西门子6ES7223-1BM22-0XA8一级代理
现场设备： 现场设备例如 I/O模块、交流驱动器、仪器或其它任何需要与 PLC 交换数据的自动化设备。这些应用已经成为传统现场总线系统的基本任务，例如Profibus-DP, DeviceNet 或 AS-Interface 总线。 PLC通常作为主站与现场设备连接。
HMI：人机界面设备既可以与现场设备连接显示生产线上的数据，也可以与作为一个监视系统与 PLC 相连。作为一个现场设备，通常是PLC作主站，这是传统现场总线的典型应用。当与监视系统相连时，PLC 一般与 HMI进行大量的数据交换。而这种应用通常是通过专用基于串行或以太网的专用协议实现的。
企业系统：当PLC 与 ERP 系统相连，PLC 的任务应该是完成实时性较高的任务和工厂级的数据处理，而 ERP 将PLC中的数据提取出来输入企业资源计划的其它系统。数据访问不应影响 PLC的控制任务和性能。在过去，这必须通过非常昂贵的专用驱动来完成，而现在 OPC 已经成为一种工业标准实现 PLC 和 ERP系统的互联。
HMS提供多种不同的 Anybus 嵌入式产品用于 PLC 应用:
Anybus-M 主站接口模块
Anybus-M 系列可互换通讯卡可以实现一次设计即可具备多种主从通讯功能，很多情况下这对于 PLC是非常有用的。 Anybus-M 主站接口模块已经被多家 PLC 制造商用于他们的产品以支持现场总线和工业以太网。
Anybus-CompactCom 即插式接口模块
这是 HMS 新开发的高性能低价格嵌入式单元，将全部的通讯技术，包括硬件和软件集成在一个紧凑的单元中。Anybus-CompactCom 高度的可互换性为小型 PLC提供了大的灵活性，经过一次设计就可以支持所有主流工业网络。
信息社会的标志性产品是电子产品，现代电子产品的性能越来越高，复杂度越来越大。在当今信息时代，数字技术已成主流。数字信号处理技术(DSP)在许多领域内具有广泛的用途，如雷达、图象处理、数据压缩和数字通信机等。传统的解决数字信号系统设计问题的方法主要有两种：(1)采用DSP处理器，(2)采用固定功能的DSP器件或ASIC器件。随着DSP系统复杂程序和功能要求的提高，这些DSP解决方案暴露出缺陷。DSP处理器方案成本低，但处理数据的实时性能差，限制了它在高速和实时系统中的应用；固定功能的DAP器件或ASIC器件可提供良好的实时性，但其灵活性差，不适合在实验室或技术开发等场和使用。现在，大规模可编程逻辑器件为DSP提供了第三种方案，CPLD及FPGA和DSP技术结合，能够在集成度、速度和系统功能方面满足DSP的需要，具备DSP处理器的灵活性和固定功能DSP芯片的实时性［2］。
加法器和乘法器是构成所有DSP系统的基本结构。加法器是基本的DSP算法，无论乘法、减法、除法或FFT运算终也要分解为加法运算。应用传统的二进制数表示实现的许多超大规模集成运算电路可完成大量数据的实时运算，但进位限制了运算速度［3］。一个没有进位的求和运算系统是众所期望的。
SD数是一种性能优良的数值表示形式［4］，在运算过程中可限制进位的产生，且位数的增加不影响运算速度，实现了真正意义上的并行运算。在本文中我们提出了一种新型的基于以2为基数p位SD数表示的加法电路。以下给出了SD数的表示方法，并用SD数在可编程逻辑器件［2］上用硬件描述语言(VHLD)实现SD加法器。
1 以2为基数的SD数表示方法
2 用SD数表示的求和算法
应用以上SD数表示方法，无需进位即可实现加法运算。而通常以二进制数表示的加法运算过程中都要产生因为，位数越多产生的进位越多，将严重影响运算速度［1］。两个p位SD数相加，即s=a+b，可通过以下两步实现。
设ci、mi和si分别是第i位SD数(i=0,1,2,…，p-1)的中间进位、中间和及结果，每一位都按以下两个步骤进行计算。
