6ES7361-3CA01-0AA0技术参数

6ES7361-3CA01-0AA0技术参数

多年来，可编程逻辑控制器(PLC)为OEM厂商和终用户提供了高可靠性控制系统。然而，为实现越来越多的功能和不断提高网络通信性能，PLC工程师们不得不考虑进行系统硬/软件的更新换代，不断进行硬/软件的重新设计。现在，一种全新概念的控制系统，可编程自动化控制器(PAC)的出现，提高了控制系统的灵活性、开放性和整体性能。PAC可使客户无需重新设计整个系统，就可不断获得递升的系统性能。在PAC操作系统上设计了一个通用、适合于多平台(包括硬件平台和操作系统平台)、便于移植用户应用程序、轻便的控制引擎， 这样保证使用PAC系统的用户可使其编制的应用程序获得较大应用收益，且还能不断优化其自动化平台。

    GE Fanuc公司PACSystemsTM系列，是定位于工业领域的PAC产品。对于不同硬件平台，PAC系统提供了一个同样的控制引擎和通用的编程软件，使用户选择硬件系统有一定灵活性。

    对PAC的需求

    使用PLC作为控制系统已有20多年的历史，PLC为工业控制应用提供了快速可靠的解决方案，其设计满足了工厂对于使用环境和可靠性的要求。然而，PLC建立在各厂家专有架构基础上，其编程和程序执行的实现是对于特定应用设计。因此，为实现工业企业中各层次的数据通信需求—设备层、控制层和管理层—整个系统经常需整体升级。

    然而，在近几年，很多组织已开始寻找完全不同的工厂底层设备和网络系统，而且把它们连接到操作和企业级的系统和流程。这种集成化程度预示了更多商业利益，包括：(1)更优越的操作性能有助于公司生产更产品、获得利润和扩展业务；(2)赋予制造业更多灵活性来减少浪费和对多变的市场做出迅速回应；(3)加强和提高核心竞争力来更加清晰地定义市场和业务；(4)在任何地点设计和生产来扩展产品流程的全球化；(5)采用通用和标准化架构来降低成本；(6)使资产保值。

    传统控制解决方案通常较难提供所需开放性和灵活性的好处，因为大量平台和系统须部署为整个企业的自动化。如在某些设备不提供这些开放性和灵活性，在这些设备和系统间实现信息交换非常困难。

    因此，对于目前工业自动化的需求，传统控制系统有一定局限性：(1)由于使用不同供应商的多种平台，控制系统实施并不是一件轻松和迅速的事；对于逻辑控制、过程控制和运动控制都需不同编程；(2)当考察实施价值和新自动化控制技术时，用户可能对采用这些技术和产品较犹豫，因为他们害怕技术会很快变得过时；(3)升级系统性能所带来的好处可能并不能补偿对一个已存在系统重新设计所花费的时间和开支；(4)现行自动化系统在容纳不断增长的数据量方面经常显得力不从心；(5)开发数量、用户和设计的工具和平台会导致在定义和实施自动化平台时大规模无可逆转的延迟；(6)一旦实施完毕和运行，一个专门控制系统可能在一种应用中表现良好，但是想把它成功地迁移到其他应用中却被证明是非常困难的。

    考虑到这些局限性，PLC的功能在近几年中已经扩展了不少，它提供了更多应用灵活性和互操作性。然而，大多数PLC制造商直到现在并不能成功地定义和改变其控制器来适应这种革命性的变化，或试图扩展这些工业应用基石的功能来满足变革巨大的多种解决方案的需要。

    PAC定义

    由一个轻便的控制引擎支持，且对多种应用使用同一种开发工具，PAC系统保证了控制系统功能的统一集成，而不仅仅是一个完全无关的部件拼凑的集成。

    PAC定义了几种特征和性能：(1)多领域的功能，包括逻辑控制、运动控制、过程控制和人机界面，为统一平台；(2)一个满足多领域自动化系统设计和集成的通用开发平台；(3)允许OEM厂商和终用户在统一平台上部署多个控制应用；(4)有利于开放、模块化控制架构来适应高度分布性自动化工厂环境；(5)对于网络协议、语言等，使用既定事实标准来保证多供应商网络的数据交换。

    PAC与PLC的区别

    虽然PAC形式与传统PLC很相似，但性能却广泛全面得多。PAC是一种多功能控制器平台，它包含多种用户可按照自己意愿组合、搭配和实施的技术和产品。与其相反，PLC是一种基于专有架构的产品，仅仅具备了制造商认为必要的性能。

