西门子模块6SL3120-2TE15-0AD0

　1 DCS系统的模型

　　DCS控制系统是控制技术、计算机技术、通信技术及图形显示技术相结合的产物，其一般的体系结构见图1。由图1 DCS控制系统模型框图可知，DPU指的是分布处理单元。DCS控制系统的体系结构分为3层：过程控制层、监控层和管理层。其中过程控制层是DCS系统控制的基础，其设备的主要功能是控制接口、现场控制单元、检测仪表和执行机构;监控层主要由监控计算机、**操作站和接口装置构成，主要负责操作监视、系统报警、趋势显示及系统诊断等功能;管理层主要由管理计算机组成，负责整个系统的管理工作。

　　DCS控制系统的冗余设置大部分都与过程控制层和监控层有关，因此大部分的冗余技术都与过程控制层相关。下面结合*新的基于ARM控制器的分布式处理单元，对DCS控制系统中采用的冗余技术中的分布处理单元冗余和网络冗余进行讨论。

　　2 基于ARM的分布处理单元结构

　　基于ARM的分布处理单元的结构框图见图2，这和一般的分布处理单元的结构非常相似。这里主要把处理单元分为6部分：ARM控制器、上层网络模块、电源管理模块、存储器模块、低层网络模块和时钟模块。ARM控制器和存储模块组成了*基本的嵌入式系统，整个DCS控制系统的数据处理和控制策略都是在这里处理的。上层网络模块主要是指和管理层通信的主/冗余网络和一个实现主/冗余分布处理单元进行数据交换的网络，这部分的主要功能是完成管理层对DCS控制系统的实时检测和实现主/冗余分布处理单元的数据冗余。底层的网络模块是由分为主次的2条485网络组成，此模块主要实现ARM控制器的I/O卡件之间的数据通信。存储器模块可分为两部分，一部分用来管理存放操作系统，另一部分用来管理存放实时数据。电源模块和时钟模块分别实现电源的管理和时钟的管理。

　　3 控制器冗余

　　分布式处理单元的冗余根据冗余度可以分为冗余度为1∶1和1∶n两种情况。这在每个DCS厂家的产品中是不同的。这两种方式各有优缺点。这里介绍的是冗余度为1∶1的冗余设置。

　　分布处理单元冗余度为1∶1，就是将2块组态*一样的控制器设置成冗余方式。在投入运行时，若出现故障，两分布处理单元之间能实现无扰动切换，保证系统的正常运行。

　　本系统所采用的分布处理单元均带3个网络接口，其中2个网口分别连接到A网和B网，实现各工作站点间的数据通信，第3个网口通过对等网数据连接子分布处理单元间(对等网数据现可选用光纤作传输介质)，用来传输主、从分布处理单元之间的备份数据;分布处理单元之间的状态信息由串口传输。冗余分布处理单元与网络的连接见图3。

　目前的网络控制器都提供了命令、诊断、配置和状态寄存器，通过读写这些寄存器，便可以区分上述5种情况。当系统运行时，各种因素都可能存在，为了在线反映网络各节点的运行状态，每个节点可以设置一张网络状态表，记录各节点上每块网卡的运行状态。当某节点上1块或2块网卡的状态改变时，其他节点应能在尽可能短的时间内知道。为此，每个节点的2块网卡需要定时广播1个测试包，表明该节点的网卡存在。其他节点收到此包时，修改网络状态表中此节点上相应网卡的状态。然而在运行过程中，如果某节点的1块网卡离线，它将既不能接收、也不能发送。而在此之前，它已在其他节点的网络状态表上登记了，其他节点将认为该网卡存在且正常，显然没有反映网卡运行的真正状态。为了准确反映网卡的状态，每个节点的2块网卡定时广播测试包的同时，将本节点的网络状态表中所有网卡状态计数加1，直到*大值LIMIT。每当收到某节点的测试包时，将该节点相应网卡的状态计数清为0。这样，保证状态数小于*大值LIMIT和定时广播周期就可以在线实时监视网络的运行，准确反映节点所处的状态。在2个网络之间还可以添加具有路由功能的网间传输设备，当2个网络同时出现故障时，网间传输设备也能自动寻找可行路径，组成1个环路，保持系统的正常通信。

　　对于测试包的广播，只要本节点上的网卡在线运行，即从相应的链路发送，测试包发送完毕之后，根据网络状态表，可以选择一条正常运行的节点数较少的，负荷较轻的链路，用于数据包发送。双网的工作流程见图4。

