西门子模块6ES7231-0HF22-0XA0一级代理
控制类产品名目繁多，各家叫法不一。通常使用的控制类产品包括DCS'>DCS、PLC两大类。我们又将DCS'>DCS的概念拓展到FCS。
DCS'>DCS（DistributedContorlSystem）,集散控制系统，又称分布式控制系统。
PLC（ProgramLogicControl）,可编程逻辑控制器。
FCS（FieldBusContorlSyestem），现场总线控制系统
发展到现在，DCS'>DCS和PLC之间没有一个严格的界线，在大多数人看来，大的系统就是DCS'>DCS，小的系统就叫PLC。当然，这么说也不是不可以，但是还不对。现在我们来重新建立这个观念。
，DCS'>DCS和PLC之间有什么不同？
1、从发展的方面来说：
DCS'>DCS从传统的仪表盘监控系统发展而来。因此，DCS'>DCS从先天性来说较为侧重仪表的控制，比如我们使用的YOKOGAWACS3000DCS'>DCS系统甚至没有PID数量的限制（PID,比例微分积分算法，是调节阀、变频器闭环控制的标准算法，通常PID的数量决定了可以使用的调节阀数量）。
PLC从传统的继电器回路发展而来，初的PLC甚至没有模拟量的处理能力，因此，PLC从开始就强调的是逻辑运算能力。
2、从系统的可扩展性和兼容性的方面来说：
市场上控制类产品繁多，无论DCS'>DCS还是PLC，均有很多厂商在生产和销售。对于PLC系统来说，一般没有或很少有扩展的需求，因为PLC系统一般针对于设备来使用。一般来讲，PLC也很少有兼容性的要求，比如两个或以上的系统要求资源共享，对PLC来讲也是很困难的事。而且PLC一般都采用的网络结构，比如西门子的MPI总线网络，甚至增加一台操作员站都不容易或成本很高。
DCS'>DCS在发展的过程中也是各厂家自成体系，但大部分的DCS'>DCS系统，比如横河YOKOGAWA、霍尼维尔、ABB等等，虽说系统内部（过程级）的通讯协议不尽相同，但操作级的网络平台不约而同的选择了以太网络，采用标准或变形的TCP/IP协议。这样就提供了很方便的可扩展能力。在这种网络中，控制器、计算机均作为一个节点存在，只要网络到达的地方，就可以随意增减节点数量和布置节点位置。另外，基于bbbbbbs系统的OPC、DDE等开放协议，各系统也可很方便的通讯，以实现资源共享。
3、从数据库来说：
DCS'>DCS一般都提供统一的数据库。换句话说，在DCS'>DCS系统中一旦一个数据存在于数据库中，就可在任何情况下引用，比如在组态软件中，在软件中，在趋势图中，在报表中……而PLC系统的数据库通常都不是统一的，组态软件和软件甚至归档软件都有自己的数据库。为什么常说西门子的S7400要到了414以上才称为DCS'>DCS？因为西门子的PCS7系统才使用统一的数据库，而PCS7要求控制器起码到S7414-3以上的型号。
4、从时间调度上来说：
PLC的程序一般不能按事先设定的循环周期运行。PLC程序是从头到尾执行一次后又从头开始执行。（现在一些新型PLC有所改进，不过对任务周期的数量还是有限制）而DCS'>DCS可以设定任务周期。比如，快速任务等。同样是传感器的采样，压力传感器的变化时间很短，我们可以用200ms的任务周期采样，而温度传感器的滞后时间很大，我们可以用2s的任务周期采样。这样，DCS'>DCS可以合理的调度控制器的资源。
5、从网络结构发面来说：
一般来讲，DCS'>DCS惯常使用两层网络结构，一层为过程级网络，大部分DCS'>DCS使用自己的总线协议，比如横河的Modbus、西门子和ABB的Profibus、ABB的CANbus等，这些协议均建立在标准串口传输协议RS232或RS485协议的基础上。现场IO模块，特别是模拟量的采样数据（机器代码，213/扫描周期）十分庞大，同时现场干扰因素较多，因此应该采用数据吞吐量大、抗干扰能力强的网络标准。基于RS485串口异步通讯方式的总线结构，符合现场通讯的要求。IO的采样数据经CPU转换后变为数据或实形数据，在操作级网络（二层网络）上传输。因此操作级网络可以采用数据吞吐量适中、传输速度快、连接方便的网络标准，同时因操作级网络一般布置在控制室内，对抗干扰的要求相对较低。因此采用标准以太网是选择。TCP/IP协议是一种标准以太网协议，一般我们采用100Mbit/s的通讯速度。
PLC系统的工作任务相对简单，因此需要传输的数据量一般不会太大，所以常见的PLC系统为一层网络结构。过程级网络和操作级网络要么合并在一起，要不过程级网络简化成模件之间的内部连接。PLC不会或很少使用以太网。