    PAC与PLC根本的不同在于它们的基础不同。PLC性能依赖于专用硬件，应用程序的执行是依靠专用硬件芯片实现，因硬件的非通用性会导致系统的功能前景和开放性受到限制，由于是专用操作系统，其实时可靠性与功能都无法与通用实时操作系统相比，这样导致了PLC整体性能的专用性和封闭性。

    PAC的性能是基于其轻便控制引擎，标准、通用、开放的实时操作系统，嵌入式硬件系统设计以及背板总线。

    PLC的用户应用程序执行是通过硬件实现的，而PAC设计了一个通用、软件形式的控制引擎用于应用程序的执行，控制引擎位于实时操作系统与应用程序之间，这个控制引擎与硬件平台无关，可在不同平台的PAC系统间移植，如图1所示。因此对于用户来说，同样的应用程序不需修改即可下载到不同PAC硬件系统中，用户只需根据系统功能需求和投资预算选择不同性能PAC平台。这样，根据用户需求的迅速扩展和变化，用户系统和程序无需变化，即可无缝移植。

图1 PAC的控制引擎位于操作系统与应用程序之间，与硬件无关，可以方便地移植

    PAC操作系统采用通用实时操作系统，如GE Fanuc的PACSystems系列产品即采用通用、成熟的 WindRiver公司VxWorksㄊ凳辈僮飨低常?AC系统硬件结构采用标准、通用嵌入式系统结构设计，这样其处理器可使用新的高性能CPU，如PACSystems系列产品的CPU即采用Pentium III 300/700MHz处理器。

    PAC系统通常采用标准、开放的背板总线，如PACSystems系列RX7i采用VME64总线；RX3i采用cPCI总线，这两种总线是目前嵌入式控制领域中流行的总线标准，均可支持多CPU并行处理功能，且由于采用标准开放背板总线，使得PACSystems系列产品可支持大量第三方模块集成到PACSystems产品中，如CPU模板、通信模板、I/O模板等，体现了系统的开放性、优越性。一个典型例子是PACSystems系列可支持2.1G通信速率，使用光纤映射内存技术，结构如图2所示。

图2 影像内存技术CMX网络可达到2.1G通信速率

    PAC系统编程软件为统一平台，集成了多领域功能，如Cimplicity Machine Edition软件，对于数据点Tags使用统一数据库，且在一个工程中支持多个PAC目标编程，既适合过程控制系统的应用，也适合工厂生产线多设备统一编程。

    PLC基于专有技术建立，而PAC的软件和硬件由于采用标准通用部件，可使用COTS(商品现货供应)产品和技术，这样：(1)有助于确保系统的可靠性和可用性，因为可保证硬/软件迅速、方便的维护；(2)降低了系统价格、减少了停机时间，因为随时可得到现货；(3)提高了开放性、灵活性、可扩展性。

核心提示：本文阐述了自动化行业新的发展所趋，自动化公司和系统集成商为能给用户提供整体自动化技术解决方案，都在走系统集成之路。系统集成和提供自动化解决方案，二者是相辅相成的关系。从技术和产品上看，系统集成模式是自动化发展的必然趋势；从用户需求上看，需要提供整体自动化解决方案；因此供应商的发展模式是，致力于打造具竞争力的自动化解决方案供应商。　　

成套项目、大包项目、MAV/MIV和EPC总包交钥匙工程方式越来越多

    随着工业装置的大型化、连续化、高参数化，对自动化产品的要求不断提高。为了达到工业设备的安全启／停、稳定运行、优化操作、故障处理、低碳经济等要求，必须把不同厂家生产的各种仪器仪表产品和系统无缝地集成为一个协调的信息系统。如何处理这些仪器仪表产品、系统之间的数据传递、信息共享、协调操作等以满足用户的要求已经成为一项十分重要的技术，即系统集成技术。另外，以提出整体解决方案(SOLUTION)为目标的应用技术和以优化软件、先进控制算法为代表的应用软件也已成为新的发展趋势。这些技术的发展都为用户带来明显的经济效益。

