西门子CPU模块6ES7518-4FP00-0AB0
一、自动化仪表的应用现状
自动化仪表技术在国内已经是应用比较成熟的技术，而其产品也种类繁多， 类别也比较齐全。诸如温度控制表、PID表、**积算仪、电工仪表等各种自仪表产品在化工、窑炉、试验箱、水处理等各个行业都有广泛应用。
仪表厂家考虑到仪表产品向中央控制系统系统集中的必要性，一般都会给仪表配上485通讯接口，这样控制工程网版权所有，只要客户有需要，就可以通过485总线将位于现场的自动化仪表与中央控制计算机联通起来，这样，中央控制计算机就可以通过组态软件将485总线上的所有仪表都串起来，对他们进行实时组态。这种模式如下图所示：
图1 基于中央控制计算机的仪表DCS系统
这种基于中央控制计算机的仪表DCS系统有下列特点：
1、 组网灵活;
2、 可以兼容不同厂家、不同类别的二次仪表;
3、 需要针对每个系统制作具体的组态工程;
4、 由于3的原因，需要现场调试，调试步骤繁琐;
5、 他可靠程度取决于工控机、组态软件、操作系统三者可靠性的叠加;
6、 该方案的费用组成：中央控制计算机的购置费用+组态软件授权费用+操作系统授权费用+组态工程开发费用+现场调试费用。
二、 嵌入式仪表DCS系统的构成
对于基于中央控制计算机的仪表DCS系统所有，他缺点是方案费用高，现场调试繁琐。
而本文所介绍的仪表DCS系统是一种全新的技术架构，这种仪表DCS系统不但具备了前者所有的优点，而且还弥补了它的缺点，该系统在使用时基本上不需要制作组态工程，在现场按照规定接线即可使用，大大省去了制作组态和现场调试的时间，此外，与前面的方案比较，费用要低廉许多。
2、1 硬件构成
采用ARM系列32位高性能嵌入式CPU;
内存32M，FLASH 32M;
集成以太网、串口、CF卡插槽、打印口等外围接口;
TFT真彩色液晶显示屏;
四线电阻式高性能触摸屏。
图2 嵌入式仪表DCS的硬件构成
这种以嵌入式CPU为平台的仪表DCS系统，其技术特点是：
1、 可靠性高，嵌入式系统由于省去了很多工控机不必要的外设与接口，使得其可靠性大大**;
2、 能耗低，这种系统得能耗在8W左右，具有极低的能耗;
3、 成本低廉，相对工控机而言，嵌入式系统有其他系统无法比拟的成本优势。
数据记录模块：数据记录模块用来记录485总线上各个仪表的实时测量值，并将数据保存在CF卡中;
仪表参数设置模块：动态识别485总线上每个站号的仪表型号，并根据识别结果调用相应的仪表参数设置界面，用户可以对仪表的参数进行设置。
历史曲线模块：根据记录在CF卡中的数据，描绘成曲线图的形式显示出来。
实时曲线模块：以曲线形式动态显示485总线上的各仪表的测量值与设定值。
报表生成模块：根据记录在CF卡中数据和用户设定的查询范围，生成记录报表显示出来。
打印模块：可以根据用户需要打印出相应的报表或曲线。
流程图模块：以图形方式显示仪表DCS系统各个环节的工作状态与在系统中的位置。
数据上传模块：可以将记录数据以CSV的格式上传至PC机，PC机可以将数据导入数据库，或者通过EXCEL进行综合处理等。
此外，为了快速地为仪表厂家定制基于他们产品的嵌入式仪表DCS系统，维控公司还提供了仪表DCS组态的二次开发环境LEVIStudio，利用LEVIStudio可以为各自仪表厂家快速定制适合于他们产品的仪表DCS系统。
综合上述各种因素，嵌入式仪表DCS系统与工控机的方案比较如下表：
表1 嵌入式仪表DCS系统与工控机的方案比较
四、应用案例：基于Y公司仪表产品的仪表DCS系统
Y公司是国内的仪表厂商之一，其仪表及相关产品远销海内外，其生产的仪表由于性能稳定，服务快捷周全而深受客户欢迎。
LEVIStudio是为Y公司进行仪表DCS系统定制的主要工具，由于其“所见即所得”的开发特性，很快就完成了相关的定制工作。
Y公司仪表DCS系统的主要功能如下：
图6 实时数据画面
