在我国经济建设飞速发展的今天，综合国力一天一天增强，随着wro的加入，标志着我国各行各业必须以最快的速度与国际接轨。城市供 水关系到群众的切身利益、经济的发展、社会的稳定。本文以厦门市海沧供水工程自来水厂为例，结合工艺流程，介绍PLC系统在自来水厂自动化控制中的应 用。，占地面积4O万平方米，Et净水能力6万吨，包括厂区、水源泵站和输配水管网。整个水厂的运行实现全自动化控制。 二、系统组成

    整个水厂自动化系统分为水源站、加药站、滤池站(包括4个远程I／O)、送水泵站，共4个工作站，设有一个中心控制室。整个水厂由中心控制室统一调度。

    由于自来水生产工艺主要具有以下特点：(1)各生产工艺段相对独立，单体设备多。(2)采集的数据量大，整个系统共有数字量输入、 输出超过3000路，模拟量输入、输出超过1000路，且工艺参数种类多，包括压力、流量、温度、差压、液位电流、电压、功率等，但上下游相关联的生产参 数少。(3)自来水生产具有连续性、不可替代性和不问断性。(4)各工艺段距离远，设备分散，组网相

    对复杂。根据以上特点，考虑到系统运行的可靠性、稳定性、高速度、呵扩展性、人机界面的友善等因素，我们选择了 Rockwell公司的增强型PLC一5／30，PLC一5／30处理器，支持梯形逻辑冈、sFc(顺序流程控制)和结构化文本等编程方法；能与 1771、1746、1791、1794系列的I／O相兼容，并和通用远程I／O链路上的具有内置远程I／O适配器的产品相兼容；可以通过一个并行I／O 链路扩展本地I／O通讯，用于高速处理的应用；可以用DH+(增强型数据高速公路)网络远程编程和传输信号；带可组态的RS一232一C／422一 A／423一A口，用于编程。DH+网络，是世界上最广泛使用的工业局域网之一，它是最早为可编程序控制器提供远程编程、组态、排除故障的控制网络．通过 它所支持的多种产品的成功应用，已经证明了这个网络的通用性。在DH+网络上，您可以连接99个DH+链路，在双绞线电缆上，每个链路能以 57．6Kbit／s的速率传输数据，传输距离远至10，000英尺。系统中生产工艺所要求的全部参数都由PLC采集和控制，上位机只是人机界面和对生产 数据进行后续处理，大大地提高了系统的可靠性。本控制方案全部选用PLC一5／30，对主要的生产设备分散控制，同时利用网络将它们紧密联结，实现集中管 理，降低r故障风险，提高了可靠性。

    上位机监控软件采用Rockwell公司的RSView32软件，具有在MicrosoftWindows环境下提供数据采 集、监控、以及信息管理等功能，它是为有速度和可靠性要求的工业应用而设计的，这个软件使用一个开放型平台，这个平台能给您开放型数据库连接性能 (ODBC)以及OLE和DDE性能。
它包括-I一个功能齐全的目标定位式(object—Oriented)图形编辑器以及报警、作趋势罔、事件检测、数据登录、保密措施、通讯、和有 150、300、500或32000个标签的开放型数据库。RSView32软件可以结合设备驱动程序和DDE驱动程序～起使用。

    下位机采用RSLogix5编程软件，它们是32位窗口式梯形逻辑编程软件包，运行于微软的Windows95，98和WindowsNT环境，与现代技术相结合，有助于用户提高性能、节约事件、改进生产率。

    上位机和下位机的通讯软件采用AB公司的RSLinx软件，它是一个真正32位的产品系列，在车间级设备与各种应用软件之间提供通 讯功能。它除了能支持ockwe11的编程软件、MMI软件、组合软件产品以及DDE协议通讯软件外，它还支持通过OEMS、VARS开发的许多流行的工 业应用软件。

    三、系统功能

    整个水厂通过自动化控制系统可实现无人值守。中心控制室的功能可以概括为：

    ·显示工艺流程图，全厂实时数据的动态显示及个设备工作状态、系统状态；·全厂设备的自动控制；

    ·提供手自动操作界面；

    ·实现画面及语音报警；

    ·实现操作及系统状态记录、历史查询、实时曲线、

    历史曲线、报表打印；

    ·操作人员管理。

    各分站通过远程监控，具有以下功能：

    ·显示各分站的工艺流程图，动态显示各模拟量及

    设备状态、系统状态；

    ·提供手／自动操作界面；

    ·实现画面及语音报警；

    ·实现操作及系统状态记录、历史查询、实时曲线、

    历史曲线、报表打印；

    ·操作人员管理。

    四、结语

    本项目是由工业计算机和PLC一5／30组成的集散型控制系统，利用了PLC抗干扰能力强、组网方便、适用于工业现场的持点，在上 位机能实现对全厂生产设备的控制和工艺参数的设置、调整与监测，满足大型自来水厂自动控制的要求。整个方案安全可靠、经济实用，易于编程、操作及维修，在 厦门市海沧供水工程自来水厂得到了良好的应用。

