西门子6ES7512-1SK01-0AB0参数详细

 当今，在设计与建立控制系统放时，工程师们总是希望能使用比较少的设备来实现更多的功能。尤为当今，他们需要的控制系统不仅能处理数字I/O和运动，而且还可以集成用于自动化监控和测试的视觉功能和模块化仪器，同时还必须能实时地处理控制算法和分析任务，并把数据传送回企业。这就是说要求产品能结合的功能和可靠性对于这复杂的应用，仅单靠PLC或PC的不全面解决方案是困难的，这是什么原因？因基于PC的工业控制有以下弱点：

    ■稳定性-通用的操作系统常常不够稳定并且生产线会受到系统崩溃和无法预料的重启的影响。

    ■可靠性-由于磁性硬盘的旋转和有像电源这样的部件，其坚固程度达不到工业标准，PC容易发生故障。

    ■不熟悉的编程环境-当系统停止时，工厂的操作人员需要恢复系统。对于梯形逻辑，操作人员能知道采用人工方法启动一个线圈或者补充代码来快速恢复一个系统。但是使用PC系统，操作人员需要学习新工具。    

    使PLC增加视觉、运动、仪器和分析功能等全方位的自动化技术，显而易见是望尘莫及。必须希望同时拥有PC的功能和PLC（可编程控制器）的可靠性的佳方案，则可编程自动控制器（PAC-ProgrammableAutomationController）就是这样的平台，它能佳结合PC和PLC两者的优势（见图1所示），它提供了开放的工业标准，可扩展的领域功能，一个通用的开发平台和一些性能。这是当今设计与建立控制系统发展的需要，属工业自动化领域中比较完善的新兴控制器。

    那"PAC是什么？"PAC这一术语，它定义了一种新类型的控制器.该控制器结合了PC的处理器、RAM和软件的优势，以及PLC固有的可靠性、坚固性和分布特性。PAC采用现有的商业化技术（COTS），非常适合于工业化环境，它具有可伸缩性，易于维护和具有较低的发生故障时间等特性。

    关于PAC的平台

    快速增长的PAC平台是基于PXI。由于PXI结合了PCI总线的电路特性和CompactPCI坚固的欧罗卡机械结构，这种结构已在工业环境中成功使用了许多年，当今NI，Chroma，LeCroy和JTAG等供应商现在可提供1，000多种独特的I/O模块，包括模拟I/O、数字I/O、视觉、运动和高精度数据采集。典型的可提供以下四种PAC硬件平台。

    ■PXl对工业化PC做了改善，具有实时OS，标准的散热，可选的不旋转固态硬盘和内置的模块间同步。PXl标准要求所有的机箱能为每个模块插槽提供25W的空气流制冷，这样甚至在使用高功率继电器，高速PXl或CompactPCI卡时也不会使工作系统过热或者缩短寿命。PXl也提供了能严格同步各个模块的功能，因此工程师可以为高速控制应用设计运动，视觉和I/O系统，这些应用包括产品包装和半导体器件处理。

    ■CompactFieldPoint使用工业级的部件来抗强冲击和振动，其工作温度范围为-40℃到70℃。它也采用传导式制冷来代替旋转风扇，由于不使用活动部件而提高了可靠性。由于有运行实时OS的浮点处理器，CompactFieldPoint系统具有PC功能，用于记录数据的CompactFlash驱动和用于通信的以太网口。

    ■CompactVision系统是为机器视觉而专门设计的坚固的控制器。它使用，IEEE标准1394FireWire接口，可以在视觉应用中和16台摄像机通信。CompactVision系统也采用不活动的部件和传导式制冷，因此您可以把系统固定在机器附近。它提供29个内置的数字I/O通路，这些通路可由LabVlEWRT或使用LabVlEWFPGA的嵌入式FPGA来直接控制。

    ■CompactRIO是新型的可重复设置的嵌入式系统，它基于LabVlEWFPGA和LabVlEW。实时技术.CompactRIO系统采用具有3百万门的FPGA芯片来控制模块化的数字和模拟I/O。这些FPGA芯片可以运行嵌入在芯片里的代码，它的数字循环的速率高达MHz，模拟循环的速率为150kHz。FPGA可以把信息传回到运行LabVlEWRT的浮点处理器以进行计算和数据记录和通信。由于有金属外壳和传导式制冷，该控制器非常适合用于严酷的环境。

