西门子6ES7221-1EF22-0XA0一级代理

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(1)组织级(Organization Level)这是整个系统的，其智能程度，执行组织管理决策的智能，对下进行指导和监控。该级对上通过人机接口与管理人员进行友善的人机对话，执行管理决策的职能。对下监视、指导协调级的所有行为。其智能程度，但精度不高，宜粗不宜细，以便进行宏观指导。该级还可以根据实际生产过程和环境等信息，采用人—机结合的方式自动或半自动的提出合理的控制目标或指标，形成相应的命令或任务向低层下达。这部分通常由高功能的计算机来完成。
(2)监控/协调级(Coordination Level)该级主要根据组织级的命令协调下位PLC的运行，避免下位PLC发生冲突，并将下位PLC的信息传输到上位计算机。监控/协调机既可以是工业控制计算机也可以是主PLC或PLC终端，可根据控制要求进行选择。
(3)执行级(Executive Level)这是控制系统的级，执行现场控制功能，是自动控制系统中控制的关键级。该级智能，但性、控制精度和实时性要求，因而PLC正是选择。同时，该级的PLC可通过现场总线与上位的监控协调级连接进行实时的在线控制和协调。现场总线技术一般采用塌陷结构，使用开放系统互连(OSI)参考模型的低层协议，因而结构简单，实时性强。
上述结构，利用计算机运算速度快，信息处理功能强大的优势，使计算机集中管理各控制子系统，对现场信息进行综合处理，给出优解决方案。同时，控制级计算机可以通过局域网与其它计算机相连，既可以实现资源共享，又可以使不同系统在统一调度下，协调工作，减少资源浪费。下位PLC或远程工作站分散后进行连网，这样，执行级各控制器件就可在现场实现分散控制，并通过网络将信息传递到上位控制机，使上位机进行集中管理。即使下位PLC或远程工作站个别设备出现故障，也不会导致整个系统的瘫痪，整体性能好，运行。
3PLC分级递阶控制系统在变电站综合控制系统中的应用
当前，已有变电站将PLC引入控制系统中，但是仅仅利用PLC对开关量进行控制，如对有载调压变压器分接开关的调节，并联补偿电容器的投切等。远没有充分发挥PLC的强大功能。
3.1在变电站综合控制系统中PLC分级递阶控制系统的结构
利用本文上面提到的分级递阶控制结构，我们可以按照三级机构设计变电站综合控制系统。
(1)组织级的设计
组织级是本系统的，承担着优决策的功能。当前变电站综合控制大部分仍是按照传统的九区控制方法，利用电压和无功功率双参数将变电站运行状态分为九个区，根据各个区所对应的控制方案进行调节。但是，在该控制系统中，无功调节判据是一个与电压无关的平行于电压坐标轴的固定边界，没有充分考虑无功调节与电压调节相互间的协调关系。根据“保证电压合格，无功基本平衡，尽量减少调节次数”的变电站电压和无功综合调节的基本原则，无功调节边界应当是一个受电压状态影响，且在一定范围内服务于电压调节的模糊边界。因此，我们对传统的控制策略也作了改进，引入了无功调节判据,提出了模糊边界的无功调节。基于电压与无功的相互影响,对电容器组的投切判据建立如下数学模。