    供电频率高，压缩机转速快，空调器制冷（热）量就大；而当供电频率较低时，空调器制冷（热）量就小，这就是所谓“定频”的原理。变频空调的核心是它的变频器，变频技术是20世纪80年代问世的高新技术，它通过对电流的转换来实现电动机运转频率的自动调节，把50Hz的固定电网频率改为30至130Hz的变化频率，使空调完成了一个新革命；同时，还使电源电压范围达到142V至270V，彻底解决了由于电源电压不稳造成空调机不能正常工作的难题。变频每次开始使用时，通常是让空调以最大功率、最大风速量进行制冷或制热，迅速接近所设定的温度。由于变频空调通过提高压缩机工作频率的方式增大了在低温时的制热能力，最大制热量可达到同品牌同级别定频空调器的1.5倍，低温下仍能保持良好的制冷效果。此外，一般的分体机只有四风速可供调节，而变频空调的室内风机自动运行时，转速会随压缩机的工作频率在12挡风速范围内变化，由于风机的转速与空调器的能力配合较为合理，实现了低噪音地宁静运行。在空调高功率运转时，迅速接近所设定的温度。这样不但温度稳定，还避免了压缩机频繁地开开停停所造成的对压缩机寿命的衰减，而且耗电量大大下降，实现了高效节能。

    变频空调采用了比较先进的技术，启动时电压较小，可在低电压和低温条件下启动，这对于某些地区由于电压不稳或冬天室外温度较低而空调难以启动的情况有一定的改善作用。由于实现了压缩机的无级变速，它也可以适应更大面积的制热要求。不过，变频空调的价位通常较定频空调高出几百元。

    目前变频技术的发展主要表现在以下两个方面：

    （1）机的驱动方式——从交流变频到直流调速；

    （2）控制技术——VVVF变频技术，PWM脉宽调速控制技术，矢量控制技术。

    变频技术的优点：

    （1）制热速度快；

    （2）较好的舒适性；

    （3）启动时对电路没有大的电流冲击。

    据全国工业过程测量和控制标准化技术委员会秘书长欧阳劲松介绍，如同通过网络连接的计算机可以互相通信一样，工业通信是通过工业专用网络将工厂中的智能设备连接起来，使设备之间相互交换信息，从而实现自动化控制。工业无线通信就是用无线介质将工厂中智能设备连接起来，典型的应用领域包括冶金、电力、石油、化工、污水处理等。

    据介绍，工业无线技术是本世纪初新兴的一种面向设备间信息交互的无线通信技术，可以极大地扩展和提升现有工业通信技术的功能，将引发传统工业测控模式的变革，是工业自动化系统向低成本、高可靠、高灵活方向发展的必由之路。发达国家十分重视工业无线技术在提高产品质量、降低生产成本、提高能源效率等方面的重要作用，美国能源部已将工业无线技术列为实现2020年工业整体能耗降低5％目标的主要技术手段之一。

    据了解，与使用手机通话的无线通讯网络以及发送接收电子邮件的互联网不同，工业过程自动化无线网络大多是在恶劣的工业现场环境使用，这些恶劣的工业现场环境包括复杂地理、电磁、高温、高湿、振动等，所以工业过程自动化网络面临着抗干扰、高安全、实时通信等一系列挑战性技术难题。美国、德国等工业强国都投入巨资，爱默生、西门子、霍尼韦尔、通用等大公司都参与研发，目前国外工业无线技术已进入工程验证阶段，关键技术难题正在逐步突破，其自有技术体系和原型产品已初步形成，市场需求非常旺盛。以HART通信基金会和美国仪表系统与自动化协会为代表的几百家会员单位在众多的跨国公司的支持下，积极开展相关标准的制定。IEC也于2006年9月开始了工业测量和控制技术国际标准的制定，由于商业利益的驱使和技术瓶颈的限制，制定IEC标准的争论十分激烈。

    我国工业无线技术的研发从本世纪初开始，是国际上最早开展研发与应用的国家之一，已被列为国家十一五“863”计划先进制造领域“工业无线技术及网络化测控系统研究与开发”重点项目。目前已突破了基于射频环境认知和自适应跳频的高可靠通信技术、基于高精度同步和事件驱动的低能耗技术和基于空间、时间、频率多维调度的实时通信技术等核心技术，建立了拥有自主知识产权的技术体系，开发了包括无线适配器、路由器、网关、手抄器在内的网络支撑设备，构建了测试认证环境，并在冶金、石化、电力、污水处理等行业的示范应用中取得了良好的效果。业内人士认为，我国传统的工业自动化领域长期依靠引进先进技术与产品，由于不掌握核心技术，产业安全存在一定风险。拥有自主知识产权的WIA-PA技术成为国际标准，标志着我国在工业无线通信领域已经成为技术领先的国家之一。

    欧阳劲松认为，虽然我国的WIA-PA规范已经成为国际标准，但由研发走向市场并取得相应市场份额还有许多工作要做。包括将工业无线技术的应用范围从现场级扩展到工厂级和企业级，将工业无线技术的应用从过程自动化扩展到工厂自动化，建立低速、低能耗的现场无线监控和高速、高品质工厂无线控制的工业无线网络体系，进一步研究工业无线网络的安全保障技术、工业无线网络与工厂有线自动化网络间的互连与互操作技术和工业无线网络测试评估等关键技术，并在此基础上完善标准体系，继续积极参与相关国际标准的制定，使更多的基于WIA-PA的技术得到国际标准的认可。

