程龍論文文獻(xiàn)閱讀綜述

1、合肥工業(yè)大學(xué)攻讀工程碩士專業(yè)學(xué)位研究生文獻(xiàn)閱讀綜述報(bào)告研究生姓名 程工程領(lǐng)域 控制工程入學(xué)時(shí)間2010年8月指導(dǎo)教師王華強(qiáng)所在學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院工程碩士文獻(xiàn)閱讀綜述報(bào)告說明：1、依照本人的培養(yǎng)計(jì)劃，取得規(guī)定的學(xué)分和成績(jī)后，開始文獻(xiàn)閱讀。2、 在導(dǎo)師指導(dǎo)下，結(jié)合本人工程領(lǐng)域和研究方向，閱讀3040篇國(guó)內(nèi)外相 關(guān)的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，撰寫文獻(xiàn)閱讀綜述報(bào)告，3、報(bào)告不少于8000字，應(yīng)詳細(xì)闡述本工程領(lǐng)域（方向） 最新技術(shù)研究成果、 學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)和發(fā)展方向以及本人閱讀后的體會(huì)和收獲（不少于4000字）。4、導(dǎo)師根據(jù)綜述報(bào)告寫出300字左右的評(píng)語，姓名程龍工程領(lǐng)域控制工程入學(xué)時(shí)間2008。8文獻(xiàn)閱讀綜述在研究生

2、的學(xué)習(xí)過程中，根據(jù)學(xué)校的培養(yǎng)計(jì)劃已學(xué)完了全部的基礎(chǔ)理論和專業(yè)課 程.結(jié)合所選課題閱讀了大量的參考文獻(xiàn)，極大的豐富了自己的理論基礎(chǔ)，也使我更清楚 地認(rèn)識(shí)到大量的科技工作者在這方面所作的探索和它將來的發(fā)展方向，也為本人在以后的工作中作進(jìn)一步的研究和應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 一、PLC系統(tǒng)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC） 1985年1月對(duì)可編程序控制器作過如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存 儲(chǔ)器，用來在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令， 并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制 器及

3、其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè) 計(jì)?！?PLC具有抗干擾能力強(qiáng)，可靠性極高；編程方便，容易掌握 ；使用方便；維護(hù)方 便；設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短；易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化等諸多優(yōu)點(diǎn)。因而在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。PLC勺硬件系統(tǒng)主要由機(jī)架、CP模塊、信號(hào)模塊、功能模塊、接口模塊、通信處理 模塊、電源模塊和編程設(shè)備組成（如圖），各種模塊安裝在機(jī)架上。通過CPU模塊或通信 模塊上的通信接口，PLC連接到通信網(wǎng)絡(luò)上，可以與計(jì)算機(jī)、其他 PLC或其他設(shè)備通信。編程器編程器接口通訊 接口3系統(tǒng)總 線輸入I/O輸出擴(kuò)展接口接口如圖所示：PLC硬件系統(tǒng)C

4、PI模塊主要有微處理器（CPUS片）和存儲(chǔ)器組成。在PLC空制系統(tǒng)中，CPl相目當(dāng)于人 的大腦和心臟，它不斷地采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲(chǔ)器用來存 儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，它包括只讀存儲(chǔ)器（ROM和隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM o從硬件結(jié)構(gòu)圖可以看出PLCt豐富的輸入、輸出模塊（I/O接口模塊），PLC十對(duì)工 業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)（如交流或直流、開關(guān)量或模擬量、電壓或電流、脈沖或電位、強(qiáng)電或弱電 等）都有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備直接相連。當(dāng)用戶需要的輸入輸出點(diǎn) 數(shù)或類型超過主機(jī)I/O單元能力是可通過I/O擴(kuò)展來解決,I /O擴(kuò)展與主機(jī)的接口類型分 為簡(jiǎn)單性和智能型兩種。簡(jiǎn)單性I/O擴(kuò)展模塊

