1、目录摘要 IIIABSTRACT .IV第一章 前言 1.1 课题背景 .1.2 课题的研究内容 .1.3污水处理现状 1.3.1 污水处理概况 1.3.2 污水处理现状 1.3.3 污水处理的发展趋势 1.4污水处理厂的控制系统介绍 1.4.1 污水处理厂的控制系统介绍 .1.4.2 控制系统发展趋势 第二章 PROFIBUS现场总线技术 2.1总线技术 2.1.1 总线技术的描述和网络结构 .2.1.2 现场总线的通讯协议 2.2PROFIBUS现场总线 2.2.1ProfiBUS 现场总线概述 2.3PLC与 ProfiBUS现场总线 2.3.1PLC 概述 2.3.2PLC 的发展 .
2、2.3.3PLC 的分类 .2.3.4PLC 的特点及主要功能 .2.3.5PLC 的编程语言 .2.3.6 西门子 PLC 与 ProfiBUS 现场总线 第三章 污水处理流程及其控制设计 3.1污水处理工艺流程 3.1.1 污水处理厂常用的工艺流程介绍 .3.1.2 污水一级处理（污水预处理） .3.1.3 污水二级处理（生物处理） .II3.1.4 污泥处理 .3.1.2SBR 污水处理工艺 .3.1.5A2-0 污水处理工艺 3.1.6 氧化沟污水处理工艺 3.2中牟县污水处理厂工艺介绍 3.2.1 概述 .3.2.2 污水预处理段 3.2.3 污水处理段 3.2.4 污泥处理段 3.
3、3中牟县污水处理厂过程控制设计 3.3.1 粗格栅和细格栅的过程控制 .3.3.2 污水提升泵的运行过程控制 .3.3.3 漩流沉砂池除砂系统的过程控制 .3.3.4 氧化沟曝气转碟设备的运行过程控制 .3.3.5 污泥回流和排放部分的过程控制 .3.3.6 污泥处理部分的过程控制 .第四章 基于 PROFIBUS的污水处理厂自控系统设计与实现 .4.1处理厂 PROF I BUS现场总线网络设计 4.2设计选型 4.2.1I/O 站选型 .4.2.2PIE 主站选型 .4.3软件选型 4.4PLO的硬件组态 .4.5PLC的程序设计 .4.5.1 程序设计 .4.6上位机监控软件开发 4.6
4、.1 功能构想 .4.6.2 软件开发 .第五章 结束语 5.1完成的工作和得到的结论 5.2对未来的展望 参考文献 .致谢 .III造纸厂污水处理系统的自动化控制设计摘要现场总线技术具有数字化、全分散性、开放性和互操作性等特点，代表了今后工业控制网络发展的方向，是当前自动控制领域中倍受关注的技术之一。本文首先在理论上对现场总线控制系统进行了全面的探讨和阐述，并且尤为深入的对 PronBUS 现场总线进行了阐述。然后全面的分析了国内污水处理行业的工艺和自动控制需求，从综合自动化控制系统的完整性、可靠性、开放性及可扩充性几个方面，比较分析了 DCS、现场总线、工业以太网等工业应用网络的连接方式，
5、提出了基于 ProfiBUS 现场总线网络的通信方案。本文结合河南省中牟县污水处理厂污水处理项目，设计了一套基于ProfiBUS 现场总线技术的污水处理自动控制系统，包括现场 PLC 程序控制系统、上位机监控系统及它们之间的通讯。文中分别介绍了两个系统的硬件配置及其功能的软件实现。该项目现场控制系统采用的是德国 SIEMENS 公司的 S7 300 系列的 3 1 5-2DPPLC 做主站，分布式 I O ET200M 做从站，构成 PROFIBUS DP 总线控制系统。运用与之相配的 STEP7 编程软件，通过 LAD 梯形图编程语一言编制了现场 PLC 的控制程序，从而使该污水处理系统中按
6、照工艺要求完成自动控制。选用性能稳定、抗干扰性能好的工控机作为上位机。选用 SIEMENS 公司的 WinCC 工控组态软件对上位机监控功能进行组态，设计了工艺流程、记录查询、报警、报表、参数设定、实时曲线等操作画面，实现了现场设备的监控。关键词： 污水处理氧化沟 PLC ProfiBUS 现场总线 、ewage system of automation control designIVABSTRACTThe fiel dbus technology,which is one of the best compelling technologies in thecurrent automatic
