西門子控制面板6AV2124-0JC01-0AX0

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西門子S7-1200PLC通信模塊     產(chǎn)品簡(jiǎn)介：

可以通過(guò) Web 安裝固件更新，也可以制作一張包含固件更新的 SIMATIC S7 存儲(chǔ)卡來(lái)進(jìn)行安裝。 S7-1200 系統(tǒng)手冊(cè)中介紹了這兩種方法。

CM 1241 通訊模塊具有與基本設(shè)備相同的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

安裝在 DIN 導(dǎo)軌上：

模塊安裝在右側(cè) CPU 旁邊的導(dǎo)軌上，相互電氣、機(jī)械地連接，并且通過(guò)滑塊機(jī)構(gòu)連接到 CPU。

直接安裝：

水平或垂直安裝在 DIN 導(dǎo)軌上或使用集成插片直接安裝在控制柜中。

該通訊模塊配備下列各項(xiàng)：具有用于顯示“發(fā)送"、“接收"和“錯(cuò)誤"的狀態(tài)指示燈。

通訊接口：可用于 RS232 或 RS422/485 物理傳輸特性。

S7-1200 可實(shí)現(xiàn) CPU 與編程設(shè)備、HMI 和其它 CPU 之間的多種通信。

如果攻擊者能以物理方式訪問(wèn)您的網(wǎng)絡(luò)，那么便可能讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。

TIA Portal、CPU 和 HMI（使用 GET/PUT 的 HMI 除外）均采用安全通信，可防止重放攻擊和“中間人"攻擊。 啟用這種通信后，將以純文本形式交換簽名消息，這種方式允許攻擊者讀取數(shù)據(jù)，但可避免未經(jīng)授權(quán)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入操作。 TIA Portal（而非通信過(guò)程）將對(duì)受專有技術(shù)保護(hù)的塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。

所有其它形式的通信（通過(guò) PROFIBUS、PROFINET、AS-i 或其它 I/O 總線、GET/PUT、傳輸塊 (T-block) 和通信模塊 (CM) 進(jìn)行的 I/O 交換）均沒(méi)有安全功能。 必須通過(guò)限制物理訪問(wèn)來(lái)保護(hù)這些形式的通信。 如果攻擊者能利用這些形式的通信以物理方式訪問(wèn)您的網(wǎng)絡(luò)，那么便可能讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。

有關(guān)安全信息和建議，請(qǐng)參見(jiàn) Siemens 服務(wù)與支持網(wǎng)站上的“工業(yè)安全操作準(zhǔn)則"。

PROFINET 用于使用用戶程序通過(guò)以太網(wǎng)與其它通信伙伴交換數(shù)據(jù)：

在 S7-1200 中，PROFINET 支持 16 個(gè)多具有 256 個(gè)子模塊的 IO 設(shè)備，PROFIBUS 允許使用 3 個(gè)獨(dú)立的 PROFIBUS DP 主站，每個(gè) DP 主站支持 32 個(gè)從站，每個(gè) DP 主站多具有 512 個(gè)模塊

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集成PLC與DCS的新型過(guò)程控制系統(tǒng)
 

可編程序控制器（PLC）及集散控制系統(tǒng)（DCS）是目前工業(yè)控制領(lǐng)域*泛使用的兩種控制技術(shù)， 它們各自具有明顯的優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)， 如PLC在高速的順序控制中占主導(dǎo)地位， 而DCS則在復(fù)雜的過(guò)程控制中占優(yōu)勢(shì)； PLC體積小， 使用靈活， 價(jià)格相對(duì)較低， 但在通訊功能及管理能力方面不及DCS， DCS雖然通訊及管理能力較強(qiáng)， 但體積大， 價(jià)格相對(duì)較高. 在這種情況下， 用戶期望得到一種集PLC與DCS優(yōu)點(diǎn)于一體的控制系統(tǒng)， 這種混合式控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱HCS）應(yīng)既能實(shí)現(xiàn)邏輯及順序控制， 又能很好地完成過(guò)程控制， 同時(shí)還應(yīng)具有管理功能， 且體積小， 價(jià)格較低， 可靠性高。一些自控設(shè)備生產(chǎn)廠商已有產(chǎn)品問(wèn)世， Rockwell公司新近推出的Allen-Bradley（A-B）品牌ProcessLogix過(guò)程控制系統(tǒng)便是其中一例。