　 　实现变频调速的装置称为变频器。变频器一般由整流器、滤波器、驱动电路、保护电路以及控制器（MCU/DSP）等部分组成。首先将单相或三相交流电源通 过整流器并经电容滤波后，形成幅值基本固定的直流电压加在逆变器上，利用逆变器功率元件的通断控制，使逆变器输出端获得一定形状的矩形脉冲波形。在这里， 通过改变矩形脉冲的宽度控制其电压幅值；通过改变调制周期控制其输出频率，从而在逆变器上同时进行输出电压和频率的控制，而满足变频调速对U/f协调控制 的要求。PWM的优点是能消除或抑制低次谐波，使负载电机在近正弦波的交变电压下运行，转矩脉冲小，调速范围宽。 来源:输配电设备网

　 　采用PWM控制方式的电机转速受到上限转速的限制。如对压缩机来讲，一般不超过7000r/rain。而采用PAM控制方式的压缩机转速可提高1．5倍 左右，这样大大提高了快速增速和减速能力。同时，由于PAM在调整电压时具有对电流波形的整形作用，因而可以获得比PWM更高的效率。此外，在抗干扰方面 也有着PWM无法比拟的优越性，可抑制高次谐波的生成，减小对电网的污染。采用该控制方式的变频调速技术后，电机定子电流下降64％，电源频率降低 30％，出胶压力降低57％。由电机理论可知，异步电机的转速可表示为：

　　n=60?f 8（1―8）/p

　 　f s为电机定子频率（也即是电网频率），P电机定子的绕组极对数，s为转差率。由上式可知，只要转差率不太大，可以近似认为转速n与f s成正比，这就意味着连续平滑的改变电源频率，就可以实现交流电动机大范围的连续平滑调速。例如一个额定转速3000转/分的电动机，由变频器供电，若启 动频率设定为5HZ，那么变频器可以运行在5―50HZ之间的任一频率上，则电动机可以运行在30o――3000转/分之间的任一转速上?电动机由市电启 动，启动平衡，力矩大又节能。

　　50HZ380V的市电经过整流滤波环节后成为直流电，再经过逆变环节变成了频率和幅度都可调的交流电。在变频器主回路中电能经过了交流――直流――交流的变换，所以这类变频器称作交――直――交类变频器。

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　　二、我国变频器技术的发展及应用概况

　　（一）变频器的发展

　 　随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐步显露出来。由于换向器的存，直流电机的维护量加大，单机容量、最高转速以及使用环境都受到限制。人们开 始转向结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉的异步电动机。但异步电动机的调速性能难以满足生产的需要。于是，从20世纪30年代开始，人们致力于交流 调速技术的研究，然而进展缓慢。在相当长的时期内，直流调速一直以其优异的性能统治着电气传动领域。20世纪60年代以后，特别是70年代以来，电力电子 技术、控制技术和微电子技术的飞速发展，使得交流调速性能可以与直流调速相媲美。目前，交流调速已进入逐步代替直流调速的时代。

　　（二）我国变频器的应用

　 　变频器主要用于交流电动机（异步电机或同步电机）转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案，除了具有卓越的调速性能之外，变频器还有 显著的节能作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。自上世纪80年代被引进中国以来，变频器作为节能应用与速度工艺控制中越来越重要的自动化 设备，得到了快速发展和广泛的应用。 来源:http://tede.cn

　　1、变频器与节能

　 　变频器产生的最初用途是速度控制，但目前在国内应用较多的是节能。中国是能耗大国，能源利用率很低，而能源储备不足。在2003年的中国电力消耗 中，60―70％为动力电，而在总容量为5．8亿千瓦的电动机总容量中，只有不到2000万千瓦的电动机是带变频控制的。据分析，在中国，带变动负载、具 有节能潜力的电机至少有1．8亿千瓦。因此国家大力提倡节能措施，并着重推荐了变频调速技术。

　 　应用变频调速，可以大大提高电机转速的控制精度，使电机在最节能的转速下运行。以风机水泵为例，根据流体力学原理，轴功率与转速的三次方成正比。当所需 风量减少，风机转速降低时，其功率按转速的三次方下降。因此，精确调速的节电效果非常可观。与此类似，许多变动负载电机一般按最大需求来生产电动机的容 量，故设计裕量偏大。而在实际运行中，轻载运行的时间所占比例却非常高。如采用变频调速，可大大提高轻载运行时的工作效率。因此，变动负载的节能潜力巨 大。

　　作为节能目的，变频器广泛应用于各行业。以电力行业为例，由于中国大面 积缺电，电力投资将持续增长，同时，国家电改方案对电厂的成本控制提出了要求，降低内部电耗成为电厂关注焦点，因此变频器在电力行业有着巨大的发展潜力， 尤其是高压变频器和大功率变频器。 请登陆:输配电设备网 浏览更多信息

　　2、变频器与工艺控制（速度控制）

　　目前，中国的设备控制水平与发达国家相比还比较低，制造工艺和效率都不高，因此提高设备控制水平至关重要。由于变频调速具有调速范围广、调速精度高、动态响应好等优点，在许多需要精确速度控制的应用中，变频器正在发挥着提升工艺质量和生产效率的显著作用。

