6ES7512-1SM03-0AB0详细说明

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工业界对于分布式控制系统(DCS)与可编程逻辑控制器(PLC)两者 孰优孰劣的争论已经持续了至少40年。然而，随着技术的发展，争论并未停止。 由于两者功能特性越来越接近，价格差异也在缩小，曾经一度很清晰的选择，现 在似乎变得越来越模糊。要想理解这两者之间的争论，就一定要明确这两种平台 之间的根本性差异。 要想理解这两者之间的争论，就一定要明确这两种平台之间的根本性差异。 例如，DCS 体系结构源自一种完整的系统方法，其焦点在于基于网络实现分布式 控制，协助作业人员监视并操控工厂中的任何一个区域。通过高性能的确定网 络实现一致、同步并且完整的过程数据正是 DCS 体系结构的核心。 另一方面，PLC 体系结构聚焦于灵活快速的本地控制，PLC 技术较近的发展 为其增加了过程控制能力。当 PLC 和 HMI 软件集成在一起时，其较终形态看起来 与 DCS 十分类似，但是这仍旧是一种自建(DIY)的实现方法，意味着工程师必须 亲力亲为实现系统的每一个环节。对于控制来说这种方法更加灵活，但是 DIY 通常意味着在组网和性能上更大的技术风险，其导致的成本增加会在后期慢慢体 现。 以前，相对于 PLC 系统来说，DCS 通常更加昂贵，而且与今天面临的状况不 同，当年很多工厂对生产速度、产量、废物排放、安全性和遵循法规上的需求并 不高。正是因为这样，基于 PLC 的系统才获得了发展，因为它们能够提供更低的 固定资产，同时提供的功能也足够用。但是随着时代的变迁，在**市场范 围 DCS 系统的价格不断降低，制造企业对其需求也随之上升。因此，在投建新自 动化项目时，很制系统工程师、维护经理和工厂经理开始重新审视 DCS 和 PLC 控制系统两者的优劣。 在评价DCS和基于PLC架构的自建分布式控制系统时，有几个要点需要注意。 网络能 优良的网络能始于合理的网络设计，而合理的网络设计依赖于对每一个网 络节点的通讯行为和用来承载网络信息的协议的详尽了解。主要的过程自动化供 应商已经注意到这种需求，他们提供较优的方案，使用户可以为控制系统选择较 优的网络设计。而 DIY 方案的应用工程师可能需要首先完成特定网络拓扑结构的 搭建。 网络设计和安装完成之后，下一步就是测试网络能到底如何。对于不同的 数据采集量、警报、历史信息、对等网络信息和随时可能发生的备份作业，同样 的网络拓扑结构的性能可能具有很大的差异，这需要依靠全面的较优拓扑结构测 试才能够得出结论。 设用户已经完成了网络的设计和安装，工厂达到了较大生产能力，一切都 按照预期运行，那么此时需要面临的挑战就是如何维持这种平稳的网络作业状 态。 一种解决方案是在项目之初就安装容错以太网(FTE)，这是一种使用并不昂 贵的成品组件实现冗余工业以太网的组网技术，这种技术能够提供高可用性。FTE 还能够提供足够的网络诊断，实现对过程控制网络的持续关注，可以作为 DCS 的一部分。 而且，工厂必须在补丁和更新被载入生产系统之前对其进行功能和性能的测 评。有经验的网络工程师深知网络上的每一台设备都必须正常工作，才能构成一 个健康的网络整体，正所谓一条臭鱼腥了一锅汤。 控制性能 良好的过程控制是建立在可靠和可重复的控制策略上的。过程控制器作为经 典 DCS 体系结构的一部分，在作业方法上比 PLC 具有更多选择。PLC 的运行速度 相对来说更快，而过程控制器的强项在于可重复性，这意味着控制策略的运行周 期是固定的——运行的过快或者过慢都是不能接受的。在每一个运转周期内实现 可重复的控制，有助于工厂实现可重复的质量、生产率和作业结果。 运行周期并非一差别，其他系统服务也将**解决控制器的配置，例如， 如果控制器产生的报警会对控制任务产生影响，那么这些报警就会被屏蔽，当过 程扰动渐趋平稳时，再恢复这些警报。为了有效实现这种警报管理机制，必须能 够与控制产生警报的时间紧密配合，那些用来收集、存储和报告这些警报的报警 子系统和事件子系统也是如此。老话重提，系统的作业方法是 DCS 的核心。 HMI 图形 HMI 软件包供应商通常都会吹嘘操作员设计图形界面是如何的容易。但是不 管图形界面设计的多么令人印象深刻，它都不能为工厂带来直接的经济效益。设 想一下过程控制环境*建立图形界面，因为它们已经内置了图形界面，这是多 么惬意的一件事。 但是随着时代的变迁，在**市场范围内 DCS 系统的价格不断降低，制造企 业对其需求也随之上升。 如果系统控制功能和作业环境整合在一起，那么支撑过程工厂运转的的 功能都可以标准化。一些 DCS 平台能够提供上百种标准面板、分组显示和状态显 示，这不仅对于安全有效的工厂作业非常重要，关键这些功能是现成的。 控制算法 面向对象的功能模块主要用于*用户功能的属性。通过创建具有完整参数 功能的功能模块，用户可以开发并对控制策略实现精准调整，*重新设计控制 功能，所有必需的功能都经过备案可选。应用工程师仅需将模块集成到所需的控 制配置中即可，十分容易。*编程的自动备案控制器配置使 DCS 体系结构对于 工程师的使用和故障排查来说十分。 让我们以一个常用的过程控制功能——PID 模块为例。