本文將介紹一種混合式控制系統(tǒng)， 既吸取傳統(tǒng)DCS“管理集中， 控制分散"的設(shè)計(jì)精髓， 又保留傳統(tǒng)PLC所固有的靈活性及低價(jià)位等優(yōu)點(diǎn)， 適用于離散控制、順序控制及連續(xù)控制場(chǎng)合， 以成本來(lái)完成高技術(shù)的自動(dòng)化。

一、PLC與DCS比較

如果按從弱至強(qiáng)將PLC與DCS的性能劃分為1至10個(gè)等級(jí)， 則可將它們的對(duì)比列于表1

表1　PLC與DCS的比較

早期的PLC以數(shù)字量的順序控制為主。隨著PLC功能不斷擴(kuò)充，PLC增加了模擬量控制功能、PID調(diào)節(jié)功能、通訊聯(lián)網(wǎng)功能及分級(jí)控制功能等，在過(guò)去DCS占統(tǒng)治地位的化工、冶金等行業(yè)也可由PLC進(jìn)行控制。但PLC難以組成大型、復(fù)雜、綜合的系統(tǒng)，如果過(guò)多的PC企圖通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與過(guò)多的PLC通訊，則可能導(dǎo)致瓶頸現(xiàn)象及計(jì)時(shí)上的困難。

DCS是由模擬儀表控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，初期的功能以回路調(diào)節(jié)為主，之后又加入了順序控制的功能。DCS的設(shè)計(jì)思想是操作管理集中，控制分散以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性及管理能力。DCS的上述優(yōu)勢(shì)使它在控制系統(tǒng)市場(chǎng)仍占主流。 但DCS比PLC價(jià)位高，對(duì)一些資金有限的中小型企業(yè)有時(shí)難以承受。

本文探討的這種混合式控制系統(tǒng)整合了PLC與DCS的優(yōu)勢(shì)，對(duì)需要實(shí)現(xiàn)低成本自動(dòng)化（LCA）的場(chǎng)合尤為適用。

二、混合式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1　混合式控制系統(tǒng)

圖1所示為混合式控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要以DCS的設(shè)計(jì)思想為基礎(chǔ)，綜合PLC與DCS的各自優(yōu)勢(shì)。它主要由系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、 操作員工作站、中央服務(wù)器、控制器及輸入/輸出（I/O）模塊等部分組成。

1、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

　　對(duì)DCS而言，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和可擴(kuò)充性起著決定性的作用。對(duì)混合式控制系統(tǒng)也是如此。

如圖1所示，HCS是分級(jí)控制系統(tǒng)，共分兩級(jí)：操作管理級(jí)及過(guò)程控制級(jí)。操作管理級(jí)的各項(xiàng)設(shè)備——操作員工作站及中央服務(wù)器由N1網(wǎng)連接。N1網(wǎng)是一局域網(wǎng)（LAN），對(duì)它的要求是能以較高的速率傳輸大量數(shù)據(jù)，可選用Ethernet（以太網(wǎng)）或ARCNET。Ethernet采用載波偵聽(tīng)/多路訪問(wèn)協(xié)議，具有10Mbps及100Mbps的通訊速度，但它不具備實(shí)時(shí)性；ARCNET采用令牌傳輸協(xié)議，具有2.5Mbps的通訊速度，具有好的實(shí)時(shí)性。N1網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)可采用星形、總線形、混合形等。總線結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比較成熟，施工相對(duì)簡(jiǎn)單，節(jié)點(diǎn)的加入或退出也無(wú)需中止網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，是工業(yè)控制網(wǎng)常用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。N1網(wǎng)的傳輸介質(zhì)可使用雙絞線、同軸電纜或光纖。