　　3、变频家电

　　除了工业相关行业，在普通家庭中，节约电费、提高家电性能、保护环境等受到越来越多的关注，变频家电成为变频器的另一个广阔市场和应用趋势。带有变频控制的冰箱、洗衣机、家用空调等，在节电、减小电压冲击、降低噪音、提高控制精度等方面有很大的优势。

　　三、国内变频技术的现状和发展前景

　 　国内已经有较多的变频器生产厂，但大部分的产品都是V/F控制和电压空间矢量控制变频器，使用在调速精度和动态性能要求不高的负载上应该没有问题。工业 应用中绝大部分都是这种负载，变频器在这种场合应用最重要的要求是可靠性，国产变频器占国内市场份额不高的主要原因是产品品质不过硬。V/F控制和电压空 间矢量控制变频器比矢量控制变频器从技术上来看要简单得多，由于国内厂家大部分都是手工作坊式的生产，工艺欠佳，检测手段有限，品质的一致性和稳定性难以 保证。同样是V/F控制的变频器，国外的产品比国内的产品品质要好，这可能是生产工艺方面的差距。差距最大的是半导体功率器件的制造业，至今在国内这仍是 一个空白。

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　 　变频器技术的另外一个层面是应用技术。多年来，国家经贸委一直会同国家有关部门致力于变频器技术的开发及推广应用，在技术开发及技术改造方面给予了重点 扶持，组织了变频调速技术的评测推荐工作，并把推广应用变频调速技术作为风机、水泵节能技改专项的重点投资方向，同时鼓励单位开展同贷同还方式，抓开发、 抓示范工程、抓推广应用，还处理了风机、水泵节能中心，开展信息咨询和培训。1995―1997年，3年间我国风机、水泵变频调速技术改造投入资金3．5 亿元，改造总容量达100万千瓦，可年节电7亿度，平均投资回收期约2年。据有关资料表明，我国变频调速技术应用已经取得了相当大的成绩，每年有数十亿元 的销售额，说明我国的变频器应用已非常广泛。从简单的手动控制到基于RS一485网络的多机控制，与计算机和PLC联网组成复杂的控制系统。在大型综合自 动化系统，先进控制与优化技术，大型成套专用系统，如连铸连轧生产线、高速造纸生产线、电缆光纤生产线、化纤生产线、建材生产线等，变频器的作用是电气传 动控制，其控制的复杂性、控制精度和动态响应都有很高的要求，已经完全取代了直流调速技术。近年来，变频器在功能上，利用先进的控制理论，开发出了诸如卷 取、提升、主从等控制功能，使应用系统的构成更加方便和容易，使变频器的应用技术提高到一个新的水平。 来源:http://tede.cn

　　四、结　论

　 　变频调速这一技术正越来越广泛的深入到行业中。它的节能、省力、易于构成自控系统的显著优势应用变频调速技术也是改造挖潜、增加效益的一条有效途径。尤 其是在高能耗、低产出的设备较多的企业，采用变频调速装置将使企业获得巨大的经济利益，同时这也是国民经济可持续发展的需要。

    上世纪60年代末PLC产生于美国马萨诸塞州，MODICON084是世界上第一种投入生产的PLC。PLC崛起于70年代，首先在汽车流水线上大量应 用。80年代PLC走向成熟，全面采用微电子处理器技术，得到大量推广应用，年销售始终以高于20%的增长率上升，奠定了其在工业控制中不可动摇的地位。 90年代，随着工控编程语言IEC 61131-3的正式颁布，PLC开始了它的第三个发展时期，在技术上取得新的突破。PLC在系统结构上，从传统的单机向多CPU和分布式及远程控制系统 发展；在编程语言上，图形化和文本化语言的多样性，创造了更具表达控制要求、通信能力和文字处理的编程环境；从应用角度看，除了继续发展机械加工自动生产 线的控制系统外，更发展了以PLC为基础的DCS系统、监控和数据采集系统（SCADA）、柔性制造系统（FMS）、安全连锁保护系统（ESD）等，全方 位地提高了PLC的应用范围和水平。21世纪PLC技术发展的几个特点

   1  适应市场需要，加强PLC通信联网的信息处理能力

    在信息时代的今天，几乎所有PLC制造商都注意到了加强PLC通信联网的信息处理能力这一点。小型PLC都有通信接口，中、大型PLC都有专门的通信模 块。随着计算机网络技术的飞速发展，PLC的通信联网能使其与PC和其它智能控制设备很方便地交换信息，实现分散控制和集中管理。也就是说，用户需要 PLC与PC更好地融合，通过PLC在软技术上协助改善被控过程的生产性能，在PLC这一级就可以加强信息处理能力。例如，CONTEC与日本三菱电机公 司（以下简称为三菱电机）合作，推出专门插在小Q系列PLC的机架上的PC机模块，该模块实际上就是一台可在工厂现场环境下正常运行，而且可通过PLC的 内部总线与PLC的CPU模块交换数据的PC机。其处理芯片采用IntelCeleron400M主频、系统内存128MB、Cache 128K、支持外挂显示器，该模块内装WindowsNT 4.0或Windows 2000。支持的软件有：三菱综合F4软件，包括PLC编程软件GT、FA数据处理软件MX、人机界面画面设计软件GT、运动控制设计编程软件MT等。

