西门子模块6ES7221-1EF22-0XA0型号含义
PLC系统负荷
作为过程控制的系统，若您必须在PLC系统和分布式智能中做出选择，如何拥有两者好的功能呢？若能对您的PLC系统进行增负荷，您将怎么办？
这里就是方法—对您的现有PLC系统新增远程智能I/O。
图3
EtherNet/IP™通讯协议
如同DCS，PLC也曾是封闭和私有的系统。现在许多类似系统—比如Allen-Bradley®、ControlLogix® 和CompactLogix®PLC—使用一个由以太网和EtherNet/IP（由A-B和开发的工业协议，当前已被开放设备供应商协会采纳支持）组成的常见通讯平台。
EtherNet/IP的主要优势在于它提供了一个在不同产品厂商间广泛使用的标准通讯通道。使用EtherNet/IP协议的PLC更易于与其他设备进行通讯。这种互用性将给您带来更多的选择。
作为一个控制工程师能使用支持EtherNet/IP的硬件和软件如Allen-BradleyCompactLogix、ControlLogix PLC和RSLogix，为了特定目的需要选择其他厂商的I/O。
新选择
PLC系统按种类不包括分布式控制。当你深刻意识到新增模拟I/O时，你必须为你的过程I/O增加新的梯形逻辑图。额外的逻辑和I/O点将消耗掉系统开销，增加的网络负荷和扫描次数的降低会影响整体系统性能。
一个令人激动的选择—EtherNet/IP出现了，它能够扩大带I/O点的PLC系统。你可以选择对PLC系统增加DCS的分布式智能。
Opto 22的SNAP I/O™能扩大A-B ControlLogix或CompactLogix系统—或者另一个使用EtherNet/IP的PLC系统—只需这么做：提供远程智能I/O卸载许多I/O功能，尤其是大部分过程控制应用中涉及迟钝的模拟信号处理。远程I/O处理类似功能如模拟量梯度设定、热电偶线性化、标定、PID回路控制，PLC能继续正常工作而几乎不受影响。
无需编程的方案
在PLC系统中，许多远程I/O通过总线耦合进行通讯。过去，在I/O层放入智能处理器意味着购买另一个PLC并使用梯形逻辑或学习新的语言对其进行编程。两者都需要开发时间和费用。
Opto 22的SNAPI/O，其优势之一也在于无需编程。所有I/O智能功能内置入I/O，其设备叫做智能处理器。智能处理器提供通讯，如总线耦合，也提供自动I/O处理。当I/O配置完成后，智能处理器马上开始处理。其与A-BPLC兼容的SNAP I/O由ODVA认证支持EtherNet/IP协议。
内置远程I/O功能
在过程控制应用方面，以下SNAP I/O的内置模拟量功能尤其有用：
PID回路控制（每个智能处理器拥有多达96个回路）
小和大值
模拟量标定
校准
求和
工程单位换算
热电偶线性化
温度转换
看门狗定时
输出锁存
SNAP I/O在相同的I/O地板上提供串口和数字量功能：
多重串行设备控制（RS 232/485）
输入闭锁
数字量过滤
积分运算
高速计数
看门狗定时
脉冲发生
脉冲测量
时间比例输出
频率和时间测量
在远程I/O中新增以上功能，无需编程也不会对整体系统造成影响，这种能力可以对您的系统增负，并能在新的过程控制任务上获得成功。
图4
PLC让你满足了吗？
自动化行业的历史已经成为工程和技术的发展史，但有时发展似乎并不能满足用户愈来愈多的需求。新的现场设备、更复杂的过程、将数据反馈给企业网络的需求，所有这些要求都可能让一个控制工程师崩溃。
随着自动化应用的飞速发展，不少曾经被视为强大和面向未来的系统已逐渐被淘汰。甚至于一些运行多年先进的控制系统造车网版权所有，仍受着当时的设计和制造能力所限。
历史一览