7、 control domain，possesses the characteristics of digitization，fulldecentralizationopenness and interoperabilit)，etcand indicates the direction of industrial control network development in futureIn this paperfirstl)the field bus control system is discussed in theor3 7and theProfiBUS field bus is elab
8、orated especiall)，Then the domestic craft of sewagetreatment and demand of automatic control are analyzed comprehensivel)7Finally thecommunications project base on ProfiBUS field bus-net is proposed throughcomparing the connected method of DCSfield busindustrial Ethemet etc industrialapplied network
9、 from integrality?reliabilityopenness and extensibility of integratedautomatic control systemIn this papercombining with the swage treatment project of zhongmou countyswage treatment factor3in henan provincea set of sewage treatment automaticcontrol systemincluding the field PLC programmed control s
10、ystem，the superiormachine supervisory system and the communication between thembased onProfiBUS field bus technology is proposedAnd tWO systemS hardware dispositionsand the realization offunction software are introduced separatelyWhat PROFIBUSDP main line control system in this project used is Germa
11、nCorporationS S7300 series3 1 5-2DP PLC as the master station，distributed IOET200M as the subordinate stationconstitutesUse suitable STEP7 programmedsoftwareestablish the field PLC control procedure through the LAD trapezoidal chartprogramming languagethus cause this sewage treatment system to compl
12、ete theautomatic control according to the technological requirementSelect engineering control machine possessed good stability and anti-jammingperformance as the superior machineChoose WinCC engineering controlconfiguration software of SIEMENS compan)7 tO carr)7 on configuration to themonitoring fun
13、ction of superior machine。And design operation pictures of technicalprocessrecord inquir3。warningreport formparameter hypothesis，real_time curve etc。realize monitoring offield apparatusVKEY WORDS: swage treatmentoxidation ditchPLCProfiBUSfield bus第一章 前言1.1 课题背景随着经济的飞速发展和世界人口数量的持续增加，对水的需要量也在不断增 大，但是地
