西门子模块6ES7212-1AB23-0XB8代理订购

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1. PID控制

    在工业控制中，PID控制（比例-积分-微分控制）得到了广泛的应用，这是因为PID控制具有以下优点：

    1）不需要知道被控对象的数学模型。实际上大多数工业对象准确的数学模型是无法获得的，对于这一类系统，使用PID控制可以得到比较满意的效果。据日本统计，目前PID及变型PID 约占总控制回路数的左右。

    2）PID控制器具有典型的结构，程序设计简单，参数调整方便。

    3）有较强的灵活性和适应性，根据被控对象的具体情况，可以采用各种PID控制的变种和改进的控制方式，如 PI、PD、带死区的PID、积分分离式PID、变速积分PID等。随着智能控制技术的发展，PID控制与模糊控制、神经网络控制等现代控制方法相结合，可以实现PID控制器的参数自整定，使PID控制器具有经久的生命力。

2. PLC实现PID控制的方法

如图6-35所示为采用PLC对模拟量实行PID控制的系统结构框图。用PLC对模拟量进行PID控制时，可以采用以下几种方法：

                                                图6-35  用PLC实现模拟量PID控制的系统结构框图

    1）使用PID过程控制模块。这种模块的PID控制程序是PLC生产厂家设计的，并存放在模块中，用户在使用时只需要设置一些参数，使用起来非常方便，一块模块可以控制几路甚至几十路闭环回路。但是这种模块的价格昂贵，一般在大型控制系统中使用。如三菱的A系列、Q系列PLC的PID控制模块。

    2）使用PID功能指令。现在很多中小型 PLC都提供PID控制用的功能指令，如FX2N系列PLC的PID指令。它们实际上是用于PID控制的子程序，与A/D、D/A模块一起使用，可以得到类似于使用PID过程控制模块的效果，价格却得多。

3）使用自编程序实现PID闭环控制。有的PLC没有有PID过程控制模块和 PID控制指令，有时虽然有PID控制指令，但用户希望采用变型PID控制算法。在这些情况下，都需要由用户自己编制PID控制程序。

3. FX2N的PID指令

PID指令的编号为FNC88，如图6-36所示源操作数［S1］、［S2］、[S3]和目标操作数[D]均为数据寄存器D，16位指令，占9个程序步。［S1］和［S2］分别用来存放给定值SV和当前测量到的反馈值PV，［S3］~[S3]＋6用来存放控制参数的值，运算结果MV存放在［D］中。源操作数［S3］占用从［S3］开始的25个数据寄存器。

                                                图6-36    PID指令

PID指令是用来调用PID运算程序，在PID运算开始之前，应使用MOV指令将参数（见表6-3）设定值预先写入对应的数据寄存器中。如果使用有断电保持功能的数据寄存器，不需要重复写入。如果目标操作数[D]有断电保持功能，应使用初始化脉冲M8002的常开触点将其复位。

表6-3  PID控制参数及设定

PID指令可以同时多次使用，但是用于运算的[S3]、[D]的数据寄存器元件号不能重复。

    PID指令可以在定时中断、子程序、步进指令和转移指令内使用，但是应将［S3］＋7清零（采用脉冲执行的MOV指令）之后才能使用。

    控制参数的设定和 PID运算中的数据出现错误时，“运算错误”标志M8067为 ON，错误代码存放在D8067中。

    PID指令采用增量式PID算法，控制算法中还综合使用了反馈量一阶惯性数字滤波、不微分和反馈量微分等措施，使该指令比普通的PID算法具有好的控制效果。

    PID控制是根据“动作方向”（[S3]+1）的设定内容，进行正作用或反作用的PID运算。PID运算公式如下：

    以上公式中：△MV是本次和上一次采样时PID输出量的差值，MVn是本次的PID输出量；EVn和 EVn-1分别是本次和上一次采样时的误差，SV为设定值；PVn是本次采样的反馈值，PVnf、PVnf-1和PVnf-2分别是本次、次和前两次滤波后的反馈值，L是惯性数字滤波的系数；Dn和Dn-l分别是本次和上一次采样时的微分部分；K p是比例增益，T S是采样周期，T I和T D分别是积分时间和微分时间，αD是不微分的滤波时间常数与微分时间TD的比值。

    4.PID参数的整定

    PID控制器有4个主要的参数K p、T I、T D和T S需整定，无论哪一个参数选择得不合适都会影响控制效果。在整定参数时应把握住PID参数与系统动态、静态性能之间的关系。

