6ES7351-1AH02-0AE0技术参数

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背景
随着我国对环境保护的不断重视，市政污水处理厂建设工程纷纷上马，逐渐成为市政建设中非常重要的一部分。随着自动化技术的迅猛发展，使摆脱原先全部靠人工手动来管理和运行整个污水处理过程，改由先进的自动化控制系统进行生产管理成为可能。
有些污水处理厂的控制系统在未改造之前，系统中的受控设备基本能按照原设计思想运行。随着自动化技术的快速发展，从的角度来看，其自动化程度相对较低。主要表现在作为一个SCADA系统，功能不够完善，只实现了监视，未能实现对整个生产过程的干预和控制。

SCADA系统
SCADA系统，即监视控制和数据采集系统，这个系统包含3个部分，即上位监视层、控制设备层和执行设备层。它的功能是监视整个生产过程，第二是可以控制和干预整个生产过程，第三是可以对从现场得到的数据信息作记录、分析。
它和早随生产线一同引进的控制器不同，早引进的控制器我们称之为黑盒子（blackbox），除了寓意为内部的控制程序为出厂时就已经封装好的不能够做改动之外，还有一层意思是我们无法直观地看到或得到控制器内部的数据。这种控制系统的结构由控制器和执行设备组成，仅实现对生产过程的控制。
随着人们对生产自动化程度要求的不断提高，在自动化生产的也希望能够了解和掌控自动化生产的整个过程，需要及时正确地干预和管理自动化生产过程。这样一个以计算机作为监视和控制现场生产过程的可视化窗口，以各种支持远程通讯的现场控制设备实现本地的控制的结构就是SCADA控制系统。

污水处理的特点
污水处理厂的SCADA系统有着区别于其他工业场合的特点：
1）一般污水处理厂的占地较大，设备分散。通常需要借助于远程通讯将数据传至中心控制室。
2）因为设备分布距离远，分散，有些现场的操作环境相对恶劣，参与程控的设备除了按既定的逻辑程序工作运行外，根据工艺状况，有时候需要在控制室内对设备进行点对点的远程控制。即中控室可以远程地直接控制远端的设备。
3）由于污水处理的持续不断性，设备工作时间相对都比较长，设备的工作环境又相对恶劣，了解设备的工作时间和状况就显得尤其重要。在报表内容里至少需要有设备历史上一段时间的运行时间、累计运行时间、起停次数等参数的历史记录。
4）污水处理的过程，特别是生化反应过程是一个较为复杂且时间较长的过程，与其相关的参数也比较多，通常在调试过程中，季节转换时和外部水源发生较大变化时，参数的设定都需要作较大的调整，这一点和其他工艺过程相对稳定的系统不一样，程序编制时需要给工艺人员较大的调整余地和更多的可以干预生产过程的切入口。
5）在污水处理的成本中，电耗是一大项，要有效地控制成本，如何节约电能是一个重要环节。

硕人时代SCADA系统

监控中心的由软件和硬件组成。其中硬件常用通用的服务器或服务器集群组成，是通用商用设备。软件则多采用专用的SCADA系统软件。硕人时代的监控中心软件HOMS5.0具有与一般SCADA系统不同的特点：
1. 支持手机作为操作终端
直接支持手机作为操作终端。这使得SCADA的使用范围从监控室扩大到任何手机网络可以到达的区域。
2. 视频与工业数据一体化
大很多情况下，视频监控和工业数据监控是一起上的，或服务于同一应用的。将视频与SCADA系统集成在一起的要求越来越普遍。这两在行业的软件产品正在相互融合，但能完全集成在一起的来不多。HOMS5将视频监控画面集成到工业数据监控画面中的产品。
3. B/S结构
B/S结构即浏览器/服务器结构的软件。软件本身类似于一个大型服务网站。有不少软件有B/S的版本，但完全B/S结构的SCADA中心软件不多。HOMS5.0是完全B/S结构的软件。
4. 大地域，大视图，海量数据
常见的工业组态软件实用上限都定位于几千点以内。当系统的I/O点数超过一万时，性能等可用性方面会出现问题。而实际高端应用往往达到数十万点，的历史数据就可达到几个G到十几个G的容量。这种情况下只有少数的SCADA平台的满足要求。
5. 在线组态及组态与显示一体化技术
组态环境与运行环境一体化，大大简化了系统实施和维护的难度。目前有少数软件支持这一特性。
6. 远程组态和维护技术
如果SCADA系统的组态环境也是B/S结构的，就可以提供很强的远程维护支持。大大降低项目实施和维护的成本，也降低终用户的维护成本。
7. 复杂的权限管理
过去SCADA系统的操作员是限定在很少的几个人，现在SCADA系统由一个的，使用面狭窄的软件，向面向全企业不同层面，不同部门的人员提供服务的网站发展，这就要求SCADA软件内置复杂的权限支持。

