西门子模块6ES7516-2PN00-0AB0参数详细

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目前在工业自动化领域具有代表性的控制方式可分为：单板机和单片机系统、可编程控制器（PLC）、工业控制机（IPC) 和计算机集散控制系统（DCS）等四类。随着现代工业自动化越来越高的要求和计算机科学技术的发展，工业控制机和可编程控制器以及计算机集散控制系统正处在相互融合的发展阶段。而PCC ，即计算机可编程控制器，就是其中相互融合而产生的**代表，它被认为是代表了当今工业控制技术的一大趋势。它面向控制并经济高效地集成了己广为工 控界熟悉的PLC 和IPC（工控机）的特点。通过两者的相互融合，取长补短，从而以较高的性能价格比，构成当代高水平的工业控制平台。而水电厂，由于其控制的复杂性和多对象、多层次等特点，使得其控制在实时性、可靠性等方面往往不尽人意！而PCC 的出现，使得这几个方面得到了较大的改善。可以预见，PCC 将在今后更广泛地应用到水电站计算机监控系统中。

1  方案的比较

水电站监控系统是实现水电站综合自动化的基础，而现地控制单元，即LCU 是水电站计算机监控系统的基础和核心，其性能的好坏直接影响着整个计算机监控系统的工作状况。在目前的水电站监控系统中，较普遍的LCU 设计为工控机加PLC , 但也有单纯以工控机或PLC 为控制器的系统。下面对这几种方法进行比较。

(l) IPC 控制。这种控制方式的结构图如图l ：这种结构的线路设计极为复杂，且不能满足实时性和可靠性等要求。很少有电站采用此方案。
 

图1   以IPC为控制器的LCU 结构图

(2) PLC 控制。在这种控制结构中，PLC 不但负责顺序、数据处理等，还需要实现与上位机和现地设备等的通信。其结构图如图2 ：单纯采用PLC为控制器的LCU，结构比较简单，但也有很多不尽人意的地方。可编程控制器是按一般工业环境，采用标准化设计的，可靠性高，抗干扰性能好，但它事件分率不高，不能满足水电厂事件高分率的要求；其通信功能和数据处理能力受到一定的限制，一般的PLC无论是通信接口还是所支持的通信协议，都很难满足与多智能设备实现通信的要求。也有可以满足通信要求的，如Quantum 系列PLC，但其价格较为昂贵，性价比不高。

图2   以PLC为控制器的LCU 结构图

(3) IPC+PLC 。这是目前较普遍的LCU 的控制方式。在这种控制系统中，IPC主要负责数据处理，完成与上位机的网络通信和PLC等通信，实现人机接口等，而可编程控制器完成数据采集和顺控功能。其结构图如图3 ：由图可知，PLC只与机组控制相关的设备连接在一起，而温度巡检仪和电量测控仪等智能设备，由于不参与机组控制，只显示与机组伏态相关的一些参数，与工控机通过通信连接在一起，由工控机负责把上传的信息进行处理。

在这种控制为式中，工控机作为计算机监控系统内部网络上的一个结点，各种数据经过工控机送到网上各个结点，控制命令经工控机下达到控制器等设备。工控机的可靠性显得非常重要，工控机一旦故障，整个控制系统儿乎瘫痪。不但在上位机上下发的控制命令无效，且在现地的人机界面上也无法操作。工控机是工控产品，但由于它的风扇、硬盘驱动器、软盘驱动器等旋转部件的存在，可靠性就降低了很多。且这种结构比较复杂。

图3 以IPC + PLC 为控制器的LCU 结构图

(4) PCC 控制。PCC是一种新兴工业技术，它集中了IPC和PLC两者的优点，其高可靠性和抗于扰能力以及强大的通信功能，使之在工业控制方面具有无可比拟的优势。因为水电站工作环境比较恶劣，控制任务繁重，且对事件分辨率要求较高，选用一般的IPC 或PLC 很难满足要求，我们选用PCC 作为现地控制单元的核心控制器。其结构和以PLC为处理器的LCU 的结构相同。（见图2）由图可以看出，以PCC 为核心的现地控制单元结构简单。且由于PCC 具有强大的通信功能和多任务的实时编程环境，使计算机监控在结构、技术路线、实现方法上都有所创新。