    在P（比例）、I（积分）、D（微分）这三种控制作用中，比例部分与误差信号在时间上是一致的，只要误差一出现，比例部分就能及时地产生与误差成正比的调节作用，具有调节及时的特点。比例系数K p越大，比例调节作用越强，系统的稳态精度越高；但是对于大多数系统，K p过大会使系统的输出量振荡加剧，稳定性降低。

    积分作用与当前误差的大小和误差的历史情况都，只要误差不为零，控制器的输出就会因积分作用而不断变化，一直要到误差消失，系统处于稳定状态时，积分部分才不再变化。因此，积分部分可以稳态误差，提高控制精度，但是积分作用的动作缓慢，可能给系统的动态稳定性带来不良影响。积分时间常数T I增大时，积分作用减弱，系统的动态性能（稳定性）可能有所改善，但是稳态误差的速度减慢。

    微分部分是根据误差变化的速度，提前给出较大的调节作用。微分部分反映了系统变化的趋势，它较比例调节为及时，所以微分部分具有前和预测的特点。微分时间常数T D增大时，调量减小，动态性能得到改善，但是抑制高频干扰的能力下降。

    选取采样周期T S时，应使它远远小于系统阶跃响应的纯滞后时间或上升时间。为使采样值能及时反映模拟量的变化，T S越小越好。但是T S太小会增加CPU的运算工作量，相邻两次采样的差值几乎没有什么变化，所以也不宜将T S过小。

（1）EPL（以太网专线）：具有两个UNI接口，每个UNI仅接入一个客户的业务，实现点到点的以太网透明传送，基本特征是传送带宽为，在不同用户之间不共享。

（2）EVPL（以太网虚拟专线）：具有两个或多个UNI接口，每个UNI接口接入一个或多个客户的业务，实现点到点的连接，基本特征是UNI-N接口或传送带宽在不同用户之间共享。

（3）EN（以太网局域网）：具有多个UNI接口，每个UNI仅接入一个客户的业务，实现多个客户之间的多点到多点的以太网连接，基本特征是传送带宽为，在不同用户之间不共享。

（4）EVN（以太网虚拟局域网）：具有多个UNI接口，每个UNI可以接入多个客户的业务，实现多个客户之间的多点到多点的以太网连接，基本特征是在EN基础上增加了不同用户共享传送带宽的功能。

2.2　服务质量(QoS）

服务质量（QoS）的量化指标主要有两个方面：一方面是由呼叫与连接建立的速度，包括端到端延迟（End-to-end Delay）和延迟变化（Jitter）；另一方面是网络数据的吞吐量，吞吐量的主要指标可以表明可用的带宽大小，吞吐量决定着网络传输的，与带宽、出错率、缓冲区容量和处理机的能力等因素有关。

早期的以太网在局域网内主要承载数据业务，数据业务的特点是对时延不敏感，TCP的重传机制又可以容忍以太网上少量数据包的丢失，因此不需要差异化的服务。但对于电信级以太网技术，由于其需要承载综合业务，这种不区分流量类型的Best effort服务难以保业务的质量。电信级以太网实现QoS有IntServ（集成业务体系结构）和Diff-Serv（区分业务体系结构）两种方法，通常使用后者，其具体实现过程包括流分类、映射、拥塞控制和队列调度。

（1）流分类：在以太网上可以根据地址、VLAN ID、IP地址以及TCP/UDP端口号区分业务流；

（2）映射：根据一定策略将数据流的QoS参数映射到IP TOS字段、MPLS 域或者802.1p字段，通常将业务区分为EF（加速转发，对应实时性较强的业务）、若干个AF（保转发，对应不同级别的丢包敏感、实时性不强的业务）以及BF（尽力而为，对应普通IP业务）；

（3）拥塞控制：根据业务的不同要求对数据流做应用不同的拥塞控制算法，在网络节点发生拥塞时可以有选择有区别的丢弃少量数据包；

（4）队列调度：为保证时延以及时延抖动等性能，需要实现各种调度算法，包括严格级（SP）算法、加权公平队列（WFQ）算法、加权循环（WRR）算法，其中，SP用于对时延要求严格的业务，WFQ和WRR用于在多个业务之间按一定权值分配带宽。

2.3　电信级性

传统的以太网使用链路聚合和生成树协议进行保护，链路聚合耗费大量的线路和端口资源，不适合城域网，生成树协议/快速生成树协议在链路出现故障时的恢复时间都在秒级，远远大于电信级要求的50ms。电信级以太网技术可以采取一定的手段保证业务倒换时间小于50ms，如采用MPLS或弹性分组环（RPR）等技术。

