西门子模块6ES7232-0HD22-0XA0质量保障

西门子模块6ES7232-0HD22-0XA0质量保障

一、概述
　　在通信领域，“同步”概念是指频率的同步，即网络各个节点的时钟频率和相位同步，其误差应符合相关标准的规定。目前，在通信网中，频率和相位同步问题已经基本解决，而时间的同步还没有得到很好的解决。时间同步是指网络各个节点时钟以及通过网络连接的各个应用界面的时钟的时刻和时间间隔与协调世界时（UTC）同步，起码在一个局域或城域网络内要和北京时间同步。时间同步网络是保证时间同步的基础，构成时间同步网络可以采取有线方式，也可以采取无线方式。在这里我们主要介绍互联网时间同步技术及产品，也就是通过支持NTP协议的网络时间服务器（中新创科DNTS系列）实现网络时间同步。
　　时间的基本单位是秒，它是国际单位制（SI单位制）的七个基本单位之一。1967年的国际计量大会（CGDM）给出了新的秒定义：“秒是铯133（133Cs）原子在0K温度基态的两个超精细能级之间跃迁所对应辐射的9192 631770个周期所持续的时间”，即“原子秒”（TAI）。目前常用的协调世界时实际上是经过闰秒调整的原子秒。
　　目前在国际基准和国家基准层面所使用的主要是铯原子钟。中国计量科学研究院建立的冷原子喷泉铯原子钟其频率复现性为5×10－15，已接近国际先进水平。其实，在应用层面上并不需要国家基准这样高的时间和频率准确度。不同的应用对准确度的要求是不同的，表1列举了一些典型的应用对时间准确度的要求（应用界面时间相对于UTC时间的误差）。
表1：一些典型的应用对时间精度的应用
应用 时间精度要求
用于银行、证券、股票和期货交易的计算机和服务器 1秒
电力线故障诊断 1微秒
交换机及计费系统 1秒
CDMA2000和TD-SCDMA 10毫秒
网管系统 500毫秒
7号信令监测系统 1毫秒

二、时间同步网络技术
目前有多种时间同步技术，每一种技术都各有特点，不同技术的时间同步精度也存在较大的差异，如表2所示：
表2：各种常用的时间同步技术
时间同步技术 准确度 覆盖范围
短波授时 1～10毫秒 全球
长波授时 1毫秒 区域
GPS 5～500纳秒 全球
电话拨号授时 100毫秒 全球
互联网授时（NTP） 1～50毫秒 全球
SDH传输网授时 100纳秒 长途

1、 长短波授时时间同步技术
利用无线电信号授时已经具有80多年的历史，国际上长波授时主要使用罗兰-C系统，国内发射台设在沿海地区，主要用于军事和导航，尚不民用。
2、 电话拨号时间同步技术
电话拨号授时（ACTS）使用的设备相对简单，只需电话线、模拟调制解调器、PC及客户端软件即可。目前这种计算机主要用于校准家庭个人计算机时间，不具备实时性。
3、 GPS时间同步技术
GPS时间同步技术是当前较成熟并在国际上广泛采用的时间同步技术。目前国际上除了美国的GPS还有前苏联的GLANASS系统和我国的“北斗”系统。GLANASS系统由于经济原因，健康星的数量有限，稳定性和可靠性无法保障。“北斗”系统尚未民用，无法做到实时覆盖。目前GPS属于比较成熟可靠的系统。
4、 互联网时间同步技术
使用互联网同步计算机的时间是十分方便的，目前这种方式在局域网内得到广泛的应用。微软公司已将网络时间协议（NTP）嵌入到bbbbbbsXP系统中，只要计算机能联网，就能进行局域网或广域网内的计算机时间校准。标准的NTP协议采用的是RFC1350标准，简化的网络时间协议（SNTP）采用的是RFC1769标准。NTP协议包含一个64bit的协调世界时（UTC）时间戳，时间分辨率时200ps，并可以提供1~50ms的时间精度（依赖网络负载）。但实验表明这种技术在洲际间的校准精度只能达到几百毫秒甚至只能达到秒的量级。在庞大的网络中应设立一级和二级时间服务器来解决精度的问题。