6、从应用对象的规模上来说：
PLC一般应用在小型自控场所，比如设备的控制或少量的模拟量的控制及联锁，而大型的应用一般都是DCS'>DCS。当然，这个概念不太准确，但很直观，习惯上我们把大于600点的系统称为DCS'>DCS，小于这个规模叫做PLC。我们的热泵及QCS、横向产品配套的控制系统一般就是称为PLC。
说了这么多PLC与DCS'>DCS的区别，但我们应该认识到，PLC与DCS'>DCS发展到今天，事实上都在向彼此靠拢，严格的说，现在的PLC与DCS'>DCS已经不能一切开，很多时候之间的概念已经模糊了。现在，我们来讨论一下彼此的相同（似）之处。
1、从功能来说：
PLC已经具备了模拟量的控制功能，有的PLC系统模拟量处理能力甚至还相当强大，比如横河FA-MA3、西门子的S7400、ABB的ControlLogix和施耐德的Quantum系统。而DCS'>DCS也具备相当强劲的逻辑处理能力，比如我们在CS3000上实现了一切我们可能使用的工艺联锁和设备的联动启停。
2、从系统结构来说:
PLC与DCS'>DCS的基本结构是一样的。PLC发展到今天，已经移植到计算机系统控制上了，传统的编程器早就被淘汰。小型应用的PLC一般使用触摸屏，大规模应用的PLC使用计算机系统。和DCS'>DCS一样，控制器与IO站使用现场总线（一般都是基于RS485或RS232异步串口通讯协议的总线方式），控制器与计算机之间如果没有扩展的要求，也就是说只使用一台计算机的情况下，也会使用这个总线通讯。但如果有不止一台的计算机使用，系统结构就会和DCS'>DCS一样，上位机平台使用以太网结构。这是PLC大型化后和DCS'>DCS概念模糊的原因之一。
3、PLC和DCS'>DCS的发展方向:
小型化的PLC将向化的使用角度发展，比如功能加有针对性、对应用的环境有针对性等等。大型的PLC与DCS'>DCS的界线逐步淡化，直至融和。
DCS'>DCS将向FCS的方向继续发展。FCS的除了控制系统加分散化以外，特别重要的是仪表。FCS在国外的应用已经发展到仪表级。控制系统需要处理的只是信号和提供人机界面以及逻辑控制，整个模拟量的控制分散到现场仪表，仪表与控制系统之间传统电缆连接，使用现场总线连接整个仪表系统。(目前国内有横河在中海壳牌石化项目中用到了FCS,仪表级采用的是智能化仪表例如:EJX等，具备世界的控制水准)。
如何正确对待PLC和DCS'>DCS？
我个人从不强调PLC和DCS'>DCS之间孰优孰劣，我把它们使用了一个新名词“控制类产品”。我们提供给用户的是适合用户的控制系统。绝大多数用户不会因为想使用一套DCS'>DCS而去使用DCS'>DCS，控制类产品定位在满足用户的工艺要求的基础之上。其实提出使用DCS'>DCS还是PLC的用户大抵是从没接触过自控产品或有某种特殊需求的。过分强调这个东东只会陷入口舌之争。
从PLC与DCS'>DCS之间的区别和共同之处我们了解了控制类产品的大抵情况。注意，作为人士，我们自己不要为产品下PLC还是DCS'>DCS的定义，自己的心理上不能把产品这样来区别对待。
1、处理单元(CPU)是PLC专题">PLC的控制。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC专题">PLC的可*性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
2、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
PLC专题">PLC常用的存储器类型
（1）RAM （Random Assess Memory） 这是一种读/写存储器(随机存储器)，其存取速度快，由锂电池支持。
（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种可擦除的只读存储器。在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。（3）EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。
PLC专题">PLC存储空间的分配
虽然各种PLC专题">PLC的CPU的大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：
（1）系统程序存储区
（2）系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）