除了网络级保护，节点设备也采用了冗余技术，如双处理器架构的交换设备，提供主备倒换功能，当出现故障时可以很快倒换，倒换时间一般在毫秒级，不影响用户业务。

2.4网络

对于电信级以太网来说，保设备和网络的性是一项十分重要的工作，需要采取一定的措施防止非法进入其系统造成设备和网络无法正常工作，以及某些的消息影响业务的正常提供。

传统以太网的问题已经通过VLAN技术划分虚拟网段得到解决。但随着互联网的发展，近年来网络经常遭受蠕虫等网络病毒以及的攻击，全网瘫痪的案例时有发生，合法用户的有效带宽、用户的信息难以得到保证。因此在建设电信级以太网时，考虑如何保网络的性。比较常见的以太网解决方案是通过ACL（访问控制列表）或者过滤数据库来过滤非法数据；端口镜像技术可以将任一端口的输入输出流量复制到端口，帮助网络管理者监控网络的数据内容；一些的网络设备具有强大的应用感知和网络级自动能力，能够一定程度地自动感知并过滤不的数据流。

2.5　以太网的管理

电信级以太网能够提供完善强大的网管，并能提供端到端的统一网管能力、集群管理能 
力、堆叠管理以及可视化图形管理。除了常规的配置、监控、用户数据采样分析等，完善的网络管理还能自动发现网络故障，并能及时恢复，能够自

3、几种典型的电信级以太网技术

电信级以太网技术种类众多，其中当前比较热门的三种为：传送MPLS（T-MPLS），运营商骨干网传输（PBT，Provider Backbone Transport），运营商VLAN传输（PVT，Provider VLAN Transport）

3.1　T-MPLS

固定时隙分配的传统SDH在以分组交换为主的网络环境中暴露出很多缺点，难以满足分组以太网业务需求，MPLS技术可以很好地SDH网络的缺点。但若在传统SDH中引入复杂的MPLS技术，则会大大提高设备成本和网络的复杂度，也是不合适的。为了适应分组交换和传送的需求，对 MPLS/PW技术进行简化修改，并跟传送平关联（比如SDH、MSTP或其它任何传送设备），即发展成为T-MPLS技术。ITU-T SG15在2006年2月的全会上采纳了T-MPLS的概念，来代替过去的MPLS over传送网的概念，并通过了关于T-MPLS的三个标准，即G.8010.1“T-MPLS体系结构”、G.8112“T-MPLS的NNI接口”、 G.8121“T-MPLS设备功能模块特性”。T-MPLS抛弃了IETF为MPLS定义的繁复的控制协议族，简化了数据平面，去掉了不必要的转发处理，并增加了ITU-T传送风格的保护倒换和OAM功能。总体来看，T-MPLS是ITU-T SG15定义的基于MPLS技术的一个面向连接的包传送技术，是MPLS的一个子集，是将数据通信技术同电信网络有效结合的一个技术。

T-MPLS与它的客户信号和控制网络（如MCN、SCN）是立的，其不限定要使用某种特定的控制协议或管理方式。T-MPLS承载的客户信号可以是IP/MPLS，也可以是以太网。T-MPLS的连接具有较长的稳定性，这使它可具有传送网络所的保护倒换和OAM等功能特性。以太网业务通过T-MPLS传送，会用到MPLS-Ethernet互通机制，也就是PWE3技术。

T-MPLS技术由数据平面、管理平面和控制平面三个相关平面组成，从标准化程度来看，现在的标准仅规范了T-MPLS的数据平面部分功能，还需要进一步研究T-MPLS的多播、保护、OAM等功能，此外管理平面和控制平面也需进一步规范，预计T-MPLS的系列标准将在2008年后基本完成。

3.2　PBT

  运营商骨干网传输PBT（Provider Backbone-Transport）技术源自IEEE 802.1ah定义的运营商骨干网桥接PBB（Provider Backbone Bridge），即-in-技术。-in-是一种基于堆栈的技术，用户被封装在运营商之中作为内层加以隔离，增强了以太网的扩展性和业务的性。PBB在-in-基础上并引入了I-TAG。I-TAG适合用来与其它的技术比如MPLS进行互通，它不再被用作标识一个虚拟的网络而是标识一个业务。

