上海西门子授权一级代理商CPU供应商

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 PLC发展至今已有近40年的历史，随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展，工业控制领域已有翻天覆地的变化，PLC亦再不断的发展，挣朝着新的技术发展。

    一是PLC网络化技术的发展，其中有两个趋势：一方面，PLC网络系统已经不再是自成体系的封闭系统，而是向开放式系统发展，各大PLC除外形成自己各具特色的PLC网络系统，完成设备控制任务之外，还可以与上位计算机管理系统联网，实现信息交流，成为整个信息管理系统的一部分；另一方面，现场总线技术得到广泛的采用，PLC与其他安装在现场的智能化设备，比如智能仪表、传感器、智能型电磁阀、智能型驱动执行机构等，通过一根传输介质（比如双绞线、同轴电缆、光缆）链接起来，并按照同一通信规约互相传输信息，由此构成一个现场工业控制网络，这种网络与单纯的PLC远程网络相比，配置灵活，扩展方便，造价低，性能价格比好，也具开放意义。

    二是PLC向小型化方向发展，PLC的功能正越来越丰富，而体积则越来越小。比如三菱的FX-IS系列PLC，小的机种，体积仅为60×90×75mm，相当于一个继电器，但却具有高速计数、斜坡、交替输出及16位四则运算等能力，还具有可调电位器时间设定功能。PLC已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品了，而是具有越来越强的模拟量处理能力，以及其他过去只有在计算机上才能具有的处理能力，如浮点数运算、PID调节、温度控制、定位、步进驱动、报表统计等。从这种意义上说，PLC系统与DCS（集散控制系统）的差别越来越小了，用PLC同样可以构成一个过程控制系统。

    三是PLC操作向简易化方向发展。目前PLC推广的难度之一就是复杂的编程使得用户望而却步，而且不同厂商PLC所有编程的语言也不尽相同，用户往往需要掌握多种编程语言，难度较大。PID控制、网络通信、高速计数器、位置控制、数据记录、配方和文本显示器等编程和应用也是PLC程序设计中的难点，用普通的方法对它们编程时，需要熟悉有关的特殊存储器的意义，在编程时对它们赋值，运行时通过访问它们来实现对应的功能。这些程序往往还与中断有关，编程的过程既繁琐又容易出错，阻碍了PLC的进一步推广应用。PLC的发展必然朝着操作简化对复杂任务的编程，在这一点上西门子就充当了者，西门子S7-200的编程软件设计了大量的编程向导，只需要在对话框中输入一些参数，就可以自动生成包括中断程序在内的用户程序，大大方便了用户的使用。

1． 引言
世界经济结构向化和高增值型方向发展，信息行业和计算机产业猛增，信息时代的前进步伐将越来越快，传统的工作经济遭到网络知识经济的强有力地挑战；智能建筑，智能小区，智能家居等飞速发展，楼宇自动化(BA)、通信自动化 (CA)、办公自动化(OA)、家庭自动化（HA）等各种自动化系统不断出现；人们的物质与精神生活水平提高，对工作和生活追求灵活、和舒适，对照明的要求也越来越高。因此，传统的照明控制技术受到了时代的强烈冲击，国内外都不断的把各种计算机技术、网络通信技术、现代控制技术不断的引入到照明控制中来。
只要有人在夜间活动的区域，都需要照明设备，有室内、室外照明，有办公照明、家庭照明，有体育场馆、工矿业车间厂房、道路桥梁、公园广场、车站码头等等照明场所，其分布的地理范围从几平方米到方圆几十公里。对于范围较大的照明空间来说，实现照明设备的集中监控与管理变得势在必行，目前大型的计算机控制系统有SA系统、DCS系统等，也有澳大利亚邦奇公司的Dynalite系统、奇胜公司的C-BUS系统等智能照明控制系统。本文将介绍怎样用PC+PLC来实现照明集散控制系统。