（3）用户程序存储区系统程序存储区：在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该PLC专题">PLC的性能。
系统RAM存储区：系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。
（1）I/O映象区：由于PLC专题">PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O的状态和数据，这些单元称作I/O映象区。一个开关量I/O占用存储单元中的一个位（bit），一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字（16个bit）。因此整个I/O映象区可看作两个部分组成：开关量I/O映象区；模拟量I/O映象区。
（2）系统软设备存储区 ：除了I/O映象区区以外，系统RAM存储区还包括PLC专题">PLC内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；后者当PLC断电时，数据被清零。
1）逻辑线圈与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器。 另外，不同的PLC专题">PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。
2）数据寄存器与模拟量I/O一样，每个数据寄存器占用系统RAM存储区中的一个字(16 bits)。 另外，PLC专题">PLC还提供数量不等的特殊数据寄存器，具有不同的功能。
3）计时器
4）计数器
用户程序存储区
用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC专题">PLC，其存储容量各不相同。
3、电源
PLC专题">PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可*得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。
随着工业化程度的提高，范围内的环境污染越来越引起人们的关注。空气中硫化物和硝化物含量的逐年增加对人类的生存构成威胁。对工业废气进行脱硫脱硝现已有多种办法，而现阶段用高能电子束辐照烟气是比较有效、科学的方法 。很多国家都在积地研究。是其中关键的设备，其性能的好坏直接决定脱硫脱硝的效果。
１ 的结构及其特点
此类属于直流高压，交流３８０Ｖ／５０Ｈｚ输入电压经变频器转换为交流４００ＨＺ电压给初级线圈供电。次级线圈６６个，每一个次级输出电压经过倍压整流后串联，产生几兆伏的直流高压，由级联高压系统产生的电场用于加速电子。通过调解变频器的交流输出电压（即改变初级线圈电压）可达到改变能量或稳定能量的目的。束流强度通过灯丝进行调控。整个系统的滞后性比较严重，因此要求系统的性要高。整个系统及其控制如图１所示。
主要由八部分组成：①供电系统；②高压系统；③电子、加速管系统；④束流引出系统；⑤真空系统；⑥绝缘气体系统；⑦冷却系统；⑧计算机控制系统。
２ 硬件设计
计算机控制系统控制及其相关设备，控制系统组成原理图如图２所示。
根据的特点，要求控制系统长时间地运行，以适应工业现场环境并具有强的抗电磁干扰能力，因而我们采用集散控制系统，降低了故障危险。如果一个控制站发生故障不能正常工作，此信号会被别的控制站采集到而采取应急措施，避免了因故障而导致整个系统的崩溃。每一个控制站都有一套完整的控制、监测、报警功能。
在整个控制系统中，我们采用研华５８６工控机作为上位机，执行对下位机的管理、数据采集、数据处理、发布启动和关机命令、修改控制参数和运行参数、记录等功能；下位机采用可编程序控制器（ＰＬＣ）作为本地控制站。本系统有四个ＰＬＣ本控站，分别是：束流稳定系统本控站（ＰＬＣ１）、能量稳定系统本控站（ＰＬＣ２）、引出系统本控站（ＰＬＣ３）和辅助联锁本控站（ＰＬＣ４）。工控机通过ＰＣ／ＰＰＩ电缆（包括ＲＳ２３２／４８５转换口）实现ＰＰＩ通讯。ＰＣ／ＰＰＩ电缆的ＲＳ２３２端接到工控机的通讯口（ＣＯＭ１或ＣＯＭ２），各本控站进行简单并联即可。
我们采用德国西门子公司的ＰＬＣ作为本控站，其ＣＰＵ为２１６，用户程序大小４Ｋ字节，用户数据大小２．５Ｋ 字节，支持的数字量Ｉ／Ｏ为６４输入／６４输出，模拟输入可扩展到 ３１路，模拟输出可扩展到３１路，１２８个中断，中断事件２８个，ＰＩＤ回路７个。每个本控站使用的Ｉ／Ｏ扩展模块不相同。