5、本身不帶CPU其I/O能力的實(shí)現(xiàn)依賴于主 機(jī)的程序掃描過程，多用并口與主機(jī)通信。智能型I/O擴(kuò)展模塊自身帶有CPU能夠獨(dú)完 成現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的輸入輸出處理。PLC勺基本功能包括：邏輯控制功能、定時(shí)控制功能、計(jì)數(shù)控制功能、步進(jìn)控制功 能、數(shù)據(jù)處理功能、回路控制功能、通訊聯(lián)網(wǎng)功能、監(jiān)控功能、排序查表功能、停電記 憶功能、故障診斷功能及特殊功能函數(shù)運(yùn)算等功能。（1）PLC的工作方式PLC采用循環(huán)掃描工作方式，這個(gè)工作過程一般包括五個(gè)階段：內(nèi)部處理、與編程器等的通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理，其工作過程如圖所示。PLC經(jīng)過五個(gè)階段的工作過程，稱為一個(gè)掃描周期，完成一個(gè)掃描周期后，又重新執(zhí)行上述過

6、 程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。當(dāng)PLC方式開關(guān)置于RUN運(yùn)行）時(shí)，執(zhí)行所有階段；當(dāng)方式 開關(guān)置于STOP（停止）時(shí)，不執(zhí)行后3個(gè)階段，此時(shí)可進(jìn)行通信處理,如對(duì)PLC聯(lián)機(jī)或離 線編程。如圖所示:PLC工作過程每次掃描用戶程序之前，都會(huì)先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內(nèi)容包括I /0部分、存儲(chǔ)器、CP等，如果發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)停機(jī)并顯示出錯(cuò)若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。第 二階段PLC僉查是否有與編程器、計(jì)算機(jī)等的通信請(qǐng)求，若有則進(jìn)行相應(yīng)處理，如接收 由編程器送來的程序、命令和各種數(shù)據(jù)，并把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、出錯(cuò)信息等發(fā)送給 編程器進(jìn)行顯示。與計(jì)算機(jī)等的通信請(qǐng)求，也是在這段時(shí)間完成數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送任務(wù) 的。第三

7、階段PLC勺中央處理器對(duì)各個(gè)輸入端進(jìn)行掃描，將所有輸入端的狀態(tài)送到輸入 映象寄存器.然后中央處理器CPU!逐條執(zhí)行用戶指令程序，即按程序要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏 輯、算術(shù)運(yùn)算，再將正確的結(jié)果送到輸出映像寄存器中。 最后當(dāng)所有的指令執(zhí)行完畢時(shí)， 集中把輸出映象寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成被控設(shè)備所能接受的電壓或電流信 號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備。PLC經(jīng)過這五個(gè)階段的工作過程，稱為一個(gè)掃描周期，完成一個(gè)掃描周期后，又重新 執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始地進(jìn)行。在不考慮另外因素（通訊處理 ）時(shí)，掃描周期T 的大小為：T=（讀入一點(diǎn)時(shí)間x輸入點(diǎn)數(shù)）+（運(yùn)算速度X程序步數(shù)）+（輸出一點(diǎn)時(shí)間X輸出點(diǎn)數(shù)）+故障診斷時(shí)間掃描

8、周期T主要取決于程序的長(zhǎng)短，一般每秒鐘可掃描數(shù)十次以上，這對(duì)于工業(yè)設(shè) 備通常沒有什么影響但對(duì)控制時(shí)間要求較嚴(yán)格，響應(yīng)速度要求快的系統(tǒng)，就應(yīng)該精確的 計(jì)算響應(yīng)時(shí)間，細(xì)心編排程序，合理安排指令的順序，以盡可能減少掃描周期造成的響應(yīng) 延時(shí)等不良影響。（2）PLC的應(yīng)用根據(jù)PLC勺特點(diǎn)，可以將其應(yīng)用歸納為以下幾種類型。1. 邏輯量控制PLC具有強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力,可以實(shí)現(xiàn)各種簡(jiǎn)單和復(fù)雜的邏輯控制。這是 PLC最基本的應(yīng)用領(lǐng)域,以前用傳統(tǒng)繼電器控制的系統(tǒng)都可用 PLC取代，實(shí)現(xiàn)邏輯控制.在單機(jī)控制、多機(jī)群控制和自動(dòng)生產(chǎn)線控制方面都有很多成功的應(yīng)用實(shí)例，如機(jī)床電氣控制、起重機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)和包裝機(jī)械的控制、

