6ES7322-1FF01-0AA0支持验货

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 关于PLC与DDC，哪个应用在楼宇自控系统中有优势，做如下面的比较：

1.应用领域：DDC是由PLC发展而来的 ，PLC是专门应用在工业自动化方面的，在国内几乎全部的工业生产流水线控制 系统，火力发电厂控制系统，钢铁厂控制系统都是应用了PLC系统，目前也有相 当一部分楼控系统也应用了PLC。楼宇自控DDC是生产厂家根据楼宇自控特点从 PLC发展而来的，与PLC的区别其实只是在其内部固化了一部分程序，但同时也缺 少的PLC的灵活性和应对复杂电磁干扰环境的能力。

2.结构差别：通过多年的发展，现在 的PLC在网络方面其实与DDC是一样的，也支持多种协议，也是分层结构，也可以 实现点对点通讯，PLC分布在现场的各站点是不需要通过上位机就能进行通讯管 理的。

3.软件特性：DDC系统的上位机软件多 为软件，其实从另一个侧面说明其不兼容，每个厂家的软件都有不一样，而 且很多是英文的，这对技术员来讲是恶梦的开始。而PLC系统上位机软件既可 是软件，又可是通用组态软件，现在国内通用组态软件都是纯中文的，组态 灵活方便。通用组态软件能应对复杂的工业控制系统，对区区楼控又何在话下。 再说无论是PLC系统还是DDC系统的调试都是有调试人员完成组态，再培训业 主操作管理，对业主来讲其实是一样的，反观通组态软件既能实现软件的所 有功能，又能实现软件很多不能实现的功能（如真界面、人声报警、用 户定制功能等）。

4.性：现在很多楼控工程都应用 了PLC系统，事实证明上述DDC功能PLC系统也能完成，经验丰富的PLC楼控实施商 ，也已积累了全部控制流程程序、能源管理及节能程序，同时由于其对所有流程 程序拥有源程序，所以可以针对不同项目做出量身定制的功能。由于也有现 成的流程程序，现场调试工作也非常短，同时也会比DDC调试顺利，因为DDC内 置程序只有接口函数，是固定格式，如遇特殊需求就得与远在千里之外的厂家工 程师联系，而且能不能解决就不一定了。

5.扩展性：谁都知道PLC系统是通用性 、开放性系统。现阶段大多数PLC系统与大多数DDC系统操作员站之间用的都是 TCP/IP协议，都可以做到有网络就可接入。而目前DDC系统软件按用户数收取昂 贵费用，令大部分已完工的楼控系统对分控操作站想要而不敢想啊！PLC系统正 好有此优势。

6.性：其实这个问题只要想象一 下:一个火力发电厂正在发电，突然一个PLC模块坏了，如像上述所说的要将整个 系统停机才能换，那会是怎样的后果，锅炉都有可能爆炸啊！呵呵！比楼控后 果要严重得多吧！现在很多PLC系统的模块都是热拔插、热备冗余（这几个功能 ，楼控好像是这几年向PLC学的吧），PLC是面向工业环境开发的，在复杂的工业 控制环境下模块的故障或系统停机都可能产生重大事故或人员伤亡，性要求 较DDC又何止高一等啊！不知上述论述是怎么产生的。PLC控制能够在恶劣的 环境中长期、无故障运行，并且易接线、易维护、隔离性好、抗腐蚀能力强 ，能适应较宽的温度变化范围，平均无故障时间间隔(MTBF)大于15年。 

7.调试繁简度：PLC编程现在用得多 的是梯形图语言，这种语言形象化、所见即所，不需要英语水平，普通电工就能 学会。

现在的PLC系统与DDC系统一样，都能 坐在舒适的机房内通过一台笔记本电脑和一根网线就能将系统全部调试好。至于 精度问题拿产品技术参数一看便知啊！只想说一句：难道工业控制对精度的要求 会楼控？我想是个人都不会这样想吧！哈哈！现代化工业生产线上的控制系 统动不动就是上万点（基本上都采用PLC，却没有一个用DDC），而且要求做到毫 秒级网络连接，DDC能做到不？