    最近，国外一些中、大型PLC制造商推出了一个机架上可以插多个CPU模块的结构，将PC机模块与PLC的CPU模块、过程控制CPU模块或运动控制模块 同时插在一个机架上。实际上就是将原来PLC要通过工厂自动化（FA）用PC机与管理计算机通信的三层结构改为PLC系统可直接与生产管理用的计算机的两 层结构。这样生产管理更加快捷方便。

    小型PLC之间通信“傻瓜化”。为了尽量减少PLC用户在通信编程方面的工作量，PLC制造商做了大量工作，使设备之间的通信自动地周期性的进行，而不需 要用户为通信编程，用户的工作只是在组成系统时作一些硬件或软件上初始化设置。如欧姆龙公司的两台CPM1A之间一对一连接通信只需用三根导线将它们的 RS-232C通信接口连在一起后将通信有关的参数写入5个指定的数据存储器中，即可方便地实现两台PLC之间的通信。

    2  PLC向开放性发展

    早期的PLC缺点之一是它的软、硬件体系结构是封闭而不是开放的，如专用总线、通信网络及协议、I/O模块更互不通用，甚至连机架、电源模板亦各不相同， 编程语言之一的梯形图名称虽一致，但组态、寻址、语言结构均不一致，因此，几乎各个公司的PLC均互不兼容。目前，PLC在开放性方面已有实质性突破。十 多年前PLC被攻破的一个重要方面就是它的专有性，现在情况有了极大改观，不少大型PLC厂商在PLC系统结构上采用了各种工业标准，如IEC 61131-3、IEEE 802.3以太网、TCP/IP、UDP/IP等。例如，AEG Schneider集团已开发以PLC机为基础，在Windows平台下，符合IEC 61131-3国际标准的全新一代开放体系结构的PLC实现高度分散控制，开放度高。

    高度分散控制是一种全新的工业控制结构，不但控制功能分散化，而且网络也分散化，所谓高度分散化控制，就是控制算法常驻在该控制功能的节点上，而不是常驻 在PLC上或PC上，凡挂在网络节点上的设备，均处于同等的位置，将“智能”扩展到控制系统的各个环节，从传感器、变送器到I/O模块，乃至执行器，无处 不采用微处理芯片，因而产生了智能分散系统（SDS）。

    为了使PLC更具开放性和执行多任务，在一个PLC系统中同时装几个CPU模块，每个CPU模块都执行某一种任务。例如三菱电机公司的小Q系列PLC可以 在一个机架上插4个CPU模块，富士电机的MICREX-ST系列最多可在一个机架上插6个CPU模块，这些CPU模块可以进行专门的逻辑控制、顺序控 制、运动控制和过程控制。这些都是在Windows环境下执行PC机任务的模块，组成混合式的控制系统。

    近几年，众多PLC厂商都开发了自己的模块型I/O或端子型I/O，而通信总线都符合IEC 61131-3标准，这极大的增强了PLC的开放性。

    创建开放的网络环境后，推出了能挂100M的高速以太网的WEB服务器模块，三菱电机公司小Q系列的QJ71WS96，横河电机FA-M3系列的 F3WBM1-0T-S0；模块内的软件捆绑了目前常用的TCP/IP、UDP/IP等传输层和网络层规约，以及HTTP、FTP、SMTP、POP3等 应用层规约，使PLC可直接进入因特网，成为不折不扣的WEB的PLC。

    3  PLC的体积小型化，运算速度高速化

    PLC小型化的好处是节省空间、降低成本、安装灵活。目前一些大型PLC，其外形尺寸比他们前一代的同类产品的安装空间要小50%左右。

    近几年，很多PLC厂商推出了超小型PLC，用于单机自动化或组成分布式控制系统。西门子公司的超小型PLC称通用逻辑模块LOGO！，它采用整体式结 构，集成了控制功能、实时时钟和操作显示单元，可用面板上的小型液晶显示屏和6个键来编程。LOGO！超小型PLC使用功能模块图FBD编程语言，有在 PC上运行的Windows 98/NT编程软件。三菱电机的超小型PLC叫简单应用控制器，简称α并有AL-PCS/win-C型VLS软件，是强有力且界面友好的编程工具。松下电 工的超小型PLC叫可选模式控制器。德国金钟—默勒公司（MOELLER）的超小型PLC称控制继电器，简称easy。

    运算速度高速化是PLC技术发展的重要特点，在硬件上，PLC的CPU模块采用32位的RISC芯片，使PLC的运算速度大为提高，一条基本指令的运算速 度达到数十个纳秒（ns）。三菱电机公司的ANA系列PLC最早使用32位的CPU模块，当今它的Q02H系列PLC的CPU模块也用了32位的RISC 芯片，基本指令的执行时间为34ns；富士电机MICREX-SX系列PLC的CPU模块由于采用了32位RISC芯片后，其一条基本指令的运算时间为 20ns。