14、球上可用的水资源却在逐渐萎缩，特别是在城市周边，可以开发利用 的淡水资源由于污染的原因正急剧减少。为了应对水体污染，最近几年越来越多 的城市污水处理厂、城市垃圾无害化处理厂正在如火如荼的建设、投运。为了提 高污水处理效率和降低运行成本，将自动控制新技术引入污水处理厂，提高其自 动化水平是非常关键的。应用现场总线技术、PLC、控制仪表、执行装置、上位机监控设备等可以组成一个高效、实时、可靠的网络化全集成自动化系统。由于现场总线多项先进性，注定了这套系统有较好的维护性和实施性。将其应用于污水处理厂的自动控制系统，将带来良好的社会应用现场总线技术、PLC、控制仪表、执行装置、上位机监控设备等可以组成
15、一个高效、实时、可靠的网络化全集成自动化系统。由于现场总线多项先进性，注定了这套系统有较好的维护性和实施性。将其应用于污水处理厂的自动控制系统，将带来良好的社会效益和可观的经济效益。1.2 课题的研究内容本论文的研究内容主要包含如下几方面： 研究 ProfiBUS 现场总线的通讯协议、接口，以及在应用过程中和现场设备、 PLC、上位机的互联；研究 Si emens PLC 的应用以及组态软件的应用； 基于实际的污水处理工艺，研究工艺关键点的控制和设备控制程序的设计以及调试； 研究现场总线系统信号采集和控制过程中出现的一些问题的原因和处理办法。1.3污水处理现状1.3.1 污水处理概况水资源是指
16、可以直接被人类利用、能不断更新的天然淡水，主要是陆地上的 地表水和地下水的浅层部分。全球水的总储量是比较巨大的，约为1 386X 10。 km。， 但是可供人类使用的淡水资源只占到 2 5，其中绝大多数分布在高原冰川、两 极冰盖、冰冻地带以及 750m 以下的地层深处，方便取用的河水、湖水以及浅层 地下水只占全球总储量的 0 26。在全球淡水资源的分布也是非常不均衡的， 65 以上的淡水集中分布在 9 10 个国家，如美国、哥伦比亚和加拿大等。占世界人 口总数量的 40以上的 80 多个国家为水资源缺乏国家，有近 30 个国家为严重缺 水国家。水资源的短缺已经成为世界性的问题，我国也同样面临水
17、资源短缺的现实。中国虽然总体上水资源有 2 810“m 二，但是人均只有 2300mj，是世界人均占有量 的 1 4，接近国际公认的缺水警戒线，且分布极为不均，开发利用有相当难度， 致使许多地区严重缺水，尤其是三北地区和沿海城市连年闹“水荒 ”。我国的城 市缺水现象更为严重，在 300 多个大中城市中 180 个城市缺水，其中 50 多个城 市严重缺水 。以北京为例，全市水资源人均占有量仅为全国平均水平的 1 6， 而年用水量已达 4 2X lOm。，每年缺水约10“in：。 另外，在时间分布上，我国的 水资源也存在不均衡，总的来说是冬春节干旱少雨，夏秋多雨。有时还连续出现 干旱枯水年和丰水年
18、现象。水资源的分布不均和日益严重的水资源短缺不但严重 困扰国民生产，而且成为制约我国经济发展的主要因素。我国不仅缺水，而且水资源的现状令人担忧。在我国经济快速增长，工业化 和城市化进程日益加快的同时，由于基础设施建设的投资有限和管理不善，加之 认识所限，江河湖泊及近海海域普遍受到不同程度的污染，尽管部分流域地区的 污染得到了有效控制，但是总体来说仍呈连年加重的趋势。在我国的七大水系中， 不适合做饮用水源的河段己接近 40，其中，大辽河水系属于严重污染，海河水 系、淮河干流、黄河干流属于重度污染，松花江水系为中度污染，仅仅长江干流 和珠江水系水质基本良好瞳。在所调查的城市河段中 78不适合做饮用
19、水源，在 统计的城市河段中，有 87左右的河段受到不同程度的污染。其中有 16的城市 河段属于严重污染， ll的城市河段属于重度污染， 15的城市河段属于中度污染， 只有 33的城市河段属于轻度污染， 23的城市河段水质较好 1。水资源的污染使 得本来就紧张的水资源愈加匮乏，直接造成工农业产品成本提高、质量下降，水 产品大幅减产，间接造成的影响更是惊人，如生态破坏、疾病流行等。我国水资源的现状可以用这样的一句话来形容： “局部有所改善，整体仍在 恶化 ”。水资源的短缺与粗放低效利用的状态并存，水资源及其安全性已经成为中国社会经济发展的瓶颈，是国家安全的重要支持因素之一。1.3.2 污水处理现状