综述：其实DDC是由PLC发展而来的， 是生产厂家专门针对细化市场而设计的，其与PLC大的优势就只有固定的一部 分控制程序这一项，其它性能方面应都较PLC差。DDC由于只针对楼控这一个 细分市场，全国市场容量不大，也就造成DDC为什么性能不，价格却较高的 根本原因。DDC中固定一部分控制程序，厂家的初出发点是因为楼控系统的承 建方，大多是弱电系统集成商，这个群体对自控技术接触得相对较少，所以厂家 做一个容易的产品供其调试。但正因为这样也便其失去了灵活性。如碰上了 经验丰富的自控工程师，其产品内固定的程序反而成为其发挥能力的包袱。楼控 系统完工交付用户后，由于用户维护工程师在社会上接触得多的是PLC，PLC编 程现在用得多的是梯形图语言，这种语言形象化、所见即所，不需要英语水平 ，普通电工就能学会，所以其维护技术和成本反而低。

介绍了由西门子公司S7-200系列PLC构成的温度控制器，并阐述了VB环境下计算机与PLC温控系统的串行通信技术，给出了部分程序，通过实例表明，该系统性高，监控方便。

因为PLC具有控制能力强、性高、配置灵活、编程简单、使用方便、易于扩展等优点，成为了当今及今后工业控制领域的主要手段和自动化控制设备。在许多行业的工业控制系统中，温度控制都是要解决的问题之一。在一些热处理行业，由于使用简单的温控仪表和温控电路进行控制，存在控制精度低、调量大等缺点，这样就造成了产品质量不高，能源浪费等问题。

基于PLC在工业控制领域的普及性和温度控制的重要性，设计了一个基于PLC的智能温度控制系统，具有很广的应用空间。同时，由于PLC具有自身的一些缺点，即数据的计算处理和管理能力较弱，不能提供良好的用户界面，因此妨碍了对现场温度变化的跟踪与监控，而计算机可以很好的的这一缺点。用计算机与PLC组成的主从式实时监控系统，能够充分发挥各自在工业控制中的优势，实现分散控制、集中监控等全新功能。本系统采用西门子公司S7-200系列PLC，通过PLC串口通讯与计算机连接，监控界面友好，运行稳定。

1、PLC温度控制系统

在锅炉温度控制系统中，电加热锅炉是过程控制工业中常用的设备，其温度控制也是过程控制的一个。PLC温度控制系统的结构如图1所示，PLC通过加热棒及风扇分别控制炉子的加热及降温。计算机则实现目标温度的设定、动态显示、参数的设定等功能，从而实现实时温度监控。

2、系统构成

信号处理、温度调节等功能。在，温一个温度控制系统一般具有温度信号采集、PLC的温度控制系统中度信号的采集可以使用常用的温度传感器(热电偶、热电阻)。由温度传感器检测来的信号不是标准的电压(电流)信号，不能直接送给A/D转换模块。因此温度传感器采集到的温度信号要经过变送器的处理后才能被A/D转换器识别并转换为相应的数字信号。根据所使用的温度传感器选用对应的温度变送器。S7-200系列PLC常用的模拟量输入输出混合模块为EM235，EM235为4路模拟量输入，1路模拟量输出。PLC对温度信号进行处理后，通过模拟量模块输出电流信号，电流信号可以通过调压器来控制电源的开度(即一周期内的导通比率)，从而控制电源的输出功率。加热器根据电源输出功率调节加热强度，从而达到温度调节的效果。

3、温度PID控制的实现

对于模拟量信号的控制PID(比例+积分+微分)算法控制。S7-200系列PLC有专门的PID回路指令，对模拟量进行PID控制十分方便。PID指令使用的算法:(nSP为n个采样时刻的给定值，n为过程变量值，MX为积分项值)