还有两个相对简单的、低精度的互联网时间协议：Time协议（RFC868）和Daytime协议（RFC867），可以提供1s校准精度的广域网时间同步。
三、中新创科的网络时间服务器
一直以来，中新创科公司致力于网络时间服务器的研发，并取得了广大客户的认可。目前产品分多个型号可满足不同行业的网络时间同步需求。中新创科的DNTS系列网络时间服务器已经在：电力、铁路、军队、电信、政府机关等行业有着广泛的应用。
中新创科的DNTS时间服务器是GPS时间同步技术和互联网时间同步技术的结合。采用19英寸1U机架式设计，内置GPS接收机，以GPS卫星时间为标准时间源，支持NTP协议（V2.0/V3.0/V4.0）和SNTP协议。能够为局域网内成百上千的计算机、路由器等提供时间校准。下图1为网络时间服务器的应用方案：随着我国经济的高速发展和城镇化程度的不断**，工业污水和生活污水日益增多。为维持经济的持续、健康增长和生态环境的良性循环，必须对工业及生活污水加以处理。目前，在我国主要城市和经济发达地区的城镇均已建成了各种规模的污水处理厂，但大部分经济欠发达地区的县市和小城镇没有对各类污水采取处理措施，而是直接排入附近河流。随着环保要求的不断**，未采取污水处理措施的小城镇在未来若干年内必然会建立污水处理厂。小城镇量大面广，对污水处理设施的需求量很大。受投资额的限制，这些污水处理厂更愿意采用经济、实用的产品。本文介绍的监控系统在满足污水处理设备安全、高效运行的具有很好的性价比，具有良好的经济、社会效益和推广前景。

2原方案分析
在污水处理厂内，各种污水处理设备分布较分散。为监视现场设备的运行参数和运行状态，需要建立一套中央监控系统。该监控系统由现场检测、数据采集和处理、数据通讯和中央监控等部分组成，现场检测仪表检测到的设备参数和运行状态经过处理后通过计算机网络上传至中央控制室，中央控制室内的运行人员通过监控计算机监视全厂设备的运行状态。运行人员根据运行参数和设备运行状态发出各种控制指令，控制指令通过计算机网络传到现场，控制设备的相应动作。

现场需要对模拟量和开关量进行监控，主要模拟量有**信号、液位信号、压力信号、阀门开度信号等，主要开关量信号有刮泥车和吸泥车的启动、停止、运行、到位、故障及真空泵的工作状态等等。这些现场设备与中央控制室距离较远，目前大多数监控系统由分布式I/O完成检测与控制，现场设备与中央控制室之间的数据交换大都采用DP网络连接方式，在中央控制室设置DP主站，现场设备作为DP从站挂在DP网上。系统结构简图如图1所示。一个污水处理厂包括多个现场设备，每个现场设备作为1个DP从站连接到DP总线上。采用这样连结方式，现场施工工程量很大，需要架设电缆和桥架，费用较高，并且每个DP从站与DP主站之间采用有线连接，电缆容易损坏，维护起来比较麻烦。

针对传统控制系统存在的缺点，我们提出了基于和利时公司小型一体化PLCHOLLiAS-LECG3的无线解决方案。该方案的系统结构如图2所示。与传统通讯方案相比，该方案在现场设备和中央监控室间采用了无线通讯方式，具有传输距离长、可靠性好、抗干扰能力强、节省电缆、维护成本低等优点。

3方案设计
如图2所示，该方案采用和利时公司的小型一体化PLC的CPU模块LM3107进行数据采集和传输。LM3107本身自带RS232通讯接口，通过RS232连接到天线上，天线之间采用Modbus协议，具备CRC校验，协议简单、可靠性高。通过天线，可以实现远距离Modbus无线通信，从而实现了每个污水池（Modbus从站）的数据与上位（Modbus主站）之间的数据交换。Modbus主站再通过DP通讯模块接入DP总线，这样就可以实现所有现场设备（Modbus从站）与中央监控室（DP主站）之间的数据交换，完成数据采集与控制功能。

图3为数据流程示意图，每个模块之间的通讯都是双向的。对于污水池采集上来的数据，模拟量通过模拟量输入模块LM3310输入到下位LM3107模块（Modbus从站），开关量直接输入下位LM3107模块（Modbus从站），上位采用1个LM3107CPU模块与1个LM3401DP从站模块连接到DP网络中。

下位的LM3107通过RS232与无线通讯模块连接作为Modbus从站，上位的LM3107通过RS232与无线通讯模块连接作为Modbus主站。LM3107模块支持标准的ModbusRTU协议，上位与下位LM3107之间采用Modbus通讯。上位的LM3107再通过LM3401DP从站模块与中央监控室进行数据交换。
无线通讯可以根据实际情况选择如下Modbus通讯参数：
校验：奇校验、偶校验、无校验
位数：7位、8位
波特率：300bps、600bps、1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps、38400bps