过去的自动化系统一般都是为特定行业在特定目的下开发的。例如，可编程逻辑控制器（PLC）初是为取代控制和监测离散机器及设备的机械继电器而开发，如灌装厂的开关控制。这些继电器本质上就是开关，或开或关，PLC内部的梯形逻辑编程用于模拟原来继电器的功能。
对于一个大量离散应用的系统，中心控制器的任务是系统地读取所有输入/输出（I/O）点的状态，处理逻辑，反馈给I/O输出，并快速地不断反复这程。PLC速度无疑很快。
图1
输入模拟量
作为对比，许多复杂的过程如炼油、污水处理往往使用较少的开/关数字量信号。这些过程涉及大量的可变模拟信号如温度、压力、变量泵等。不同类型的系统—集散控制系统（DCS），就是为了适应这些应用而开发的。
在DCS中，读、写及逻辑处理都不是集中在中心控制器，而是分散到一些被控装置附近的小型智能单元中。中心控制器提供集中管理。
分布式智能对于过程控制是必不可少的，因为模拟信号和逻辑对处理能力有更大的需求。例如，将电信号转换成摄氏温度涉及复杂的数学公式。一个单一的控制器无法处理所有这些模拟任务；若分工进行，非常大的系统也能顺畅运行。
当代的挑战
如今的自动化应用已不再被狭义地界定。离散控制和过程控制都需要涉及到任务中。我们可以看到这一趋势，大型DCS生产商的新产品中包含混合系统，如Emerson的DeltaV®及ABB的Freelance®。
控制工程师花费大量的时间开发和运行的离散系统现在可能需要在增加过程控制。由于PLC系统和DCS架构的差异，从PLC方向发展的混合系统将面临一些问题。
过程控制的替代
对PLC系统新增过程控制会涉及成本、集成、系统性能等问题。一个完整的DCS由于尺寸、费用以及系统学习的复杂性很难进行调整。对于企业中中小型的过程控制，如药品、食品及饮料行业或水、污水处理等应用，一个完整的DCS有些浪费。
使用新的混合系统可能意味着放弃一个现有的良好运行的系统。地，将DCS与你的现有系统集成又很困难，因为这些系统是私有的。处于制造和市场的目的，一般这些系统被设计成封闭系统。
基于PC的过程控制是一种可能性，操作系统的可靠性和工业应用对硬件的要求仍存有疑虑。而集成也可能较困难，涉及工程时间和费用问题。
如何简单地使用PLC的过程控制及离散制造？新的PLC提供模拟量功能，PLC制造商为了满足过程控制的需要，近新增了功能。
基于PC控制和PLC系统都缺少分布式智能，而这一智能恰恰是DCS的优势。任何大量的模拟量逻辑将减缓扫描次数，增加网络负荷，逆向地影响系统能力。对于模拟量设备，减少扫描次数还尚能接受，但对运行数字量控制的PLC则无法负担延缓下来的关键数字量响应时间。
图2 DCS系统集散控制能源
.5 高可靠性和易移植性
（1）高可靠性
PCC具有极高的可靠性，平均无故障时间MTBF达到50万小时（相当于57年）以上，属于免维护产品，明显高于一般的PLC和IPC（目前市场上好的PLC硬件平均无故障时间MTBF达到30万小时）。
（2）可移植性强
在不同系列、不同型号的PCC上所编制的程序，都可以不用修改源码本身，而直接移植到的PCC系列或者类型上。这是因为贝加莱所有的PCC硬件平台都基于相同的操作系统内核，采用标签变量关联的编程方式，用户在编程时不需要过多关注实际的硬件I/O映射关系（只需要将各个标签名分别映射到相关的I/O通道上），而把主要注意力集中在工艺算法本身。
2、由PCC的CPU和X20 I/O构成的全开放分布式系统
2.1 高标准设计的全开放型、高密度X20 I/O系统
近两年，对I/O产品的开放性和兼容性的需求越来越强烈， X20I/O系统是真正意义上的开放型I/O系统：其开放的I/O系统至少可以为用户节约20%的成本，独到的I/O模块设计，为用户带来了更多利益，如结构紧凑，符合人体工程学；极高的组件密度和I/O通道密度；模块化安装，且其安装、调试、维护简便；现场分布式I/O架构；可支持预接线及热插拔技术；支持几乎所有主流现场总线标准；兼容多种主流品脾的PLCCPU，如Siemens、RockwellAB、Schneider、OMRON等。开放的I/O使用户在选择I/O产品时，突破品牌的限制，尽享标准化I/O所带来的利益。