智能检测仪表是否在线，“无定义”表示仪表不在线；
显示仪表的PV值；
点击进入各个通道的仪表画面；
若有报警，将以红色显示。
图7 实时曲线画面
1、引 言
可编程控制器（PLC）由于其结构紧凑、可靠性高、编程简单、指令强大、灵活性强、能适用于比较恶劣环境等诸多优点，现已在工业控制领域得到广泛应用。现普遍采用触摸屏加plc的方法来监控设备，但触摸屏视角窄，不适应恶劣环境，且数据存储容量有限，不易实现大规模网络互联。因此我们采用plc与计算机通讯的方式实现实时监控，克服了触摸屏的缺点。
2、s7-200cpu自由口通讯方式的应用
的plc很多，如西门子、欧姆龙、松下、三菱等等，本人仅以西门子s7-200小型可编程控制器的cpu22×系列为例，介绍plc在计算机网络中与计算机通讯的功能。
s7-200cpu支持多样的通讯功能，根据所使用的s7-200cpu，其网络可以支持一个或多个以下协议：
点到点（point-to-point）接口（ppi）
多点接口（multi-point）（mpi）
profibus
用户定义协议（自由口）
自由口通讯是通过用户程序可以控制s7-200cpu通讯口的操作模式。利用自由口模式，可以实现用户定义的通讯协议连接多种智能设备。通过使用接收中断、发送中断、发送指令和接收指令，用户程序控制通讯口操作。在自由口通讯模式下，通讯协议完全由用户程序控制。通过sm***（口0）允许自由口模式，而且只有在cpu处于run模式时才能允许。当cpu出于stop模式时，自由口通讯停止，通讯口转换成正常的ppi协议操作。
近年来，随着我国铁路运输环境的改善，列车速度越来越高，势必对铁道车辆提出较高的要求，其表现在对列车的舒适性和运行可靠性、安全性的要求**，因此车辆上设备的自动化程度越来越高。自动化程度的**，带动了网络技术在列车控制和监控上的应用。车辆网络控制、监控简图如图1所示。
整列车设有车辆级计算机，每个车厢设有本车计算机，车辆级计算机与各个本车计算机组成车辆的主网，本车计算机与本车厢内的各个设备间组成子网。plc由于其自身的优点，作为控制核心在车辆上的多种设备中得以应用，例如列车自动门的控制、列车空调机的控制等，使其可以作为整个列车网络系统中的一个节点。
3、通讯协议
siemenss7-200系列plc可以采用用户定义通讯协议（自由口）模式实现计算机与plc、plc与plc的通讯。笔者所描述的例子中，虽然车辆计算机系统和车辆上的其它设备分别是多个设备供应商的产品，但是只要制定好通讯协议，就能满足相互通讯的要求。s7-200系列的plc正是由于其自由口通讯是通过用户程序控制cpu串行通讯口的操作模式，所以可以方便地与车辆计算机通讯。
计算机（主站）每隔100ms查询plc（从站）一次，主站发出从站动作控制命令给从站，从站收到命令后发给主站应答帧，从站接收到主站发送来的一帧数据，计算出其校验码fcs，与接收到的一帧数据中的fcs比较，检查是否有数据错误。如果有数据有误，从站发送信息给主站，请求重发。
·字符结构：每个字符由11位构成，奇偶校验位采用奇校验方式。
起始位：1位；
数据： 8位 d7…d0；
奇偶校验位：1位；
停止位：1位。
·传输数据帧格式
byte（0）…byte（n）fcs
byte（0）…byte（n）为字符串；
fcs为异或校验码，是发送的所有数据字节和地址字节之异或值。
·主站命令帧结构
从站地址从站地址补码控制字节命令字节fcs
·从站应答帧结构
从站地址从站地址补码控制字节应答字节fcs
4、通讯口初始化
plc内部特殊存储器位sm***和smb130分别配置通讯端口0和1，为自由端口通讯选择波特率、奇偶校验和数据位数。自由端口的控制字节描述如下所示。
例如：在通讯协议中规定奇偶校验为奇校验、每个字符的数据为8位、波特率为19200、自由口协议，采用通讯端口0，则在plc初始化程序中将sm***赋值为0c5h。