西门子6ES7322-5FF00-0AB0参数详细

一、项目概述

        随着城市工业现代化的快速发展，人口的高度集中，用水量和污水排放量不断增加，加剧了水资源污染。城市污水处理厂在生态文明建设、节能减排等综合治理中发挥重要作用。由于污水处理项目中各站的距离较远，并且受外部环境影响较大，对网络设备的通信能力和稳定性要求较高，因此工业以太网交换机已被越来越广泛的应用到该领域的通信传输层。

        荣成市石岛污水处理厂位于石岛湾省级旅游度假区凤凰湖西侧，地势较低，污水排流通畅，日处理废水能力为2万吨。石岛污水处理厂建成后，显著缓解了石岛城区地表水和近海水域的环境功能压力。

二、产品应用

    正维科技WISE2000-2M工业以太网交换机

三、方案说明及特点

        石岛污水处理厂自动化监控系统分二级，级是控制管理级（主控中心），第二级是过程控制级（污水处理厂PLC和泵站PLC）。由于污水处理厂厂区与泵站距离比较远，采用WISE2000-2M连接控制设备PLC可满足2公里内的网络通讯传输的需求。通过使用正维科技WISE2000系列工业以太网交换机实现了污水处理过程的实时监测与自动化控制。

    WISE2000-2M工业以太网交换机具备以下特点：

     1、组成快速的冗余环网，这种结构不仅减少了风险的集中，更降低了实现成本，通过独有的FAR-ring 协议控制其冗余的时间小于300ms。

     2、IP40防护等级，能够适应恶劣的工作环境。

     3、良好的温度特性，工作环境的温度是-35℃~+75℃；工作湿度5％~95％（无凝露）。

     4、双电源备份设计，直流供电模式，有效提高系统的安全可靠性。

     5、封闭式设计满足防尘需要，褶皱结构散热，具有良好的防尘与散热性支持工业安装。

四、网络拓朴图

.3、创建VPN连接
   金龙湾提升泵站电脑采用的是Win2000SP4操作系统，自带VPN拨号功能，使用方法如下：（XP系统中设置方法类似）
1.3.1在注册表中添加以下子项后并重新启动
      HKEY_LOCAL_MACHINE\System\CurrentControlSet\Services\Rasman\bbbbbeters
"ProhibitIpSec"=dword:00000001
1.3.2 “网络和拨号连接”---“新建连接”---“通过internet连接到专用网络（V）”---“首先拨此初始连接”（选择ADSL拨号程序）---“主机名或IP地址”（输入防火墙IP），键入VPN连接名称后就可以了。
1.3.3创建完成后，还需要设置虚拟连接，选择该连接---“属性”：
u 常规栏中设置拨号和重拨选项；
u 安全栏中选择“”后，点击“设置”按钮进入“安全设置”；
u “数据加密”选项选择“可选加密”（因为防火墙中没有使用加密），并将“不加密的密码(PAP)(U)”打勾；
u 网络栏设置：选 L2TP IPSec VPN。
1.3.4另外，通过该方法创建的VPN连接不能访问外网，这很大程度上保证了数据和电脑的安全。

1.4、VPN的优点
通过VPN使动态拨号的电脑获得局域网的固定IP，既保证了数据传输的安全性和可靠性，还节约了成本，配合PCAnywhere等软件实现远程维护，给维护工作带来了很大的方便。

二、OPC

2.1、OPC简介
    即OLE for Process Control，它的出现为基于bbbbbbs的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。在过去，为了存取现场设备的数据信息，每一个应用软件开发商都需要编写专用的接口函数。由于现场设备的种类繁多，且产品的不断升级，往往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担。通常这样也不能满足工作的实际需要，系统集成商和开发商急切需要一种具有高效性、可靠性、开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序。在这种情况下，OPC标准应运而生。OPC标准以微软公司的OLE技术为基础，它的制定是通过提供一套标准的OLE/COM接口完成的，总而言之，OPC是作为工业标准定义的特殊的COM接口。 
　　COM是Component bbbbbb Model的缩写，是所有OLE机制的基础。COM是一种为了实现与编程语言无关的对象而制定的标准，这种标准可以使两个应用程序通过对象化接口通讯，而不需要知道对方是如何创建的。在bbbbbbs NT4.0操作系统下，COM规范扩展到可访问本机以外的其它对象，一个应用程序所使用的对象可分布在网络上，COM的这个扩展被称为DCOM（Distributed COM）。 
通过DCOM技术和OPC标准，完全可以创建一个开放的、可互操作的控制系统软件。OPC规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问，从而保证软件对客户的透明性，使得用户完全从低层的开发中脱离出来，提高了系统的开放性和可互操作性，通常在系统设计中采用OLE自动化标准接口。