p=5时，a=(1,0,-1,-1,-1)SD＝9，b=(1,-1,0,-1,-1)SD＝5，图1说明了不同p值的SD数表示的5+9=14的计算过程。
由图1可知，应用以上算法实现的求和过程只需两步即可完成，且运算速度与操作数位数无关。而传统的二进制数求和运算则有进位产生，并行进位加法器结构简单，但产生的进位信号逐级传递，降低了运算速度，操作数位数越多，运算速度越慢；超前进位加法器可缩短运算进间，但增加了电路复杂程度，当加法器位数增加时电路的复杂程度随之急剧上升［1］。SD加法器可克服其缺点。
3 用VHLD实现SD加法器
根据SD数求和算法基础上，图2给出了SD加法器的方框图。一个p位SD加法器由p个基本运算单元SD全加器(SDFA)组成，每一个SDFA包含ADD1和ADD2，ADD1执行上述算法中的步，ADD2执行第二步。SDFA的逻辑电路可用VHDL实现。
VHDL是一种全方位的硬件描述语言，包括从系统到电路的所有设计层次［6］。在描述风格上VHDL支持结构、数据流行和行为3种描述形式的混合描述，几乎覆盖了以往各种语句描述语言的功能。整个自顶向下或自底向上的电路设计过程都可以用VHDL来完成［5］。本文应用HVDL设计以上提出的SD求和算法电路-SD加法器。
表1中规定了以2为基数SD数ai的二进制表示方法，其中ai(1)是ai的符号，ai(0)是ai的绝地值。以2为基数的p位SD数可由2p维向量表示：
图2说明了上述算法所描述的SD数求和过程。现在考虑基本运算单元SDFA，每一个SDFA中的ADD1都有8个二进制输入信号，可通过改变式(6)、(7)的条件减少输入信号。
OR是逻辑或运算符，上式中由于abs（ai）≠abs(bi)，T＝1时，（ai+bi)=-1,TL＝1时(ai-1＋bi-1＋bi-1∈｛-1，0｝，条件的变化仍能确保mi和ci-1符号不同，si∈｛-1，0，1｝，ADD1的输入信号由8个减少到6个，简化了逻辑电路。根据以上描述的输入、输出信号之间的逻辑关系即可用VHDL在PLD上设计出SDFA的逻辑图［2］［5］。
4 结论
本文提出的SD数表示方法，值域宽，表示灵活方便，基于SD数的求和算法速度高、电路简单，运算速度不受进位和操作数位数的限制，可实现高速求和运算。DSP系统中的数值计算和数据处理都是在求和运算基础上实现的，求和运算的速度直接影响整个系统的运行速度。本文用VHDL在PLD上实现的SD加法器可满足DSP系统对灵活性和实时性的要求，在DSP领域中具有重要的实用价值。
系统组成
某电厂化学水处理系统基础设备具有良好的可控性，利用PLC和工业控制计算机对其进行实时监控管理，系统基本组成如图1—1所示。
采用3台西门子公司的SIMATICS5—115U可编程序控制器控制现场的一次设备，程控系统分为3套，依次为＃1补给水处理单元、＃2补给水处理单元、＃3凝结水处理单元。
操作员站选用两台研华586工控机，软件开发平台选用美国Inbbblution公司的FIX5.5组态软件。FIX5.5是一种能完成数据采集及控制、报警、图形数据显示等功能的完整工业自动化软件，该版本在bbbbbbS或bbbbbbSNT环境下运行，采用了图形用户界面，相应其内部的图形处理是基于第三代图形技术。
数据通信系统采用SINEC L2网，它把SIMATIC系列可编程序控制器以及工控机连成网络。SNECL2是令牌总线网，网络传输介质是双绞线或光缆。每个节点通过总线连接器连到总线网上，在本系统中，三台PLC之间以及与两台工控机之间都实现了数据通讯。
该方案配置体现了分散控制系统的优点，即控制功能分散，操作管理集中。控制功能分散意味着系统实时响应快和系统危险分散，操作管理集中便于集中管理，方案配置还具有冗余特性。
2 PLC及其程序设计
2.1 SIMATIC S5-115U硬件组成及编程概要