随着手机网络和互联网的发展，用于SCADA的通讯网络也由原来的无线射频、电话网络为主转向GPRS，CDMA、ADSL、宽带、光纤等为主。硕人时代的SCADA系统有大量的这些通讯方式的实际应用案例。

这些新兴的先进的通讯方式对现场控制器和RTU提出了更高的要求。PAC在这样的应用要求中体现出非常高的应用适应性的高的性价比。硕人时代的STEC系列PAC控制器具有以下特点：
1． 通讯能力强，支持以太网、GRPS、ADSL、光纤、电话拨号等多种通讯方式。
2． 基于嵌入式LINUX。突出的功能可扩展性。
3． 功能强，模块化，配置灵活。
4． 开放源码。根据客户的不同情况，开放源码，保护客户增值。

下图是硕人时代SCADA系统模式中的一种:支持ADSL通讯的SCADA系统:

一、概述

CNC装置从它的硬件组成结构来看，若按其中含有CPU的多少来分，可分为下面几类：

单机系统：整个CNC装置只有一个CPU，它集中控制和管理整个系统资源，通过分时处理的方式来实现各种 NC功能。

主从结构，系统中只有一个CPU( 称为主CPU) 对系统的资源有控制和使用权其它带CPU的功能部件，只能接受主CPU的控制命令或数据，或向主CPU发出请求信息以获得所需的数据。即它是处于以从属地位的，故称之为主从结构。

多机系统：CNC装置中有两个或两个以上的CPU，即系统中的某些功能模块自身也带有CPU，根据部件间的相互关系又可将其分为：

多主结构：系统中有两个或两个以上带CPU的模块部件对系统资源有控制或使用权。模块之间采用紧耦合，有集中的操作系统，通过仲裁器来解决总线争用问题，通过共公存储器进行交换信息。

分布式结构：系统有两个或两个以上带CPU的功能模块，各模块有自己独立的运行环境，模块间采用松耦合，且采用通讯方式交换信息。

二、单机或主从结构模块的功能介绍

CNC装置是按模块化设计的方法构造的

模块化设计方法：将控制系统按功能划分成若干种具有独立功能的单元模块，并配上相应的驱动软件。系统设计时按功能的要求选择不同的功能模块，并将其插入控制单元母板上，即可组成一个完整的控制系统的方法。其中单元母板一般为总线结构的无源母板，它提供模块间互联的信号通路。

实现CNC系统模块化设计的条件是总线(BUS) 标准化。采用模块化结构时，CNC系统设计工作则可归结为功能模块的合理选用。

1 、计算机主板和系统总线(母板)

计算机主板是CNC装置的核心。

功能结构：

CPU及其外围芯片；内存单元及其外围芯片；通讯接口(串口，并口，键盘接口) 。软、硬驱动器接口。

计算机主板的主要作用：

对输入到CNC装置中的各种数据、信息( 零件加工程序，各种I/O信息等)进行相应的算术和逻辑运算。并根据其处理结果，向各功能模块发出控制命令，传送数据，使用户的指令得以执行。    

系统总线(母板) ：由一组传送数字信息的物理导线组成，它是计算机系统内部进行数据或信息交换的通道：

数据总线：8根数据线、总线宽度8位；地址总线：16根地址线（直接寻址64k）；

控制总线：

工业用PC机的总线母板是独立的无源四层板（走线面、元件面、电源层和地线层），它的可靠性高于两层板。其规格有6槽、8槽、12槽、14槽等。

2 、显示模块(显示卡)

显示卡的主要作用：

接收来自CPU的控制命令和显示用的数据，经与CRT的扫描信号调制后，产生CRT显示器所需要的视频信号，在CRT上产生所需要的画面。

在CNC装置中，CRT显示是一个非常重要的功能，它是人机交流的重要媒介，它给用户提供了一个直观的操作环境，可使用户能快速地熟悉适应其操作过程。

显示卡是一个通用性很强的模块。它不仅随时可以在市场上买到，它还有非常丰富的支持软件，无需用户自己开发。

3 、输入/输出模块 ( 多功能卡)

它是CNC装置与外界进行数据和信息交换的接口板，即CNC装置通过该接口可以从输入设备获取数据，也可以将CNC装置中的数据送给输出设备。

该模块也是标准的PC机模块，一般不需要用户自己开发。如果计算机主板选用的是标准主板，则此板可省略。

以上三部分（计算机主板、显示卡、输入/输出），再配上键盘、电源、机箱，实际上是一部通用的微型计算机系统，它是CNC装置的核心，从某种意义上讲，CNC装置的档次和性能是由它决定的。CNC装置中计算机系统的合理选用是至关重要的。

4 、电子盘(存储模块)