20、我国的污水处理开始于上世纪七十年代。那时已经开始利用废弃的河道、沼 泽以及城市周边洼地构筑成稳定塘，对生活污水和工业废水进行简单的处理。据 当时的文献资料介绍，这样的稳定塘共计 38 座，日处理生活污水 173万吨。八 十年代，国家政策开始向环保倾斜，推动了一大批城市污水处理设施的兴建，我 国第一座大型的城市污水处理厂 日处理 26 万吨的天津纪庄子污水处理厂也 于 1984 年 4 月投入运行。 “八五 ”期间，随着城市环境综合治理的深化以及各流 域水污染治理力度的加大，城市污水处理设施的建设经历了一个发展高潮时期。“九五 ”期间，我同正式启动对 “河 ”(淮河、海河和辽河 )、 “湖 ”(
21、太湖、巢 湖、滇池 )流域和 “环渤海 ”地区的水污染治理，国家给予相应资金和技术上的 支持。据统计，到 2000 年底，全同已建设城市污水处理厂 427 座，其中二级处 理厂 282 座，二级处理率约为 15。由此可见，我国的污水处理现状并不理想， 城市污水处理率还很低 o”。2002 年之后，国家大力扶持污水处理厂的建设，特别是山西、河北、河南、陕西等中西部地区，每年都有数十座污水处理厂开工建设。拿山东省为例，截至 2007 年底，绝大多数县级以上城市都拥有了正常运行的污水处理厂，有的城市 还建成了中水厂并已投运 。1.3.3 污水处理的发展趋势我国是一个发展中国家，经济发展水平相对落后而
22、面对我国日益严重的环 境污染，国家正加大力度来进行污水的治理而解决城市污水污染的根本措施是 建设以生物处理为主体工艺的二级城市污水处理厂，但是，建设大批的二级城市 污水处理厂需要大量的投资和高额运行费，这对我国来说是一个沉重的负担。目 前我国的污水处理厂建设工作，则因为资金的缺乏很难开展，部分已建成的污水 处理厂由于运行费用高昂或者缺乏专业的运行管理人员等原因而一直不能正常 运行，因此我国的城市污水处理发展趋势应该围绕以下两个方面：第一：未来的城市污水处理必须是高自动化、高可靠性的。现代污水处理厂 采用计算机控制日益普遍。应用计算机控制技术可以实现污水处理工艺的半自 动、全自动监控，提高污水处
23、理厂的技术管理水平，合理使用和配置处理设施， 具有非常现实的意义。采用计算机技术，跟踪经常变化的水处理情况，检测不同 时间的水质指标数据，在计算机上显示出来，对这些数据做累计、求平均、求极 值等运算，并可以永久记录下来，以备在需要的时候查阅。对数据分析趋势走向，随时调整各设备及工艺过程参数，使其达到优化状态，经济运行，节约能耗。采 用计算机代替人工操作，减少事故，保证安全，降低劳动强度，节约人力，甚至 可以完成许多人工难以完成的任务，提高生产的可靠性。欧美国家一些城市污水 处理厂己经用计算机进行数据记录和运行过程控制，甚至实现全自动化无人值守 控制模式。在厂区范围内设有若干台现场计算机，对整个
24、水处理过程实行多环路 控制，其中包括预处理、一次沉淀、生物处理、二次沉淀、化学药剂投放、输送 泵房等。设在中心控制室内的计算机主机从各个现场计算机中收集数据，并提供 图表显示、曲线、各个设备动作记录、设备故障报警等。在电子自动控制系统发 生故障时，每一个自动控制过程都可切换成手动控制。国内有些城市污水处理厂 引进全部或局部计算机控制，取得了一定的经验。所以计算机控制系统的应用， 高自动化水平和高可靠性是我国污水处理行业发展的必然趋势。第二：未来的城市污水处理必须满足 “三低一高 ”条件：即基建投资低、运 行成本低、管理要求低、处理效率高。大力发展小城镇是我国城市化过程的必由 之路是具有中国特色
25、的城市化道路的战略性选择。而对于小城镇的污水处理又 面临一系列的问题：小城镇污水的特点不同于大城市，小城镇资金短缺；运行管 理人员缺乏；技术力量薄弱等。因此小城镇的污水处理厂应该是基建投资低、 运行成本低、运行管理相对容易，处理效率高的工艺。对高效率、低投入、低运 行成本、成熟可靠的污水处理工艺的研究是今后的一个重点研究方向。1.4污水处理厂的控制系统介绍1.4.1 污水处理厂的控制系统介绍上世纪九十年代之前，国内的污水处理厂一般采用手动控制或者小范同的计 算机自动控制。九十年代中期，随着计算机技术的突飞猛进，污水处理厂的自动 化程度也在不断的提高， PLC、工控机等也逐渐在新建污水处理厂普及