可编程序控制器SIMATICS5-115U采用标准的模块式结构，电源、CPU、各种I/O模件都插在一块母板上，并可以根据不同的I/O点数增加扩展母板，输入、输出模件和存储器的精细分级，使得这种装置具有较强的配置适应能力；通过通讯处理器和局部网，可方便地实现PLC之间及与计算机的通讯。
SIMATICS5-115U的编程语言是STEP5，有3种表达方法，即控制系统流程图CSF，梯形图LAD和语句表STL。其中语句表STL接近于机器内部的控制程序，功能也比前两种方法丰富得多，在本系统实际编程应用中全部采用语句表STL。
STEP5的大特点是采用了结构化编程方法，并提供大量标准功能块如乘法功能块FB242、通讯功能块FB244等，使得编程工作大大简化，所编程序条理清晰，易于读懂、修改和测试，这一优点尤其在编制大型复杂程序时更能显现出来。
要完成复杂任务，可以把整个程序分成一个个独立的程序块，STEP5有5种块类型，即组织块(OB)、程序块(PB)、顺序块(SB)、功能块(FB)和数据块(DB)，其中组织块(OB)用以管理用户程序，形成了操作系统和控制程序之间的接口，所有其它类型块在此被调用执行。功能块(FB)用于实现反复调用或者特别复杂的程序功能，这些功能块可以是系统以标准功能块的形式提供的，也可以由用户自己编制。例如标准功能块FB242就可以实现16位二进制乘法功能、FB244可以实现CPU与通讯处理器之间的数据传送，用到这些功能时可以直接调用这些功能块。
2.2 SIMATIC S5-115U大型程序的设计
以本系统＃1补给水处理单元的控制程序为例，在组织块OB1内主要有下面几条语句，完成各功能块的无条件调用。
JU FB1 (定义PLC1向两台工控机传送的数据)
JU FB2 (定义两台工控机向PLC1传送的数据)
JU FB231 (完成PLC1与两台工控机之间通讯的基本设置)
JU FB232 (完成PLC1与PLC2、PLC3之间通讯的基本设置)
JU FB4 (实现自动控制及无扰切换功能)
JU FB3 (气动门及电动门控制)
JU FB10 (实现模拟量处理功能)
JU FB11 (报警处理)
在FB1、FB2内主要将需要通讯的数据分别写入某数据块如DB10的相应位，由此才能与通讯处理器中的变量取得一致。在FB231中调用两个STEP5本身提供的标准功能块FB244(发送数据)、FB245(接收数据)，再根据通讯处理器填写一些必要的参数如接口、作业号等，从而实现数据通讯功能。在FB232内按照通讯处理器分配的数据位，定义3台PLC之间需要传送的数据。在FB4内根据生产工艺流程要求及操作规范，充分利用其它功能块及I/O模块传送的数据，实现系统的自动控制及无扰切换功能；针对多个被控对象相似的特点，分别编制了几个有代表性的功能块FB20、FB30、FB40，例如在FB4内多次调用了FB20以便解决PLC内某程序步时间和工控机画面显示时间保持一致的问题，FB20内又调用了乘法功能块FB244。FB3根据FB4发出的自动程序步指令去控制气动门、电动门及泵等现场设备。FB10负责所有模拟量的处理，在此调用了开方功能块FB5。FB11根据FB10转换出来的数据，对模拟量进行报警处理，在此一定要注意模拟量和PLC内部数字量的对应关系，以保证模拟量显示和报警的准确性。
3 工控机监控管理软件的设计
工控机监控管理软件在FIX5.5软件平台下完成，FIX55是一个高精度模块化的软件系统，包括十几种软件模块，在此主要介绍开发本应用软件时所用到的几种软件模块。
(1)系统配置模块(SCU)：它主要完成网络、I/O驱动程序、数据库名称、系统启动参数及初始启动任务等配置。Inbbblution公司和第三方厂商为PLC、I/O卡编写了300多种I/O驱动程序，如SIEMENS、OMRON、MODICON、ABB等公司产品的驱动程序，并提供I/O驱动程序开发工具包，供用户开发自己的I/O驱动程序。