２.１ 束流稳定控制站
束流稳定工作原理图如图３所示。
通过取样电阻ＲＳ采得后次级线圈上的电流信号（此信号代表电子束流大小），束流信号送到ＰＬＣ１的模拟输入端，经过ＰＬＣ１的比较、ＰＩＤ回路的运算后，由ＰＬＣ１的模拟输出端给出控制信号，经运放、光电隔离装置，去控制电子中的灯丝电流，构成闭环回路。而且束流信号与大电流设定进行比较，如果束流信号过大设定，由硬件给出保护信号。为保证电子的使用寿命，尽量减少束流的过调量和快地使束流稳定在给定值上，ＰＩＤ常数能在控制下做优化切换，并设有保护功能。
２.２ 能量稳定控制站
能量稳定系统工作原理图如图４所示。
通过分压电阻ＲＨ的束流能量Ｅ０的分压值，被送到ＰＬＣ２的模拟输入端，经过ＰＬＣ２的比较、ＰＩＤ回路的运算，后由ＰＬＣ２的模拟输出端给出控制信号；此信号控制变频器的输出电压，改变初级线圈上的电压值，达到稳定能量的目的。同样，从ＲＨ上的电压值与大能量设定进行比较，由硬件给出保护信号。
２.３ 束流引出系统控制站
该系统的主要作用是保证束流均匀穿越钛箔进入辅照加工物品，不致使束流过于集中在钛箔的局部区域，造成钛箔烧毁或寿命降低。该系统还可以使进入空气后的电子按所需要的轨迹运动，以满足一些特殊的辅照工艺要求。控制电子在Ｘ、Ｙ两个方向扫描，高频扫描（Ｙ）频率：１８００Ｈｚ；低频扫描（Ｘ）频率：１００～１２０Ｈｚ。给偏转线圈提供三角波电流，控制束流轨迹，使之在钛箔上均匀扫描。
２.４ 辅助联锁系统控制站
为了人员和设备的，该系统有两种工作模式：硬件工作模式和软件工作模式。在硬件工作模式下，系统通过自身的逻辑电路，分析各个相关设备、系统的工作状态，并根据输出相应信号来直接关闭，或禁止启动。另一种模式是软件工作模式。该系统还设置有专门的打火分析系统，以便在出现打火时能及时加以保护。
３ 软件设计
控制软件分为三层：操作员层、通讯层和现场控制层。在人机交互界面这部分，采用Ｋｉｎｇｖｉｅｗ５．０作为操作界面的编程软件。它运行于ＷＩＮ９５／９８ＮＴ平台，是３２位程序、实时多任务、多线程、支持国内外３１种ＰＬＣ。软件包括工艺流程图动态显示、操作显示、参数设定、运行参数实时显示、修改参数、控制命令发布、报警并打印报表等功能。
３.１ 束流稳定系统
此系统要求能实时控制束流大小，是通过控制电子灯丝电流来实现的。不允许灯丝电流过其大值实时采集束流大小，进行ＰＩＤ运算（包含比例、积分、微分回路），使系统达到稳定状态。为了能让数字计算机处理ＰＩＤ控制，连续算式离散化处理。计算机处理的ＰＩＤ算式如下：
Ｍｎ＝Ｋｃ×Ｅｎ＋ＫＩ×Ｅｎ＋ＭＸ＋ＫＤ×(Ｅｎ－Ｅｎ－１)
输出＝比例项＋积分项＋微分项
其中：
Ｍｎ——ｎ次采样时刻的计算值
ＫＣ——ＰＩＤ回路比例项增益
Ｅｎ——ｎ 次采样时刻的偏差值（是给定值与过程变量值之差）
Ｅｎ－１——ｎ－１次采样时刻的偏差值
ＫＩ——积分项比例常数
ＭＸ——积分项前值（在ｎ－１采样时刻的积分值）
ＫＤ——微分项比例常数
调用中断事件号２（即Ｉ０．１上升沿）控制束流值越界。正常工作时，Ｉ０．１为低电平，通过硬件比较束流值是否过大设定值；如过大值，硬件给出一高电平，并接到Ｉ０．１输入端口。这样就可以快速调用中断程序。部分程序如下：
ＬＤ ＳＭ０．０ ／／定义始能端
ＡＴＣＨ ０，２ ／／定义中断程序０为处理Ｉ０．１上升沿中断２的中断程序
ＥＮＩ ／／全局允许中断
ＬＤ ＳＭ５．０
ＤＴＣＨ ２ ／／如果发现Ｉ／Ｏ错误，禁止Ｉ０．１上升沿中断
ＬＤ Ｍ５．０
ＤＩＳＩ ／／当Ｍ５．０为ＯＮ时，禁止所有中断
．．． ．．．
ＭＥＮＤ
ＩＮＴ ０ ／／中断程序０
．．． ．．．
ＲＥＴＩ
３.２ 能量稳定系统
为增加程序的可读性，采用结构化程序设计。主程序如下：
ＬＤ ＳＭ０．１
ＣＡＬＬ ０ ／／调用初始化子程序
ＬＤ Ｉ０．１ ／／判定控制使能端
ＣＡＬＬ １ ／／调用能量稳定子程序
ＬＤＮ Ｉ０．１
ＣＡＬＬ ２ ／／调用电压稳定子程序
ＣＡＬＬ ３ ／／调用中断子程序
ＥＮＤ
在初始化子程序中，要检测系统是否正常工作，如不能正常工作，给出故障信号使不能加高压。然后给出初始化运行的各种参数。
在能量稳定和电压稳定子程序中，都要进行ＰＩＤ运算，输出模拟控制量，其过程类似于束流稳定系统。中断子程序起到快速处理故障作用。
在所有的系统中，都要采集外设信号。为了能读到正确的信号、大可能地减少干扰，同时考虑到控制的实时性，须对信号进行多次采样（一般来说采样５～１０次可满足要求）。
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