图5 X20 I/O模块
X67 I/O系统，不仅秉承了X20I/O的优势具备IP67防护等级，可以直接安装在电控柜外面，具有防水、防尘功能。为满足项目需求及非常规的应用要求，X20系列产品除包括常用的数字量和模拟量I/O模块外，还为用户开发了高速计数、PWM、编码器、NC等多种功能强大的专用模块。并且所有I/O模块的每个通道均留有便于万用表探针进入的测试维护孔，这也是非常人性化的一种设计。
2.2 使用全开放的X20总线控制器和POWERbbbb等现场总线实现X20I/O模块的扩展并可构成兼容于第三方控制系统的远程分布式I/O系统
X20的总线控制器模块能够让客户自由、灵活地选择各种系统架构，让用户真正做到按需求来决定架构。
X20总线控制器能够兼容多种主流的现场总线，主要包括以下：Ethernet POWERbbbb、EtherNet TCP/IP、CANopen、Devicenet、Profibus-DP、Profinet、ModbusTCP/IP等。贝加莱还推出了带有CPU性能的智能总线控制器，该类型的总线控制器在帮助用户扩展X20I/O模块的还能进行数据的采集和处理。
经总线控制模块，X20系统可作为一个强大的I/O扩展站。标准化EDS或GSD描述文件能帮助用户在非B&R系统的第三方编程环境下简便地完成对X20系统组件的集成、配置和编程。无论用户目前或以前所使用的控制系统（如PLC）是哪一家主流自动化生产厂商所提供的，B&R的X20I/O模块都可以通过总线控制器方便地与它们的CPU连接；如果客户使用的是成套的贝加莱PCC系统，那么也可以在贝加莱任何一款PCC系统中通过X20总线控制器连接X20 I/O模块。
图6 X20、X67 I/O通过总线控制器连接到西门子的PLC系统中
在图6中，X20BC0063是带Profibus-DP总线接口的总线控制器，如西门子PLC系统的主站是S7-300，从站控制器是贝加莱的X20BC0063或X67BC6321，将X20BC0063或X67BC6321总线控制器模块的GSD文件导入STEP7中，即可在S7-300 PLC系统硬件组态时识别X20/67I/O模块。贝加莱I/O的设备描述文件（GSD或EDS）可以直接从贝加莱中文网站的主页下载。
X20分布式控制的设计理念，不仅是一整套完整的控制系统，还可以使用CAN、EthernetPOWERbbbb、X2X、Profibus等总线把远程分布式的模块组方便地连接起来，使传统的控制技术和分布式I/O技术完美地实现了结合。每个分布式底板之间，在不需任何中继转换器支持的情况下，采用X2X通讯其间隔距离大可达到100m，速率可达12MHZ，支持253个I/O站。采用铜芯双绞线作为站间X2Xbbbb的通讯介质，可实现大限度的抗干扰。无论是本地I/O还是远程I/O，用户可灵活方便地决定其整体拓扑结构。灵活的分布式架构，不但可以无缝连接X20、X67，还可以根据不同需求做出完整的解决方案。X20分布式控制系统还可采用环网冗余、通讯电缆冗余等方案来构成冗余系统以提高其可靠性。
3、结束语
PCC作为一种可编程计算机控制器，是专为在工业环境下应用而设计的，它既是一种新型的定性分时多任务PLC，又是一种模块化插装结构的IPC或PC-Based。它不但具备传统PLC的所有功能，融合了新的IT网络技术和可选择的语言编程环境，具有更强大的数学运算能力、网络通信能力、抗干扰能力和控制能力，从而代表了PLC的发展方向，具有更高的可靠性、更强大的功能和更广泛的适用性。