使用 DCS **数据模 型，可以通过配置界面获得 PID 功能模块的全部信息，此界面的各种算法已经通 过验证，可以按需选择。HMI 中的报警、趋势分析和历史数据功能所需的参数可 以在一个站点轻松完成获取和配置，*再对 HMI 配置进行更改。 应用软件 在一套自动化系统20~30年的服役期内，考虑用户需要对系统进行扩展、更 改或者为系统增加新技术的频次是很重要的。 “如果系统控制功能和作业环境整合在一起，那么支撑过程工厂运转的 的功能都可以标准化。” 对于 DIY 系统来说，要想找到工厂运行所需的所有应用程序，只需要翻翻 PLC 和 HMI 供应商的选型手册然后下订单即可，随后就可以获得授权、DVD 安装 盘、下载内容和其他一系列有用的资料。但是，如果只需要选择一种型号代码就 可以立即收到所需的整套系统岂不是更加便利么?一个授权文件可以用于所有支 撑过程工厂运行的控件、数据备份、趋势分析对象、业务集成软件和工厂运行中 所需要的图形。DCS 体系结构能够确保所有的控制应用程序都被正确加载，版本 正确且经过兼容性测试。 数据管理 当 DIY 的 DCS 系统被拼凑起来后，各种不同的数据模型将会产生多种代表同 样信息的数据。当这些个体被组装成一个系统之后，这些不同种类的数据模型必 须同步并且受到维护，对于应用工程师和系统管理员来说，完成这项工作是一个 不小的负担。 而对于 DCS 体系结构来说，通用的数据模型能覆盖整套系统。因此，一个数 据源可以为系统任何位置的任何一个应用程序或者服务提供数据。这个问题的关 键并不在于数据库的数量，而在于单一的数据模型，不管数据组件在何处，它都 可以被体系下的任何一个组件所使用，而且数据组件*复制。综合的数据模型 并不一定意味着仅使用一个数据库，但是它肯定意味着对于任何数据组件来说都 具有同一个去处。 批量自动化 DCS 体系结构的综合特性长久以来一直是批量自动化工程的上佳之选。相比 于其他类型的自动化，批量要求在相位、单位、配方、公式和其他要素上做到精 细的配合。即使经典 DCS 体系结构在提供完整的解决方案时也面临着不小挑战， 因为批量环境中的组件实在过于多样化。正是基于此种原因，很多批量自动化工 程都选择将多种解决方案混合成一种解决方案。 不管怎样，批量数据模型已经不像从前那样令人心生畏惧了，批量自动化解 决方案的各种不同的信息现在使用单一的 DCS 数据模型就可以采集完成。例如， 批量管理和执行所需的所有组件都运行于过程控制器上，或者在要求耐用性的场 合这些组件都运行于冗余控制器上。这意味着没必要非得使用一台 PC 作为批量 服务器。因为所有的批量组件都运行于控制器上，批量执行更加快速，循环时间 得以缩短，产量提升。而且，对于各种报警、安保和显示功能，操作人员只需要 学习一种作业环境即可，误操作的可能性也更低。从工程和维护的观点来看，这 种方法的优势在于仅需学习并支持一种工具即可控制工程网版权所有，事半功 倍。 开放式连通性 今天的过程工厂很少选择单一品牌的控制器。这就是为什么经典 DCS 体系结 构也能够将第三方设备以同样的数据模型引入的原因。这意味着操作人员能够以 一种统一的风格浏览来自于不同厂家的控制器的信息。 控制解决方案是否能够将企业解决方案无缝融入控制层也是一个重要的考 虑方面。因为信息富集型应用通常都是如需则急需，所以对制造执行系统(MES)、 资产管理系统、报表软件、统计过程控制(SPC)、停机跟踪或者其他企业层解决 方案进行提前考虑是很重要的。 技术 控制策略在应用到实际的过程之前必须经过彻底的“排查”。由于过程控制 关注可重复性，所以能够将控制策略直接运行于环境而*更改，这一点是 十分必要的。过程控制中的计时是很必要的，器必须能够可靠地重现过程执 行的计时。 “由于过程控制关注可重复性，所以能够将控制策略直接运行于环境而 *更改，这一点是十分必要的。” 基于此种原因，DCS 供应商都提供先进的器技术，在工厂整个生命周期 内帮助改善性能。有多种选择，从离线的稳态设计、控制核查和操作员 培训到在线控制和优化、性能监控和作业计划。 过程历史数据 彻底的过程改进依赖于优良的过程数据，这意味着历史数据的收集必须与工 厂自动化系统的功能协调一致，不会妨碍更加紧急的控制要求。但是，如果出于 某种原因必须中断历史数据收集，那么之后必须能够恢复历史数据，因为不完整 的历史数据是不能接受的。工厂需要一种可靠的解决方案以获取历史数据，并将 这些数据用于趋势和质量分析。 基于此种目的，大多数现有的 DCS 平台现在都具有耐用的内置过程历史数据 功能，工程师和工厂管理人员可以藉此在单一站点完成对整体作业性能的分析。 冗余数据收集机制还能保证在主历史数据收集器失效时迅速切换至辅助历史数 据收集器。 做出决定 当然，每一家工厂对自动化和控制都有其*一**的要求，实际上不管是 DCS 还是 PLC 都能满足每一家工厂的需求，落实到具体的应用和作业需求时，必 须仔细考虑，然后再决定哪一种技术更适合自己的过程控制。当前对于 DCS 的需 求正在上升，即使对于规模较小的应用也是如此。对上文讨论的内容略加思索， 操作人员和工程师就能对 DCS 和 PLC 的能力有一个初步的认识，并在两者之间做 选择的时候能够更加深入地考量