26、开来。特 别是最近几年，新建成的污水处理厂一半以上采用了计算机自动控制技术。然而， 由于资金不足、技术力量薄弱等原因，还有很多中小型污水处理厂的自动控制水 平还很低，导致系统运行效果不够稳定。在一些大型的污水处理工程中，通常以 成套引进国外先进设备及技术或在借鉴国外先进技术和经验基础上自行研发等 方式，实现污水处理系统的自动化控制，自动化程度高，系统运行稳定 3。污水处理自动控制系统是采用自动化技术、通讯技术、计算机技术、网络技 术、数据库技术、图形显示技术构建成的综合自动化远程监控系统。污水处理自 动控制系统作用于污水处理的全过程，实施实时监控和调度管理，其应用从简单 的逻辑控制到复杂的分散
27、化控制，具有适应性强、可靠性高、开放性好、易于扩展，比较经济等特点。其 0 仪表设备一般包括进出口COD,BOD,ph 计， ss 仪等有的还包含溶解氧浓度探测仪，氧还原电位探测仪，超神波液位探测仪等专业仪表，采集控制单元包括 PLC 和数据采集模块，中央监控单元包括监控终端，模拟显示屏，投影仪，数据服务器等。其软件可采用自行研发的软件，或者市面上比较流行的 INTOUCH,FIX,KINGVIEW 之外，还有 PLC 厂家开发的 Rsview.Concept ， Wincc 等，国内自动化系统基本上都在 WindowsNT ， Windows2000 或者 WindowsXP 上运行。1.4
28、.2 控制系统发展趋势未来的污水处理厂控制系统，应是一个地运行维护成本，高集成化，高度自动化的系统。是采用 “集中管理，分散控制 ”模式建立的经济，可靠的现场检测，过程控制和计算机管理一体化的系统。甚至于通过现有的有线无线网络，实现远程控制，污水处理自动化控制系统不仅要具有良好的安全性，可靠性和稳定性等基本特点，还应具有系统操作于维护的方便性，并能在传统的自动化控制系统的基础上加入处理效果和节省运行费用为目标的优化控制。第二章 ProfiBUS现场总线技术2.1总线技术现场总线技术是应用在生产现场，在微机化量控制设备之间实现双向串行多节点数字同方新的系统，也被称为开放式，数字式，多点通信的第程
29、控制网络，现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现，标示着工业控制技术领域又一个新时代的开始，并将对该领域的发展长生重要的影响。2.1.1 总线技术的描述 和网络结构现场总线是 80 年代末， 90 年代初国际上发展形成的，用于过程自动化，楼宇自动化等领域的现场智能设备互联通信网络，它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。一方面，突破了 DCS 系统采用通信专用网络的局限采用了基于公开化标准化的解决方案，歌赋了封闭系统所带来缺陷，另一方面，吧 DCS 的集中与分散现结合得集散系统结构把控制功能彻底
30、下放到现场，可以说，开放性，分散性与数字通讯是现场总线系统的最大特点。现场总线是集控制，计算机，通讯技术于一身的结果，计算机与通讯的结合产生了计算机网络，计算机网络与控制设备的结合孕育了现场总线的控制系统，网络技术是现场总线控制系统的重要基础，网络化是自动化控制结构发展的方向。现场总线的拓扑结构有：环形，总线型，树形以及上述几种类型的混合，环形拓扑结构中以令牌环形网最为典型，其优点是延时性较好，缺点是成本较高 总线性的优点是站点介入方便，可扩充性较好，成本较低，在轻负载的网络上基本上没有延时但是站点多，通讯任务较重，延时会明显加大，缺点是延时的不确定性，对某些事件应用不利。树形网是总线网的一种
31、变形，其优点是可扩充新较好，有较宽的频带，缺点是站点间通讯不方便，网络互连即使扩展现场总线地域，规模，功能的需要，也是不同结构，不同操作系统结构互联的需要。网络扩展与网络互联需要一个中间设备， ISO 的术语为中继系统，根据中继系统所在的不同网络层，有 4 中中继系统 :物理层中继系统，即中继器，数据链路层中继系统，即网桥或连接桥，网络层中继系统，即路由器，网络层以上中继系统。即网关。2.1.2 现场总线的通讯协议随着计算机应用日益普及，越来越多的用户要求把多个厂家的计算机系统联网运行，为解决计算机互联运行的难题，人们迫切要求建立一系列的国际标准， 1978 年， ISO 建立了一个新的开放系
32、统互联分机是委员会，起草了开放系统互连基本参考模型， 1983 年成立了 ISO7498 正式国际标准， 1986 年又对该标准进行了补充，形成了为异种计算机互联所提供的一个共同的标准规范，这就是 ISO/OSI 国际标准组织的开放系统互联模型，网络协议是为了保证现场总线中各站点通过网络弧线通讯的一套规则和约定，网络协议具有层次结构，其优点是：各层次独立，灵活，易于实现和维护，易于标准化。开放系统互联模型是现场总线技术的基础， OSI 及其与集中现场总线开放互联参考模型如图所示， OSI 通信功能分为 7 个层次，从连接物理媒介的底层开始，分别赋予 1-7 的顺序编号，其 1-3 层完成通信传