为了顺应PLC、IPC及DCS技术相互融合相互促进的工业自动化发展潮流。贝加莱的PCC携其DCS APROL和工业计算机Automation PC，已越来越广泛地进入各类工业应用领域，并日益显露出其不可低估的发展潜力。
基于分时多任务操作系统，PCC的应用程序可分为多个独立的任务模块，这样就给项目应用软件的开发带来了很大的便利，因为这样可以方便地按控制项目中诸如数据采集、报警、PID调节运算、通信控制等各部分的不同功能要求，分别编制出相应的控制程序模块（任务）。这些模块既各自独立运行，而其数据间又保持一定的相互关联，它们经过分步骤的独立编制并完成调试之后，一并下载至PCC的用户程序存储区中，在该分时多任务操作系统的调度管理下并行运行。在这个多任务系统中，根据不同任务对实时性能的不同需求，设计人员可以指定不同的优先等级并确定它们各自的循环周期，从而实现确定的分时多任务控制。即便某个任务处于等待状态，别的任务也可继续执行。这一系统特点，可示于图3中。
图3 PCC的软件体系
这种多任务的运行机制，采用了大型应用软件的模块化程序设计思想，带来了项目开发效率上的提高，有着常规PLC所无法比拟的灵活性。因为多任务的思想使得各个任务模块的功能描述更趋清晰简洁，用户可以自行开发既具有自己特点而又不乏通用性的独立功能模块，并将其封装以便于日后在其他应用场合中重新使用。
1.3 强大的系统能力和极高的处理速度
（1）高性能、全开放、集成化的CPU
贝加莱的PCC主要包括2005、2003和X20CPU三个系列，由于其在网络通信方面的开放性和结构上的模块化，这三种系列的PCC在构成控制系统的方式和规模上又是十分灵活的。贝加莱2007年推出的X20系列PCC成为了高精度机械自动化和高可靠性过程自动化等复杂、灵活自动化系统的通用选择。
X20 CPU——新一代PCC的CPU，基于Inbbb X86Processor技术，采用Runtime实时操作系统，秉承了贝加莱PCC的定性分时多任务的控制特点，可采用符合IEC61131-3标准的多种工程编程语言以及AutomationBasic、ANSI C两种语言编程。
X20CPU的主板集成了多种通信接口，包括RS232、标准以太网接口TCP/IP、工业实时以太网接口EthernetPOWERbbbb、2个USB。采用可插卡式的CF卡作为存储介质。
X20 CPU是一款开放性极高的产品，通信模块系列包括了CAN、EthernetPOWERbbbb、Profibus、DeviceNet、Modbus、RS485/422、RS232等，方便扩展和兼容各种目前市场上主流的现场总线，体现其开放式的网络架构。CP3486的主板具有三个通信模块接口。
（2）CPU的多处理器结构和极高的系统响应速度
系统的响应速度不仅由CPU决定，还与I/O数据的传输速率有关。PCC的主CPU本身速度极快，还借用大型计算机的结构，采用I/O-Processor单独处理I/O数据传输，采用DPR-Controller双向口控制器负责网络及系统的管理。也就是说，一个PCC模块上有三个处理器，它们既各自独立而又相互关联，大限度地提高了整个系统的速度。
CP3486是X20 CPU系列中性能高的产品，采用了Inbbb Celeron 650处理器及附加的I/O处理器和浮点处理器FPU。系统的单步指令处理周期快可达到0.01μs，单个工作任务循环周期可达200μs，是当前世界上性能强、运算快的PLC/PCCCPU之一。
系统频率、相位测量响应速度极快：主CPU内含有一个TPU,可计算处理频率高达4MHz至6MHz的脉冲信号，能巧妙地解决系统的频率和相位测量问题，该功能在电力系统中可实现快速自动准同期并网。
（3）强大的数据通讯功能
