时PLC逻辑功能很强，并且具有数值运算和通信接口。 ③用位片式微处理器作CPU 位片式微处理器的主要特点是：速度快、灵活性强、效等特点。可以进行“级联”，易于“流水线”操作。 （2）系统程序存储器 它用以存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释功能子程序的调用管理程序，以及对应定义（I/0、内部继电器、计时器、计数器、移位寄存器等存储系统）参数等功能。 （3）用户存储器 用以存放用户程序即存放通过编程器输入的用户程序。PLC的用户存储器通常以字（16位/字）为单位来表示存储容量。同时，由于所说的系统程序直接关系到PLC的性能，不能由用户直接存取。因而通常PLC产品资料中所指的存储器型式或存储方式及容量，是对用户程序存储器而言。 常用的用户存储方式及容量型式或存储方式有CM0SRAM，EPR0M和EEPR0M。信息储存常用盒式磁带和磁盘。 CM0SRAM存储器是一种中高密度、低功能、价格的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源。一旦交流电源停电，用锂电池来维持供电，可保存RAM内停电前的数据。锂电池寿命一般为1―5年左右。 EPR0M存储器是一种常的只读存储器，定入时加高电平，擦除时用紫外线照射。PLC通过写入器可将RAM区的用户程序固化到R0M盒中的EPR0M中去。在PLC机中插入R0M盒，PLC则执行R0M盒中用户程序；反之，不插上R0M盒，PLC则执行RAM区用户程序。 EEPR0M存储器是一种可用电改写的只读存储器。 （4）输入输出组件（I/0模块） I/0模块是CPU与现场I/0装置或其它外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/0模块和各种用途的I/0组件供用户选用。如输入/输出电平转换、电气隔离、串/并行转换数据、误码较验、A/D或D/A转换以及其它功能模块等。I/0模块将外界输入信号变成CPU能接受的信号，或将CPU的输出信号变成需要的控制信号去驱动控制对象（包括开关量和模拟量），以确保整个系统正常工作。 输入的开关量信号接在IN端和0V端之间，PLC内部提供24V电源，输入信号通过光电隔离，通过R/C滤波进入CPU控制板，CPU发出输出信号至输出端。PLC输出有三种型式：继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。 （5）编程器 编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试检查和监视等。还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过通讯端口与CPU联系，完成人机对话连接。编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯以及编程、监控转换开关。编程器的键盘采用梯形图语言键符式命令语言助记符，也可以采用软件的功能键符，通过屏幕对话方式进行编程。 编程器分为简易型和智能型两类。前者只能连机编程，而后者既可连机编程又可脱机编程。同时前者输入梯形图的语言键符，后者可以直接输入梯形图。根据不同档次的PLC产品选配相应的编程器。 （6）外部设备 一般PLC都配有盒式录音机、打印机、EPR0M写入器、高分辨率屏幕彩色图形监控系统等外部设备。 （7）电源 根据PLC的设计特点，它对电源并无特别要求，可使用一般工业电源。 |
| 1 PLC系统中干扰的主要来源及途径 1.1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；二是对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。 1.2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。 1.2.1来自电源的干扰 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，它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、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。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。 