33、送功能， 4-7 层王成通讯处理功能。应用层表达层会话层网络层物理层数据链路层传输层物理层数据链路层总线接口子层应用层物理层物理层物理层数据链路层数据链路层用户层功能块 / 备描述传输块通讯栈用户接口应用层接口应用层信息规范 ，底层接口隐去 3 - 7 层隐去 3 - 6 层H A R T 指令H A R T 规范B e l l 2 0 2H A R T 模型7654321I S O / O S I模型现场总线协议F F 模型P r o f i B U S- D PP r o f i B U S- F M S图 2 . 1 O S I 及其几种现场总线开放互联模型的对应关系物理层为用户提供建立
34、，保持和断开物理连接的功能，及提供同步和双向传输流在物理媒体上的传输手段，但它并不包括物理媒体本身，数据链路层用于保真信息的可靠传递，网络层规定了网络连接的建立，维护与拆除协议，利用链路传输功能，以及端口选择和串联功能，实现连个网络系统之间的连接，传输层可完成开放互联系统端点之间的数据传送控制，数据接收确认以及传输差错回复，会话层的功能是按正确的顺序收发数据，进行各种对话，表达曾用于应用层信息内容的形势变幻，把应用层提供的信息变为能共同理解的形式，应用层作为模型的最高层，用于用户的应用服务提供信息交换，为应用接口提供操作标准。现场总线通信模型所采用的封层结构如 2.2 所示，通过图示模型完成现
35、场总线控制系统的通信，控制和管理功能，其中物理层，数据链路层，采用IEC/ISA 标准。系统管理现场总线报文规范层 F M S现场总线接口子层 F A S网络管理数据链路层物理层用户层网络管理应用网络代理网络信息库系统管理应用管理内核系统管理信息库用户功能块应用功能模块 F B对象字典 O D设备描述 D D图 2 . 2 现场总线通信模型的分层结构图中已表明，用户层规定标准功能模块 FB，对象字典 OD 和设备描述 DD 供用户组成系统在网络管理中，为了提供一个集成网络各层通信协议，实现设备操作状态的监控与管理，设置一个网络管理代理 NMA 和一个网络管理信息库，提供组态管理，性能管理和差错
36、管理的功能2.2ProfiBUS现场总线ProfiBUS 仪器技术成熟，协议开放，性能稳定，实现低廉等特点赢得了广大用户，以下就做详细介绍：2.2.1ProfiBUS 现场总线概述ProfiBUS 是一种国际性的开放的，已在时间范围内得到广泛应用的现场总线，目前国际上许多公司的产品，支持 ProfiBUS ，现场总线仪表系列齐全，市场占有率第一，德国西门子公司则是 ProfiBUS 产品的主要供应商。ProfiBUS 根据应用特点分为 ProfiBUS-DP ， ProfiBUS-PA 和 ProfiBUS-FMS 三个兼容版本，其中 ProfiBUS-DP 是一种经过优化的高速通信连接，专为
37、自动控制系统和分散 I/O 设备之间通信设计，用于分布式控制系统的高速数据传输，其传输速率可达 12Mbit/s ，一般构成单主站系统： ProfiBUS-FMS 主要解决车间及通用性通信任务，提供大量通信服务，完成中等速度的循环和肺循环通信任务，用于纺织工业，楼宇自动化，电气传动，传感器和执行器，可编程序控制器，低压开关设备等一般自动化控制： ProfiBUS-AP 专为过程自动化设计，提供标准的工程项目中， FMS 和 DP 由于有一致的通讯协议，一般可以混用。1. ProfiBUS 的基本特点ProfiBUS 具体说明了穿行现场总线的技术和功能特点，它可是分散式数字化控制器从现场底层到车
38、间及网络化，该系统分为主站和从站。2. ProfiBUS 的协议结构ProfiBUS 协议的结构是根据开放系统互联模型 OSI7498 指定的，ProfiBUS-FMS,DP,PA 的协议结构和 ProfiBUS 个协议层机子层的结构见下：现场总线信息规范未使用现场总线数据链路 F D LI E C 接口R S / 4 8 5 I E C 1 1 5 8 - 2 扩展功能 基本功能P M S 行规D P 行规 P A 行规F M SD PP A应用过程A L TP M SL L IF M A 7无P L CM A CP H YF M A1 / 2用户应用层3 - 6 层数据链路物理层图 2 .