2 硬件设计
PCC 硬件是标准模件结构，全部模件均为固态插入或标准化结构组件。在底板总线上的设计采用了系统总线和I/O 总线分离布置的结构特点，大大提高了系统的可靠性和抗干扰能力。并提供多种接口卡和通讯模块，使得PCC 和多种智能设备的通信成为可能。由于PCC具有以上这些优点，以PCC作为核心控制器的LCU 的硬件线路设计便相对简单。其典型配置如图4 。

图4 典型配置图

每块基板配置一电源模块，主基板和从基板的电源模块型号不同 。整个系统用一CPU 模块统一 协调管理，并根据需要配置相应的输入、输出模块等。

面板开入信号、转速接点信号、保护信号、状态信号等通过DI模块输入PCC ，经用户程序判断处理后，发出相应的输出信号到DO 模块，控制输出继电器动作，从而控制二次电气回路。

PCC和调速器、励磁、保护、辅机等装置除用硬接线I / O 点交换信息外，还可用RS 一485 通信实现信息交换，有效的保证了系统的可靠性和信息的完整性。加之PCC设备本身己充分采取了电气隔离技术，在设计LCU 的电气回路时，在抗干优技术环节上便可大大节省人力。

3 软件设计
PCC采用分时多任务的操作系统，将任务定性地分成不同的等级，不同的任务等级设置不同的循环时间 ，使任务的处理具有一定的优先级区别。对实时性要求较高的任务可设置为高等级的，相对地对时间要求没那么严格的任务可设置为较低等级的任务。这样就可保证系统对一些中断请求的实时快速响应。逻辑任务的添加，并不影响整个控制程序的循环时间，也不会影响系统控制的精度。对水电站监控系统来说，可将LCU 的控制任务划分成以下任务块，并确定其优先级。

    Timer＃1[4ms] 事件顺序记录

    GPS对时
    Cyclic＃1[20ms] 采样
         故障处理
         事故迫忆

    Cyclic＃3[100ms]机组开机控制
         机组停机控制
         辅机控制
         状态判断
         参数设置、处理程序
    Cyclic＃4[20ms] PCC 热插拔时的处理
         电量仪通讯
         三菱PLC 通讯
         温度巡检仪通讯
         保护系统通讯

由于GPS 对时是保证整个系统精度的首要因素，事件顺序记录SOE 是关乎整个监控系统性能优劣的关键要素，于是将其设置为高优先级。为采样、故障处理和事故追忆子程序，其循环时间为20ms 。至于开停机等控制操作和参数处理，我们将其循环时问设置为100ms，优先级次于采样等子程序。各通信子程序的优先级别低。系统只有在响应完优先级别高的任务请求时，才会处理该级别的任务请求。

4 该系统优点

本文吸收**的全开放的监控设计思想，将工业控制领域里一项**的技术和产品一一PCC , 引进到水电站的控制当中 , 使水电站监控系统无论是在技术上还是结构上都有了一个新的突破。

(1）结构简单，层次清晰。抛弃了现地控例单元配置PLC和工控机双CPU 的烦琐做法，使PCC担负起顺序控制、数据处理、于上位机通信等多重任务。使电站监控系统形成电站级和现地控制级双重网络结构，符合**的分布式设计思想。

(2）维护方便。PCC 的软件编程环境支持在线或离线模拟，使得程序的修改和维护更直观、方便。

(3）便于扩充和升级。硬件和软件都采用模块化设计，易于系统扩充配置和维护。

(4）性能优良。PCC 各模块都采用光电隔离技术，抗干扰能力强。

(5）节省开发时间。PCC 的优良性能使得在抗干扰设计等环节大大减少了工作量。

5 小结

这种控制模式不但可以降低投资成本，因其层次清晰，模块化配置等特点减少了系统故障的发生。对于在目前我国地方投资不足的情况下加快中小型水电站的建设步伐是很有促进作用的。