　　根据当今我国客户需求和市场变化，近年来，自动化公司和系统集成商为能给用户提供整体自动化技术解决方案，都在走系统集成之路，过去只做DCS或只做仪表的公司，现在发生了明显的转变。****的自动化公司几乎都是不仅做现场仪表业务，也做DCS、PLC系统业务，既做产品销售，也做项目实施和工程技术服务，能给用户提供全集成的自动化技术解决方案，产品集成能力、方案技术能力、工程服务能力和实力都较强，不仅是产品销售公司，也是工程技术公司。譬如：

　　国内的自动化工程公司如和利时、浙江中控、国电智深、南京科远（靠DCS起家），其业务从过去单一的以DCS控制系统为主向现在“控制系统+ 仪表成套+工程实施+应用研发”提供整体解决方案转变，通过对所有自动化产品的整合为用户提供全集成自动化的解决方案。其表现形式为：产品自上向下发展，由DCS扩充现场仪表。

　　传统的自动化仪表公司如上仪、川仪、天康（靠仪表起家），过去主要是现场仪表业务（产品公司），而现在已从过去单纯的仪表销售业务，向“仪表成套+ 控制系统+工程实施+应用研发”提供整体解决方案转变，通过业务转型和拓展，为用户提供全集成自动化的解决方案。表现形式：产品自下向上发展，由现场仪表扩充DCS。

图2 打造服务的营销理论

　　由此可见，我国主要自动化公司和系统集成商的业务转型和发展模式：能够提供从现场仪表到控制系统的全套产品，既做产品公司，也做工程公司，能给用户提供整体自动化解决方案。分别根据自身的优势，以不同的战略方向都在向自动化系统集成和产业服务型的深度和广度发展。

　　众多的自动化公司和系统集成商站在当今自动化行业的发展前沿，提出了“打造具竞争力的自动化解决方案供应商”的战略，顺应了自动化行业的发展所趋。当今，自动化行业的发展趋势有两个明显特征：一是系统集成、系统整合；二是提供自动化解决方案。二者是相辅相成的关系，系统集成、整合的目的是为用户提供整体自动化解决方案；提供整体自动化解决方案离不开系统集成。我们从以下几个方面展开介绍：

　　1．在自动化行业，从技术和产品上看，系统集成模式是自动化发展的必然趋势。

　　在IT时代，生产过程自动化不仅是把控制系统作为控制、操作和生产运行的工具，随着市场竞争不断加剧，在节能减排、安全环保、挖潜增效、低碳经济驱使下，要求自动化技术将过程信息和整个集团的生产管理、执行等信息系统集成在一揽子解决方案中，大家有很深的体会，我们看到：现在全球有影响力的自动化公司如：Siemens的全集成自动化、Rockwell的集成架构、Emerson的Plant Web工厂管网、ABB的Industrial IT工业信息系统等，纷纷推出了全集成架构新的系统理念，它们代表着自动化行业的走向。从产品和技术上都是基于集成的理念和解决方案的理念，但发展速度引人注目，其发展是自动化技术发展的必然，现实的工厂自动化，很难把各种功能严格分开。市场竞争要求自动化技术不再仅仅是提供PLC或DCS局部的控制模式和独立的信息系统，而要求将自动化控制、安全保护、生产和设备管理、企业管理、生产调度、优化等信息系统全集成在一起，几乎集成了所有自动化控制、管理功能，从产品和技术上具备了这个基础。

　　自动化全集成构架使DCS自身的技术进一步向上拓展、向下拓展、横向集成、纵向集成、系统整合。当今的自动化产品和技术具备了集成的基础和整合的基础。全集成自动化解决方案实现生产过程的管理、控制、安全、优化，使生产更有序、更安全、更经济，既提高了生产效率，又节约了成本，这必然需要多种技术和功能的集成，没有一个系统是大而全的，肯定是靠集成、靠整合。过去工业控制领域都是一些不同的独立体系，而现今自动化技术发展打破了各自为政的枷锁，从技术上为系统集成创造了条件。现场总线和工业以太网技术的发展和推广应用，为全集成自动化体系架构的形成和发展奠定了通信的基础。另外从自动化编程语言、现场总线、工业以太网等各种自动化标准的推广应用，也为全集成体系架构奠定了的基础。

　　自动化行业对新技术、新需求融合吸纳的速度和程度超出了人们的预期，目前自动化还没有走向完全的标准化。这决定了工业自动化市场不可能由单一力量独统江湖的局面，自己大而全是不可能的，任何一个产品不可能大而全，只能走集成化道路，同时掌握了特定领域行业知识、技术，就能为用户提供先进的自动化集成平台和解决方案。