式中：U0为标准电压；Q0为每组电容器的容量；U为电压实时值；Q为实时功率值；α1，α2为权重系数。
根据上面推导出的数学模型，可以得到修正后的电压无功双参数调节的模糊边界,如图2所示。
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我们利用计算机进行模糊推理，得到优控制策略，形成控制规则表，将其传递到下级进行协调控制。同时该级为操作人员了良好的人机界面，将电压、电流、有功、无功等信息以曲线图、柱状图等形式实时反映出来，并且在出现异常情况时可进行声光报警，使操作人员可以及时的了解系统运行情况，并可对生产过程进行调节和控制。该级计算机装有知识库，在变电站内出现故障时，可在系统的引导下，尽快解除故障。定时召唤打印功能和无人抄表功能可以方便的使变电站综合控制实现无人职守。根据各变电站的实际运行情况和不同时段的电压、无功波动情况，还可以通过控制级计算机设定电压整定值和灵敏度参数，而且根据控制要求还可以由功能按钮直接对有载调压变压器的分接头和补偿电容进行控制，以进一步增加控制的灵活性。
该级的计算机还可以通过Ethernet、ARCNET等局域网进行联网，实现信息共享，对某一区域进行综合控制，这样既可以从整体上进行控制，有利于提高整个地区的供电质量，还可以减少资源的浪费。
(2)监控/协调级的设计
该级的主要功能是完成组织级下达的命令，负责执行级PLC的协调工作。该级可由计算机或主PLC构成，随着PLC性能价格比的不断提高，一般变电站的监控/协调级都可由主PLC承担。在变电站中，多变压器的同步调节主要由该级负责，同时它还负责执行级现场信息的传输，在整个分级递阶控制中起着桥梁作用。
在小型的变电站中，为了节省投资，也可以将组织级和监控/协调级集成在一个的计算机中。
(3)执行级的设计
执行级的智能程度，但控制精度和实时性要求。由于变电站电磁干扰严重，常规的控制器件难以达到控制，因而性高、实时性好、性能价格比高的PLC是选择。由于PLC与计算机联网，可以将优控制结果下载到PLC，利用PLC实现各种优控制。对于主要器件如主变压器，可以采用PLC的冗余技术进一步提高性。所谓PLC冗余技术即正常运行时，一台PLC作为主PLC进行控制，其它的PLC作为备用，监视系统运行。当主PLC发生故障时，由PLC协调器件另外一台PLC作为主PLC，控制系统运行，将有故障的PLC换下维修。由于PLC发生故障的几率十分小，采用冗余技术后的故障率几乎为零。
现在的PLC大多提供了现场总线技术，利用组态软件可以方便的将现场的多台PLC组成现场总线局域网。现场总线采用开放式的标准总线结构，可以十分方便的将分散的智能化设备连接起来，有利于的实现分布式控制，而且有利于各台PLC的协调动作，提高了系统的性。
3.2通信口的设计
 C系列的C200H配有HOST bbbb通信模块，对上可与计算机通信，进行组网连接；对下可通过RS-232、RS-485等实现近程或远程的通信，实现对生产线各个监控点的监控。本系统中链接的PLC不多，故可采用“轮询”式的工作方式，依次对链接的PLC进行。上位机对来自现场的数据经特征识别、分析判断后，针对不同的状态，再经过通信口给下级下达命令。操作人员还可经PLC终端对PLC的工作进行可视性监控，通过触摸屏开关下达命令。因此整个系统运行的正常与否和通信口的设计关系大。为保证通信畅通，在编制程序时应注意以下几点：
(1)波特率的设定应与HOST bbbb单元的SW3的设置保持一致；
(2)为保证传输，对指令帧每一字符进行“异或”逻辑运算，形成通信指令检验的FCS码；
(3)对由HOST bbbb单元返回的响应帧在判读其相应位为“00”后处理，若FCS校验错或响应帧相应位不为“00”，显示错误信息，重新发送指令。
基于PLC分级递阶控制的变电站综合自动控制系统既吸取了集散控制系统“信息集中，控制分散”的优势，又保留了PLC所固有的性、灵活性及性能价格比高的优点，同时大大降低了传统集散控制系统的成本，提高了系统性能，以成本来完成高技术的自动化。
该控制系统各级之间既有分工又有联系，协调工作。同时按照现场实际控制需要，将执行级的PLC采用分散控制结构，将各个PLC分散后进行联网，一方面可将变电站的全部信息通过网络传至组织级计算机以实现信息集中管理，另一方面可避免因个别设备出现故障而造成整个系统的瘫痪，提高了性。
由于控制系统采用模块化结构形式，各变电站可依据自己的需要选择不同数量、不同规格的PLC模块，整个系统采用分级分散的网络结构形式，使增加或去除某些单元不会影响整个系统的功能。同时，PLC可以实现在线编程，根据不同的需要对设定值进行整定，而不需要改变整个系统结构，因而大大提高了系统的灵活性。
4结论

本文将PLC分级递阶控制的思想引入变电站综合控制中，提出了一种、、有较价格比的变电站综合自动控制系统结构设计方案。其基本思想是：通过通信网络将PLC性高、灵活性好、性能价格比高的优势与计算机信息处理快、显示性能强的优势相结合，实现了变电站“管理集中，控制分散”的集散式控制。同时，将模糊控制与系统等智能技术引入变电站综合控制，可以有效减少分接头和补偿电容器的动作次数，减少变压器故障，提高电压质量。现场实验证明本设计性高，，实用性强，符合变电站综合控制向网络化、智能化发展的方向。