我们的日常生活中经常要跨越自动门。在极大程度上，我们只注意到它们不工作时的情况。瑞士的自动门制造商卡巴·吉尔根与伯切尔过程控制自动化专家一起给予这个问题专门的注意，使得在香港和台湾高雄地下铁路巨大的人流不再往回走。贝加莱（B&R）提供的灵活的自动化也起着重要的作用。

越来越多的地铁站台用屏蔽门与轨道系统隔开。这样增加了安全性和舒适感，也节约了大量的能量，特别是对于那些由于高温需要对地铁系统冷却的地区。香港和台湾的高雄就是这样的情况。

每天在火车到达后门便自动打开，而在出发前门自动关闭。如果这些门中有一扇发生了故障，这就会大大影响乘客的安全，也影响这个地铁系统的运行。瑞士许瓦真堡的卡巴·吉尔根公司受地铁系统的业主和运行者的委托，提供一个安全门系统，以改善运行安全程度。例如在香港，有74个站台，每个站台有40扇门，很快就会清楚，只要小心地维护和诊断，就能确保它在35年工作寿命内的功能性。由此我们做出决定，每扇门要联网，并小心地监控。位于比利时的伯切尔过程控制公司是这个任务的合作伙伴，而贝加莱的自动化产品是理想的技术基础。
　　
多层网络结构

每扇门有一个门控制单元（DCU），它根据接收到的指令控制马达和关闭机构。这些单元确保门的力量和速度在安全范围内保持佳。它们也监视门上传感器和执行器的状态，并连续地将数据传输到站台隔离门控制器（PSC）上 。

站台上每一列门都是由PSC和贝加莱2003控制和监视的。DCU PCC通过CAN总线联网，传输速度为100kBit/s，这对于定时要求是足够了，CAN总线也能在长180米的站台范围内以相同的速率传输。PSC是中央单元，它从门搜集数据，并将它传输到站台管理系统（SMS）。
　　
中央显示系统

在香港，三个月的工作周期中，服务人员用便携式测试设备（PTE）对门的数据进行检查并下载。对于台湾的新装置，在每个控制室里使用了一个贝加莱 PP120 中央显示系统和带10.4″显示器的操作终端，供操作员和维修人员现场监视之用。

卡巴·吉尔根的自动门专家确定每扇门有多至104条不同的事件信息。每个站至多有48扇门，以及有120条左右的附加系统信息，这样就可能有5,000多条必须集中采集的信息，触发不同的动作，并且必须直观清楚地显示出来。这种事件的典型例子包括门堵塞、马达过热或栅栏不灵活。也能探测到更多复杂的环境。
　　                          
相互通信的控制器
除了经CAN总线的门控制器连接外，PSC通过RS485与本地环境监视系统（LESS）通信、通过RS232与PTE通信、通过以太网与显示器通信、通过开关量信号与正序列车辩识器（PTI）通信。由贝加莱2003提供的通信灵活性毫无问题满足了这些网络要求。CP476 CPU处理所有门控制器、开关量I/O和网络连接。

“贝加莱系统的通信选项和紧凑设计使我们很容易做出选择，”伯切尔过程控制公司的项目经理菲列克斯·罗斯说：“贝加莱的Automation Studio还提供了佳的编程环境。”伯切尔过程控制公司用C语言开发了这个系统，因为预计了今后几年内技术员们还会使用这种编程语言。这是对系统漫长工作寿命内的基本要求。”

     
　　      门检查控制器结构
　　

安全编程

编程的技术规范是很严格的。出于安全的原因，动态数据结构是不允许的。根据V模型和GMP规范的严格的系统结构化开发也在使用以保证项目的质量。“对这个项目来说，连贯的文档比实际的编程需要更多努力。”罗斯解释，“与卡巴吉尔根公司以及终端客户持续的回顾帮助我们从一开始就避免错误，也保证了在整个生命周期的成功。”

在中央控制室的贝加莱Power Panel系列PP120显示系统上，一直显示着门及其功能相关的重要信息。门的动作一发生就被显示出来。并且事件报告被传输至本地环境监控系统(LESS)以供分析。系统的主动修改受密码保护。开发中系统状态直观显示和简便导航也是一个重点。