9、電梯的控制、家電自動(dòng)裝配線的控制、化工、車L 鋼自動(dòng)生產(chǎn)線的控制等。2. 模擬量控制PLC配置有A/ D和D/ A轉(zhuǎn)換模塊。其中A/ D模塊能將現(xiàn)場(chǎng)的溫度、壓力、流量、速 度、位移等這些模擬量經(jīng)過A/ D轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字量。再經(jīng)PLC中的微處理器進(jìn)行處理去進(jìn) 行控制或經(jīng)D/A模塊轉(zhuǎn)換后,變成模擬量去控制被控對(duì)象大、中型的PLC都具有PID閉環(huán) 控制功能，運(yùn)用PID子程序或使用專用的智能PID模塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的閉環(huán)過程控 制。隨著PLC1用規(guī)模的擴(kuò)大，控制的回路也從幾個(gè)增加到幾十個(gè)甚至上百個(gè)，可以組 成較復(fù)雜的閉環(huán)控制系統(tǒng)。目前PLC勺模擬量控制功能已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)行業(yè) ， 例如鍋爐運(yùn)

10、行控制、壓力罐液位控制、液體管道流量控制等都是典型的閉環(huán)過程控制的 應(yīng)用場(chǎng)合。3. 運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)控制是指PLC寸直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控制，也稱為位置控制，早期PLC1過開 關(guān)量I/O模塊與位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的連接來實(shí)現(xiàn)這一功能 .PLC一般都配備了 PID控 制模塊，可進(jìn)行閉環(huán)過程控制。當(dāng)控制過程中某一個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí)，PL®按照PID 算法計(jì)算出正確的輸出去控制生產(chǎn)過程，把變量保持在整定值上目前，PLC勺運(yùn)動(dòng)控制 功能廣泛應(yīng)用在金屬切削機(jī)床、電梯、機(jī)器人等各種機(jī)械設(shè)備上。4. 數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC都具有不同程度的數(shù)據(jù)處理功能，能夠完成數(shù)學(xué)運(yùn)算（函數(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn) 算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)

11、的移位、比較、傳遞、數(shù)值的轉(zhuǎn)換和查表等操作，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采 集、分析和處理。數(shù)據(jù)處理通常用在大、中型控制系統(tǒng)中，如柔性制造系統(tǒng)、機(jī)器人的 控制系統(tǒng)等。PLC不僅能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、排序、查表等，而且還能進(jìn)行數(shù)據(jù) 比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)顯示和打印等，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。5. 通信聯(lián)網(wǎng)通信聯(lián)網(wǎng)是指PLC與PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)或其他智能設(shè)備間的通信，利用 RS-232或RS-422接口可以實(shí)現(xiàn)PLC和計(jì)算機(jī)的通訊，PLC有專用通信模塊，用雙絞線和 同軸電纜或光纜將它們聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)相互間的信息交換，構(gòu)成多級(jí)分布式控制系統(tǒng)， 建立區(qū)域的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)代PLC一般都有通信功能

12、，它可以對(duì)遠(yuǎn)程I /0進(jìn)行控制，又 能實(shí)現(xiàn)PLC與 PLQ PLC與與計(jì)算機(jī)之間的通信，這樣用PLC可以方便地進(jìn)行分布式控制。6. 定時(shí)和計(jì)數(shù)控制PLC具有很強(qiáng)的定時(shí)和計(jì)數(shù)功能，它可以為用戶提供幾十甚至上百個(gè)、上千個(gè)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，計(jì)時(shí)的時(shí)間和計(jì)數(shù)值可以由用戶在編寫用戶程序時(shí)任意設(shè)定，也可以由操作人員在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通過編程器進(jìn)行設(shè)定，實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)的控制。如果需要對(duì)頻率較高 的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如光柵尺和光電編碼器等，則可以選擇高速計(jì)數(shù)模塊。7順序控制所謂順序控制是指生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)過程，根據(jù)工藝要求按照邏輯運(yùn)算、順序操作、 定時(shí)和計(jì)算數(shù)等規(guī)則通過預(yù)先編制的程序，在現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào) （包括開關(guān)量、模擬量）的