本文以山东沾化炜烨电厂锅炉补给水处理控制系统为例，论述了OMRONPLC在水处理领域的应用。对系统的硬件、软件结构及工作原理进行了说明，并且介绍了OMRONPLC的子程序调用结构和对模拟量信号处理的软件编程及在与人机界面通讯时的编程注意事项。运用表明，该系统能够满足电厂锅炉补给水处理的自动控制要求，并且具有、、控制性能好等优点。

主控单元采用C200HEPLC是OMRON公司的中小型PLC产品，方便实现扩展性优良的生产现场；它能进一步增强PC的基本功能，，方便的数据处理提高生产现场工作效率；CX-Programmer是OMRON开发的应用于C200HPLC的编程软件，运行在bbbbbbs2000操作系统中，在自动化工程各方面具有友好的用户功能。它致力生产现场情报化充实适应bbbbbbs的软件；它的单元品种齐全，对各种各样的机械设备实现控制。

1工艺简介

本例根据原水水质条件、锅炉汽水系统对补给水的水质要求，锅炉补给水处理系统流程为：原水→原水箱→原水泵→热交换器→多介质过滤器→活性炭过滤器→反渗透预脱盐系统→中间水箱→中间水泵→混和离子交换床→除盐水箱→除盐水泵→主厂房。另外包括过滤器反洗系统、混合离子交换床再生系统、加药系统等。

原水箱用于贮存进入本系统的原水，其目的是为了调节进水流量的变化，防止进水波动影响到系统运行，保证系统的进水量及进水水质的稳定。

原水泵是为预处理系统提供充足的原水流量和压力。

热交换器的作用是使进水维持在一定的温度范围之内，以利于保反渗透系统出力的稳定。

多介质过滤器的作用是滤除原水带来的细小颗粒、悬浮物、胶体，物等杂质，以及经加药后形成的矾花，从而保其出水SDI（污染指数）≤4。

活性炭过滤器的作用是去除水中低分子物，游离氯，也能较少水中异味，色度和嗅味。

反渗透预脱盐系统利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部分可溶性盐分，胶体，物及微生物。

中间水箱使反渗透产水侧承受较低的压力，避免反渗透膜受到背压而导致不可恢复的损坏，同时缓冲由于后级离子交换系统阀门切换时造成的压力波动，并可通过中间水箱的液位控制反渗透的启、停运行。

中间水泵的作用是为后续水处理系统提供稳定的压力和水量。

混和离子交换床的作用是将反渗透产水中留存的离子进一步去除。

除盐水箱用于贮存本系统的产水，其目的是为了保证锅炉供水水量的稳定。

2.1总体控制要求及功能

电厂锅炉补给水处理自控系统的要求是对水处理过程进行自动控制和自动调节，使处理后的水质指标达到要求的范围。在公司水处理控制室上位机发出指令时，将当前时刻运行过程中的主要工作参数（水质参数、流量、液位等）、运行状态及一定时间段内的主要工艺过程曲线等信息由现场上传到水处理控制室上位机。

功能如下：

控制操作：在水处理控制室能对被控设备进行在线实时控制。
显示功能：用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况，以及现场的状态参数。
数据管理：依据不同运行参数的变化快慢和重要程度，建立生产历史数据库，存储生产原始数据，供统计分析使用。利用实时数据库和历史数据库中的数据进行比较和分析，得出一些有用的经验参数，有利于优化控制，并把一些必要的参数和结果显示到实时画面和报表中去。
报警功能：当某一模拟量（如流量、电导、水位等）测量值过给定范围或某一开关量（如电机启停、阀门开关）发生变位时，可根据不同的需要发出不同等级的报警。另外还可对PLC进行诊断报警。