PID指令根据表格(TBL)中的输入和配置信息对引用LOOP执行PID循环计算。在执行PID指令前，要建立一个参数表，一般要对表1中的参数进行初始化处理。

在实际控制过程中，无论是给定量还是过程量都是工程实际值，它们的取值范围都是不相同的。因此在进行PID运算前，将工程实际值标准化。PLC在对模拟量进行PID运算后，对输出产生的控制作用是在[0.0，1]范围的标准值，不能驱动实际的驱动装置，将其转换成工程实际值。

由于电加热炉具有较大的延时性，所以采输出值，0.0～1.012Kc数正数双字，实数I回路增益，正、负常数16TsI采样时间，单位为s，正20TiI积分时间常数，单位为min，24TdI微分时间常数，单位为min，正数式控制。大致采用三段控制:段，开始阶段置电源为满开度，以大的功率输出克服热惯性;二段，等到温度达到一定值转为PID控制;三段，接近设时置电源开度为0，提供一个保温阶段，以适应温度的滞后温升。X，Y根据实际设定。

PID参数的调节是很重要的，调节方法有很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法.它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握。在工程实际中，控制系统难以建立起的数学模型，所以一般采用工程整定法。PID参数的工程整定法主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。在这里选用临界比例度法，整定步骤如下:(1)预选择一个足够短的采样周期让系统工作;(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期;(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。

4、PLC与计算机通讯的设计

由于VB具有强大的图形处理功能，界面可视化性强，而且操作简单，容易实现，故采用VB来实现上位机和下位机的通信。其下位急是S7-200系列PLC，上位机是通过RS-232串行口与PLC相连的计算机。

4.1PLC程序部分

S7-200支持多种通讯模式，其中在自由口通讯方式下，用户可以利用梯形图程序中的接收完成中断、发送完成中断、发送指令和接收指令完成S7-200系列PLC与上位机的通讯。

PLC的CPU处于STOP模式时，自由口通讯被禁止，只有当CPU处于RUN模式时，才可使用自由口通讯。SMB30(这里选择端口0)是自由口模式控制字节，用来设定校验方式、通讯协议、波特率等通讯参数。发送指令XMT启动自由端口模式下数据缓冲区中的数据发送，它可以方便地发送1~255个字符，如果有中断程序连接到发送结束事件上，在发送完成后，端口0会产生中断事件9，也可以监视发送完成状态位SM45的变化。接收指令RCV可以初始化接收信息服务，通过的通讯端口接收信息并存储在数据缓冲区内。在接收完后一个字符时，端口0产生中断事件23.PLC初始化程序如下:

4.2上位机程序部分

VB带有专门管理串行通讯的MSComm控件，利用它只需设置几个主要参数就可以实现PLC与计算机串行通讯。计算机采用VB编程，主要有监控界面、当前温度显示、动态温度曲线显示、参数设置以及与PLC通信等方面的设计。通信参数设置程序如下:

mPort=1//设置通讯口为COM1

MSComm1.Settings="9600，n，8，1"//波特率9600bps，无奇偶校验，8位数据，1位停止

MSComm1.bbbbbLen=8//一次读取8个字节

MSComm1.PortOpen=True//打开通信端口。计算机端的VB程序利用MSComm控件与S7-200交换数据，通过自由口通讯程序从现场采集温度信号。并且上位机程序可以设定初始温度和PID参数、显示动态温度曲线。

5、结束语

本文介绍了基于S7-200系列PLC的智能温度控制器系统。阐述了温度控制的实现方法。介绍了VB环境下实现上位机和PLC温度监控系统的串行通信的技术。经过现场调试表明，本系统具有性高，监控方便等优点。由于PLC在工业领域使用的普遍性，该系统有很大的使用范围。 

1.故障现象

    据值班电工反映，系统电源指示灯POWER亮，正常操作外部开关、按按钮时，CPU面板上ERROR报警指示灯亮，外部输出切断，当时刚好上午准备下班。下开机时，从CPU内部冒出一股浓烟，此时，PC交流电压为247V左右。