N2網(wǎng)將過(guò)程控制級(jí)的控制器與控制器、控制器與遠(yuǎn)程I/O、遠(yuǎn)程I/O與遠(yuǎn)程I/O連接起來(lái)，并使之與中央服務(wù)器相連. 對(duì)N2網(wǎng)的要求是實(shí)時(shí)性，即一旦N2網(wǎng)上某節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，則該網(wǎng)絡(luò)上所連接的各節(jié)點(diǎn)應(yīng)能同時(shí)接收到該數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。這一點(diǎn)對(duì)實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的過(guò)程控制十分重要。N2網(wǎng)還具有其它特性，如給網(wǎng)絡(luò)添加新設(shè)備不會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)通訊擁塞，*消除系統(tǒng)瓶頸現(xiàn)象；開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)使它與PLC、智能馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器等其它設(shè)備相兼容。

A-B的ProcessLogix過(guò)程控制系統(tǒng)N1網(wǎng)采用總線結(jié)構(gòu)的Ethernet，N2網(wǎng)采用A-B自己的ControlNet網(wǎng)絡(luò)，如果采用中繼器，傳輸距離可達(dá)30km。

2、操作員工作站

操作員工作站是HCS與用戶進(jìn)行信息交換的設(shè)備，其主要功能是為運(yùn)行操作人員提供人機(jī)界面，使操作人員及時(shí)全面地了解系統(tǒng)運(yùn)行情況，并對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。隨著微型計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，操作員工作站可由PC機(jī)承擔(dān)，由于操作員工作站與中央服務(wù)器通過(guò)局域網(wǎng)相連，所以欲添加一個(gè)操作員工作站十分容易，只要在N1網(wǎng)上增加一個(gè)PC機(jī)并讓中央服務(wù)器為新添加的操作員工作站提供客戶軟件即可。

3、中央服務(wù)器

所有的系統(tǒng)信息、報(bào)告及總數(shù)據(jù)庫(kù)由中央服務(wù)器統(tǒng)一管理，以實(shí)現(xiàn)信息集中管理。中央服務(wù)器用Windows NT為操作系統(tǒng)，配以系統(tǒng)應(yīng)用軟件，還可與企業(yè)管理系統(tǒng)相連。DCS的組態(tài)功能在HCS中也由中央服務(wù)器提供。工程師可利用中央服務(wù)器的系統(tǒng)應(yīng)用軟件來(lái)修改或添加控制配置并下載至控制器中。

4、控制器

控制器為自動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制中樞。HCS的控制器與PLC一樣采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要包括處理器、內(nèi)存、I/O接口，外加通訊接口。HCS控制器的框架沿襲了傳統(tǒng)PLC的框架尺寸結(jié)構(gòu)，因而體積比DCS小得多。雖然從尺寸與外形上看，HCS控制器與PLC極其相似，但它絕不是PLC的簡(jiǎn)單翻版。HCS控制器在過(guò)程控制中執(zhí)行閉環(huán)及順序控制，能勝任DCS所承擔(dān)的過(guò)程控制任務(wù)。HCS控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)形式，處理器模塊、本地I/O模塊、通訊接口模塊等均插入同一框架中，通過(guò)數(shù)據(jù)總線相連，實(shí)現(xiàn)“軟接線"，另外，通過(guò)N2網(wǎng)還可擴(kuò)展遠(yuǎn)程I/O模塊。

每個(gè)HCS可支持多個(gè)控制器，而每個(gè)控制器又可支持多達(dá)上百個(gè)控制回路。這樣由HCS便可組成較大型的控制系統(tǒng)，且控制是分散的。如ProcessLogix控制系統(tǒng)最多可支持16個(gè)控制器，每個(gè)控制器可支持125～150個(gè)控制回路。

5、輸入/輸出（I/O）模塊

HCS提供了能與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)I/O信號(hào)直接相連的各種規(guī)格的I/O模塊， 如模擬量/數(shù)字量、 直流/交流、電壓/電流及不同電壓等級(jí)的I/O模塊等。這些I/O模塊可與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的按鈕、變送器、傳感器、電磁閥門及馬達(dá)控制器等設(shè)備元件直接相連，使用靈活方便。

三、混合式控制系統(tǒng)特點(diǎn)