PCC在远程通信方面的灵活性，是区别于常规PLC的另一显著标志，作为现场分布式控制系统的主要供应商之一，贝加莱为此提供了十分灵活多样的解决方案。除在1.3（1）中已提到的各种开放式现场总线的网络方案之外，PCC还提供了多种网络协议，用户不仅可以采用贝加莱的独有网络协议，也可以方便地与其他厂家的PLC或其他工控设备联网通信（如Siemens、罗克韦尔AB、施耐德Modicon等），在一些特殊情况下，PCC还为用户提供了创建自定义协议的帧驱动（Framedrive）工具。特别值得一提是EthernetPOWERbbbb网络协议，这是2001年贝加莱公司当竞争对手还在讨论实时工业以太网概念的时候，便在全球次推出实用化的实时工业以太网络，这也是全球个开放的安全级（SIL3）实时工业以太网。2007年初该公司又发布了千兆级实时工业以太网EthernetPOWERbbbb（如图4所示）。由于具备这样的技术优势，PCC常常能轻松地实现与各种不同产品，不同通信协议的高效互联。
图4 实时工业以太网Ethernet POWERbbbb构成的通讯网络
1.4 软件的集成开发环境及灵活的软件开发方式
（1）集成化软件开发工具Automation Studio
PCC的编程组态软件采用AutomationStudio集成化软件工具，基于同一个软件平台，全部解决整个自动化项目的集成。在该软件平台中集成了触摸屏画面组态、PCC编程调试、伺服驱动器编程、离线与在线仿真测试等丰富的软件开发功能，从而可以大大地提高项目的开发效率。
（2）灵活的软件开发方式
PCC的编程器采用普通PC机，配以一套功能强大的集成化软件开发工具AutomationStudio。除编制和组态应用程序以外，它还能为工程师提供源程序级的单步、断点、单周期及PCC在线错误自诊断等多种形式的调试手段，使应用程序的开发十分灵活便捷。通过开发软件包所提供的多种函数，用户可在短时间内编制出高效而复杂的控制程序。
一个项目中的各项软件任务可以由不同的程序员分别编制，各程序员基于共同的约定，可以灵活地选用不同的编程语言，这就意味着不仅在常规PLC上一直为人们所熟悉的梯形图、指令表、顺序功能图、功能块图和结构化文本等符合IEC61131-3标准的工程语言可以在PCC上继续沿用，程序员还可采用更为高效的语言，比如ANSIC 和AutomationBasic，并可以在同一个项目中采用多种语言混合编程，从而较易实现复杂的数学运算功能和过程控制算法。所有这些编程语言，PCC都采用“符号变量”来标识外部I/O通道及内部寄存器单元（例如用户可用motor_run来代表某开关量输出通道，button_down代表某开关量输入通道）。这样，软件开发人员毋需熟知PCC内部的硬件资源分布，而只须集中精力于项目本身的工艺需求，即可迅速编制出结构清晰功能明确的控制程序来。
（3）贝加莱与亚控科技合作打造了King View for B&R定制化软件
从2007年开始，贝加莱便与中国民族自动化软件的开拓者北京亚控科技合作，以亚控组态王6.53为基础，为贝加莱量身定制了Kingviewfor B&R软件，方便、快捷、易学易用是此款定制化软件的亮点。近该软件已正式推出，它是对AutomationStudio的补充，可以说是如虎添翼。KingView forB&R软件除具有组态王6.53所具备的功能外，还具有以下特点：
＊ 以驱动的方式支持贝加莱的所有系列产品；
＊ 支持冗余服务器、冗余CPU、冗余网络；
＊ 支持自动上传PCC中的变量；
＊ 支持结构体和数组变量类型。
目前，此产品已成功地应用于许多行业。如：在甘肃某水泥项目上的应用，受到了客户的普遍赞誉。
King View forB&R软件的诞生，为于SCADA系统的客户提供了极大的便利，客户不用再为众多不同的OPC配置方法而苦思冥想，不用再为定义两遍标签变量而烦恼。KingView for B&R软件是一款真正适合中国客户使用的软件