13、 作用下,執(zhí)行機(jī)構(gòu)按預(yù)定程序動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)以開關(guān)量為主的自動(dòng)控制.PLC的設(shè)計(jì)安裝就是根據(jù)這一原則來實(shí)現(xiàn)的。其輸入主要是靠按鈕、行程開關(guān)、限位開關(guān)、動(dòng)斷觸點(diǎn)、電機(jī) 的啟停等開關(guān)量為主的控制信號(hào)。輸出為繼電器、電磁閥等驅(qū)動(dòng)元件。PLC內(nèi)部控制部分有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、中間繼電器等元器件以及許多的常開、常閉觸點(diǎn)而傳統(tǒng)的順序控制是由繼電器控制屏來實(shí)現(xiàn)的，由于設(shè)備體積大、功耗高、動(dòng)作速度緩慢、接線復(fù) 雜、通用性、靈活性差、維護(hù)工作量大、故障頻發(fā)率高而導(dǎo)致可靠性差，沒有計(jì)算和儲(chǔ) 存功能,而PLC空制系統(tǒng)克服了繼電器控制的弱點(diǎn)，把計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電器控制有機(jī)地結(jié) 合起來，為工業(yè)自動(dòng)化提供了十分完美的現(xiàn)代化控制裝置。

14、二、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)（1 ）工業(yè)以太網(wǎng)通信技術(shù)工業(yè)以太網(wǎng)提供了針對(duì)制造業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。 該技術(shù)基于工業(yè) 標(biāo)準(zhǔn),利用了交換以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性、可操作性和實(shí)效性，最大限度地滿 足了用戶和生產(chǎn)廠商的需求。工業(yè)以太網(wǎng)以其特有的第成本、高實(shí)效、高擴(kuò)展性及高智 能的魅力，吸引著越來越多的制造業(yè)廠商。工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造必須充分考慮并滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需要，采用標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝,安裝方便,適用于工業(yè)環(huán)境安裝的要求。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)器件要能方便地安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制柜內(nèi)，并容易更換。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)產(chǎn)品的要求包括：1、工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán) 境的高溫、潮濕、空氣污濁以及腐蝕性氣體的存在，要求工業(yè)

15、級(jí)的產(chǎn)品具有氣候環(huán)境適應(yīng)性，并要求耐腐蝕、防塵和防水；2、工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的粉塵、易燃易爆和有毒性氣體的 存在，需要采取防爆措施保證安全生產(chǎn)；工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)、電磁干擾大，工業(yè)控制 網(wǎng)絡(luò)必須具有機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性（如耐振動(dòng)、耐沖擊）、電磁環(huán)境適應(yīng)性或電磁兼容性（EMCElectro Magnetic Compatibility ）等；工業(yè)網(wǎng)絡(luò)器件的供電，通常是采用柜 內(nèi)低壓直流電源標(biāo)準(zhǔn)，大多的工業(yè)環(huán)境中控制柜內(nèi)所需電源為低壓24V直流。其關(guān)鍵性技術(shù)主要有：1、通信實(shí)時(shí)性問題：以太網(wǎng)采用的CSMA/C的介質(zhì)訪問控制方式,其本質(zhì)上是非實(shí) 時(shí)的。平等競(jìng)爭(zhēng)的介質(zhì)訪問控制方式不能滿足工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)νㄐ诺膶?shí)時(shí)

16、性要求。因此以太網(wǎng)一直被認(rèn)為不適合在底層工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中使用 需要有針對(duì)這一問題的切實(shí)的解決2、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性與可靠性的問題：以太網(wǎng)是按辦公環(huán)境設(shè)計(jì)的，將它用于工業(yè)控制環(huán)境,其環(huán)境適應(yīng)能力、抗干擾能力等是許多從事自動(dòng)化的專業(yè)人士所特別關(guān)心的。 在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)要特別注重材質(zhì)、元器件的選擇。使產(chǎn)品在強(qiáng)度、溫度、濕度、振動(dòng)、 干擾、輻射等環(huán)境參數(shù)方面滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的要求。 還要考慮到在工業(yè)環(huán)境下的安裝要求， 例如采用DIN導(dǎo)軌式安裝等。像RJ45 類的連接器，在工業(yè)上應(yīng)用太易損壞，應(yīng)該采 用帶鎖緊機(jī)構(gòu)的連接件，使設(shè)備具有更好抗振動(dòng)、抗疲勞能力3、總線供電：在控制網(wǎng)絡(luò)中，現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備的位置分散性使得它們對(duì)總線