(2)数据扫描、报警和控制模块(SAC)：它用来实现现场数据的扫描、信号调理、数据格式和数据类型的转换，报警条件判别及实现遥控输出等功能，SAC将处理的现场数据送入实时数据库，或将遥控输出的数据送到I/O驱动程序，以便实现遥控输出功能。
(3)实时数据库管理模块(DATABASEBUILDER)：它提供以交互方式建立实时数据库和在线显示/修改实时数据库的功能，它是系统运行的主要数据来源。用户需要在此做很大一部分工作，主要的是填写变量的标签名，从而将现场数据与数据库中的变量标签一一对应起来，以便在其它模块中调用此数据。在填写变量标签名时既要讲究规范性又要有技巧性，需要遵循FIX软件的语法要求，按照一定的分类标准定义标签名，以便在以后的数据查询及应用中提高效率。
(4)绘图模块(DRAW)：FIX拥有一个直观的、基于对象的图形化用户接口(GUI)，它简化了图形开发过程。为了建立画面，可以用DRAW提供的工具箱(TOOLBOX)生成某些对象如阀门、泵、记录表等，并定义其动态特性，即对象基于现场数据改变状态、大小、颜色、产生旋转、移动等，例如阀门的开或关、泵的转或停，这些工作可以在一个对话框内完成，主要是将实时数据库中的变量标签与相应对象联系起来，从而使对象状态随着现场数据改变。为了减少图形开发时间，Inbbblution公司还提供了一个常用设备对象的图形库，其中有多种图形，可随时粘贴到用户画面中，用户可以把自己画好的常用图形保存到图形库中，以方便以后使用。
(5)显示模块(VIEW)：它的主要功能是动态显示由DRAW建立的画面，可以在多幅画面间切换、改变画面形态、输入数据、实现监控等，这就是提供给用户的实际操作画面。
4 系统功能
系统具有上位机监控功能和模拟盘监控功能，两者互为热备用方式并列运行。在上位机画面上设有上位机手动、上位机自动、上位机监视3种工作方式，方式之间的切换是无扰动的。
当系统需要由模拟盘监控时，上位机画面选择上位机监视工作方式。此时系统状态由模拟盘M/A转换开关状态决定，M/A置手动，可利用模拟盘按键在模拟盘上进行一对一手动操作。当M/A置自动时，系统可由自动程序实现水处理的自动控制。
当系统需要由上位机监控时，可在上位机画面上选择上位机手动和上位机自动功能。选择上位机手动时，可在上位机画面上实现就地设备的一对一手操。选择上位机自动时，可在上位机画面上进行自动启停控制，自动控制程序与模拟盘自动控制功能相同。
5 结束语
在大中型生产系统中，单机使用可编程控制器的时代已经过去，其与工控机的有机结合以及计算机网络的应用，大大提高了生产现场的自动化控制水平和管理水平，这是必然的趋势。
1 概述 在现代通信系统中，纠错码被用来提高信道传输的可靠性和功率利用率，因为它可以检测并纠正信号传输过程中引入的错误，抗干扰能力强，纠错码的设计是保证数据可靠传输的一个重要组成部分。 早在20世纪中期，香农(Shannon)就提出并证明了的抗干扰信道编码定理：设某信道有r个输入符号，s个输出符号，信道容量为C。当信道的信息传输率R<C时，只要码长N足够长，总可以在输入集合(含有rN个长度为N的码符号序列)中，找到M(M≤2C-ε，ε为任意小的正数)个码字，分别代表M个等可能性的消息，组成一个信道编码，选择相应的译码规则，使信道输出端的译码过程的小平均错误译码概率Pe，min达到任意小。 抗干扰信道编码定理只是一个存在性定理。它表明平均错误译码概率Pe趋向于0、信道信息传输率无限接近于信道容量的抗干扰信道编码是存在的。香农并没有给出相应的实现方法，但在这一定理的指引下，纠错码已发展成信息论的一个专门分支学科。几十年来，随着通信技术的发展和实际应用的不断增加，人们一直在努力寻找能够更加逼近香农限的高性能的编译码方法。从早期的分组码、代数码、卷积码，到的Turbo码、LDPC码，系统性能与香农限之间的差距越来越小。