39、 3 P r o f i B U S 协议结构与层次结构3. ProfiBUS 的传输技术由于单一的现场总线传输技术不可能满足所有的要求，因此 ProfiBUS 采用三中传输技术： RS485 传输技术， JEC1158-2 传输技术，光纤传输技术2.3PLC与 ProfiBUS现场总线2.3.1PLC 概述PLC 英文全名 Progrmmable control ，即可编程控制器，之一种面向生产过控制过程控制的数字装置，包括逻辑运算，顺序控制，时序，技术以及算术运算等程序，它用一串指令形式存放在存储器，然后根据存储的控制内容，经过模拟，数字等输入输出部件，对生产设备与生产过程进行控制，它具有
40、控制能力强，操作方便灵活，价格便宜，可靠性高等特点，它不仅可以取代传统的继电气控制系统，还可方便的构成复杂的工业过程控制网络，是一种适应现代工业发展的新型控制器。一套典型的 PLC 通常包括 CPU 模块，电源模块和一些 I/O 模块，这些模块暗转在一块背板上，有些配置还包括一个操作员面板，通信模块以及一些可选择的特殊功能模块，有些配置还能包括一个操作员面板，通信模块以及一些可选择的特殊功能模块，可编程控制不仅容易安装，占用空间小，能源消耗小，大多带有诊断指示器可以帮助故障诊断，而且可以被重复使用到其他的项目中去，现在，尽管 PLC 的功能，数据处理能力已经获得了很大的提高，但 PLC 一直保
41、持了最初设计的原则，那就是简单之上的原则。2.3.2PLC 的发展PLC 是 60 年代末，随着现代工业生产自动化水平的日益提高及微电子技术的飞速发展，而发展起来的，并在通用汽车公司的汽车生产线上首次应用成功。随着微电子技术的发展， 70 年代中期出现了，微处理器和微型计算机，这使得可编程控制器实现更大规模的集成化，送二是指工作更为可靠。我国于 1974 年开始研制，1977 年开始工业应用， 1985 年 1 月，国际电工委员会在颁布程序控制器标准草案第二稿时，将其进一步定义为，可编程序控制器是一种数字运算操作的电子控制系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，在其内部存储执
42、行逻辑运算，循序控制，定时，技术及运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入 /输出接口来控制各种类型的机械或生产过程。2.3.3PLC 的分类1.按照 I/O 点数分类PLC 的输入 /输出点数表明 PLC 可以从外部接受多少个输入量和向外不输出多少个输出量， I/O 点数在 256 点一下的为小型机，一般只有逻辑运算 /定时 /技术 /以为等功能，适用于开关量的控制， I/O 点数在 256 点到 1024 点之间的，成为中型机，他除了具备逻辑功能外，还增加了模拟量处理，算术运算，数据传送，数据通信等功能，可完成及又开关量，又有模拟量的复杂控制， I/O点数在 1024 以上的成为大型机
43、，其功能更加完善，具有数据处理 /模拟调节 /联网通讯 /监视 /记录 /打印等功能，可以进行中断控制 /智能控制 /远程控制等，可用于大规模的过程控制，构成分布式控制系统，或整个工程的集散式系统。2.根据结构形状的分类从结构和形状上看， PLC可分为整体式和模块式两种，一般小型机多为真题是结构，这种结构的 PLC，其电源， CPU,I/O 部件等配置在一起，有的甚至全部安装在一块印刷电路板上，结构紧凑，体积小，重量轻，价格低，容易装配在工业控制设备的内部，比较适合于生产设备的单击控制，整体式 PLC的缺点是主机的 I/O点数固定，使用不够灵活，维修也不方便，模块式结构的 PLC以单独的模块分
44、开设置，如电源模块， CPU模块等，这种 PLC通常常由机架底板联结各模块 (也有的 PLC为串行联接，没有底板 )，底板上有若干插座，使用时，各种模块直接插入机架底板即可。这种结构的 PLC配置灵活、装配方便、易于扩展，可根据控制要求灵活配置各种模块，构成功能不同的各种控制系统。一般大中型 PLC均采用这种结构。模块式 PLC的缺点是结构较复杂，各种插件比较多，造价也比较高。2.3.4PLC 的特点 及主要功能1 PLC 的特点虽然 PLC 的种类不同，规模不同，生产厂家也不一致，但是它们却有很多共同的特点：(1)程序编制简单：PLC 一般采用易于理解和掌握的梯形图语言及面向工业控制的简单指