1.2.2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息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径： 通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视； 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。 1.2.3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，当发生异常状态如雷击时，地线电流将大。 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，所产生的地环流就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容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，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。 1.3 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，如逻辑电路相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。 2主要抗干扰措施 2.1 采用性能优良的电源，抑制电网引入的干扰 在PLC控制系统中，电源占有重要的地位。电网干扰串入PLC控制系统主要通过PLC系统的供电电源（如CPU 电源、I/O电源等）、变送器供电电源和与PLC系统具有直接电气连接的仪表供电电源等耦合进入的。现在，对于PLC系统供电的电源，一般都采用隔离性能较好电源，而对于变送器供电的电源和PLC系统有直接电气连接的仪表的供电电源，并没受到足够的重视，虽然采取了一定的隔离措施，但普遍还不够，主要是使用的隔离变压器分布参数大，抑制干扰能力差，经电源耦合而串入共模干扰、差模干扰。所以，对于变送器和共用信号仪表供电应选择分布电容小、抑制带大（如采用多次隔离和屏蔽及漏感技术）的配电器，以减少PLC系统的干扰。 此外，为保证电网馈点不中断，可采用在线式不间断供电电源（UPS）供电，提高供电的性。并且UPS还具有较强的干扰隔离性能，是一种PLC控制系统的理想电源。 2.2 电缆选择的敖设 为了减少动力电缆辐射电磁干扰，尤其是变频装置馈电电缆。笔者在某工程中，采用了铜带铠装屏蔽电力电缆，从而降低了动力线生产的电磁干扰，该工程投产后了满意的效果。 不同类型的信号分别由不同电缆传输，信号电缆应按传输信号种类分层敖设，严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号，避免信号线与动力电缆靠行敖设，以减少电磁干扰。 2.3 硬件滤波及软件抗如果措施 由于电磁干扰的复杂性，要根本迎接干扰影响是不可能的，因此在PLC控制系统的软件设计和组态时，还应在软件方面进行抗干扰处理，进一步提高系统的性。常用的一些措施：数字滤波和工频整形采样，可有效周期性干扰；定时校正参考点电位，并采用动态零点，可有效防止电位漂移；采用信息冗余技术，设计相应的软件标志位；采用间接跳转，设置软件陷阱等提高软件结构性。 对干较低信噪比的模拟量信号．常因现场瞬时干扰而产生较大波动，若仅用瞬时采样植进行控制计算会产生较大误差，为此可采用数字滤波方法。现场模拟量信号经A／D转换后变成离散的数字信号，然后将形成的数据按时间序列存入PLC内存。再利用数字滤波程序对其进行处理，滤去噪声部分获得单纯信号， 可对输入信号用m次采样值的平均值来代替当前值，但井不是通常的每采样。次求一次平均值，而是每采样一次就与近的m－l次历史采样值相加，此方法反应速度快，具有很好的实时性，输入信号经过处理后用干信号显示或回路调节，有效地抑制了噪声干扰。 由干工业环境恶劣，干扰信号较多， I／ O信号传送距离较长，常常会使传送的信号有误。为提高系统运行的性，使PLC在信号出错情况下能及时发现错误，并能排除错误的影响继续工作，在程序编制中可采用软件容错技术。 2.4正确选择接地点，完善接地系统 接地的目的通常有两个，其一为了，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。 系统接地方式有：浮地方式、直接接地方式和电容接地三种方式。