17、有提供工 作電源的要求.現(xiàn)有的許多控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都可以利用網(wǎng)線對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備供電。工業(yè)以太網(wǎng)目前沒有對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供電做出規(guī)定。一種可能的方案是利用現(xiàn)有的5類雙絞線中另一對(duì) 空閑線對(duì)供電 一般在工業(yè)應(yīng)用環(huán)境下，要求采用直流1036V低壓供電。（2）工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)部件工業(yè)以太網(wǎng)鏈路模塊 OLM ELM依照IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)，利用電纜和光纖技術(shù)， SIMATICNET連接模塊使得工業(yè)以太網(wǎng)的連接變得更為方便和靈活。1、OLM（光鏈路模塊）有3個(gè)ITP接口和兩個(gè)BFOC接 口。ITP接口可以連接3個(gè)終端設(shè)備或網(wǎng)段，BFO 接口可以連接兩個(gè)光路設(shè)備（如OLM等），速度為10Mbit/s.如圖10-1所示。

18、2、EL（電 氣鏈路模塊）有3個(gè)ITP接口和1個(gè)AUI接口。通過AUI接口，可以將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接至 LAN 上，速度為 10Mbit/s.常用的工業(yè)以太網(wǎng)通信處理器 （CCommunicatonProcesser，通信處理單元），包括用在S7 PLC站上的處理器CP243-1系列、CP343-1系列、CP443-1系列等.CP243-1是為S7200系列PLC設(shè)計(jì)的工業(yè)以太網(wǎng)通信處理器，通過 CP243-1模 塊,用戶可以很方便地將S7200系列PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行連接，并且支持使用 STEPMicro/WIN 32 軟件，通過以太網(wǎng)對(duì) S7-200進(jìn)行遠(yuǎn)程組態(tài)、編程和診斷 .同 時(shí),S7

19、200也可以同S7-300、S7 400系列PLC進(jìn)行以太網(wǎng)的連接。S7-300系列PLC的以太網(wǎng)通信處理器是 CP343-1系列，按照所支持協(xié)議的不同，可以分為 CP343-1、CP343-1 ISO、CP343-1 TCP、CP343-1 IT 和 CP343-1 PN三、Modbus協(xié)議Modbus可編程控制器之間可相互通訊，也可與不同網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備進(jìn)行通訊， 支撐網(wǎng)絡(luò)有Modicon的Modbus和Modbus工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)信息存取可由控制器內(nèi)置的 端口，網(wǎng)絡(luò)適配器以及Modicon提供的模塊選件和網(wǎng)關(guān)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)，對(duì) OEM機(jī)械設(shè)備 制造商）來說，Modicon可為合作伙伴提供現(xiàn)有的

20、程序,可使Modbus網(wǎng)絡(luò)緊密地集成到 他們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中去。Modicon的各種控制器使用的公共語言被稱為 Modbus協(xié)議，該協(xié)議定義了控制器 能識(shí)別和使用的信息結(jié)構(gòu)。當(dāng)在Modbus網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通訊時(shí)，協(xié)議能使每一臺(tái)控制器知道 它本身的設(shè)備地址，并識(shí)別對(duì)它尋址的數(shù)據(jù)，決定應(yīng)起作用的類型 ，取出包含在信息中 的數(shù)據(jù)和資料等，控制器也可組織回答信息，并使用 Modbus協(xié)議將此信息傳送出去。在其他網(wǎng)絡(luò)上使用時(shí)，數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)幀中也包含著 Modbus協(xié)議.如, Modbus或MAP 網(wǎng)絡(luò)控制器中有相應(yīng)的應(yīng)用程序庫和驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)嵌入式Modbus協(xié)議信息與此網(wǎng)絡(luò)中用子節(jié)點(diǎn)設(shè)備間通訊的特殊信息幀的數(shù)