2.2、DCOM配置
在OPC客户端与OPC服务器连接时，需要由OPC服务器的计算机对OPC客户应用程序的计算机进行身份验证。如果双方的计算机同时隶属于计算机域时，身份验证可以由域控制器进行，但是现状是运行在自动控制系统的控制计算机大多数并没有隶属于计算机域，而是运行在工作组（WorkGroup）中。按照bbbbbbs的安全机制，对于不隶属于计算机域的另外的计算机上用户，一般无法进行身份验证。但是唯一的例外是：如果在二台计算机上存在用户名和密码都相同的用户，可以互相进行身份验证。所以需要在OPC服务器和OPC客户端计算机上添加具有相同用户名（比如：opc-user）和相同密码（比如：password）的用户，并且都以该用户身份登陆。
完成后在“开始”-“运行”中输入dcomcnfg进入DCOM安全机制设置：
a) 首先，启用分布式COM。（服务器和客户端都需要设置）
b) 其它设置详见下表：

即：例外栏中添加名称为DCOM的TCP135端口；并解除对OPC Server和OPCEnum程序的阻止。
d) OPC客户端计算机无需其它设置。
      
2.3、OPC客户端的开发
秋滨污水处理厂中控室上位机使用的组态软件是Intouch8.0，自带OPCbbbb ，但是在使用过程中发现OPCbbbb存在一个很大的问题：无法枚举远程OPC Server！以我厂为例，提升泵站电脑的IP是192.168.40.2，污水处理厂中控室电脑的IP是192.168.2.2，使用VB编写的客户端可以正常枚举远程OPC Server，但是使用OPCbbbb时，只要输入节点名，一点击“浏览”按钮，程序就无响应，FSGateway也是如此，所以决定用VB自行开发OPC客户端,利用DDE与Intouch互相通信。
DDE是由微软开发的一个通讯协议，它允许bbbbbbs下的应用程序之间互相传递数据，服务器应用程序响应客户端应用程序的数据请求并发送相应数据，很多的应用程序（比如：EXCEL，VB等）都既可以作为DDE服务器，也可以作为DDE客户端。
考虑到需要采集的数据比较多，利用VB自带的label等控件实现DDE的通信效率不高，且代码数量较大，所以自行开发了DDE Server的动态链接库，机制比较复杂，这里不再详细叙述，有兴趣的朋友可以与我联系。
一般OPC服务器供应商都会提供VBClient代码，所以有关连接OPC服务器，添加OPC组等代码这里不在叙述，在OPC客户端开发中，有以下问题需要注意：
2.3.1、 由于OPC标签的数量比较多，应该使用一次性添加所有标签，示例如下：（“[]”内参数可选，MyOPCGroup为添加的OPC组，下同）
call MyOPCGroup.OPCItems.AddItems(NumItems As Long, ItemIDs() As bbbbbb, ClientHandles() As Long, ServerHandles() As Long, Errors() As Long, [RequestedDataTypes], [AccessPaths])
2.3.2、 为了提高数据传输的效率，OPC客户端可以采用订阅方式采集数据，异步写入，示例如下： 
   MyOPCGroup.IsActive = True          //激活OPC组
   MyOPCGroup.IsSubscribed = True      //订阅方式采集数据
   MyOPCGroup.AsyncWrite(NumItems As Long, ServerHandles() As Long, Values() As Variant, Errors() As Long, TransbbbbbbID As Long, CancelID As Long)    
//异步写入多个OPC标签
2.3.3、 为了方便调试和维护，可以采用Listview控件列出所有OPC标签名称、数值和质量标签，而此时OPC组已经采用订阅方式采集数据，为了保证写入Listview的效率，避免受到DataChange事件的影响，可以采用以下方法：
Dim WithEvents callbackGroup As OPCGroup
//当listview写入完成后
Set callbackGroup = MyOPCGroup
之后采用callbackGroup的DataChange事件就可以了。
2.3.4、 还有一个很重要的问题，由于采用订阅方式采集数据，一旦VPN连接异常断开，OPC客户端并没有相应通知，还认为是通讯正常！比较好的解决办法是：在PLC中设置一个位，其值定时在0和1之间跳变（一般为1秒），程序只要监视该值就可以了。
2.3.5、 DDE相关部分这里不再叙述。