对于立即写（Immediate Write）功能，必须如下面举例所示，生成符号程序段。对于有时间限制的应用，可以以比每OB1 扫描循环一次的正常情况快的速度，将一个数字量输出的当前状态发送到输出模板。立即写功能可以在扫描立即写逻辑程序级的同时，将一个数字量输出写入输出模板。否则，当 Q存储区使用 P存储状态更新时，必须等到下一OB1扫描循环结束。

为了将一个输出立即写入输出模板，应使用外围输出（PQ）存储区，而不使用输出（Q）存储区。外围输出存储区可以作为一个字节、一个字或一个双字读取。因此，通过一个线圈元素，不能更新一个单独的数字量输出。为了将一个数字量输出的状态立即写入输出模板， 包含相关位的Q存储器的字节、 字或双字可以有条件地复制到相应的PQ存储器中 （直接输出TPC1062K的模板地址）。

小心

• 由于 Q 存储器的整个字节被写入输出模板，当进行立即输出时，该字节中的所有输出位都将被更新。

• 如果一个输出位在不应发送到输出模板中的整个程序中出现中间状态（1/0），立即写功能会造成危险情况（输出瞬时脉冲）。

• 作为一般设计规则，在一个MT6100I的程序中，外部输出模板只能认为是一个线圈。如果遵守该设计规则，可以避免使用立即输出时的大多数潜在问题。

举例

等效于立即写入外围数字量输出模板 5通道1的梯形逻辑程序段。 寻址输出Q字节 （5） 的位状态可以修改， 也可以保持不变。 Q5.1被赋给程序段1 中I0.1的信号状态。5被复制到相应的直接外围输出存储区（P5）。 字PIW1包含I1.1的立即状态。 PIW1与 W#16#0002进行与 （AND） 逻辑运算。 如果 PB1中的 I1.1（* 2位）为“1”，则结果非“0”。如果 WAND_W 指令的结果不等于“0”，则接点“A<>0”通过电压。