21、據(jù)轉(zhuǎn)換。該轉(zhuǎn)換也可擴(kuò)展，處理節(jié)點(diǎn)地址，路由，和每一個(gè)特殊網(wǎng)絡(luò)的錯(cuò)誤檢查方法。如包 含在Modbus協(xié)議中的設(shè)備地址，在信息發(fā)送前就轉(zhuǎn)換成節(jié)點(diǎn)地址，錯(cuò)誤檢查區(qū)也用于 數(shù)據(jù)包，與每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議一致，最后一點(diǎn)是需用Modbus協(xié)議，寫入嵌入的信息，定義應(yīng)處理的動(dòng)作。（1）Modbus上的數(shù)據(jù)傳輸Modicon控制器上的標(biāo)準(zhǔn)Modbus端口是使用一個(gè)RS-232兼容的串行接口，定義了 連接器，接線電纜，信號(hào)等級(jí)，傳輸波特率，和奇偶校驗(yàn)，控制器可直接或通過調(diào)制解調(diào) 器（以后簡(jiǎn)稱Modems接入總線（網(wǎng)絡(luò)）?？刂破魍ㄓ嵤褂弥鲝募夹g(shù)，即主機(jī)能起動(dòng)數(shù)據(jù) 傳輸，稱查詢。而其它設(shè)備（從機(jī)）應(yīng)返回對(duì)查詢作出的響應(yīng)，

22、或處理查詢所要求的動(dòng) 作。典應(yīng)的主機(jī)設(shè)備應(yīng)包括主處理器和編程器。典應(yīng)的從機(jī)包括可編程控制器。主機(jī)可對(duì)各從機(jī)尋址，發(fā)出廣播信息，從機(jī)返回信息作為對(duì)查詢的響應(yīng)。 從機(jī)對(duì)于 主機(jī)的廣播查詢，無響應(yīng)返回 Modbus協(xié)議報(bào)據(jù)設(shè)備地址，請(qǐng)求功能代碼，發(fā)送數(shù)據(jù)，錯(cuò) 誤校驗(yàn)碼,建立了主機(jī)查詢格式，從機(jī)的響應(yīng)信息也用 Modbus協(xié)議組織，它包括確認(rèn)動(dòng) 作的代碼,返回?cái)?shù)據(jù)和錯(cuò)誤校驗(yàn)碼。若在接收信息時(shí)出現(xiàn)一個(gè)錯(cuò)誤或從機(jī)不能執(zhí)行要求 的動(dòng)作時(shí)，從機(jī)會(huì)組織一個(gè)錯(cuò)誤信息。并向主機(jī)發(fā)送作為響應(yīng)。除標(biāo)準(zhǔn)的Modbus功能外，有些Modcon控制器內(nèi)置端口或總線適配器，在 Modbus+ 總線上實(shí)現(xiàn)通訊或使用網(wǎng)絡(luò)適配器,在

23、MAP網(wǎng)絡(luò)上通訊。在這些總線上，控制器間采用對(duì)等的技術(shù)進(jìn)行通訊，即任意一個(gè)控制器可向其它控 制器啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送。因此,一臺(tái)控制器既可作為從機(jī)，也可作為主機(jī)，常提供多重的內(nèi)部 通道，允許并列處理主機(jī)和從機(jī)傳輸數(shù)據(jù)在信息級(jí)，盡管網(wǎng)絡(luò)通訊方法是對(duì)等的，但Modbus協(xié)議仍采用主從方式，若一臺(tái)控 制器作為主機(jī)設(shè)備發(fā)送一個(gè)信息， 則可從一臺(tái)從機(jī)設(shè)備返回一個(gè)響應(yīng)， 類似，當(dāng)一臺(tái)控 制器接受信息時(shí)，它就組織一個(gè)從機(jī)設(shè)備的響應(yīng)信息，并返回至原發(fā)送信息的控制器。（2）查詢及響應(yīng)查詢中的功能代碼為被尋址的從機(jī)設(shè)備應(yīng)執(zhí)行的動(dòng)作類型。數(shù)據(jù)字節(jié)中包含從機(jī)須 執(zhí)行功能的各附加信息。并用寄存器的內(nèi)容作響應(yīng)。該數(shù)據(jù)區(qū)必須含有告