3、结语
   随着城市建设的发展，污水处理厂提升泵站的数量越来越多，且大多分布在城市各地，由于各种原因，很难铺设光缆到污水处理厂区。与污水处理厂的通讯通常采用无线方式，而无线通讯比较容易受到干扰，数据的安全也不能保障，GPRS等方式不能提供大数据量的稳定传输。在这种情况下，采用VPN+OPC的方式是一个较为理想的选择，VPN具有价格低廉、安全、稳定且容易管理等优点；OPC则可以提供高速的数据传输性能、具有分布式COM的安全管理机制、并且开发也简单，结合两者开发的应用程序，不仅代码数量少、而且可以远程维护，非常适合类似情况的用户使用。
   本程序现正常运行于金华市秋滨污水处理厂中控室。

一阶电路根据KVL和KCL建立微分方程，利用高等数学求解微分方程的方法，可求得一阶RL电路和RC电路的通解为：

其中三个要素分别为所求变量的初始值、特解和时间常数。用微分方程分析方法关键是求解变量的三个要素。

       对于一阶电路，求解电路中任一响应随时间的变化规律，都可以利用三要素法。

而对于一阶RL电路，无任需要求解哪个变量，都可以首先求解电感电流随时间的变化规律，别的变量随时间的变化可以根据所求的电感电流、已知的电路结构和参数来求解。而电感电流的独立初始值可根据换路定则得出。

而对于一阶RC电路，无任需要求解哪个变量，都可以首先求解电容电压随时间的变化规律，别的变量随时间的变化可以根据所求的电容电压、已知的电路结构和参数来求解。而电容电压的独立初始值可根据换路定则得出。

三要素法数学表达式中，随时间变化而不断减小，因而称为动态电路的暂态分量（自由分量）。特解主要由外加激励决定，因此它为动态电路的强制分量。当外加激励为直流或交流时，特解为稳态分量。

2、一阶电路的全响应

1）全响应的定义：在非零状态的动态电路中，外加激励所引起的电路响应。

2）全响应解的组成

在图1电路中，电阻、电容以及电压源全部为已知参数，开关S在t=0时刻从位置1合到位置2，开关移动之前电路处于稳态，求换路后的电容电压。

图1   一阶电路的全响应

根据一阶电路的三要素法得：

  ，即全响应=强制分量（稳态解）+自由分量（暂态解）；

或全响应表达为：

    ，即表示全响应=零输入响应+零状态响应。  

这三种情况电容电压随时间变化情况如图2所示。

图2 电容电容随时间的变化

当时，外加激励换路后对电容充电；当时，换路后，电路瞬间进入稳态，电路没有过渡过程；当时，换路后电容对外电路放电

西门子CPU模块6ES7314-6CH04-0AB0

第 4 节 一阶电路的零状态响应

零状态响应：储能元件的初始状态为零，仅由外加激励作用所产生的响应，称为零状态响应（ zero-state response ）。

一、 RC 电路的零状态响应

图 5.4-1 所示 RC 电路，开关闭合之前电路已处于稳态，且电容中无储能，即 。 时开关闭合，讨论 时响应的变化规律。

t=0 时开关闭合，则由换路定则得

这时直流电压源 Us 与 R 、 C 构成回路，由 KVL 得

这是一阶非齐次微分方程，它的解由对应的齐次微分方程的通解和非齐次微分方程的特解组成。采用常数变易法来解，得 RC 电路的零状态响应为

当 t →∞时，电路已达到新的稳态，电容又相当于开路，则， 

因此，电容电压的零状态响应为

式中， 为 RC 电路的时间常数。

二、 RL 电路的零状态响应

图 5.4-3 所示电路， 时开关 S 处于闭合状态，电感的初始状态 ， 时开关打开。讨论开关打开后响应的变化规律。

t=0 时，开关 S 打开，直流电流源 Is 开始对电感充电，这时

这也是一阶非齐次微分方程，解得

式中， 为 RL 电路的时间常数。当 t →∞时，这时电路已达到新的稳态，电感相当于短路。

， 

因此，电感电流的零状态响应为

三、一阶电路零状态响应的计算

计算步骤

1 、求 t →∞时的稳态值。

对于 RC 电路，求 ；对于 RL 电路，求 。

2 、求电路的时间常数τ。

对于 RC 电路， ，对于 RL 电路， 。其中， R 为从电容 C 或电感 L 两端看进去的戴维南等效电阻。

3 、求出零状态响应

RC 电路： 

RL 电路： 

4 、如需求其它响应，再根据已求得的 或 去求解。

例 5.4-1 图 5.4-5 所示电路，已知 时开关 S 处于位置 2 ，且电感中无储能， t=0 时开关 S 拨到位置 1 ，求 时的 ， 。

解：电感的初始储能为 0 ，则 

电路换路后， t →∞时，电路进入新的稳态，电感又相当于短路，则

换路后，从电感两端看进去的等效电阻是 4 Ω和 8 Ω两个电阻串联，即R=4 ＋ 8=12 Ω

所以，时间常数为

因此，电路的零状态响应为