    PAC定义的几种特征和性能（见图2）。    

    ■供通用发展平台和单一数据库，以满是多领域自动化系统设计和集成的的通用开发平台；

    ■一个轻便的控制引擎，可以实现多领域的功能包括：逻辑控制、过程控制、运动控制和人机界面等，为统一平台；

    ■允许用户根据系统实施的要求在同一平台上运多个不同功能的应用程序，井根据控制系统的设计要求，在各程序间进行系统资源的分配；

    ■采用开放的模块化的硬件架构以实现不同功能的自由组合与搭配，减少系统升级带来的开销；

    ■支持IEC61158现场总线规范，可以实现基于场总线的高度分散性的工厂自动化环境；

    ■支持事实上的工业以太网标准，可以与工厂的EMS，ERP系统轻易集成；

    ■对于网络协议、语言等，使用既定事实标准来保证多供应商网络的数据交换。

    PAC可执行较多的任务

    ■实时的振动分析、图像处理．运动控制和CAN；

    ■执行自动调节的PID控制，或可调增益的PID控制．模糊逻辑；

    ■使用内置Web服务器、FTP服务器和e-mail功能进行通讯。

    PAC应用举例

    用PAC结合NIPXI和图形软件LabVIEWRT（实时）实现钢条高精度监控和高可靠闭环控制系统-自动化处理设计方案。.

    项目设计

    由于金属工业系统需要冷轧钢厂生产出统一厚度的钢条（以钢卷的形式），为此这些轧钢厂需要由对生产的钢条规格进行监控的高可靠闭环控制系统.这就是本PAC应用的设计任务

    系统技术要求

    该系统能进行高精度监测和控制并以更快的响应时间（比传统PLC）；可保证每周七天、每天24小时连续的高可靠工作，并且大限度地减少人工操作。

    系统设计方案

    钢条规格的高精度监测

    由于NI基于PXI和实时的PAC平台非常适合用于高精度监测，故可利用NI公司的图形软LabVlEWRT（实时）和PXI硬件开发出基于NI可编程自动控制器（PAC）的规格监测和控制系统.用PAC控制系统实时地监测钢片的厚度并以快速而确定的响应时间控制计量仪。    

    ■先述该PAC控制系统的工作过程：

    PAC控制系统有两个轧辊，一个是固定的，另一个可移动，它们和液压气缸相连。可移动轧辊根据输入信号对钢片加压以保证钢片有合适的厚度。

    通过对各种可用于这种复杂应用的平台比较，选择了NIPAC平台和图形软件LabVlEWRT（实时）及PXl硬件。利用NI的PAC产品，不仅缩短了开发时间，也为我们的客户降低了成本。

    ■系统的信号捡测分别用厚度计量仪与位移传感器

    该控制系统采用厚度计量仪来测量钢片的厚度，即，它以微米级的精度测量距定位点的偏差并形成模拟信号输入到PXI硬件。然后根据液压气缸的压力形成模拟电压信号。

    位移传感器确定了液压气缸的位置并向控制器提供与金属计量仪（或两轧辊之间间距）相关联的数字输入信号。旋转编码器（TRD-K）固定在转动的升降辊上，它显示钢条被轧出的速度，其示意见图3所示。通过利用各种传感器接收数据，运行于PXI控制器的LabVlEWRT对输入做出响应并生成改变液压压力的输出信号，从而控制钢条的规格。无论是厚度计量仪与位移传感器均可采用光纤传感器来实施。

    图4为PAC用于钢条（或扳材）规格进行监控的高可靠闭环控制系统-自动化处理的设计方案框图.从图中看出该设计方案中选择了气压、位移、厚度传感器及编码器等信号传感捡测部分、图形软件LabVlEWRT（实时）、PXl/CompactPCI多功能高精度采集卡、可编程自动控制器（PAC）。

    可靠控制系统的实现-多功能高精度采集、计数器收和数字I/O模块的使用

    利用运行LabVlEWRT（实时）的PXI控制来实现控制系统。该PXI系统采用三种不同的模块（见图4所示）。我们使用NIPXI-6070多功能高精度采集卡来完成模拟输入或输出厚度和压力数据。此外，用NIPXI-6608计数器/定时器卡测量编码器的信号并确定轧辊速度（示意与图3相同）；使用NIPXI-6711模拟输出模块控制伺服阀来改变液压气缸的位置，从而控制钢条的规格或厚度.又利用NIPXI-6527工业数字I/O模块（含24条隔离光隔离输入线和24条隔离固态继电器输出线）实现一个常备的按钮式控制扳，来解决实时系统和主机发生连接中断这样意外事故的这一难题.这就是利用PXI和LabVIEW开发出了可靠的控制系统