24、之從機(jī)讀取寄 存器的起始地址及數(shù)量，錯(cuò)誤校驗(yàn)區(qū)的一些信息，為從機(jī)提供一種校驗(yàn)方法，以保證信息 內(nèi)容的完整性。從機(jī)正常響應(yīng)時(shí)，響應(yīng)功能碼是查詢功能碼的應(yīng)答，數(shù)據(jù)字節(jié)包含從機(jī)采集的數(shù)據(jù)， 如寄存器值或狀態(tài)。如出現(xiàn)錯(cuò)誤，則修改功能碼，指明為錯(cuò)誤響應(yīng)并在數(shù)據(jù)字節(jié)中含有 一個(gè)代碼,來說明錯(cuò)誤，錯(cuò)誤檢查區(qū)允許主機(jī)確認(rèn)有效的信息內(nèi)容（3）兩種串行傳輸模式控制器可使用ASCII或RTU通訊模式，在標(biāo)準(zhǔn) Modbus上通訊。在配置每臺(tái)控制器 時(shí)，用戶須選擇通訊模式以及串行口的通訊參數(shù)。（波特率，奇偶校驗(yàn)等），在Modbus總線上的所有設(shè)備應(yīng)具有相同的通訊模式和串行通訊參數(shù)。ASCII模式：當(dāng)控制器以ASCII模

25、式在Modbus總線上進(jìn)行通訊時(shí)，一個(gè)信息中的 每8位字節(jié)作為2個(gè)ASCII字符傳輸?shù)模@種模式的主要優(yōu)點(diǎn)是允許字符之間的時(shí)間間 隔長(zhǎng)達(dá)IS，也不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤.RTU模式：控制器以RTU模式在Modbus總線上進(jìn)行通訊時(shí)，信息中的每8位字節(jié)分 成2個(gè)4位16進(jìn)制的字符，該模式的主要優(yōu)點(diǎn)是在相同波特率下其傳輸?shù)淖址拿芏?高于ASCII模式，每個(gè)信息必須連續(xù)傳輸。四、分布式控制系統(tǒng)DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Con trol System ），在國(guó)內(nèi)自控 行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)，是隨著現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的不斷興起和過程控制要 求的日益復(fù)雜應(yīng)運(yùn)而生的綜合控制系統(tǒng)，

26、它是計(jì)算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和多媒體技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，可提供窗口友好的人機(jī)界面和強(qiáng)大的通訊功能.是完成 過程控制、過程管理的現(xiàn)代化設(shè)備。其結(jié)構(gòu)如圖所示。DCSS統(tǒng)主要有現(xiàn)場(chǎng)控制站（I/O站）、數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)、人機(jī)接口單元（操作員站、 工程師站）、機(jī)柜、電源等組成。系統(tǒng)具備開放的體系結(jié)構(gòu)，可以提供多層開放數(shù)據(jù)接 口。硬件系統(tǒng)在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)具有高度的可靠性、維修方便、工藝先進(jìn)。底層漢化的 軟件平臺(tái)具備強(qiáng)大的處理功能，并提供方便的組態(tài)復(fù)雜控制系統(tǒng)的能力與用戶自主開發(fā) 專用高級(jí)控制算法的支持能力；易于組態(tài)，易于使用.支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)以便適應(yīng)未來的擴(kuò)充需要。DCS就是通過對(duì)生產(chǎn)設(shè)備或裝

27、置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行直接的自動(dòng)控制，以 優(yōu)化這些設(shè)備或裝置的生產(chǎn)效率，達(dá)到運(yùn)行安全、增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低能源消耗 和環(huán)境污染的目的以太網(wǎng)工作站現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集 控制S7 317 PLC狀態(tài)量輸入差壓變頻器溫度FM355C331 AI321DI如圖所示:DCS吉構(gòu)示意圖Windows XP組態(tài)王運(yùn) 行軟件DCS具有以下特點(diǎn)：(1) 系統(tǒng)可靠性高。由于DCS各系統(tǒng)控制功能分散在各臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，因此某一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的故障不會(huì)影響系統(tǒng)其他功能的喪失此外,系統(tǒng)各單元具有較強(qiáng)的自診斷、自檢查、故障報(bào)警功能，并對(duì)測(cè)量信號(hào)和控制信號(hào)均經(jīng) 過隔離處理，從而使系統(tǒng)的可靠性得到提高(2) 性能價(jià)