    PLC主机运算速度大大提高，与外设的数据交换速度也呈高速化。大家知道，PLC的CPU模块通过系统总线与装插在基板上的各种I/O模块、特殊功能模 块、通信模块等交换数据，基板上装的模块越多，PLC的CPU模块与那些模块之间的数据交换的时间就会增加，在一定程度上会使PLC的扫描时间加长，为 此，不少PLC厂商采用新技术，增加PLC系统的带宽，使一次传输的数据量增多；在系统总线数据存取方式上，采用连续成组传送技术实现连续数据的高速批量 传送，大大缩短了存取每个字所需的时间；通过向系统总线相连接的模块实现全局传送，即针对多个模块同时传送同一数据的技术，有效地活用系统总线。

   当前，不少PLC厂商采用了多CPU芯片并行处理方式，用专门CPU处理编程及监控服务，大大减轻对执行控制程序的CPU芯片的影响，只让执行控制程序的 CPU进行顺控和逻辑运算。另外，为提高服务处理速度，缩短操作时间，采用高速的串行通信（最大波特率为115Kbps），并将UCB口（最大波特率为 12Mbps）引入PLC的CPU模块，从而实现与编程工具及监控设备之间通信的高速化，并允许许多人同时使用这两个通信端口同时进行编程和调试程序。
4  软PLC出现

    所谓软PLC，实际就是在PC机的平台上，在Windows操作环境下，用软件来实现PLC的功能，也就是说，软PLC是一种基于PC机开发结构的控制系 统，它具有硬PLC的功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特点，利用软件技术可以将标准的工业PC转换全功能的PLC过程控制器。软PLC综合了计算机 和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、网络通信等功能，通过一个多任务控制内核，提供强大的指令集、快速而准确的扫描周期，可靠的操作 和可连接各种I/O系统及网络的开放式结构。软PLC具有硬PLC的功能，同时又提供了PC机环境的各种优点。GE Fanuc公司推出了一种外形类似笔记本电脑的PC以Windows为操作系统，可实现PLC的CPU模块的功能，通过以太网和I/O模块、通信模块用于 工厂的现场控制。在美国底特律汽车城，大多数汽车装配自动生产线、热处理工艺生产线等都已由传统PLC控制改为软件PLC控制，可以说，高性能价格比的软 PLC将成为今后高档PLC的发展方向。

    5  PLC编程语言趋于标准化

    IEC61131是可编程控制器的国际标准，共有8个部分，从1992年开始陆续颁布实行。IEC61131-3是PLC编程语言的标准，于1993年颁布实施。IEC61131-8于2001年颁布实施，与IEC61131-3被称为PLC语言的实现导则。

    IEC61131-3 PLC编程语言国际标准是将现代软件概念和现代软件工程的机制与传统的PLC编程语言成功的结合，使它在工业控制领域的影响远远超出PLC的界限，已成为 DCS、PC控制、运动控制以及SCADA的编程系统事实上的标准。IEC61131-3规定了二大类编程语言：文本化编程语言和图形化编程语言。前者包 括指令语句表语言（IL）和结构化文本化语言（ST），后者包括梯形图语言（LD）和功能块图语言（FBD）。而顺序功能图（SFC）可以在梯形图语言中 使用，也可以在指令语句表语言中使用。

    IEC61131-3允许在同一个PLC中使用多种编程语言，也允许程序开发人员对一个特定的任务选择最合适的编程语言，还允许在同一个控制程序中其不同 的软件模块用不同的编程语言编制，这一规定既解决了PLC发展历史形成编程语言多样化的现状，又为PLC的软件技术进一步发展提供了足够的空间。

    欧美PLC厂商的PLC大都支持IEC61131-3标准，特别是西门子公司的PLC。我国在1995年就采用IEC61131-3作为PLC的国家标 准。日本虽然工业发达，技术还是相对封闭，但IEC61131-3标准成为PLC的公认世界主流标准后，日本的PLC生产商开始在新一代PLC软件平台中 广泛采用。三菱电机的PLC编程软件包GX Ver.8开发系统就支持梯形图语言（LD）、指令语句表语言（IL）、顺序功能图编程语言（SFC）、结构化文本语言（ST）。三菱电机的PX开发系统 支持功能块图FBD，供PLC用于过程控制。欧姆龙公司的编程软件包GX除了支持LD、IL外，近期即将推出支持功能块FBD和结构化文本语言ST的编程 软件包。富士电机的及横河电机的PLC编程软件包也都支持IEC61131-3。

　　PLC的国产化

    国内开始研制PLC产品是上世纪70年代中期，当时上海、北京、西安、广州和长春等地的不少科研单位、大专院校和工厂，总计20多家单位都在研制和生产 PLC（绝大多数都是小型PLC）。特别值得一提的是国家科委和原机械工业部在仪器仪表重点课题攻关专项中组织了“六五”、“七五”、“八五”的可编程序 控制器子项攻关，由部属北京机械工业自动化研究所负责，先后研制开发了MPC-10、MPC-20、MPC-85型PLC。这几种型号的PLC I/O点数为256～512，并可扩展到1024点，开创了国内研制大型PLC的先河，先后在注塑机、恒温室、锅炉控制、汽车压力机生产线上获得了应用。 这些项目有自动开发的操作系统、工业控制编程语言并具有与上位机、HMI连网和通信等功能。当时国内研制开发的PLC产品由于缺乏资金、后续研制力量不足 及生产技术相对落后等原因，没有形成批量工业化生产，因而被国外产品淘汰而纷纷消失。可喜的是在90年代，由于PLC应用不断深入，国内又掀起研制PLC 的高潮，虽然仍是小型PLC，批量亦不大，但其功能、质量和可靠性比70年代的产品有明显的提高。其代表产品如：南京冠德科技有限公司（原江苏嘉华实业有 限公司PLC工厂）的JH200系列PLC，I/O为12～120点，具有高速计数器和模拟量功能；杭州新箭电子有限公司的D系列PLC，D20P的I /O点数为20点，D100的I/O点可从40～120点；兰州全志电子有限公司的RD系列小型PLC很有特点，RD100型PLC的I/O点9/4 点，2点模拟量输入，而RD200型PLC的I/O为20～40点，扩展的功能有编码盘测速、热电偶测温和模拟量I/O，RD200型PLC最多可32台 连网，并能与上位PC机进行实时通信。