表1是几种重要编码的指标比较。 LDPC码是Gallager早于1962年提出的，亦称Gallager码。之后，在Turbo码研究的巨大成功的带动下，Mackay等人重新研究了LDPC码，并发现它具有非常好的特点。基于良好的译码性能，LDPC码成为当前纠错编码的一个研究热点，目前，LDPC码已成为第4代移动通信编码技术中的。 2 LDPC码结构 LDPC码是一种可以用非常稀疏的校验矩阵来定义的线性分组纠错码，它是一种基于正则的稀疏二分图的编码，也称为正则低密度码。LDPC的编码主要是寻找一种合适的方法产生稀疏校验矩阵H，它与其他分组码的校验矩阵的区别在于它的矩阵中含有大量的0，仅含有少量的1。这也就是LDPC码性能优异的原因所在。该矩阵可以采用大长度线性同余序列产生。 在LDPC码的研究过程中，Tanner提出二分图(BipartiteGraph)模型对LDPC码进行分析。用二分图(见图1)表示LDPC码的优点是便于译码和进行性能分析。二分图和校验矩阵是直接对应的，由比特节点、校验节点和连接它们的边构成。每个校验节点fi对应于H矩阵的一行，每个比特节点xi对应于H矩阵的一列。当码字中某一比特包含在某一校验方程中，即校验矩阵中相应的位为1时，图1中的校验节点和比特节点之间存在连线。二分图也叫Tanner图。对于每个节点，与之相连的边数称为这个节点的次数(degree)。根据二分图中消息节点和校验节点次数分布的不同，LDPC码可以分为正则码和非正则码。正则码就是每个消息节点的次数都相同，每个校验节点的次数也相同；非正则码就是消息节点的次数不都相同，校验节点的次数不都相同。 一般情况下校验矩阵H是随机构造的，是非系统化的。在编码时像一般线性分组码一样，可以对矩阵H用高斯删除法，把它化为图2所示的下三角形形式。将码字X划分为系统部分S和校验部分C，即X=(S，C)。将n-m维信息符号作为S，再用回代法确定m个校验信号，即计算： 当H很大时，高斯删除法的计算量过大，时间太长。通常采用下面所述的准下三角形校验矩阵编码方法。 该编码过程主要分为预处理和实际编码两步。在预处理阶段，进行矩阵的行列置换，目前比较常用的转换方法是贪婪算法，变换后得到的矩阵是准下三角形的形式，如图3所示。还需要校验φ=～ET-1B+D是非奇异的。 将校验矩阵H表示成如下形式，令式中： T为一个方阵，它是一个对角元素为1的下三角矩阵。用矩阵日左乘 定义φ=-ET-1B+D，并假设φ是非奇异矩阵。则从式(2)可以得到： 只要矩阵-φ-1(-ET-1A+C)已知，只要进行简单的矩阵相乘运算就能得到p1，再求p1T。由式(1)可以得到p2T=-T-1(AST十Bp1T)。在给出向量S和奇偶校验矩阵H时就可以很容易得到X=(S，p1，p2)。 文献[4]出用有限几何中的点线来构造LDPC码，并使其编码时间与长度n成线性的关系。平时使用的有限几何有两种：欧氏几何和射影几何。这些编码方法都大大降低了编码复杂度。 4 LDPC码在通信技术中的应用 LDPC码由于更接近香农限的误码率性能，完全并行的迭代译码算法使其比Turho码在部分场合的应用前景更为广阔。在许多需要高可靠性的通信系统中，LDPC码成了Turbo码的有力竞争者。 4.1 LDPC码在UWB系统中的应用 UWB(超宽带)信号的特点是低信噪比、抗多径能力强、高数据速率和信号的频谱宽、功率低，其信道编码应该具有较强的纠错能力和较低的编译码复杂度。LDPC码具有以上两个方面的特性。在构造应用于UWB系统的LDPC码时，需要满足下面3个条件：采用中短长度的码；尽量避免二分图中短长度圈的个数；尽量优化检验矩阵H的结构。 每个用户的信息比特通过LDPC码编码器后，都采用BPSK(二进制相移键控)直接序列扩频调制。假设n(￡)是均值为0的AWGN(高斯白噪声)，接收机是自适应的，并且采用MMSE(小均方误差)方法。