1、分級(jí)分散控制， 集中管理

　　HCS保留了DCS信息集中，控制分散的優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)按功能在垂直方向分為兩級(jí)：操作管理級(jí)及過(guò)程控制級(jí)。各級(jí)之間既有分工，又有聯(lián)系，在系統(tǒng)的協(xié)調(diào)下運(yùn)行。同時(shí)，按生產(chǎn)過(guò)程作水平分解，以滿足控制遍布整個(gè)廠區(qū)的需要。采用該分散控制結(jié)構(gòu)，將多個(gè)控制器及I/O框架分散后進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，一方面可將生產(chǎn)過(guò)程的全部信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送至中央服務(wù)器以實(shí)現(xiàn)信息集中，另一方面避免因個(gè)別設(shè)備出現(xiàn)故障殃及整個(gè)系統(tǒng)而造成的危險(xiǎn)，提高可靠性。

2、靈活性高及可擴(kuò)展性強(qiáng)

HCS采用模塊化及積木化的結(jié)構(gòu)形式，用戶可選擇不同數(shù)量、不同規(guī)格的單元設(shè)備以組成不同要求、不同規(guī)模的硬件系統(tǒng)。例如，控制器及其遠(yuǎn)程I/O均采用PLC式的模塊結(jié)構(gòu)，用戶可根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合選用不同規(guī)格的模塊；整個(gè)系統(tǒng)采用分級(jí)分散的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，使增加或去除某些單元不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的性能，這種靈活的組裝方式使系統(tǒng)擴(kuò)展變得容易，有利于工廠按當(dāng)前規(guī)模配置系統(tǒng)，提高設(shè)備的利用效率。

3、可靠性高

（1）冗余技術(shù)

HCS允許用戶在任何需要的關(guān)鍵部分?jǐn)U充冗余部件，以免由于某個(gè)部件失效而影響系統(tǒng)運(yùn)行。如在控制器中加入冗余的處理器，加入冗余的中央服務(wù)器及冗余的傳輸介質(zhì)（如同軸電纜）等。

（2）自診斷功能

HCS系統(tǒng)軟件可在線監(jiān)視整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，可立即采取有效措施，以防止故障擴(kuò)大。

（3）斷電保護(hù)功能

HCS控制器的處理器模塊內(nèi)裝有鋰電池，以防止掉電而造成數(shù)據(jù)丟失。

四、混合式控制系統(tǒng)的展望

1、體積更小、價(jià)格更低、功能更強(qiáng)

隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，HCS的控制器將采用更高性能的微處理器作為處理器，使控制功能大大增強(qiáng)；隨著安裝布線技術(shù)的發(fā)展，HCS可采用表面安裝及扁平封閉技術(shù)，使HCS的體積更小，價(jià)格更低。

2、I/O模塊更豐富多樣

由于I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備直接相連，所以I/O模塊功能的強(qiáng)弱直接影響系統(tǒng)控制能力。為此，各生產(chǎn)廠商競(jìng)相研制各種豐富多樣的I/O模塊，如定位控制模塊、CRT模塊、數(shù)控模塊、計(jì)算模塊、語(yǔ)音處理模塊、模糊模塊等。它們大多是自帶處理器的智能型I/O模塊，可滿足不同場(chǎng)合的復(fù)雜控制。如果HCS采用這些智能I/O模塊，將大大增強(qiáng)其控制功能。

3、引入人工智能技術(shù)

（1）在系統(tǒng)應(yīng)用軟件中采納智能控制算法，如模糊邏輯、專家系統(tǒng)、遺傳算法、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等高級(jí)控制算法，形成具有人工智能的控制模塊及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的控制水平。

（2）利用人工智能技術(shù)進(jìn)行自診斷及故障的早期預(yù)測(cè)。由于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自組織自學(xué)習(xí)自適應(yīng)的能力及并行處理能力等，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練可對(duì)HCS進(jìn)行監(jiān)控和故障檢測(cè)，并對(duì)故障作出早期預(yù)測(cè)，優(yōu)化過(guò)程控制，提高系統(tǒng)的工作可靠性