    为了尽快提升我国PLC的技术水平，引进PLC的先进生产技术，中外合资或外商独资企业在国内开始批量生产PLC。西门子公司首先在大连开办PLC生产企 业；欧姆龙公司在上海生产的PLC远销海内外；中日合资后又成独资的江苏无锡光洋电子有限公司的PLC已有小、中、大系列产品。中外合资、引进技术，使国 产PLC上了一个新的台阶。

    特别是近几年，国产PLC有了更新的产品。北京和利时系统工程股份有限公司推出的FOPLC有小型、中型、大型。该公司推出的HOLIiAS-LEC G3新一代高性能的小型PLC有14点（8/6）、24点（14/10）、40点（24/16）三个规格，基本指令的执行时间为0.6微秒。程序存储器的 容量为52K。为方便用户选用，该公司开发了19种、35个不同规格的I/O扩展模块，G3型PLC可最多扩展7个模块，I/O最大可到264点。G3系 列PLC有符合IEC61131-3的5种编程语言，编程软件具有超强的计算功能，如其他小型PLC所不具备的64位浮点数运算、优化的PID可同时处理 有十几个模拟量的多个闭环回路。G3系列PLC具有极强的通信功能，有集于CPU模块的标准Modbus协议、专有协议和自由协议的通信接口。通过该接口 可方便的挂到Profibus等总线上去。该公司的FOPLC中型机，开关量I/O为256点；内置TCP/IP通信接口，很容易接入管理网；配有 Profibus-DP现场总线的主站、从站和远程I/O都通过ISO9001严格的质量保证体系认真。FO PLC编程语言符合IEC61131-3标准。

    深圳德维森公司开发的基于PC的软PLC TOMC系列，其特点是符合IEC61131-3国际标准的编程语言，允许梯形图、顺序功能图和功能块图混合编程；用户可开发基于内置PC资源的C语言和 定义功能块，通过以太网、TCP/IP与上位机联网。TOMC1软PLC可连接最多32个本地I/O模块，最多15个远程站，每个远程站可带32个I/O 点。

    在90%的国内PLC市场由国外PLC产品占领的今天，国产PLC能脱颖而出，并具有和国外同类产品进行竞争的能力，相信不久的将来，国产PLC将占市场更大份额。

    PLC的应用领域目前不断扩大，并延伸到过程控制、批处理、运动和传动控制、无线电遥控以至实现全厂的综合自动化。PLC的技术发展除了小型化、超高速， 大容量存储器，多CPU，多任务并行运行外，PLC的开放性更大，通信联网能力更强，集成化软件更优。标准化的IEC61131-3 PLC编程语言已被众多PLC厂商所接受，其推广速度越来越快。软PLC的应用范围将更广。

    在工业生产的很多行业，都要进行精确的张力控制，保持 张力的恒定，以提高产品的质量。诸如造纸、印刷印染、包装、电线电缆、光纤电缆、纺织、皮革、金属箔加工、纤维、橡胶、冶金等行业都被广泛应用。在变频技 术还没有成熟以前，通常采用直流控制，以获得良好的控制性能。随着变频技术的日趋成熟，出现了矢量控制变频器、张力控制专用变频器等一些高性能的变频器。 其控制性能已能和直流控制性能相媲美。由于交流电动机的结构、性价比、使用、维护等很多方面都优于直流电动机，矢量变频控制正在这些行业被越来越广泛的应 用，有取代直流控制的趋势。张力控制的目的就是保持线材或带材上的张力恒定，矢量控制变频器可以通过两种途径达到目的：一、通过控制电机的转速来实现；另一种是通过控制电机输出转矩来实现。

    速度模式下的张力闭环控制

    速度模式下的张力闭环控制是通过调节电机转速达到张力恒定的。首先由带（线）的线速度和卷筒的卷径实时计算出同步匹配频率指令，然后通过张力检测装置反馈的张力信号与张力设定值构成PID闭环，调整变频器的频率指令。

    同步匹配频率指令的公式如下：

    F=（V×p×i）/（π×D）

    其中：F变频器同步匹配频率指令V材料线速度p电机极对数（变频器根据电机参数自动获得）i机械传动比D卷筒的卷径

    变频器的品牌不同、设计者的用法不同，获得以上各变量的途径也不同，特别是材料的线速度（V）和卷筒的卷径（D），计算方法多种多样，在此不一一列举。

    这种控制模式下要求变频器的PID调节性能要好，同步 匹配频率指令要准确，这样系统更容易稳定，否则系统就会震荡、不稳定。这种模式多用在拉丝机的连拉和轧机的连轧传动控制中。若采用转矩控制模式，当材料的 机械性能出现波动，就会出现拉丝困难，轧机轧不动等不正常情况。