2． 集散控制系统（DCS）及相关计算机控制系统
自1975年Honeywell推出套DCS以来，世界上有几十家自动化公司推出了上百种的集散控制系统（DCS），在三十年的发展过程中，先后经历了四代产品的革新改良，其集散控制的思想越来越广泛地被广大自动化工程技术人员所青睐，并不断地被应用于新建、扩建和技改项目中。但传统的DCS一般由厂家生产，具有一定的专有性；另外，对一般传统的DCS来说，其控制规模比较大，成本费用比较高，因此限制了在中小规模的自控系统项目中的推广应用。
目前，与DCS并存于市场上的计算机控制系统还有SA系统、以工业级PC机为构成的小型监督/控制系统（PC-Based）、PLC构成的控制系统、PC+单片机/DSP构成的控制系统、PC+PLC构成的监控系统等。这些系统在应用目标上、系统功能上、产品形态和实现方法等方面与DCS有很多共同之处，也有许多区别[1]。在具体的工程应用中，应根据工程的特点、用户的功能需求来设计合理的方案，选择相应的控制系统。

3． 用PC+PLC实现集散控制系统（DCS）的基本原理
集散控制的基本思想是集中管理，分散控制，即：将流程工业的自动控制过程与操作管理人员对自动控制过程的管理过程相对分离；流程工业的自动控制过程由各控制站相对立地自动完成，而操作人员对自动控制过程的管理则由控制室的操作站来完成。操作站与各现场控制站一方面各自相对立地运行，从而将各种故障限制在局部范围内，大地提高了自动控制系统总体的性和性；另一方面又相互进行实时数据通信和信息交换，实现了操作人员在控制室的操作站对整个自动控制过程进行管理和调整。
现场控制站的主要任务是实现对生产过程的自动控制，因此它要能够自动采集现场的各种工艺参数以及设备的运行状态等生产信息，然后按照事先编好的控制程序进行大量的数值计算，后输出4～20ｍＡ标准模拟信号(或on/off数字信号)去驱动各种执行机构，调节各种工艺参数，实现生产过程的自动控制；另外还要与操作站进行实时通信，将采集到的各种生产信息传送到操作站供操作人员使用，同时接收操作人员通过操作站发出的各种指令实时调整自动控制方案、优化生产过程，因此它还需要具有标准化的通信接口。目前的各种PLC均具有这样的功能，而且其容量弹性大，扩充方便，控制方案的组态简单易学，性能价格比优越，因此是中小型DCS的操作站的理想选择。
控制室的操作站实际上是一个人机界面，一方面把控制站采集的各种生产信息进行加工处理，然后以操作人员所习惯和熟悉的各种流程画面、生产报表、历史趋势和声光报警等形式给操作人员。另一方面把操作人员的各种指令进行编码后传送给操作站对控制方案进行调整，以优化生产过程或对特殊情况的紧急处理。对中小型DCS来讲，目前市面上比较流行的各种软件均能实现这样的功能，且对计算机的硬件和操作系统无特别要求，用普通工业PC机和一套软件就可实现。
采用工业PC机和PLC组成集散控制系统时，PLC承担了现场控制站的主要工作，PC机承担了操作站和工程师站的工作。在安装有PLC系统软件的工业PC机上可以离线(或在线)编辑PLC的控制应用软件，控制应用软件下载到PLC后，PLC就可以立地完成现场数据采集、逻辑控制、模拟控制等工作。而操作站的各种功能都可以通过安装在工业PC上的实时软件来实现，在安装有实时软件的PC机上可以方便地对生产过程进行监控（用PC+PLC实现DCS的结构框图如图1所示）。