    响应时间的大大缩短

    与传统的仪器和PLC相比，我们利用NIPAC平台提高了灵活性，降低了响应时间并改善了产品质量。众所周知对于基于PLC的典型系统，它的控制循环的速率为100到500ms，而使用基于PXI的控制系统，我们把该系统的循环时间降低到10ms，从而提高了我们输出的质量。也利用PXI背板对测量进行同步。后，由于利用了单一的开发环境和灵活的硬件，我们把系统的响应时间降低为六分之一，从而减少了项目所有者的综合成本。

    需要说明的是该PAC应用的钢条高精度监控和高可靠闭环控制系统，同样也可适用于板材行业（或建筑行业）。

引言

    随着国民经济的发展，电网容量和用电负荷的日益增长，电力系统对自动化和可靠性的要求越来越高。近十几年来，由于微处理器技术和通信技术的发展，在电力系统自动化方面形成了许多基于微处理器技术的单项自动化系统，随着这些系统的不断增加，许多本该共享的数据，仍然还是各自采集和分别处理，形成了一个个“自动化孤岛”，它不仅增加了不少软硬设备投入，同时也很难保证各装置数据的一致性。随着网络技术的发展，80年代末期，国内外就开始注意着手解决“孤岛”间题，就是在站内全面应用计算机技术，充分利用信息资源以达到提高系统可靠性和利用率的目的，即所谓的“系统集成”。集成包括横向的功能集成，也包括纵向的各层面向对象的集成，因而推动了开放式系统平台的出现。

    开放式系统平台意味着系统各部分设备提供符合的各种接口，计算机之间的数据共享，以及提供给用户的通用友好界面等。“平台”思想因其良好的标准化和开放比，越来越降遍地为大家所接受。

    电力系统自动化对可靠性的需求，使人们注意到“PLC”（可编程逻辑控制器）这种高可靠性和强抗工业干扰的技术。90年代以来，PLC发展迅猛且应用的局域网技术日趋成熟，产品不断向系列化、标准化发展，在自动化控制领域中，新一代的PLC改进为PCC(ProgammableComputerController）已逐渐跃居主导地位，成为实现自动化控制的关键技术，在电力系统也不例外。

    PCC是新一代“可编程计算器控制器”，是专为在工业环境下应用而设计的数字运行电子系统，采用“面向用户的指今”,因此编程方便；它直按应用于工业环境，具有更强的抗干扰能力、更高的可靠性、广泛的适应能力和应用范围；大容量的存储能力、标准通信接口，基于过程总线的系统互联、语言开发和运行环境，自诊断能力，都使得PCC为变电站自动化提供了出色的友好“平台”。

    PCC在变电站自动化中的应用

    下面介绍应用PCC实现的智能分布式系统运用于某供电局的一个110KV变电站的例子。系统按分布式结构设计，采用开放系统、分层控制等**的计算机设计思想，将计算机技术、通信和网络技术、数据库技术、图形和图像技术、多媒体技术、数据采集和自动控制技术有机地结合在一起，技术成熟，运行经验丰富，能够满足近期的功能要求和远期的发展需要。整个设计遵照国际90年代IEC1000系列标准，满足ISO900l。从现场投运以来，运行稳定，技术趋于成熟。

    ●系统容量（包括远期规划）

    AI=188

    DI=256

    DO=40

    PI=96 

整体系统配置图    

监控部分PCC模块示意图   

变电站自动化系统结构示意图

    首先，上位机和网关单元组成智能分布式系统结构的变电站层。上位机通过PROFIBUS网络与三个主要PCC采集控制单元（ST1,ST2,ST3）相连，上位机相当于PROFIBUS网上的一个结点。PROFIBUS(ProcessFieldBus)网络是一种高速数据链路，是具有标准通讯能力的开放式现场总线，用于PCC与PCC之间，或与其它接到本网络上的智能设备（如显示单元PANELWARE，上位机等）间传送数据和系统状态。网络协议符合德国国家标准DIN19245，传送介质为带屏蔽的双绞线（或光缆），通道存取方式为令牌（TOKEN）方式，在网络上任一结点地位平等。

    上位机既可以单机运行，也可以采用多机及网络方式运行；软件平台采用32位多任务、多进程设计，可支持bbbbbbs95/98/NT操作系统软件，配有多种应用软件接口，并支持OEM开发，为用户提供了二次开发平台；硬件平台可采用小型机、微型机或工作站等设备。