    转矩模式下的张力控制

    一、转矩模式下的张力开环控制

    在这种模式下，无需张力检测反馈装置，就可以获得更为稳定的张力控制效果，结构简洁，效果较好。但变频器需工作在闭环矢量控制方式，必须安装测速电机或编码器，以便对电机的转速做精确测量反馈。

    转矩的计算公式如下：

    T=（F×D）/（2×i）

    其中：T变频器输出转矩指令F张力设定指令i机械传动比D卷筒的卷径

    电机的转矩被计算出来后，用来控制变频器的电流环，这样就可以控制电机的输出转矩。
所以转矩计算非常重要。这种控制多用在对张力精度要求不高的场合，在我鑫科公司就有广泛的应用。如精带公司的脱脂机、气垫炉的收卷控制中都采用了这中控制模式。

    二、转矩模式下转矩模式下的张力开环控制

    张力闭环控制是在张力开环控制的基础上增加了张力反馈 闭环调节。通过张力检测装置反馈张力信号与张力设定值构成PID闭环调节，调整变频器输出转矩指令，这样可以获得更高的张力控制精度。其张力计算与开环控 制相同。不论采用张力开环模式还是闭环模式，在系统加、减速的过程中，需要提供额外的转矩用于克服整个系统的转动惯量。如果不加补偿，将出现收卷过程加速 时张力偏小，减速时张力偏大，放卷过程加速时张力偏大，减速时张力偏小的现象。

    这种控制模式多用在造纸、纺织等卷取微张力控制的场合下。在我公司尚无需这种控制。

    卷径计算

    在所有的模式中都需要用到卷筒的卷径，大家知道，在生 产过程中开卷机的卷径是在不断变小，卷取机的卷径在不断变大，也就是说转矩必须随着卷径的变化而变化，才能获得稳定的张力控制。可见卷筒的卷径计算是多么 地重要。卷径的计算有两中途径：一种是通过外部将计算好的卷径直接传送给变频器，一般是在PLC中运算获得。另一种是变频器自己运算获得，矢量控制型变频 器都具有卷径计算功能，在大多数的应用中都是通过变频器自己运算获得。这样可以减少PLC程序的复杂性和调试难度、降低成本。

    变频器自己计算卷径的方法有三种：

    1、速度计算法：

    通过系统当前线速度和变频器输出频率计算卷径。

    其公式如下：

    D=（i×V）/（π×n）D所求卷径I机械传动比n电机转速V线速度

    当系统运行速度较低时，材料线速度和变频器输出频率都 较低，较小的检测误差就会使卷径计算产生较大的误差，所以要设定一个最低线速度，当材料线速度低于此值时卷径计算停止，卷径当前值保持不变。此值应设为正 常工作线速度以下。多数应用场合下的变频器都使用这种方法进行卷径计算。

    2、度积分法：

    根据材料厚度按卷筒旋转圈数进行卷径累加或递减，对于线材还需设定每层的圈数。

    这种方法计算要求输入材料厚度，若厚度是固定不变的，可以在变频器中设定。此方法在单一产品的生产场合被广泛应用。

    若厚度是需要经常变化的，需要通过人机界面HMI或智能仪表将厚度信号传送到PLC，由PLC或仪表进行运算后再传送给变频器。这种计算方法可以获得比较精确的卷径。在一般的国产设备上应用较少，我公司的进口设备，气垫炉的收、放卷控制上就采用这种计算方式。

    3、模拟量输入

    当选用外部卷径传感器时，卷径信号通过模拟输入口输入给变频器。
由于卷径传感器的性能、价格、使用环境等原因，在国内鲜有使用。

    结束语：

    矢量变频技术在卷取应用中的方法多种多样，在当前技术 条件下，上述模式是最具有代表性的。无论是设计还是维修，了解你所使用设备的工作模式和控制特点是非常重要的。变频技术还在高速发展，新的理论和控制技术 将不断涌现，控制模式还将继续推陈出新。我们期待着更先进、更实用的技术不断出现，以此来改变我们的生活。

    同时我们也应看到，DCS系统发展也近30年，在火电厂的应用如此广泛。它的设计思想、组态配置、功能匹配等已达十分完善的程度（当然，DCS也存在进一步发展的需求，例如高级软件开发，以满足信息集成的要求），已渗透到火电厂控制系统的各个领域，并且在FCS系统中也有些体现。从这个角度来看，DCS系统似乎不能说从此消亡。再则，从前面的章节叙述中已经谈到，对那些FCS系统不能充分发挥其特点及优越性的领域，DCS系统仍有用武之地。

    我们似乎没有必要在文字上做过多的争论，一定要强调谁取代谁。正如目前的DCS与新型的PLC，由于多年的开发研究，在各自保留自身原有的特点外，又相互补充，形成新的系统，现在的DCS已不是当初的DCS，同样如此，新型的PLC也不是开发初期的PLC。我们能够说是DCS取代了PLC或者说是PLC取代了DCS，显然都是不合适的。