对PLC控制系统而言，它属高速低电平控制装置，应采用直接接地方式。PLC控制系统接地线采用一点接地和串联一点接地方式。集中布置的PLC系统适于并联一点接地方式，各装置的柜体接地点以单的接地线引向接地。如果装置间距较大，应采用串联一点接地方式。用一根大截面铜母线（或绝缘电缆）连接各装置的柜体接地点，然后将接地母线直接连接接地。接地线采用截面大于22 mm2的铜导线，总母线使用截面大于60mm2的铜排。接地的接地电阻小于2Ω，接地埋在距建筑物10~15m远处(或与控制器间不大于50m)，而且PLC系统接地点与强电设备接地点相距10m以上。 信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理。选择适当的接地处单点接点。 3 结 语 以上的措施，经若干PLC控制系统现场实际运行表明，能够基本现场干扰信号的影响，保证系统的运行。PLC控制系统中的干扰是一个十分复杂的问题，因此在抗干扰设计中应综合考虑各方面的因素，合理有效地抑制抗干扰，对有些干扰情况还需做具体分析，采取对症的方法，才能够使PLC控制系统正常工作。 |
一、项目背景 油田是一个以油气生产为主，集勘探、开发、施工作业、后勤辅助生产、多种经营、社会化服务为一体的，门类齐全的国有特大型企业。油田的勘探、钻井、测井、录井等是野外作业，流动性强，点多、分散、距离长，施工现场与公司之间的信息交流长期以来没有好的解决方案。油田管理层十分重视油田信息化建设，明确提出了未来一个时期油田信息化建设的具体目标。 借助“油井数据监控系统”，管理人员足不出户就可以通过该系统随时观测到油井的生产状况。油井工作的相关数据每隔两小时传输一次，机井一旦出现故障，示意图就会标示感叹号，维护人员就能够在短的时间内赶到现场，及时排除故障。以前，采油测试工要到每个现场进行测试，费时费力不说，对每口井的工作状态也很难把握，有时一口井发生故障，往往许多天后才发现。 二、GPRS方案的优势 油田工作环境恶劣，雷击、地震及人为破坏等时有发生，怎样把油井运行的相关数据传送到控制室一直是个难题。以前，油田曾采用微波、数传电台的方式采集数据，但实际使用过程中，效果不理想，高成本的投入和频繁的维护让采油单位不堪重负。引入了GPRS钻井数据上报系统之后，通过固定在机架上的传感器，管理人员可以及时了解各个机井的工作压力、采油时电压、蒸汽温度等数据，从而确保了油井的运转。 油田还可依托GPRS/GSM网络，实现了抄表自动化、化。用电控制对油厂用电的运行状态可以通过电子显示屏进行监控，每个控制点将用电状态以短信息的形式及时传送到控制，这样就可以自动、、及时地掌握油田用电情况，自动生成配电计划，实行科学的电力营销和管理。这套装置克服了以前人工抄表准确率低、费时费力、缺少集中有效的管理的弊端，解决了生产的后顾之忧。 三、解决方案介绍 （一）系统结构 1、油田信息点：采用飞旗科技的WIXUM GPRS透明无线终端，通过RS232/RS485/TTL与油田设备采集点连接，接入移动公司为油田站提供的的GPRS网络,网络对油田信息点的接入、时间、数量没有限制可以随时增减。可以满足山区、偏远地区和跨地区接入的需求。 2、油田站：本系统中网络代理服务器可采用ADSL、LAN等INbbbNET公网连接，采用公网固定IP， GPRS终端上电后，它会根据预先设定在其内部的IP地址来主动访问网络代理服务器，通过代理服务器和监控建立TCP/IP链路。监控主站本身维护接入的每个终端的IP地址和ID号，当主站要向某个监控终端提出数据请求时，它会根据IP地址和ID号来找到对应的终端，将命令下发到该终端，终端响应后通过GRPS终端把数据发到网络代理服务器端口，通过端口影射转发到监控主站，即完成了一个应答式的通讯流程，当油田信息点数量增加，不用扩容即可满足需求。 （二）产品特性 油田信息传输系统采用WIXUM GPRS DTU。产品基于中国移动的GPRS网络，提供RS232、RS485、TTL接口，利用GPRS数据业务实现无线联网，产品支持各种行业应用，如实现实时认证、的远程控制维护、远程业务点接入等。在油田信息传输系统方案中，WIXUM GPRS DTU可通过外置或嵌入方式与油田信息点设备连接。 1、支持900／1800／1900MHz三频GSM/GPRS。 2、接口： RS232、RS485、TTL。 3、系统理论传输速率171Kbps，实际传输速率40Kbps。 4、支持bbbbbbs95/98/2000/XP/LINUX操作系统。 