4方案优势
本文提出的解决方案具有如下优势：
1.只需要1条DP线就可以把所有污水池采集的数据传送到中心监控室DP主站，与传统通信方案相比节省了大量通讯线缆，也减小了线缆施工工作量，**了系统的可靠性和可维护性。
2.采用无线通讯方式，数据传输距离长，数据利用天线透传，传输的距离与天线有关，多5K米。
3.采用LM3107可以实现多247个Modbus从站互联，节省了每个污水池的DP从站模块费用，取而代之的是每个污水池做为Modbus从站存在，只需要1个DP从站即可实现所有的污水池数据与中心监测站数据的交换。

5 结束语
经过一段时间的调试和试运行，由HOLLiAS-LECG3系列小型一体化PLC作为控制系统的无线监控方案已成功应用于污水处理现场。实践证明，该设计方案整体成本较低、数据传输距离长、可靠性好、抗干扰能力强、维护成本低、可操作性高，在市场中具备强有力的竞争能力，为污水处理行业增添了一套完善的解决方案。

当美国胜家（Singer）公司于1889年发明了全一台电动机驱动缝纫机后，开创了纺织缝纫工业的新纪元。二战后，纺织工业的霸主地位已逐渐被日本所占据。进入21世纪后，中国已成为工业缝纫纺织机制造业的新盟主。

　　如今，市场的发展期待纺织控制器达到高智能化、低成本、简易维修的标准，由于受芯片技术、工控主板功能等方面的制约，众多厂商在为选择能完全实现相关功能的、价格低廉的且性能稳定的控制板而烦恼。

　　蓝宇科技在多年的系统开发和与客户进行深入探讨的过程中，深入了解了纺织控制各方面的性能及对工控板的要求，基于蓝宇科技PCM-3499主板成功的为数量不少的纺织控制厂商开发出了多款产品，据了解，相关产品市场反应良好，在实际应用过程中表现出了高性能和高稳定性的特征，获得了各厂商的认可。

　　为了方便更多的客户进行项目选择，蓝宇科技特别把基于PCM-3499主板的纺织控制器方面的相关经验出来，以供各位厂商参考。

一、PCM-3499主板简介

　　PCM-3499是一款极高性价比、尺寸及其紧凑的嵌入式控制模块。在PC104规格的板子上实现了几乎所有的工业计算机所需要功能。

　　PCM-3499 板载嵌入式高性能16位处理器，该处理器内部为32位RISC架构并且与80C186处理器兼容，具有极高的性能，主频高达100MHz，内置了100M的以太网，并且支持1MB的SDRAM。其指令与其他X86微处理器兼容。

　　板上功能包括10/100M高速以太网接口，PC104接口，TFT接口和LVDS接口，VGA接口,支持标准IDE接口（DOM,普通硬盘）、并口、四个串口（RS-232 和RS-485，四个串口都可配置为TTL电平接口）、USB接口、DOC接口、PS/2键盘口、RTC实时时钟、铁电,电池后备SRAM非易失性存储器、看门狗、蜂鸣器接口、通用GPIO、和8/16位兼容的ISA总线等。

　　在一单片闪存芯片上集成了系统BIOS、1.44M 闪存盘（Flash Flopy Disk —— FFD，根据用户需要可扩大成8M闪存）和16点阵二级汉字库，以少数量的芯片实现小尺寸的模块的多的功能。

　　完全自主开发的显示控制器，可以实现高1024 768 真彩色高性能显示效果。

　　如果需要更多的其他功能可以通过PC/104总线去扩展相关的功能模块。

二、PCM-3499纺织控制器解决方案系统架构

　　在蓝宇科技客户成功开发的纺织控制器案例中，我们简单介绍其中一个客户的基于蓝宇科技PCM-3499的纺织控制器系统方案，系统架构图示于图:

　　根据上图所示的整个系统方案的控制实现原理，我们把此方案的主控制单元分为上、下位机结构，并由PCM-3499来完成与上位机的协同和终端设备的控制工作。

　　上位机主要负责人机交互、文件读取与解析、部分传感器信号的处理;