2.故障分析及处理

    当制出现下列级错误时会引起CPU停机：CPU WAIT’ G (CPU等待)、MEMORY ERR(存储器错误)、NO END INST(无结束语句)、I/O BUS ERR(I/O总线错误)、I/O SET ERR(I/O设置错误)、I/O UNIT ERR(I/O单元错误)、SYS FAIL FALS(系统出错)等。

    用编程器读出出错信息如下：COU WAIT’ G、MEMORY ERR。拆下该CPU，经查看内部线路，发现CPU内部电源部分一集成件SI-9510A已炸开，显然，CPU不能运行。可能原因是当时电源电压OMRON产品给定电压值(240Va.c)7V左右或该集成件本身质量欠佳造成的。换同型号CPU，ERROR红灯仍亮，系统不能启动，用编程器读出的出错信息依然如故。

    为了防止意外和查看问题方便，我们将备用的存贮器换上，因其RAM中无用户程序。此时，能引发CPU等待的错误主要有两个方面：特殊I/O单元等待及扩展I/O单元等待。，我们查看了扩展单元的各部分，其电源供给正常，发现连接电缆插头松动，插好，试机，PC CPU依然停机，但无存贮器错误显示。由于系统未进行I/O地址登记，为查找原因方便，将扩展机架“离线”操作，直接检查主板特殊单元。存贮器中RAM为空白，只要拆下坏的模板后，CPU就应运行，其RUN指示灯亮(编程器置RUN或MONIT状态)。当拆下主板上OD215模板后，RUN亮，将备用的OD215进行状态设置，替换后也亮。此时，再将原来的存贮器换上，结果编程器上蜂鸣器马上声响，又出现MEMORY ERR出错信息，可见存贮器也被烧坏。只能用备用的存贮器，重新输入原始用户程序，分段检查、试车，后全部重新试车，系统正常，交付使用。

    直此，笔者认为引起这次停机故障的可能原因是特殊I/O单元OD215损坏，又由于偶然因素如电压偏高，使CPU烧坏及存贮器损坏。

3.体会

    (1)制系统设计时，其电源的稳压设计引起重视，以满足当地电压波动范围适合PC规范要求，为此，我们正着手改进原电源线路

    (2)程序需备份。设计者一般均有程序备份，用户手中也有正确的程序清单。

    (3)平时应当注意何处可以购买到备件，以便及时修复机器。

  为了满足工业逻辑控制的要求，同时结合计算机控制的特点，PLC的工作方式采用不断循环的顺序扫描工作方式。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。从条指令执行开始，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回条指令开始新的一轮扫描。

就是这样周而复始地重复上述循环扫描的。PLC工作的全过程可用图所示的运行框图来表示。整个过程可分为以下几个部分：

    部分是上电处理。上电后对系统进行一次初始化，包括硬件初始化和软件初始化，停电保持范围设定及其他初始化处理等。        

    二部分是自诊断处理。每扫描一次，执行—次自诊断检查，确定自身的动作是否正常。如电池电压、程序存储器、和通讯等是否异常或出错，如检查出异常时，面板上的及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时，被强制为方式，所有的扫描便停止。

    三部分是通讯服务。PLC自诊断处理完成以后进入通讯服务过程。检查有无通讯，如有则调用相应进程，完成与其他设备的通讯处理，并对通讯数据作相应处理；然后钟、特殊寄存器新处理等工作。

四部分是程序扫描过程。PLC在上电处理、自诊断和通讯服务完成以后，如果工作选择开关在位置，则进人程序扫描工作阶段。先完成输入处理，即把输入端子的状态读入输入映像寄存器中，然后执行用户程序，后把输出处理刷新到输出锁存器中。

