《水利水电工程施工技术全书》12(3)

PLC采用了光电耦合隔离及各种滤波方法，有效地防止了干扰信号的进入。内部采用电磁屏蔽，防止辐射干扰。电源使用开关电源，防止了从电源引入干扰。具有良好的自诊断功能。对使用的元器件进行了严格的筛选和老化且设计时就留有充分的余地，充分地保证了元器件的可靠性。正因为如此，目前市场上主流的PLC其平均无故障时间都达到数万小时以上。 2 ）采用模块化结构，系统组成灵活方便

PLC一般由主模块（包含CPU的模块）、电源、各种输入输出模块构成，并可根据需要配备通信模块或远程I/O模块。模块间的连接可通过机架底座或电缆来连接，因而十分方便。

3 ）主要采用梯形逻辑图，编程简单，易学、易懂

目前市场上的PLC都以梯形逻辑图作为主要编程语言，而梯形逻辑图与继电器控制原理图十分相似，因此，工程人员很容易接受和掌握。

4 ）安装简便、调试方便、维护工作量小

PLC一般不需要专用的机房就可以在各种工业环境下运行，使用时只需将现场的各种设备与PLC的输入输出装置的接线端相连即可。如果是在现场，可以使用手持编程器直接对PLC进行编程调试。如果是在实验室也可以使用个人计算机与PLC相连接后进行编程调试。而且，PLC的输入输出的接线端均有发光二极管指示，调试起来十分方便。

尽管PLC具有上述的一些优点。但PLC主要是为现场控制而设计的，其人机界面主要是：开关、按钮、指示灯等。为此，许多的PLC都配备有计算机通信接口，通过总线将一台或多台PLC 相连接，将PLC的高控制性能与个人计算机的友好人机界面相结合，这种类型的计算机监控系统称为PLCs。PLCs的组成示意图如图1 . 4 所示。

计算机作为上位机可以提供良好的人机界面。进行全系统的监控和管理；而PLC作为下位机，执行可靠有效的分散控制。计算机与PLC, PLC与PLC 之间通过通信网络实现信息的传送和交换所有的现场控制都是由PLC完成的，上位机只是作为程序编制、参数设定和修改、数据采集所用。因此，即使是上位机出了故障，也不会影响生产过程的正常进行，这就大大地提高了系统的可靠性

如果仅仅是作为控制所用，可以将多台PLC进行同位连接构成一个PLC 链接系统，如图1. 5 所示。PLC也可以与远程I/O单元、远程终端或链接单元等进行下位连接构成PLC链接系统。

如图1 . 6 所示。同一个PLC链接系统中的PLC可以相互交换数据。

值得指出的是：由PLC开发的时间相对比较早，20世纪60年代末，各PLC的生产厂家的技术都是相互封闭的，因此很难将不同厂家的PLC连接（集成）在一起。现在PLC的生产厂家也注意到了PLC的开放性问题，具有以太网接日的PLC 以及以Windows CE （一种由Mcrosoft开发的嵌入式操作系统）为操作系统的PLC己经面市。

3.集散控制系统

随着现代产业的迅速发展，生产装置或被监控系统规模的不断扩大，生产技术及工艺过程愈趋复杂，从而对实现过程自动化的监控系统提出了更高的要求。即监控系统必须满足：

①人机界面好，便于集中操作、监视现代化的大型系统。

②为了安全可靠的需要，应将系统的监控功能分散以化解系统出现故障的风险。 ③在高度安全可靠的前提下，按预定的工艺流程指标来控制被监控对象。除了完成一般单参数、单回路的监视和控制外，还能实现对非线性、多变量、大滞后、分布参数等复杂系统的控制。

④能采集并记录各类重要的数据供操作人员监控系统时使用。还能整理和打印报表或上传报表供管理层使用

⑤系统构成方便灵活，易于扩展，维护简单。组成系统的设备不但要求模块化，而且模

块化的种类还应尽可能地少。

⑥能与常规模拟仪表兼容

出于以上考虑，20世纪70年代中期，Honeywell 公司推出了第一套集散控制系统（简称DCS ) ，使计算机监控技术开始了一次新的飞跃。集散控制系统本质上是一种基于计算机网络的分层的计算机监控系统，其基本结构如图1.7所示。

在DCS 中工程师站主要是用于对系统进行离线和在线系统组态（即系统配置）、控制组态、显示组态和报警组态。运行过程中工程师站还有以下一些功能： ( l ）系统和网络管理

系统和网络管理包括故障诊断、数据的采集、其他各种类型的站的重装、报文广播和处理、统一时间以及其他网络管理功能。 ( 2 ）文件请求管理

由于工程师站往往是一台存储容量比较大的个人计算机或工作站，因此，可以用来管理其他所有与其大容量有关的文件请求。同时，还可以支持本站中的任务存取其他站中的文件。 ( 3 ）数据库管理