中国主要系统集成市场规模增长及预期（百万人民币）

　　从产品和技术上走集成模式，为用户提供“全集成自动化解决方案” 是自动化行业发展的明显特征。现在，自动化供应商集成高品质的硬软件产品体系，从现场仪表到控制系统，从监控软件到优化控制软件，从生产综合自动化到企业管理信息化，都致力于为用户提供从底层到上层的完整的工业自动化整体解决方案。

可编程控制器plc外部接线简单方便，它的控制主要是程序的设计，编制梯形图是常用的编程方式，使用中一般有经验设计法，逻辑设计法，继电器控制电路移植法和顺序控制设计法，其中顺序控制设计法也叫功能表图设计法，功能表图是一种用来描述控制系统的控制过程功能、特性的图形，它主要是由步、转换、转换条件、箭头线和动作组成。这是一种先进的设计方法，对于复杂系统，可以节约60%~90%的设计时间。我国1986年颁布了功能表图的国家标准（gb6988.6-86）。有了功能表图后，可以用四种方式编制梯形图，它们分别是：起保停编程方式、步进梯形指令编程方式、移位寄存器编程方式和置位复位编程方式。本文以三菱公司f1系列plc为例，说明实现顺序控制的四种编程方式。

　　例如：某plc控制的回转工作台控制钻孔的过程是：当回转工作台不转且钻头回转时，若传感器x400检测到工件到位，钻头向下工进y430当钻到一定深度钻头套筒压到下接近开关x401时，计时器t450计时，4s后快退y431到上接近开关x402，就回到了原位。功能表图见图1：

1 使用起保停电路的编程方式

　　起保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令，无需编程元件做中间环节，各种型号plc的指令系统都有相关指令，加上该电路利用自保持，从而具有记忆功能，且与传统继电器控制电路基本相类似，因此得到了广泛的应用。这种编程方法通用性强，编程容易掌握，一般在原继电器控制系统的plc改造过程中应用较多。如图2为使用起保停电路编程方式编制的与图1顺序功能图所对应的梯形图，图2中只有常开触点、常闭触点及输出线圈组成。

2 使用步进梯形指令的编程方式

　　步进梯形指令是专门为顺序控制设计提供的指令，它的步只能用状态寄存器s来表示，状态寄存器有断电保持功能，在编制顺序控制程序时应与步进指令一起使用，而且状态寄存器必须用置位指令set置位，这样才具有控制功能，状态寄存器s才能提供stl触点，否则状态寄存器s与一般的中间继电器m相同。在步进梯形图中不同的步进段允许有双重输出，即允许有重号的负载输出，在步进触点结束时要用ret指令使后面的程序返回原母线。把图1中的0-3用状态寄存器s600-s603代替，代替以后使用步进梯形指令编程，对应的梯形图如图3所示。这种编程方法很容易被初学者接受和掌握，对于有经验的工程师，也会提高设计效率，程序的调试、修改和阅读也很容易，使用方便，程序也较短，在顺序控制设计中应优先考虑，该法在工业自动化控制中应用较多。

3  使用移位寄存器的编程方式
    从功能表图可以看出，在0-3各步中只有一个步在某时刻接通而其他步都在断开，把各步用中间继电器M200-M203代替，就很容易用移位寄存器实现控制。图4为用移位寄存器编程时的梯形图，采用移位寄存器M200-M217的前四位M200-M203代表4个步，组成1个环形移位寄存器。用移位寄存器主要是对数据、移位、复位3个输入信号的处理。该方法设计的梯形图看起来简洁，所用指令也较少，但对较复杂控制系统设计就不方便，使用过程中在线修改能力差，在工业控制中使用较少，大多数应用在彩灯顺序控制电路中。

4  使用置位复位指令的编程方式
    如图5为使用置位复位编程方式编制的与图1顺序功能图所对应的梯形图。在以置位复位指令的编程方式中，用某一转换所有前级步对应的辅助继电器的常开触点与转换对应的触点或电路串联，作为使所有后续步对应的辅助继电器置位和使所有前级步对应的辅助继电器复位的条件。对简单顺序控制系统也可直接对输出继电器置位或复位。该方法顺序转换关系明确，编程易理解，一般多用于自动控制系统中手动控制程序的编程。