在上述几个部分中，通讯服务和程序扫描过程是工作的主要部分，其工作周期称为扫描周期。可以看出扫描周期直接影响控制信号的实时性和正确性，为了确保控制能正确实时地进行，在每个扫描周期中，通讯任务的作业时间被控制在一定范围内。运行正常时，程序扫描周期的长短与的运算速度、与点的情况、与用户应用程序的长短及编程情况等有关。通常用PLC执行l 

    KB指令所需时间来说明其扫描速度，一般为零点几ms到上百ms。值得注意的是，不同指令其执行时间是不同的，从零点几μs到上百μs不等，故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。而对于一些需要高速处理的信号，则需要特殊的软、硬件措施来处理。

  1引言  

    二十一世纪以来，随着生物工程技术的迅猛发展，困扰人们多年的环保水处理这一日益严重的问题迎来了解决契机。大量资料表明，我国目前及今后相当长一段时间内的环境问题主要是水环境问题，水环境问题又主要是废水的污染问题。因此，废水的治理是环保工作中其重要的一面。在现今，各个国家普遍采用生物法处理城市工业生活污水、各种浓度废水。污水废水生物处理技术以其消耗少、、、工艺操作管理方便和次污染等显著优点而备受人们的青睐。

2 sbr 法原理介绍

2.1 sbr 法工艺优点

废水生物处理方法很多，其中活性污泥法的基本原理是：利用微生物去除污染物中的物，在去除过程中，需要微生物将物转化成co2和h2o以及微生物菌体，完后将微生物保存下来，在适当时间通过排除剩余污泥，从系统中除去新增的微生物。序批式活性污泥法（又称sbr法）是传统活性污泥法的一种改进与变形。其主体构筑物是sbr反应池。污水在这个反应池中完成反应（曝气）、沉淀、排水及排除剩余污泥等工序。这种污水处理工艺简易、快速且低耗，具有、工艺简单、脱氢除磷效果好，防止污泥膨胀能力强、耐冲击负荷以及处理能力强等优点，适合水质水量变化大的中小城镇的生活污水处理，以及容易生物降解的工业废水处理。

2.2 sbr 法污水处理过程分析

sbr法由初次沉淀池、曝气池、二次沉淀池、污泥回流和剩余污泥排放几个系统组成。初次沉淀池用于去除污水中原生悬浮物，当悬浮物少时可不设置。污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液，通过曝气阀通入空气，这样使混合液得到充足的搅拌而呈悬浮状态，然后进入沉淀池。混合液中的悬浮物质在沉淀池里沉淀下来和水分离，净化水流出沉淀池。同时，沉淀池里的污泥大部分回流，成为回流污泥。

    2.3 sbr 法污水处理流程

    传统污水处理过程是按照时间和顺序进行控制的。

    从充水开始到排水结束为一个周期，即12小时。在一个周期内，曝气、停气使沉淀池充氧、缺氧状态交互进行。以分解污水中含碳化合物（代表物为化学需氧量cod），以及含氮化合物的硝化和反硝化，达到脱除碳、氮、氨的目的。</p><p style="text-align:left;">3 PLC模糊控制器的优化设计</p><p style="text-align:left;">3.1 应用背景

实际上，工业污水中物的浓度随时间而变化，若呆板地按照固定的时间来控制sbr污水处理系统的运行，既浪费能源又易发生污泥膨胀，而且若时间设置不当还将影响处理效果。

近年来，由于模糊控制学科的发展，已有大量将模糊逻辑控制技术应用于工业自动化、机器人控制以及智能仪表和家用电器领域的实例。模糊控制器是一种基于模糊控制规则的控制器，而这种模糊规则就是人们对实际受控制过程的归纳以及经验的总结。</

目前，许多污水处理工厂在实际应用中还不能实时检测各种污水指标，只是采用时间程序控制，所以影响了控制效果以及污水处理能力。然而由于市场上化学需氧量cod浓度在线仪的出现，我们可以将cod浓度作为重要的工艺参数，组成基于plc的sbr污水处理模糊控制系统。