4． 汉口江滩公园照明的集散控制系统（DCS）设计

4.1 工程概况

武汉汉口江滩公园上起武汉客运港，下至丹水池后湖船厂,全长7公里,总面积约150万平方米，是以防洪及综合环境整治为主的综合性**工程，同时也具有城市生态绿化、观江亲水、休闲健身、文化展示等功能。该工程分三期建成，目前已经完成一、二期，共3.4公里，三期工程已经正式启动，全线工程建成后，武汉汉口江滩公园将成为大的广场。
由于江滩一期工程距离较短，其照明控制系统可以在低压配电室内就地控制；然而，江滩工程的二期长2.4公里，配电室较多，就地控制的方式变得不太现实；同时，考虑到后续的三期工程，为实现全园区的所有照明设备的集中监控与管理、提高企业的综合管理水平变势在必行。因此用PC+PLC组建江滩二期工程的照明的集散控制系统（DCS），实现了集中监控与管理的功能，该系统投入运行一年后，一期的照明控制与管理也成功的扩展到该系统中，同时也为三期工程的照明控制与集中管理留了充裕的扩展接口。

4.2 用PC+PLC实现江滩公园二期工程照明的集散控制系统（DCS）

4.2.1 江滩公园的通信网络背景介绍

在江滩二期建设时，搭建了1000M光纤Ethernet局域网络，该网络为喷泉控制系统、监控系统、停车厂收费系统、导游标识系统等提供了的网络通信平台。本文所介绍的照明控制系统也是以该通信网络为平台来完成数据通讯，二期工程共有六个10KV/0.4KV的变压器，它们分别位于**广场、国宾林、友谊林、网球场、游泳池、园艺区；同时，在每个箱式变压器的15-30米处设计了个低压配电室，并在每个低压配电室内配置网络交换机，配备的PLC设备通过双绞线连接到交换机，基于TCP/IP协议通讯（其网络拓扑图见图2）。

                        图2 江滩二期1000M局域网网络拓扑图

4.2.2 江滩公园照明配电的现场控制站设计

照明配电的主回路设计：通过低压电缆，把来至箱变低压侧的380/220V市电经隔离开关和断路器后引至开关柜的低压铜母线，然后由低压断路器分成若干支路，在每个分支回路中配置普通三相交流接触器和电流互感器，后到单相或三相用电负载。每个配电柜共计14个三相配电回路，单个配电柜的容量约150KVA，每个分支三相回路约10KW，其配电柜的配电系统图如图3所示。

                          图3：配电柜的配电系统图

                             图4：EDA9033接线图

电参量检测单元的选择:
本工程选择山东力创科技有限公司研发生产的EDA9033作为电量采集模块，检测配电柜的总电流和各分支回路的电流、电压、功率因素等电参量。该模块采用电磁隔离和光电隔离技术使得电压输入、电流输入及信号输出三方隔离,从而保证了测控系统的；基于RS-485或RS-232与其他设备通讯，采用RS-485二线制输出接口时，具有+15kV的ESD保护功能，而采用RS-232三线制时，具有±15kV的ESD保护能力；通讯速率(bps)可在1200、2400、4800、9600、19.2k中选择；具有双协议通讯功能，即同时具有ASCII码格式和十六进制格式通讯协议；指令为十六进制格式时，适合于单片机编程接口，过载能力强，可正确测量满量程1.5倍的电压或电流信号[2]。
由配电系统图知，所有三相配电回路的电流大于EDA9033的量程（20A），在配电设计时为每个配电柜配置了15个互感器，L0为配电柜的总电流检测互感器，其变比为250/5，L1-L14为14个分支回路的电流检测互感器，变比为30/5；KM1-KM14为控制分支配电回路接通的三相接触器，型号为LC1-40A 220VAC。