作为DCS由于其数据比较多，往往会配备有数据库文件，用于对系统中的数据进行存储以及各种操作。 ( 4 ）控制功能

工程师站的功能往往会比现场控制站的功能要强。因此，当DCS存在高级控制应用时，可以将工程师站作为服务器，现场控制站作为客户机，服务器为客户机进行高级计算服务。

操作员站主要作为操作人员与系统的人机界面。因此，操作员站往往会配备大屏幕显示器。组态后的系统的各类显示画面均在操作员站中进行显示。经过工程师站授权也可以在操

作员站进行部分简单的组态，例如，修改某个回路的PlD参数。

现场控制站主要用于对现场信号进行检测以及对相应的回路进行控制。一般现场控制站与它所挂接的各类组件本身就构成了一个小型的实时测控网络。 4.现场总线技术

20 世纪80 年代中期以后，随着人们对系统开放性意义认识的加深，要求计算机监控系统具有开放性的呼声也越来越强烈。同时，人们也意识到传统的计算机监控技术还存在其他的问题，例如，DCS 仍然未能摆脱常规模拟仪表一对一进行信号传输的模式。一般来说从现场到控制室都有比较长的距离，将所有现场的信号都通过电缆传送到控制室，一是要使用大量的电缆，成本高，二是信号在传送的过程中会产生电磁干扰，影响环境温度，产生粉尘、有害气体等，影响信号传送的可靠性。

按照IEC 和现场总线基金会FF 的定义：现场总线是连接智能现场设备和各类自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线的本质含义表现在以下几个方面：

( l ）现场通信网络

用于过程及制造自动化的现场设备或现场办公仪表互连的通信网络。 ( 2 ）现场设备互连

现场设备或现场仪表是指传感器、变送器和各种执行器等。这些设备通过一对一传输介质互连，传输介质可以使用双绞线、同轴电缆、光纤、电源线、无线等。 ( 3 ）互操作性

由于现场设务或现场仪表的种类繁多，没有任何一家制造商可以提供一个工厂所需的全部设备，所以互相连接不同制造商的产品是不可避免的。用户或开发者并不希望为选用不同制造商的产品而在硬件和软件上付出太多的代价，而是希望将属于不同制造商的同时其性能价格比最高的产品集成在一起，并实现“即接即用”。所谓“互操作性”不仅仅是指属于不同制造商的产品之间能够相互传送数据，更为重要的是这些设备能够“理解”所接收数据的含义，并做出正确的响应。当然，用户还希望能对不同的设备进行统一组态。只有这样才能真正将现场设备集成。

( 4 ）功能分散

在现场总线技术中，应将DCS中的现场控制站的各种功能彻底分散到各个智能单元。这里应该指出的是，目前在我国真正将DCS中的现场控制站放在现场的是少而又少，出于各种考虑，现场控制站往往都是放在控制室内。通过采用现场总线技术，一个流量变送器不仅具有流量信号的变换、补偿和累加等功能，而且还有PID控制或其他高级控制的功能。也就是说，

现场总线技术真正将信号的采集、处理、控制、驱动等功能放在了现场，真正实现了分

散控制。

( 5 ）通信线供电

对于现场总线，本身就要求连接线尽可能的少，因此，最好采用通信线供电方式，即允许现场仪表直接从通信线上获取能量。 ( 6 ）开放性

开放性是与互操作性有关的，但开放性的概念更为广泛。即要求现场总线为开放式互联网络，它不但可与同层的网络互联，还可以与其他层的网络互联，并且实现数据库共享。

一个按现场总线技术构造的计算机监控系统如图1 . 8 所示。

现场总线的思想提出来后得到了广大制造商的响应，世界上掀起了一股现场总线的热潮。但是，事情的发展并不是与人们所预想的一致，现场总线并未能完全走标准化的道路。由于技术和利益的原因（其中主要是利益的原因），目前世界上存在着多种现场总线标准。 第四节 计算机监控技术发展的展望

随着社会需求的增加以及其他相关技术的发展，计算机监控技术的应用将会越来越广泛。 可以确信无疑的是计算机监控技术具有以下几个特点： ( l ）体系结构的扁平化和监控管理一体化

由于微处理器技术的发展，现场信号的处理和控制越来越多地会在底层完成，从而使得计算机监控系统在体系结构上变得扁平。另外，计算机监控系统与生产调度层、管理层的集成不再是十分困难的事情，底层的各类数据可以向上传送，在管理层可以及时地看到现场的各类数据，了解现场的各种情况，生产调度层和管理层的指令也可以很容易地向下传送，因而提高了管理的效率。 ( 2 ）微型化

嵌入式系统也是计算机监控技术的一个发展方向。所谓嵌入式系统，是指计算机监控系统是与被监控对象一体的，即计算机监控系统是嵌入在被监控对象之中的。微处理芯片技术、液晶显示技术、大容量电子存储器件技术的发展为嵌入式系统的开发提供了可靠的保证。另外，家庭、家电中以及一些特殊场合（例如：人体）的应用也对计算机监控技术的微型化提出了

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