将光源、圆型的旋转编码盘（编码盘的线数有360线到2400线数不同）和光电检测器件等组合在一起构成的通常称光电旋转编码器，码盘的线数决定了旋转角精度。同样两块长光栅（动尺和定尺）光栅的单位密度也决定了其单位精度，与光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。
    旋转编码器每旋转一格光栅角，每一个光栅电信号对应一个旋转角或光栅尺每输出一个电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化一个周期，通过对信号变化周期的测量来测出动就与定就职相对位移。目前使用的光电旋转编码器与光栅尺的输出信号一般有两种形式，一是相位角相差90o的2路方波信号，二是相位依次相差90o的4路正弦信号。这些信号的空间位置周期为W。针对输出方波信号的光栅进行计数，而对于输出正弦波信号的光栅，经过整形可变为方波信号输出进行计数。就可以。输出方波的旋转编码器、光栅尺有A相、B相和Z相三个电信号，A相信号为主信号，B相为副信号，两个信号周期相同，均为W，相位差90o。Z信号可以作为较准信号以累积误差。
    随着控制精度的要求提高，自动化控制的越来越普及。自然PLC应用得也就越来越广泛，因此对不同性能功能组件间的连接也提出了高的接口要求。MHM-02、03型高速光栅隔离器就是一款性能非常良好的为旋转编码器、光栅尺与PLC控制器之间转换接口，同时可以对于输出正弦波信号的光栅，经过整形变为方波信号输出。现已广泛的应用到许多进口的、国产的旋转编码器、光栅尺与许多进口的、国产的不同类型PLC上。为此特别为自动化过程控制系统
特点：FEATURES MHM-02型、MHM-03C型品
    A. MHM-02型高速光栅隔离器（光电耦合器）可以应用于包括微处理器系统TTL与PLC之间数据高速传输转换接口（如解决雷诺德旋转编码器输出与PLC控制器之间转换接口、应用于西门子FM350-2高速计数模块）、电动机数字光电编码器、光栅尺与PLC控制器之间转换接口、变频器脉冲信号与PLC控制器之间的信号传输、数据输入/输出转换接口、微处理器系统和计算机外设接口、还特别适用于电机控制应用等领域。尤其是能克服工控系统复杂的现场环境下的强干扰，将强电传动执行机构和远程PLC控制网络系统之间电气隔离，排除强电场、强磁场等电气干扰。MHM-02型高速光电耦合模块可以分隔系统和有效保护较为敏感的电路，有效地提高了系统之间的抗干扰性能，为工业自动化控制系统中的高低电压之间提供一个物理隔离的接口。内置二路立隔离器。详细资料www.mhm-下载、欢迎技术探讨和技术咨询
Heidenhain海德汉-光栅尺（德国）、ESSA光栅尺(捷克)
    B. MHM-02型高速光栅隔离器常规产品输入，有PLC电平接口02A、有TTL电平接口02B，特殊要求可定制。输出，有推挽型和集电开路输出型02AO、02BO，还有固定TTL电平输出02AT、02BT，三种任选一种。
    C. 结构上采用了片状模块卡口式结构，可直接卡入标准道轨安装，安装拆卸维护方便。可以多片紧凑叠合安装在标准道轨上DIN，可节省和替代控制柜输入、输出接线端子。
    一. 技术参数 SPECIFICATIONS
输入参数bbbbb DATA
工作电压范围Operating Voltage Range5 - 24 V
输入直流电压bbbbb DC VoltageA型为PLC电平0 - 24 V ，B型为TTL电平0 - 5V
典型输入电流Type bbbbb Current With Un5 mA
典型传输频率Transmission FrequencyMHM02A/B 0 - 800 KHz ，MHM-02AO/BO 0 - 400KHz
输出参数OUTPUT DATA
工作电压范围Operating Voltage Range5 – 35 V （DC）
连续负载电流输出电流Continuous Load Current25 mA \ 集电开路 100 mA
典型开关速度Switch – Off Delay0.5 us
典型运行参数TYPE GENERAL DATA
输入输出隔离电压Isolation Voltage in / out2500 V
工作温度范围Operating Temperature Range-20 - +70 ℃
外形尺寸Outside dimension80mm ( H ) × 25mm ( W ) × 59mm ( D ) DIN

注： MHM-02AT输入PLC电平、MHM-02BT输入TTL电平，而模块的工作电源范围可DC 9 – 30 V，而输出固定为TTL电平。
MHM-02AO输入PLC电平、MHM-02BO输入TTL电平，而模块的工作电源范围可DC 9 – 30 V，而输出为集电开路OC。

   虚拟仪器是以一种全新的理念来设计和发展的仪器，他是90年代发展起来的一项新技术，主要用于自动测试、过程控制、仪器设计和数据分析等领域，其基本思想是在仪器设计或测试系统中尽可能用软件代替硬件，即“软件就是仪器”，他是在通用计算机平台上，根据用户需求来定义和设计仪器的测试功能，其实质是充分利用计算机的来实现和扩展传统仪器的功能。