远程终端单元(RTU)的选型及电路原理图设计：
可编程序控制器(Programmable Logic Controller, PLC)技术经过几十年的发展,技术相当成熟，已被广泛应用于工业控制的各个领域。用PLC来实现中照明配电自动化的RTU功能，能够很好地满足RTU的特有的要求，使用PLC的离散输入点来实现遥信、用PLC的离散输出点来实现遥控、用PLC的模拟采样输入来实现遥测、用PLC的通信功能来实现和主机的通信[3]。完成这些功能，都额外的硬件，只需根据开关量的实际情况，对PLC进行简单编程即可。这种基于PLC的中照明配电自动化的RTU实现方案具有以下特点：硬件结构简单，免维护；规模可大可小；只需将PLC的扩展模块连接在一起，就可以实现遥控点、遥信点、遥测点的增加；抗恶劣环境；高性；编程实现各种功能，免硬件调试；廉。PLC方案在具体设计时，包括以下几个步骤: ①操作点数。了解配电网的基本情况及自动化的具体要求，确定系统需要进行遥控、遥信、遥测、甚至遥调的设备，统计各处配电室需要这4种信号的具体点数。②确定通信方案。根据配电网的规模及分布情况，确定总体设计方案，主要是通信方案的设计和选择。③PLC选型。根据各处各种操作的点数以及所确定的通信方案，选择恰当型号的PLC来实现RTU功能。
本工程选择美国GE公司的Versa Max PLC，此款PLC是GE Fanuc Automation推出的新一代控制系统，其设计新颖，通用性强，结构紧凑，模块化设计，支持热插拔、配置灵活，经济实用，为自动化系统提供功能强大的系列产品。每个控制站内选择1台Versa Max PLC的CPU模块，2台32路I/O模块（用于32路配电回路的接触器控制与吸合状态检测），32台EDA9033检测每个配电回路的电参量，EDA9033和PLC通过RS485总线进行通讯。PLC的接线原理框图（如图5）所示，控制回路原理图（如图6）所示。

                           图5： PLC的接线原理框图

                              图6： 控制回路原理图

4.2.3 控制室工业PC机及软件的设计：
根据江滩二期照明控制系统的监控对象，考虑到一期、三期的预留，在控制室设计两台工业级PC机分别作为数据库服务器和操作监控服务器，并选用GE公司的iFix Plus Unlimited Ver3.0版本作为软件。iFix工控组态软件是一套实现现场数据采集、过程可视化及监控功能的的自动化软件，它在世界范围内已广泛用于生产制造、包装、食品和饮料、石油及气生产等众多工业领域[4]。iFix组态软件的优越性能为实现江滩公园的照明集散控制系统提供了可能。iFix 是一套提供现场数据，过程可视化及过程监控功能的工业自动化软件解决方案。GE公司是大的工控软件公司之一，提供的工业企业解决方案，iFix是GE工业自动化软件解决方案家族中的HMI/SA软件组件，实现过程监控，并在整个企业网络中传递信息，基于组件技术的Inbbtion Dynamics还包括了的批次控制组件、软逻辑控制组件、以及基于Internet功能组件，所有组件能无缝的集成于一体，实时综合地反映复杂的动态生产过程。iFix软件不仅包含大量图形工具，使用户能够快速简单地开发系统，而且iFix软件提供了工业界为强大的功能，包括实时过程的监视和监督控制，报警和报警管理，历史趋势，统计过程控制，基于用户的系统，方便的系统扩展，网络等，用户可以在企业的所有层次位置上都很方便地获得实时过程信息，无论是在控制室还是在会议室，都可以进行交互操作，并很快地做出有效的决策。

4.2.4 控制室的功能
控制室采用以上设计方案后，把整个江滩园区照明控制系统的日常操作、管理及维护的主要工作集中在控制站。调度系统部分的各种画面及功能模块按照显示和使用的处所驻留在本地的计算机上，在网络动的主要是实时生产数据和各种报警和消息。整个系统在TCP/IP协议下交换数据。2台计算机和组成在逻辑意义上立的一个功能子网，其实现的功能如下：
● 可自动接受各个控制子站所采集各照明配电回路的电流、电压、回路状态等数据；
● 对各个控制子站进行控制模式和方案设置、遥控命令的下发等；
● 支持网络连接，可以把数据通过网络送到服务器SQL数据库； 
● 数据显示，模拟图形显示，趋势显示，动态模拟图、趋势图形显示、叠加实时数据；报警产生、报警纪录、报警确认、报警查询。报警内容包括：照明回路的白天亮灯、晚上熄灯、电压过压、电流过载、供电线路停电、门开报警等故障；（分别如图7、8、9所示）
● 按照全园区的平面图，指示每个园区的用电设备的情况，直观明了（如图10所示）；
● 数据存贮，历史数据查询，运行浏览；
● 运行报表、统计分析图形打印、历史资料打印； 
● 操作员权限管理，口令设置，操作档案记录； 
● 报警信息可通过GSM短信信息方式，发送到相关的手机上；
● 报警值的设定：设置电流、电压等报警项的上限和下限值；
● 可以按照时间设计成不同的开启模式，实现自动开启/关闭的功能，以适应用户需要，可以采用平时照明、节日照明和重大节日照明模式进行设置；
● 巡测周期：设置巡测间的时间间隔；