电子盘是CNC装置特有的存储模块。在CNC装置中它用来存放下列数据和参数：

系统软件、系统固有数据；系统的配置参数(系统所能控制的进给轴数，轴的定义，系统增益等)；用户的零件加工程序。    

计算机领域所用存储器件有三类：

磁存储器件，如：软/硬磁盘（读/写）。光存储器件，如：光盘（只读）。电子（半导体）存储器件，如 RAM 、ROM 、FLASH等。

前两类一般用作外存储器，其特点是容量大，价格低。

电子存储器件一般用作内存储器，其价格高于前两类。若按其读写性能来看，它又可分为三类：

只读存储元件（ROM、PROM、EPROM、E2PROM）；易失性随机读写存储元件（RAM）。非易失性读写存储元件。

这类器件有：

E2PROM ；FLASH ；带后备电池的RAM 。

在CNC装置中，常采用电子存储器件作为外存储器，主要是考虑到CNC装置的工作环境有可能受到电磁干扰，磁性器件的可靠性低，而电子存储器件的抗电磁干扰能力相对来讲要强一些。

因电子器件组成的存储单元是按磁盘的管理方式进行的，故称其为电子盘。电子盘的规格有：1.44MB、2.88MB、6MB、12MB等。

5 、PLC(Programmable Logic Controller)模块

PLC模块：CNC装置实现顺序控制的模块。

PLC模块的作用：接收来自操作面板、机床上的各行程开关、传感器、按钮、强电柜里的继电器以及主轴控制、刀库控制的有关信号，经处理后输出去控制相应器件的运行。

CNC装置与被控设备交换的信息有三类：

开关信号、模拟信号、脉冲信号。

上述信号由于其类型、电平、功率以及抗干扰的原因，一般不能直接与CNC 装置相联，需要一个接口对这些信号进行变换处理。

PLC模块变换处理其目的：

满足CNC系统的输入输出要求。信号转换主要包括几个方面：

电平转换；A/D、D/A转换；数字量与脉冲量相互转换；功率匹配；阻断外部的干扰信号进入计算机，在电气上将CNC装置与外部信号进行隔离，以提高CNC装置运行的可靠性。

CNC 机床用的PLC 一般分为两类：

内装型（Built-in Type ）PLC（或集成式、内含式）。独立型（Stand-alone Type）PLC（或通用型）

6 、位置控制模块

位置控制模块是进给伺服系统的重要组成部分，是实现轨迹控制时，CNC 装置与伺服驱动系统连接的接口模块。

常用的位置控制模块有：

开环位置控制模块：CNC 装置与步进电机驱动电源的接口；闭环（含半闭环）位置控制模块：CNC装置与直流、交流伺服驱动装置的接口。

7 、功能接口模块

实现用户特定功能要求的接口板，实例：

仿形控制器接口；激光加工焦点自动跟踪器接口；刀具监控系统中的信号采集器接口板。

三、数控系统( 硬件)简介

我国数控系统是具有自主版权的高性能数控系统之一。它以通用的工业 PC机为基础，采用开放式的体系结构，系统的可靠性和质量得到了保证。它适合多坐标 (2-5 轴) 数控 镗铣床和加工中心，在增加相应的软件模块后，也可适应于其它类型的数控机床 ( 数控磨床、车床、齿轮加工机床等)以及特种加工机床（激光加工机、线切割机等）。

四、多主结构的CNC系统硬件简介

多主CPU 结构中，有两个或两个以上的CPU 部件，部件之间采用紧耦合，有集中的操作系统，通过总线 仲裁器( 由硬件和软件组成)来解决总线争用问题，通过公共存储器来进行信息交换。

1 、多主结构的特点：

能实现真正意义上的并行处理，处理速度快，可以实现较复杂的系统功能。容错能力强，在某模块出了故障后，通过系统重组仍可断继续工作

2 、多主结构的结构形式：

共享总线结构型；共享存储器结构型。

结构特征：

功能模块分为带有CPU 的主模块和从模块 (RAM/ROM ，I/O 模块 )，以系统总线为中心，所有的主、从模块都插在严格定义的标准系统总线上。采用总线仲裁机构 ( 电路)来裁定多个模块请求使用系统总线的竞争问题。

共享总线结构的优点：

结构简单、系统组配灵活、成本相对较低、可靠性高；

共享总线结构的缺点：

总线是系统的“ 瓶颈” ，一旦系统总线出现故障，将使整个系统受到影响；由于使用总线要经仲裁，使信息传输率降低。

结构特征：

面向共公存储器来设计的，即采用多端口来实现各主模块之间的互连和通讯，采用多端口控制逻辑来解决多个模块访问多端口存储器冲突的矛盾。

由于多端口存储器设计较复杂，对两个以上的主模块，会因争用存储器可能造成存储器传输信息的阻塞，这种结构一般采用双端口存储器（双端口RAM）。