5、透明：WIXUMEP-DTU内嵌TCP/IP协议，为用户的数据设备提供透明传输通道； 6、自动拨号连接：WIXUMEP-DTU可配置上电自动拨号上网、连接网络，同时支持用户端发起命令连接或远程唤醒连接； 7、短信息备用数据通道：在GPRS网络无法连接时可启用短信作为备用通道； 8、短信息远程维护功能； 9、实时监测网络连接情况，掉线自动重拨功能； 10、提供主副IP及动态域名解析； 11、心跳报告时间间隔用户可设定； 12、数据通信帧长度用户可设定； 13、支持功能。 14、安装灵活、使用方便、。 （三）系统功能 1、数据检测功能：自动监测、记录采油设备上的电压、电流、电度、温度、压力、流量、液位、界面、含水、示功图、红外报警等数据。采集数据的格式为模拟、数字和串行通信口。还能完成流量和电度的积算。 2、数据共享功能：所测数据以及采油设备的工作状态可以传输到局域网上，实现多方远程数据共享。 3、显示功能：总流程显示、分组流程显示、全部数据列表、分组数据列表、单个仪表历史数据列表，对于日、月、年显示、故障列表显示。 4、辅助分析功能：及时发现停电、缺相、油管堵塞、盗油、液面过低、配重不平衡等异常情况。 5、报警功能：如果检测值过设定范围，即声光告警，并能在屏幕上显示出现问题的仪表名称以及参数出的范围，若有多个数据报警，将按顺序显示值列表。 6、权限设置功能：权限设置分一般操作员、管理员、级系统管理三种。利用输入用户名和密码加以限制 （四）措施 本系统需要高的系统和稳定性。主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。 数据可通过公网使用接入到移动GPRS网，采用方式成本比较低，企业不用租用专线，还可以利旧使用原有的设备，移动终端需要安装具有二次的功能的软件。通过方式，客户端在连接应用服务器前，要经过Radius服务器的认整个数据传送过程得到了加密保护，性比较高，可充分速度和网络服务质量。另外，数据也可以采用APN接入方式，租用专线接入到移动公司的GGSN设备上，这种成本高，性高、稳定。对于性要求非常高的系统，可考虑在APN接入的基础上再加上接入方式的混合接入方式，进一步提高系统的性。 1、虚拟专网模式：企业内部网络中配置服务器，移动终端加载具有二次的功能的客户端软件。采用技术，用户通过接入企业内部虚拟专网的方式与Internet进行隔离，可对整个数据传送过程进行加密保护，有效避免非法入侵。 2、利用SIM卡的性，对用户SIM卡号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定，划定用户可接入某系统的范围,只有属于行业的SIM卡号才能访问APN，移动终端与数据采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，普通的SIM卡号无法呼叫专门的APN。 3、对于特定用户，可通过数据分配特定的用户ID和密码， 其他没有数据分配的用户ID和密码的用户将无法登录进入系统，系统的性进一步增强。 4、数据加密：通过对整个数据传送过程进行加密保护。 5、网络接入鉴定机制：采用防火墙软件，设置网络鉴权和防范功能，系统。 四、结论 该监控系统中，使用组态软件和GPRS无线数传终端，系统无线遥测遥控主机（RTU）将检测到的单口采油井的现场状态，通过无线方式传送给监控，从而实现各单井状态的集中监控，减少人员投入，有力的缩短油井故障发现和排除时间，大的提高了生产效率，同时系统的性价比特高。另外，本系统还非常适合输油管漏油，盗油监测，在多家采油场中使用，了较好的经济效益和社会效益。 |
啤酒机是啤酒生产过程中一项重要的设备，啤酒的目的是为了杀灭啤酒中的微生物，保证啤酒的生物稳定性，延长啤酒的保质期，效果直接影响成品啤酒的质量。
挑战
，机中一个重要的受控工艺指标――强度即PU值， PU值偏低会造成强度不够，而PU值偏高又会引起啤酒的口感变差，因此PU值的计算控制是考验啤酒机的质量好坏的重要指标。（PU单位：时间下的温度对数的函数值，其公式为：PU=Z×1.393e（T-60），Z—时间，T—温度），以往传统的可编程逻辑控制器较难实现复杂的算术指数对数运算。其次，机中有六个区域需要实现准确的温度控制，实现节能节水指标。再次，终端用户希望机方便地连接到现有的啤酒生产线中，但不允许中断其现有生产。如果中断其现有的正常生产，会导致和时间的大地损失。
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