　　下位机主要负责输出控制信号、协同工作以及部分传感器信号的处理。

三、基于PCM-3499的纺织控制器的技术实现

　　（一）、通讯信道

　　PCM-3499板载10/100高速以太网接口，4个串口，16C550兼容UART ，COM1 为9线RS-232，COM2为9线，COM3 RS-232 或者RS-485 可选，COM4是3线的RS-232 口（TTL和RS232可选），提供13路（5V电平）单向数字 I/O通道和4路3.3V电平（5V兼容），双向可编程数字I/O ，8位,16位动态IO总线。

　　PCM-3499在通讯中可以以RS485或者10/100M以太网接口与上位机实现通讯互联，在与终端设备（电机、监视器等）可以通过串口、ISA总线等进行通讯。

　　（二）数据处理分析

　　PCM-3499的CPU应用了RISC的技术，64bit指令队列，5级流水线，相对于传统的CISC技术，指令周期短。不分频的系统时钟（386是2分频），外部时钟100MHz，内部时钟100MHz。高速内存总线（200Mbyte/S），在数据通讯应用方面可以充分发挥大数据量吞吐的优势。8KB的高速缓存。性能高，速度快，经过测试，实际性能相当于486SX-100MHz。

　　PCM-3499的DOS操作平台在486的CPU基础上可以支持复杂的应用程序，实现对终端设备如步进电机的精密控制。

　　（三）存储

　　DOS操作系统和在此基础上开发出来的复杂应用程序本身要占用一定的存储空间，相关终端设备的监控信息、上位机下达的指令和传送的相关资料如纺织图案等也必须占用一定的存储空间，这都要求控制器具有一定容量的存储功能。

　　PCM-3499 提供了非常完善的数据存储解决方案，BIOS中集成了完全自主知识产权的高性能1.44M 或更高容量的Flash电子盘，用于存贮应用程序及数据，对于小程序及数据的用户不需要购买DOC或硬盘，就能直接建立完整的应用系统，降低了系统成本。应用程序访问Flash电子软盘与PC上的访问普通软盘一样，访问速度和重复寿命要远远超过普通软盘。

　　由于BIOS提供了对IDE设备的直接支持，用户也可以使用CF卡等大容量存储设备，或与电子软盘交换文件。系统启动时查找IDE设备，并优先从IDE设备引导系统，如果没有IDE设备，则从电子软盘引导系统（提供配制工具可强制从电子软盘优先启动）。还提供了DOC电子盘接口，支持8～1G的M-system DOC 电子盘。通过USB接口，支持U盘，可以热插拔，快速方便数据交换方式。

　　（四）显示及输入

　　在特殊的情况下，用户可能需要通过人机交互界面对下位机进行直接的操作，PCM-3499自带PS/2键盘接口，显示共享系统SDRAM高速内存8MB（ 高32MB） ，支持TFT LCD高1024 x 768 真彩色，支持LVDS LCD高1024 x 768真彩色，支持CRT 接口，支持触摸屏，为客户提供多种显示解决方案。

四、开发方式及编程要点

　　1、 开发方式

　　n 根据使用习惯，用户可以使用TC2.0（本地开发）、BC3.1（远程开发）、BC4.5（远程开发）开发程序。

　　n 根据使用习惯，用户还可以使用DEBUG调试硬件。

　　n 开发好的运行程序，可以拷贝到电子盘上（通过TDRF软件，或者虚拟显示的COPY命令）

　　n 用户可以使用虚拟显示来格式化电子盘、传送操作系统、拷贝文件、察看内存等操作。

　　n 编辑AUTOEXEC.BAT批处理文件，增加键盘驱动、显示驱动、用户程序命令，以便加电后自动运行应用程序。

　　2、编程要点

　　n 以太网：我公司提供全套TCP/UDP/FTP源代码例子，用户很容易上手，参见DEMO例子程序。

　　n 485：我公司提供全套中断方式或查询方式源代码。参见DEMO例子程序。

　　nFLASH：我公司提供接口程序，可以实现每小时更新一次24小时连续工作时，寿命长达10年以上，更长的寿命我们认为没有必要。

　　n I/O：开关量使用IO函数访问

　　n 模拟量：使用双向PIO扩充串行A/D、D/A转换器，参见PIO例子程序

　　n 896KB内存使用：直接使用即可，不需要特殊技巧，参见DEMO例子程序。

　　n 文件操作：参见DEMO例子程序。

　　n RTC：参见DEMO例子程序。

　　用户可以修改FTP的例子代码，把存储文件改为存储到FLASH中。