西门子百色PLC模块总代理

1. bbbbbbbb Line Circuit -- 座席线路

2. Power Line Communication -- 电力线/电力线通信技术

3. Programmable Logic Controller -- 可编程逻辑控制器
PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”

PLC的特点

2.1可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

2.2配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。



2.3易学易用，深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。



2.4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。



2.5体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。



3. PLC的应用领域

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。



3.1开关量的逻辑控制

这是PLC基本、广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。



3.2模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。



3.3运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。



3.4过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。



3.5数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。



3.6通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便

近几年来，电力通信的发展一直是绿色能源的关注重点之一，随着电力电子技术进步，电力线的技术也愈加成熟，所以现在已经有大量厂商对这个技术所带来的新应用感到兴趣，例如智能电网、自动读表系统甚至智能家庭都被视为未来电力线发展的重要标的。因此，智能电网的出现，使得传统电力网络可以侦测电力供应及一般家庭电力的使用状况，藉此来调整电力的耗电量，达到节约能源，增强电网可靠性的目的。本文将针对智能电网的基本概念、技术发展及通信标准，提供一个概略性的介绍与整理。

    电力通信将无所不在

    为了掌握各区域用电的实时情报，电力线通信的涵盖范围非常广，从底层的家庭用电到跨越电表至变电站的信息集中器(Concentrator)，或是更高的中压层通信都必需完整掌控，因此，更要确保不同电压段的通信质量，以提升系统的稳定性。

    因为技术日渐成熟，电力线的通信质量有着飞跃性的增长。随着应用不同，可以分成可远距离传送的窄频PLC(NarrowBandPowerlinecommunication)及短距离但高速度的宽带PLC(BroadBandpowerlinecommunication)，目前宽带PLC的物理层(PHYrate)传输速度己可达到200M(bps)。因此，智能家庭的应用又再次搬上台面，不仅从室外即可远程操控家中的电器，电费也不再只能依靠每两个月一次的账单，家中所有电器的用电信息可以随时掌控，再者，只要使用家中的插座即可直接上网，透过有线传输让家里通信不再有死角。

    可靠的长程通信工具

    窄频电力线，是电力线通信发展初期即存在的技术，适合用在较长距离的电力线通信技术。因通信使用500k(Hz)以下频带，较不易受到电力线先天环境的衰减，所以可以传送较长的距离，但也因此传输速率较慢，大多使用在电力监控，图1即为先进读表系统(AMI)的架构图。意大利ENEL电力公司采用一个基于FSK和BPSK调制的窄带PLC系统，建构一个3500万用户的自动电表管理系统即为经典的成功案例。

    图即为自动读表系统的通信环境示意图，台湾的电力系统大多是由变电站提供220v电源至各住户，所以数据集中器适合设置于变电站，再由光纤将各家的用电信息传至管理服务器，所以数字电表的电力信息必需透过图中红色电缆传到变电站的集中器，但此部分电缆建构时大多埋在地底下，难以评估其长度，以及是否连接其他电力设备，因此适合使用窄频PLC作为解决方案。

    如上述，窄频电力线通信虽然并非新一代的技术，但随着通信技术增长，不论是通信速度或是对抗噪声的调变技术都有大幅增长。当下已有许多国家有制定自己的窄频通信规范，例如北美的美国联邦通信委员会FCC(9k~490kHz)，在欧洲，则由1976年成立于比利时的CENELEC制定其规范(3kHz~148.5kHz)，以及日本电波产业会ARIB(10kHz~450kHz)等等。

    近来，许多之前使用在数字通信的调变技术都被拿到电力线通信上使用例如FSK、PSK、展频等等，其中热门的莫过于使用多载波的OFDM调变技术，主要原因在于其抗信道衰减及噪声干扰的优异表现，也因此，欧洲的G3及PRIME两个窄频电力线解决方案都是采用这个技术。   无所不在的高速通信