面向连接的具有电信网络特征的以太网技术PBT初在2005年10月提出。PBT主要具有以下技术特征：

（1）基于-in-但并不等同于-in-，其是：通过网络管理和网络控制进行配置，使得电信级以太网中的以太网业务事实上具有连接性，以便实现保护倒换、OAM、QoS、流量工程等电信传送网络的功能；

（2）使用运营商（Provider ）加上VLAN ID进行业务的转发，从而使得电信级以太网受到运营商的控制而隔离用户网络；

（3）基于VLAN关掉自学习功能，避免广播包的泛滥，重用转发表而丢弃一切在PBT转发表中查不到的数据包。

由于采用了两层技术，业务通过DA+VID的方式进行识别，VLAN ID不再是全局有效，不同的DA可重用相同的VLAN ID，VLAN ID的相同不会造成以太网交换机在数据帧转发中的冲突。PBT技术可以与传统以太网桥的硬件兼容，DA+VID在网络中间节点不需要变化，数据包不需要修改，转发效，可支持面向连接网络中具有的带宽管理功能和连接允许控制（CAC，Connection Admission Control）功能以提供对网络资源的管理，通过网管配置或通过网络控制器（NC，Network Controller）建立连接，可以很方便地实现灵活的路由和流量工程。

3.3　PVT

运营商VLAN传输技术PVT（Provide  r VLAN Transport）源自VL

（1）PVT可以基于一层VID，也可以基于两层VLAN ID；

（2）接入的以太网业务可以是带VLAN ID的，也可以是基于端口的，还可以是端口+VLAN ID的形式；

（3）可以与现有的以太网交换机混合组网，在电信运营网络中并存；

（4）使用对外层VLAN ID分区段的方式进行PVT和网桥的区分；

（5）VID区段的范围可根据需要进行配置。

4、电信级以太网技术发展前景

目前电信运营商之所以青睐电信级以太网技术，很重要的一个原因是希望在数据业务大发展的背景下，可以利用以太网的优势来降低CAPEX和 OPEX。我们知道，传统以太网具有众多优势，包括技术成熟、、操作维护简单、用户接入无限制、应用灵活，等等。但这些显然不能涵盖电信以太网的所有特点。电信级以太网需要对以太网技术进行必要的改造，包括需要满足MEF所定义的5个方面的要求，以及控制平面、工程、网络等方面的需求。当在以太网技术上增加了这些电信网络的特征后，其原有优势是否仍然存在还需要打上一个问号。所以业界在实现和应用电信级以太网技术时，应该慎重选择所需要增加的功能，避免将其做得过于复杂。从这个角度讲，一个简化的控制平面功能应该是运营商所希望看到的。目前，电信级以太网的网管和控制平面功能还是一个空白，根据上述简化的原则，网管功能可以确定在ITU-T定义的传送网络网管功能基础上进行扩展，而控制平面可以与ASON控制相兼容，将GMPLS作为控制平面信令的基础。从传送技术选择方面，应该综合考虑CAPEX和OPEX，可以根据业务的增长和网络的状况灵活选择MPLS/IP、 Ethernet、SDH/Sonet、OTN、WDM等技术作为底层的传送技术。在标准参照方面，应该选择ITU-T的系列标准，同时结合IEEE 802、IETF和MEF等标准化组织或论坛的新研究成果，从目前来看，运营商网络的架构、设备、OAM、保护倒换、网络管理等方面的ITU标准已经发布或正在中，可以作为今后电信级以太网技术发展的主要参考标准依据。

从技术发展前景来看，在目前比较热门的三种电信级以太网技术中，PVT和PBT是两个相互竞争的技术，相对而言，PBT与传统以太网的兼容性以及与其它网络技术的互通性要PVT，另外，T-MPLS是三者中标准化程度的。总体来看，PBT和T-MPLS在技术方面有一定的优势，代表了今后电信级以太网技术的发展方向。

5、结束语

为了能够满足未来几年NGN和3G网络的大规模应用，国内各大运营商都在不断改造原有城域网络或重新组建新的城域网络，力求做到为新业务提供有充分和带宽保的网络平台。由于新业务对数据网络的QoS和SLA要求日益增长，新的数据承载网络需要能够实现电信级保护、服务和TDM （时分复用）能力支持等新的功能，在这种情况下，电信级以太网技术应运而生，并已成为下一代城域网发展的方向。然而，还应看到，目前电信级以太网技术所提出的QoS、性等并不能解决以太网所有的问题，为了真正实现具备电信特征的以太网业务，仍然需要在技术标准化、成熟度方面多做努力，还有很长的路要走。