45、令编制程序，非常形象直观。对于小型 PLC 而言，几乎不需要任何专门的计算机知识，只需要拥有简单的电路或者逻辑知识即可，特别适合现场工程技术人员使用。(2)控制系统构成简单、通用性强虽然 PLC种类繁多，但由于其产品的系列化和模块化，且软件包齐全，用户可灵活组成各种规模和要求不同的控制系统。用户在硬件设计方面，只需确定 PLC的硬件配置和 i o的外部接线，不需要诸如继电器之类的固体电子器件和大量繁杂的硬接线电路。当控制要求改变，需要变更控制系统的功能时，只要改变存贮器中的控制程序即可。 PLC的输入、输出可直接与交流 220V、直流 24V等强电相连，并有较强的负载能力。(3)抗干扰能力强、
46、可靠性高PLC是专为工业控制设计的，能适应工业现场的恶劣环境。在 PLC的设计和制造过程中，采取了多层次抗干扰及精选元器件等措施，使 PLC的平均无故障时间通常在 20000小时以上，这是一般的其它电气设备做不到的。绝大多数用户都将可靠性作为选取控制装置的首要条件。因此 PLC在硬件和软件方面均采取了一系列的抗干扰措施。(4)易于操作及维护PLC的控制程序可通过其专用的编程器输入到 PLC的用户程序存贮器中。编程器不仅能对 PLC控制程序进行写入、读出、检测、修改等操作，还能对 PLC的工作状态进行监控，使得 PLC的操作及维护都很方便。 PLC还具有很强的自诊断能力，能随时检查出自身的故障，
47、并显示给操作人员，使操作人员能迅速检查、判断故障原因。 (5)设计、施工、调试周期短用 PLC 完成一项控制工程时，由于其硬、软件齐全，设计和施工可同时进行，由于用软件编程取代了继电器硬接线，实现控制功能，使得控制柜的设计及安装接线工作大为减少，缩短了施工周期2 PLC 的主要功能PLC 是采用微电子技术来完成顺序控制功能的自动化设备，可以在现场的输入信号作用下，按照预先输入的程序，控制现场的执行机构按照一定规律进行动作，其主要功能如下：(1)开关量控制(2)限时控制(3)计数控制(4)步进控制(5)数据处理(6)模拟量处理(7)通讯及联网2.3.5PLC 的编程语言PLC 与微机一样，是以指
48、令程序的形式进行工作的，各种型号的 PLC 一般均以梯形图语言为主，同时也兼顾一些其它形式的编程语言。1梯形图梯形图是一种图形编程语言，是面向控制过程的一种 “自然语言 ”，它延用传统继电器的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，同时也增加了一些继电器控制系统中没有的特殊符号，以便扩充 PLC 的控制功能2指令语句表指令语句就是用助记符来表达 PLC 的各种控制功能，一般与梯形图形式一一对应。它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言通俗易懂，因此也是应用很广泛的一种编程语言。指令语句通常由地址、操作码和操作数 (器件编号 )三部分组成。这种编程语言可使用简易编程器编程，编程设备简单、逻辑紧凑，连接
49、范围不受限制，比较抽象，一般与梯形图语言配合使用，互为补充3逻辑功能图这种编程语言基本上沿用了半导体逻辑电路的逻辑方块图形式。对于每一种功能都使用一个运算方块，其运算功能由方块内的符号确定。常用 “与 ”、一或 ”、“非 ”等逻辑功能表达控制逻辑4流程图流程图编程方式采用画工艺流程图的方法编程，只要在每一个工艺方框的输入和输出端标上特定的符号即可。对于在工厂中搞工艺的人来说，用这种方法编程，不需要很多的电气知识，非常简单。5高级语言部分 PLC 支持高级语言编程，类似与 C 或者 Pascal 语言，这对于那些有着丰富的高级语言编程经历的开发人员非常的方便。2.3.6 西门子 PLC 与 ProfiBUS 现场总线从 ProfiBUS 现场总线的起源得知，西门子公司是 ProfiBUS 主要的发起人，那么当 ProfiBCS 成为德国国家标