    因为芯片制程技术进步及新调变技术表现优异，PLC通信的速度成功突破瓶颈，2006年，新的HomePlugAV规范使速度达到189M(bps)。自此，PLC通信技术不再被局限只能用于自动控制，而是真正进入高速信息通信的殿堂。

    目前，HomePlug联盟正积极制定下一代新的通信标准HomePlugAV2，预期传输速率可达1G(bps)，且支持多重串流的1080p高画质影音、3D影音等等主流应用，预期在今年第3季问世。此外，在智能家庭方面，该组织日前拟定的HomePlugGreenPHY(GP)窄频标准已获选为美国家电制造商协会(AHAM)智能电网产品的主要通信协议，使得未来家庭电网的兼容性又大大提升。

    目前PLC业界有3个比较大的标准组织，分别是HomePlug、UPA及CEPCA。HomePlug是由HomePlugPowerAlliance业界标准组织制定，主要成员是由美国PLC制造业者组成。UPA，全名UniversalPowerlineAssociation，是另一个宽带电力线通信标准，由西班牙DS2公司为中心所成立的业界标准组织。CEPCA消费电子电力线通信联盟，Panasonic为主的业界联盟组织，使用WaveletOFDM调变技术是与前两者大的不同之处。上述三个宽带电力线规范以市场分布及联盟成员来区别大致可以分成HomePlug(美规)、UPA(欧规)、CEPCA(日规)。

    由于当下并没有一个全球通用的业界标准，国际电信联盟（ITU-T）、IEEE便着手于此，希望不久将来宽带PLC可以像Ethernet或WiFi一样有一个通用的标准流通于市面上。

    新一代整合界面标准-G.hn

    G.hn是由ITU-T制定，并由HomeGrid论坛推动的新标准，目的在于统一PLC及其他所有家用的高速通信规格。G.hn能在短时间内迅速窜起除了可以同时兼容电力线、同轴电缆与线之外，在使用同轴电缆作为传输媒介时传输速率更可达到700M(bps)，其通信速度可用在更广泛且热门的应用之中也是业界看好其发展性的重点之一。

    电力通信先天的阻碍

    因为电力线本是为了供应用电而不是设计用于通信，所以要在这个环境下通信必须克服许多先天的不良因素。例如在变压器(11.4kv～220kv)到家用电表端间的通信，如同图2所示，即AMI系统的数据传送信道，在此环境中即可能遇到电力线通道在地下，无法预估长度或是分接予其他用户的情形，这些都可能导致通信上的困难。

    窄频电力线方面如同先前所述因为较不易受到环境衰减，所以大多使用在中压或是AMI的远距离传输，但也因为使用的传输频带较低(约在1M(Hz)以下)，所以容易受到电器噪声的影响。相较之下，窄频电力线受到的干扰，宽带电力线则是高频通道衰减较为严重。图4所示即为真实电力线的噪声量测结果，可以看出噪声多集中在低频带。图5显示是同场域量测的通道响应，从接收功率的分布情形得知高频部分可能受到的严重衰减而并非噪声干扰。当然，在室内使用之电力线通信也可能因为家中电器使用或是大负载电器而造成信号衰减，这些都是先天即存在且必须克服的不利因素。

    电力线通信不论是宽、窄频近年来都已成为绿色能源的要角。如同前述，小自家庭电力网络，大到都市电力系统，已订定的通信规范虽然很多，但因为各国的电力系统设计不同，使用的效果也不尽相同，不论是AMI系统或是智能电网都必须选定合适的规范或是传输协议，甚至是制定出属于电力系统的专用规范。然而，这些都是必须经过大量实地测试之后才可以得出定论，在这过程中也需要政策的大力支持，因为智能电网涉及到的范围不仅仅是技术面，先期的推动还必须仰赖政策面，及补助政策以及制造商和企业的配合。因此，终的议题还是回归到”人”身上，需要全民的支持，大家都有共识，才能达到终结能减碳的目标。期许在不久将来，智能电网、智能家庭就可以成为大家耳熟能详且生活化的技术