    网关单元ST1上的IFO5O通讯模块以及CPU内部均提供RS485接口与继保单元相连。网关单元还提供与外界进行通讯的接口，如RS232口通过拨号MODEM接入市话网，以便于远程诊断；或者经路由器接入TCP/IP远程网。

    若用户具备与internet连接的条件，变电站层还可以提供PVI浏览器方案，实现远方读取数据。

    其次，PROFIBUS网上的各采集控制单元组成智能分布式系统结构的采集层。

    遥测实行交流采样，遥测主单元ST3通过net2000与两个遥侧子单元相连，利用CP153上的RS485串行口通信。远传功能通过IF060提供的RS232串行口来实现。

    电度量通过遥测子单元1上的DIXXX模块采集脉冲计数来实现。

    遥信／遥控单元实现数字量的采集和输出控制。

    第三，智能分布式系统结构的外围层为设备层，包括采集层用到的传感器、二次控制回路等。

    设备层根据现场总线(CANBUS，PROFIBUS）网络传输速率快（>=50OkbS)，软硬件实现简单等特点，可以CANBUS（上述实例是通过RS485等）来连接变电站内的其他自动化装置和保护单元、故障录波、馈线子站及无功补偿设备等的主干网，并通过现场总线网络连接到采集层，与上一层进行必要的数据通讯。

    本实例系统的CPU、专用的网络模块（NW150）和通讯模块（IFXXX）提供了多种标准通信接口(TTY，RS422,RS232,RS485)，使得CPU的局部I/0总线扩展、远程扩展I／0（通过RS485电缆）以及CPU间的现场总线组网非常灵活，从而方便地实现系统纵向或横向集成。系统软、硬件方面良好的自诊断功能，可把故障范围减至小。又由于PCC的CPU采用68000＋RISC的32位微处理器，具有极强的运算处理能力，可使大量运算、控制功能、保护功能分散在各智能单元，大大提高了站内通信网的利用率，使整个系统效率达到高。

    本系统具有可扩充的模块化结构、电源、CPU、网络板（NWXXX）、I／O板（数字量输入输出板DIXXX/DOXXX、模拟量输入板AIXXX等）、串口板等都是独立的模板以总线方式连接在底板(basePLATE)上，它取代了标准的框架装配的局限性，可在标准的DIN轨道上任意拆装、组合。

    另外每个单元都有一电源模块PSXXX，并且总在左边。系统电源是系统可靠性与完整性的保证，PCC的输入电压有AC、DC两种，可实现交／直流切换。

    发展前景

    从上例可以看出，继承了PLC与微机技术的PCC技术形成的代自动化软件硬件平台结构，具特点包括：

    ●高可靠性的元件、适应于工业环境运行的设计。

    ●采用32位CISC和RISC的CPU，大容量存储器，实时操作系统、支持计算机网络通讯、

    采用语言编程和梯形图逻辑设计的标准软件硬件平台。

    ●高效率的标准现场总线PROFIBUS、支持Peer-to-Peer的网络通讯方式和分布式处理，实现

    当地通讯，标准化软硬件模块设计，减少电缆，降低建设投资和运行维护费用。

    ●配置灵活，容易在线扩充修改。

    ●易于实现横向纵向功能集成，达到实时信息的全局共享，实现白动化。

    ●应用软件开发的支持，不仅适合稳态的数据采集，也适合瞬态信号的采集。

    ●本地／远程诊断。

    开放式系统平台是当前变电站自动化发展的方向。由于综合需要，网络技术、通讯协议的标准、分布式技术和数据共享、新的算法的研究以及随之而来的经济效益的研究等是当前变电站自动化研究的热点问题。PCC应用为变电站自动化提供了广阔的前景。现代的PCC与微机的发展相互渗透，已是一种可提供诸多功能的成熟的用户应用控制系统，而不是一种简单的逻辑控制器，它已被开发出更多的接口与具它控制设备进行通信、生成报告，多任务调度，可诊断白身故障及机器故障，这此优势使PCC可以实现各种变电站运行、分析与控制功能，符合当今的变电站自动化系统及站内自动化设备的高要求。利用PCC和现场总线局域网络组成变电站自动化系统不仅满足变电站对系统的功能结构要求，而且具有很高的性能价格比，是值得进一步探讨的一种可行性方案。