关键词: 图像处理 边缘检测算法

ABSTRACT
This bbbbbb is realized by Visual Basic 6.0 lange which is the customer. The service is AUTO and MATLAB. The software provides an integrated environment for interactive image display and exploration. It is able to get the dimension of a workpiece by dealing with a digital image. 

Keywords: image processing edge detection algorithms 

一、 概述 
利用工业数码相机拍摄照片，模拟图像，再通过图像采集卡，对图像进行离散化 后传送给计算机,计算机将得到的数字图像按一定的图像文件格式保存;然后调用该图像处理系统对图像处理分析,根据需要提取的特征值,后对得到的特征数值进行数据重构分析,精度公差结果。

二、 该软件的构件关系
本软件的设计是以VB6.0为客户，MATLAB6.5与AUTO为服务器来共同完成的。利用VB的可视化设计构建人机对话界面，利用MATLAB的图形处理功能和强大的编程功能完成软件处理，而后利用AUTO的图形标注和测量功能完成图像数据的获得。

对Auto对象控制[1]：adoc.sendcommand "符合Auto 的指令" ；该命令可以向Auto发出指令调用且执行该指令。

对MATLAB的对象控制[2]：在将MATLAB作为服务器利用ActiveX技术进行调用时，在操作系统的注册表中只有以下三个函数可以用。 

1) matlab.execute “ MATLAB格式的程序”；该句用于执行MATLAB的命令
2) matlab.getfullmatrix(“a”, “base”, “mreal”,“mimag”)；该句用于执行从MATLAB中读出距阵的数值，放在数组a中，mreal为距阵的实部，mimag为距阵的虚部。
3) matlab.putfullmatrix(“a”, “base”, “mreal”,“mimag”)；该句用于执行把外部的数组读入到MATLAB中距阵的数值，放在距阵a中，mreal为距阵的实部，mimag为距阵的虚部。

在VB中应用符合MATLAB与Auto的命令，建立VB与MATLAB，VB与Auto之间的联系。这是通过在VB中书写公用变量声名的方式来实现的。
其程序为：
Public matlab As bbbbbb ；全局变量声名
Public acaddoc As bbbbbb
Public mdspace As bbbbbb
Public acadapp As bbbbbb
Public acadutil As bbbbbb
On Error Resume Next ；对于matlab的打开、声明和错误处理
Set matlab = Getbbbbbb( "matlab.application"
If Err Then
Err.bbbbb
Set matlab = Createbbbbbb("matlab.application"
If Err Then
MsgBox "软件不能打开MATLAB,请重试!"
Exit Sub
End If
End If
以下是auto的引用，对Auto的打开、声明和错误处理
On Error Resume Next
Set acadapp = Getbbbbbb(, "autocad.application"
If Error Then
Err.bbbbb
Set acadapp = Createbbbbbb("autocad.application"
If Err Then
MsgBox "无法引导AUTO,请检查是否已安装了AUTO2000."
End If
End If
Set acaddoc = acadapp.activedocument ；设置autocad的具体工作情况
Set mdspace = acaddoc.modelspace
Set acadutil = acaddoc.utility
acadapp.Visible = False

三、 软件的算法

1、 灰度图像的算法

边缘是指其周围象素灰度有阶跃变化或者屋变化的那些要素的集合[4]。求解二维实函数的梯度后选择合适的阈值提取边缘的方法称为梯度阈值法。这种微分算法运算简单，但抗干扰能力差。经典的边缘检测方法是考察图像的每个像素的某个领域内灰度的变化，利用边缘邻近一阶或二阶导数变化规律，用简单的方法检测边缘，该方法常被称为边缘检测局部算子。