28、格比高。DCS采用開放式,標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中各 臺(tái)計(jì)算機(jī)采用局域網(wǎng)方式通信，實(shí)現(xiàn)信息傳輸、資源共享 系統(tǒng)規(guī)模越大，平均每個(gè)回 路的投資費(fèi)用越低，當(dāng)需要改變或擴(kuò)充系統(tǒng)功能時(shí)，可將新增計(jì)算機(jī)直接連入系統(tǒng)通信 網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，而不影響系統(tǒng)其他計(jì)算機(jī)的工作。本DCS系統(tǒng)由上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和下位機(jī) PLC控制系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用工 業(yè)以太網(wǎng)，用于上工控機(jī)之間以及上位機(jī)和下位機(jī) PLC之間的通訊.DCS控制功能的視 線包括兩部分組態(tài)：一部分是控制功能的實(shí)現(xiàn)，包括硬件設(shè)備的組態(tài)，點(diǎn)表的建立和控制 圖的繪制等已完成控制功能的組態(tài)；另一部分是人機(jī)界面的組態(tài)，包括靜態(tài)工藝流程圖 的繪制，

29、動(dòng)態(tài)點(diǎn)的連接等以完成人機(jī)界面的組態(tài)，使各種控制功能最終為工藝生產(chǎn)服務(wù)。五、國(guó)內(nèi)外水電站發(fā)展概況安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是水電站最根本的任務(wù)。 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，電力需求迅猛增 長(zhǎng),興建的水電廠越來越多，其容量也越來越大。為了實(shí)現(xiàn)安全發(fā)、供電，需要經(jīng)常監(jiān) 測(cè)的運(yùn)行參數(shù)越來越多，需要實(shí)現(xiàn)的控制功能也越來越復(fù)雜，尤其是抽水蓄能電站，機(jī)組工況不僅要有發(fā)電、調(diào)相，而且還有抽水，各種工況之間相互轉(zhuǎn)換，使控制功能進(jìn)一步復(fù)雜化計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異，發(fā)展迅猛，其性能日趨完善，而價(jià)格日益下降，這為 在水電站自動(dòng)化系統(tǒng)取代常規(guī)的布線邏輯型自動(dòng)裝置提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。發(fā)達(dá)國(guó)家在小水電站自動(dòng)化控制方面研究開發(fā)起步比較早，技術(shù)

30、也比較成熟，自20世紀(jì)80年代開始，國(guó)外在水電站監(jiān)控系統(tǒng)上普遍采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù) ，大大提高了水電 站自動(dòng)控制水平和自動(dòng)控制功能，發(fā)電性能和設(shè)備運(yùn)行的可靠性得到很大的提高，許多水電站實(shí)現(xiàn)了無人職守或者少人職守， 降低了水電站的運(yùn)行費(fèi)用。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系 統(tǒng)的集成程度高，減少了控制系統(tǒng)面積和電纜數(shù)量，降低了水電站的造價(jià)。國(guó)外小水電站自動(dòng)控制系統(tǒng)主要采用兩種模式。一是集成型，基于可編程控制器（PLC的功能分布，通用開放型模式；二是專用型的功能集中模式。集成型小水電站 自動(dòng)控制系統(tǒng)在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)普及采用，技術(shù)比較成熟，但是相比于專用型模式，價(jià)格 比較高.從技術(shù)角度看，專用型模式主要針對(duì)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地

31、區(qū)，還處于起步價(jià)段，技術(shù) 不夠成熟。國(guó)內(nèi)4萬座早期建成的小水電站大部分還是以常規(guī)設(shè)備為主。在新建的水電站，較多的采用了水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，而許多老小水電站則在常規(guī)自動(dòng)控制的基礎(chǔ)上加上 計(jì)算機(jī)控制單元，或者利用計(jì)算機(jī)功能控制單元改造常規(guī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，或者在常規(guī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng).從上個(gè)世紀(jì)80年代開始，我國(guó)即開始引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外小水電站自動(dòng)控制先 進(jìn)技術(shù).通過一些電站的推廣應(yīng)用，在如何降低小水電站自動(dòng)化設(shè)備造價(jià)、進(jìn)一步提高 性能上做出了有益的摸索和時(shí)間我國(guó)小水電站主要采用集成型模式，水電站二次設(shè)備 包括可編程控制器（PLC為核心的現(xiàn)地控制單元、同期裝置、勵(lì)磁裝置、調(diào)速器以及 保護(hù)等設(shè)備等微機(jī)型產(chǎn)品，再加上油、氣、水等輔助設(shè)備的自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)多鐘設(shè)備的接 口和通訊。本論文在該次改造中的主要工作