后将自适应接收机输出的软信息和方差一起送到LD-PC码译码器。 4.2 LDPC码在CDMA系统中的应用 将LDPC码应用于CDMA(码分多址)系统将大大提高通信系统容量。由图5可见，使用LDPC码的CDMA系统的容量是使用正交卷积码的CDMA系统容量的2倍，是未使用纠错码的CDMA系统容量的5倍。 4.3 LDPC码在其他通信技术中的应用 文献[7]建议把LDPC码用在DSL(数字用户线)中，模拟结果显示，LDPC：码获得编码增益与Turbo码相当，其运算量大大低于Turbo码，且没有Turbo码中出现的差错平底现象。模拟结果还显示，在0.5ms～10ms延时条件限制下，其获得的编码增益远高于G.922.1建议中使用的trellis-coded调制所获得的编码增益。 在文献[8]中，Flarion所开发的集成了V-LDPC的flash-OFDM(正交频分复用技术)移动无线芯片组已用于基于IP的移动宽带网，以便增大传输距离和在无线信道中的坚韧性，硬件实现比较简单。flash-OFDM用于移动设备上，其大数据速率可达3Mbit／s。 LDPC码在有记忆衰落信道、压缩图像传输和磁记录信道等方面也有重要应用。 5 结束语 LDPC码具有良好的译码性能，与Turbo码相比更易于硬件实现，并能得到更高的译码速度。下一步的研究将集中在如何设计出码长更长的LDPC译码器，提高传输速率，降低误码率，以使LDPC码在未来通信技术中得到更加广泛的应用。 |
山西铝厂焙烧炉4套燃烧控制系统，燃料是煤气，如何根据煤气和助燃风佳比例控制煤气阀和助燃风阀开度，实现佳燃烧，是控制回路关键。S7-300PLC的运用对焙烧炉的安全生产和工艺指标提供了保证。
1.控制回路的实现
S7-300PLC通过用户自己编写的功能块(FC)，并结合PLC具有的功能块(FB)来实现。功能如图。
其中：SP(风)由上位机据要求决定的设定值；风流量为实际测量的助燃风流量；FC44由用户编写实现风阀自动调节，并实现阀门在开/关时每次开度变化1.000；FC44输出4～20mA信号控制风阀门开度。SP(风流量*V)(V为风和煤气的比)作为煤气调节的设定值；煤气流量为实际测量的煤气流量值；FB41是系统固有功能块，可实现PID调节(P=2,I=20s, TD=10s)，这里实现煤气阀的自动调节；FB41输出4～20mA信号控制煤气阀门开度。
此回路为比值控制，在煤气控制回路中还运用了PID调节，实现快速、jingque调节。控制回路常见故障：(1)煤气调节阀频繁波动，主要原因是生产用煤气不干净，易堵住流量计取压孔，从而引起煤气流量波动；(2)如风流量波动大(流量计测量不准)，也可引起煤气阀波动频繁。
2.炉燃烧系统逻辑控制的实现方法
逻辑控制主要实现燃烧系统的顺序控制和联锁，S7-300与其他PLC实现方法基本一样，通过梯形图和功能图实现。如燃烧系统风机的联锁，在测试风机时，风机只跟其报警联锁(风机故障报警)；不测试时，既有风机的报警联锁，还有工艺联锁。
PXI平台简介与高速量测模块同步之探讨
徐常益
徐常益先生，凌华科技量测产品事业部硬件工程师。
随着电子制造技术的日益发展，集成电路的功能变得越来越复杂，而体积却越来越小，对制造测试电子元件的厂商而言，如何以快时间建造出具竞争力的测试平台，的确是一门不小的学问。
近十年来，随着个人计算机的更新换代与普及，以PCIBus为架构的仪器模块大为发展。1998年PXI SystemAlliance(PXISA)成立，让PXI成为一个开放的标准架构。PXI平台不仅具有类似VXI的开放架构与坚固的机构外型，更由于其设计了一连串适合仪器开发所用的同步信号，而使得PXI更适合作为量测与测试自动化平台。
本文主要目的是介绍在PXI平台下，如何利用PXI优点进行量测仪器模块之间精密且快速的同步动作。内容包含PXI的简介与说明、量测仪器模块常用的同步信号以及应用实例。