1、虚拟仪器的特点和构成

1.1 虚拟仪器的特点

与传统仪器相比，虚拟仪器具有、开放、易用灵活、功能强大、、可操作性 好等明显优点，具体表现为：

智能化程度高，处理能力强 虚拟仪器的处理能力和智能化程度主要取决于仪器软件水平。用户可以根据实际应用需求，将的信号处理算法、人工智能技术和系统应用于仪器设计与集成，从而将智能仪器水平提高到一个新的层次。

复用性强，系统 应用虚拟仪器思想，用相同的基本硬件可构造多种不同功能的测试分析仪器，如同一个高 速数字采样器，可设计出数字示波器、逻辑分析仪、计数器等多种仪器。这样形成的测试仪 器系统功能灵活、、开放、系统。通过与计算机网络连接，还可实现虚 拟仪器的分布式共享，好地发挥仪器的使用。

可操作性强，易用灵活 虚拟仪器面板可由用户定义，针对不同应用可以设计不同的操作显示界面。使用计算机的 多媒体处理能力可以使仪器操作变得加直观、简便、易于理解，测量结果可以直接进入数 据库系统或通过网络发送。测量完后还可打印、显示所需的报表或曲线，这些都使得仪器的 可操作性大大提高而且易用、灵活。

1.2 虚拟仪器的构成

虚拟仪器的构建主要从硬件电路的设计、软件开发与设计2个方面考虑。

硬件电路的设计主要根据用户所面对的任务决定，其中接口设计可选用的接口总线标准包 括GP IB总线、VXI总线等。选用VXI总线。因为他具有通用性强、可扩充性好、传输速 率高、抗干扰能力强以及良好的开放性能等优点，因此自1987被推出后得到各大仪 器生产厂家的认可，目前VXI模块化仪器被认为是虚拟仪器的理想平台，是仪器硬件的发 展方向。由于VXI虚拟仪器的硬件平台的基本组成是一些通用模块和接口。因此硬件电 路的设计一般可以选择用现有的各种不同的功能模块来搭建。通用模块包括：信号调 理和高速数据采集；信号输出与控制；数据实时处理。这3部分概括了数字化仪 器的基本组成。将具有一种或多种功能的通用模块组建起来，就能构成任何一种虚拟仪器。 例如使用高速数据采集模块和高速实时数据处理模块就能构成1台示波器、1台数字化仪或 1台频谱分析仪；使用信号输出与控制模块和实时数据处理模块就能构成1台函数发生器、1台信号源或1台控制器。接口是针对特定用途仪器需要的设计，也包括一些现场总线 接口和各类传感器接口。系统的主要硬件包括控制器、主机箱和仪器模块。常用的控制方案 有GPIB总线控制方式的硬件方案、MXI总线控制方式的硬件方案、嵌入式计算机控制方式的硬件方案3种。VXI仪器模块又称为器件（devices）。VXI有4种器件：寄存器基器件、消 息基器件、存储器器件和扩展器件。存储器器件不过是寄存器基器件，用来保存和传输 大量数据。扩展器目前是备用件，为今后新型器件提供发展通道。将VXI仪器制作成寄存器 基器件，还是消息基器件是要做出的决策。寄存器基器件的通信情况像VME总线器件 ，是在低层用二进制信息编制程序。他的明显优点在于速度寄存器基器件是在 直接 硬件控制这一层次上进行通信的。这种高速通信可以使测试系统吞吐量大大提高。因此，寄 存器基器件适用于虚拟仪器中信号/输出部分的模块（如开关、多路复用器、数/模转换输出 卡、模/数转换输入卡、信号调理等）。消息基器件与寄存器基器件不同，他在高层次上用A SCII字符进行通信，与这种器件十分相似是立HPIB仪器。消息基器件用一组意义 明确的 “字串行协议”相互进行通信，这种异步协议定义了在器件之间传送命令和数据所需的挂钩 要求。消息基器件有CPU（或DSP）进行管理与控制。因此，消息基器件适用于虚拟仪器 中数字信号处理部分的模块。

软件的开发与设计包括3部分：VXI总线接口软件、仪器驱动软件和应用软件（软面板） 。软件结构如图1所示。