Roberts算子的基本原理：
对数字图像的灰度函数为Z=f(x,y)，x和y分别为像素的坐标。若在坐标点（x,y）处有边缘，则利用f(x,y)在x与y方向上的变化率可以算出其变化快的方向，即梯度方向。

若考虑数字图像的离散域，可以直接用图像的一阶差分代替图像函数的偏导数，二维离散图像函数在x方向与y方向的一阶差分分别定义为f(x+1,y)-f(x,1)与f(x,y+1)-f(x,y)。 

2、 二值图像的算法
二值图像中所有的像素只能从0和1这两个值中取值，因此，在MATLAB中，二值图像用一个由0和1组成的二维矩阵来表示。它们分别代表着关闭和打开，关闭表示该像素处于背景，而打开表示该像素处于前景。以这种方式来进行操作图像容易识别出图像的结构特征。

四、 该软件的操作方法 
是，原照片图像的工作。可以是彩色照片也可以是黑白照，它们都是模拟图像，如果想要对其进行处理就先将其转换为数字图像。其次，是图像的预处理。用户可以通过该软件进行各种图像格式的剪裁、翻转、比例调整、滤波，二值图像的腐蚀处理、膨胀处理、直方图的均衡化等等。再次，是灰度图像的处理。用户可以根据自己的需要通过比较各种算子的处理结果来确定所的图像，及而是对灰度果图像的处理结果进行图像的拟合重构分析。如果用户对灰度图像的处理结果不满意，可以通过二值图像操作菜单栏进行二值图像的相关操作；在这里用户可以进行，二值图像的骨架化处理，其精度可以高达一个象素级。接下来，用户将进行的是图像几何尺寸的重构和公差的计算显示。在此处，用户可以通过点击菜单栏相应的内容，其点击的顺序是从上向下依次序点击。后，在相关信息菜单栏用户可以通过已打开的图片信息，圆度公差表以及该软件的版权声明信息。

系统的工作台变速单元依靠液压电磁阀来实现，并由机械传动部件不断地改变传输比，达到改变工作台转速目的。其变速操作相当繁琐，先让主机停车，选好速度后，微动使齿轮重新啃合再挂挡，后重新启动。根据现场负载计算与理论分析，保留主拖动方式，用一台FRN15G95-4JE电压型通用变频器，对工作台电机进行速度换向控制。FRN15G954JE电压型通用变频器具有转矩矢量控制、转差补偿、电AVR自整定、负载转矩自适应等一系列功能，在无速度传感器的开环运行条件下，采用磁通矢量控制和电机参数自动测试等功能后，其调速性能达到甚至传统晶闸管供电的双闭环直流调速系统。原系统还有左右两个架，可纵向横向移动，通过电磁离合器与左右驱动电机连接。左右驱动电机有Y/△变换，因此有两级工作进给速度：I级0.29- 45.6m/min，II级0.58-91.2m/min。改造时，仍维持原方式。   

    2 PLC机型选择  

    2．1 输入输出点数   
    PLC控制系统的输入信号包括操作台控制输入、工作台和架各速度信号、分布在机床上各部分行程开关及变频器投入信号。共有64个输入点。   

    PLC的控制负载主要分成三类：一是10台交流电机正反转主接触器；二是用于左右架调速的离合器线圈（电磁离合器直接由PLC驱动）；三是显示、报警负载（包括显示灯、声光报警器等）；四是工作台调速输出（到变频器）。共56个输出点。  

    2．2 PLC选型   
    确定输入输出点后，还要进行PLC选型，本系统除了与变频器连接需模拟量外，全部为开关量，再考虑到性能价格比及输入输出点数，选用德维森公司ATCS系列PPC31型机, PPC31为模块化结构，系统配置灵活，编程功能强，性能价格比高。