6ES7   307-1BA01-0AA0电源模块(2A)6ES7 307-1EA01-0AA0电源模块(5A)6ES7 307-1KA02-0AA0电源模块(10A)CPU
6ES7   312-1AE13-0AB0CPU312，32K内存6ES7 312-1AE14-0AB0
6ES7 312-5BE03-0AB0
6ES7312-5BF04-0AB0CPU312C，32K内存   10DI/6DO6ES7 313-5BF03-0AB0
6ES7313-5BG04-0AB0CPU313C，64K内存   24DI/16DO / 4AI/2AO6ES7 313-6BF03-0AB0
6ES7313-6BG04-0AB0CPU313C-2PTP，64K内存   16DI/16DO6ES7 313-6CF03-0AB0
6ES7313-6CG04-0AB0CPU313C-2DP，64K内存   16DI/16DO6ES7 313-6CF03-0AM0CPU313C-2DP，64K内存   16DI/16DO组合件（6ES7 313-6CF03-0AB0+6ES7 392-1AM00-0AA0）6ES7 314-1AG13-0AB0CPU314,96K内存6ES7 314-1AG14-0AB0CPU314,128K内存6ES7 314-6BG03-0AB0
6ES7314-6BH04-0AB0CPU314C-2PTP   96K内存 24DI/16DO / 4AI/2AO6ES7 314-6CG03-0AB0
6ES7314-6CH04-0AB0CPU314C-2DP   96K内存 24DI/16DO / 4AI/2AO6ES7 314-6EH04-0AB0CPU314C-2PN/DP   192K内存/24DI/16DO/ 4AI/2AO6ES7 314-6CG03-9AM0CPU314C-2DP   96K内存 24DI/16DO / 4AI/2AO组合件(6ES7 314-6CG03-0AB0+6ES7 392-1AM00-0AA0*2)6ES7 315-2AG10-0AB0CPU315-2DP,   128K内存6ES7 315-2AH14-0AB0CPU315-2DP,   256K内存6ES7 315-2EH13-0AB0
6ES7315-2EH14-0AB0CPU315-2   PN/DP, 256K内存6ES7 317-2AJ10-0AB0
6ES7317-2AK14-0AB0CPU317-2DP,512K内存6ES7 317-2EK13-0AB0
6ES7317-2EK14-0AB0CPU317-2   PN/DP,1MB内存6ES7 318-3EL00-0AB0
6ES7318-3EL01-0AB0CPU319-3PN/DP,1.4M内存

PLC也是基于计算机的技术，并日益完善。故它也*可以用于数字量控制。

PLC可接收计数脉冲，频率可高达几k到几十k赫兹。可用多种方式接收这脉冲，还可多路接收。有的PLC还有脉冲输出功能，脉冲频率也可达几十k。有了这两种功能，加上PLC有数据处理及运算能力，若再配备相应的传感器（如旋转编码器）或脉冲伺服装置（如环形分配器、功放、步进电机），则*可以依NC的原理实现种种控制。

高、中档的PLC，还开发有NC单元，或运动单元，可实现点位控制。运动单元还可实现曲线插补，可控制曲线运动。所以，若PLC配置了这种单元，则*可以用NC的办法，进行数字量的控制。

新开发的运动单元，甚至还发行了NC技术的编程语言，为更好地用PLC进行数字控制提供了方便。

3.4用于数据采集

随着PLC技术的发展，其数据存储区越来越大。如德维森公司的PLC，其数据存储区（DM区）可达到9999个字。这样庞大的数据存储区，可以存储大量数据。

数据采集可以用计数器，累计记录采集到的脉冲数，并定时地转存到DM区中去。

数据采集也可用A/D单元，当模拟量转换成数字量后，再定时地转存到DM区中去。

PLC还可配置上小型打印机，定期把DM区的数据打出来。

PLC也可与计算机通讯，由计算机把DM区的数据读出，并由计算机再对这些数据作处理。这时，PLC即成为计算机的数据终端。

 西门子模块6ES7322-5HF00-0AB0

详细介绍编辑

1．SIMATIC S7-200 PLC S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。 S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。

2．SIMATIC S7-300 PLC S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独
西门子PLC之S7家族西门子PLC之S7家族

的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.6~0.1μs）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能，S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。西门子模块6ES7322-1HH01-0AA0

3． SIMATIC S7-400 PLC S7-400 PLC是用于中、**性能范围的可编程序控制器。 S7-400 PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的系统。当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。

4工作原理编辑

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

输入采样

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

用户程序执行

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

输出刷新

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。

同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。

DI：数字量输入模块，DO：数字量输出模块，AI：模拟量输入模块，AO：模拟量输出模块

7-CPU模块

S7-CPU模块可分为紧凑型、标准型、革新型、户外型、故障安全型、特种型CPU。

CPU312C表示是紧凑型CPU；

CPU313C-2DP表示集成了PROFIBUS-DP协议的紧凑型CPU；

CPU314-2PtP表示集成了点到点协议的紧凑型CPU；

CPU313表示标准型CPU；

CPU312IFM表示户外型CPU；

CPU317-2DP表示集成了PROFIBUS-DP协议的特种型CPU；

的运行模式