3.2 plc模糊控制器的优点

由于sbr法污水处理系统本身是一个复杂的动态系统，其数学模型难以确定。化学需氧量cod是一个重要的参数，其在线检测有一定的滞后。基于plc的模糊控制方案不需要确定控制对象的数学模型，而是根据控制规则决定控制量的大小，这种方法可以使这个反应过程的cod处于合适的范围。这样，系统就可以通过在线检测cod的浓度值来调节曝气量，以保出水质量，节省运行费用。

4 plc模糊控制器的设计

模糊控制器包括输入量模糊化、模糊推理和解模糊三部分。e和ex分别为e和ex模糊化后的模糊量，u为模糊控制量，u为u解模糊化后的量。<br />  曝气装置模糊控制器的输入量为曝气池中cod达标值与测量值的误差e及误差变化率ex，输出量为曝气机曝气增量u，其框图如图1所示。控制器定时采样cod值和cod值变化率，并与达标值比较，以此得出cod值误差e及误差变化率ex，并以此作为PLC控制器的输入变量，这样模糊控制器的输出就可控制曝气机阀门的开度了。

    4.1 输入模糊化

    在模糊控制器设计中，设e的词集为［nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb］，论域为［-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6］；ex和u的词集为［nb，ns，zo，ps，pb］，论域为［-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6］；e（k）=cod（k）-cod0，cod（k）=e（k）-e（k-1），其中cod0表示达标值。

先将e，ex和u模糊化，再根据cod值的控制经验可得变量e，ex和u的模糊量化表。由于篇幅所限，变量e，ex和u的赋值表予以省略。

4.2 模糊控制规则

通过总结污水处理过程中cod手动控制经验，得出模糊控制规则。

根据控制规则表，可得到35条模糊控制规则。举例如下：

● 当cod误差和误差变化均为负大时，cod值小于达标值cod0，应减少曝气量，所以u取nb，曝气机全关；即控制规则为if

● 当cod误差是负大，误差变化为正大时，曝气机开度不变；即控制规则为if e=nb and ex=pb then u=zo

4.3 输出反模糊化

根据模糊控制规则表取定的每一条模糊条件语句，就可以计算出相应的模糊控制量u，然后依据大隶属度法得出实际控制量u，经d/a转换后去控制曝气量。

    5模糊控制算法的plc实现

    本文采用西门子公司的S7-200型plc作为控制器。污水处理过程模糊控制器的plc实现方法如下：

    ● 先将模糊化过程的量化因子ke、kex和ku存入plc的保持寄存器中；

    ●再利用a/d模块将输入量采集到plc的dm数据区，经限幅量化处理后，根据它们所对应的输入模糊论域中的相应元素，查模糊控制量表求出模糊输出量u，再乘以输出量化因子即可得实际输出量u，由d/a模块输出对阀门开度进行控制。</p><p style="text-align:left;">  在程序设计上，模糊控制表的查询是模糊控制算法实现的关键。为简化程序设计，将输入模糊论域的元素由［-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6］转化为［0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12］，将模糊控制表中u的控制结果按从上到下、从左到右的顺序依次存入dm0100只dm0268中，控制量的基址为100，偏移地址为ex*13+e。

dm0002和dm0003分别为e和ex在模糊论域中所对应的元素。语句mov dm0031dm1000是间接寻址指令，它将dm0031的内容作为被传递单元的地址，再将这个地址单元的内容（即控制量u），传递给中间单元dm1000，通过解模糊运算得u，后由模拟输出通道传送给d/a转换器，来控制曝气阀开度大小。

    6结束语

    现代工业过程控制中被控对象的多变性、非线性、大滞后性等使得模糊控制的应用得到快速发展，模糊控制器是基于模糊规则的控制器，它的出现为复杂工业过程的控制提供了一种智能化的新方法。本文将模糊控制与plc相结合，实现了污水处理过程cod的模糊控制。应用表明，这种控制方法不仅提高了污水处理系统的性，还节约了能源，是一种较为理想的控制方案。