1、南 昌 工 程 學(xué) 院 09 級(jí)畢業(yè)論文開題報(bào)告 機(jī)械與電氣工程 系（院） 自動(dòng)化 專業(yè) 畢業(yè)論文題目 基于PLC的液位控制 學(xué) 生 姓 名 蘭 培 標(biāo) 班 級(jí) 09 自 動(dòng) 化 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 教 師 劉 寶 玲 日 期 2012 年 12 月 15 日南 昌 工 程 學(xué) 院 教 務(wù) 處 訂 制論文題目：基于PLC的液位控制一、選題的依據(jù)及課題的意義人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常會(huì)涉及到水箱液位控制的問(wèn)題，例如鍋爐，食品加工，居民生活用水，污水處理等，在這個(gè)過(guò)程中僅僅靠人工來(lái)調(diào)節(jié)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。為了解決人工控制的控制準(zhǔn)度低、控制速度慢、靈敏度低等一系列問(wèn)題。從而我們現(xiàn)在就引入了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制。

2、在自動(dòng)化控制的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，一個(gè)很重要的控制參數(shù)就是液位。一個(gè)系統(tǒng)的液位是否穩(wěn)定，直接影響到了工業(yè)生產(chǎn)的安全與否、生產(chǎn)效率的高低、能源是否能夠得到合理的利用等一系列重要的問(wèn)題。隨著現(xiàn)在工業(yè)控制的要求越來(lái)越高，一般的自動(dòng)化控制已經(jīng)也不能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)控制的需求，所以我們就又引入了可編程邏輯控制既PLC。引入PLC使控制方式更加的集中、有效、更加的及時(shí)。液位控制系統(tǒng)它使我們的生活、生產(chǎn)都帶來(lái)了不可想象的變化。它使在控制中更加的安全，節(jié)約了更多的勞動(dòng)力，更多的時(shí)間。在我國(guó)隨著社會(huì)的發(fā)展，很早就實(shí)行了自動(dòng)控制。而在我國(guó)液位控制系統(tǒng)也利用得相當(dāng)?shù)膹V泛，特別在鍋爐液位控制，水箱液位控制。還在黃河治水中也

3、的到了利用，通過(guò)液位控制系統(tǒng)檢測(cè)黃河的水位的高低，以免由于黃河水位的過(guò)高而在不了解的情況下，給我們?nèi)嗣駧?lái)生命危險(xiǎn)和財(cái)產(chǎn)損失。傳統(tǒng)供水系統(tǒng)采用基于PLC的PID 控制原理，PID控制原理簡(jiǎn)單，使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域 。但是傳統(tǒng)的控制方法是建立在被控對(duì)象的精確的數(shù)學(xué)模型之上的，隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高，將難以建立供水系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型和滿足實(shí)時(shí)控制的要求。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，很多供水系統(tǒng)的影響因素很多，很多實(shí)際系統(tǒng)都是非線性的，建立精確的數(shù)學(xué)模型特別困難。而基于PLC的模糊控制器克服了PID控制器基于精確數(shù)學(xué)模型的缺點(diǎn)，將采樣時(shí)所獲得的誤差及誤差變化信號(hào)，根據(jù)其模糊化結(jié)果

4、查詢模糊控制表，轉(zhuǎn)換為精確量后，直接作用于被控對(duì)象，解決了傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，使供水系統(tǒng)更加的安全可靠。 可編程邏輯控制器既保留了繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝改變、易于與計(jì)算機(jī)通信和維修方便等諸多高品質(zhì)性能，又采用一種可編程運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令，通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。因此，現(xiàn)在PLC在液位控制領(lǐng)域得到了廣泛而深入的應(yīng)用二、研究概況及發(fā)展趨勢(shì)綜述1）PLC關(guān)于液位控制的發(fā)展趨勢(shì) 人們的生活的提高，同時(shí)對(duì)生活的要求也越來(lái)越高，同樣對(duì)液位控制的及時(shí)性、精準(zhǔn)性也要求越來(lái)越苛刻！基于PLC的液位控

5、制有著，第一，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，平均故障時(shí)間為幾十萬(wàn)小時(shí)。而且PLC采用了許多硬件和軟件抗干擾措施。第二，編程簡(jiǎn)單、使用方便目前大多數(shù)PLC采用繼電器控制形式的梯形圖編程方式，很容易被操作人員接受。一些PLC還根據(jù)具體問(wèn)題設(shè)計(jì)了如步進(jìn)梯形指令等，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了編程。第三，設(shè)計(jì)安裝容易，維護(hù)工作量少。第四，適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，采用封裝的方式，適合于各種震動(dòng)、腐蝕、有毒氣體等的應(yīng)用場(chǎng)合。第五，與外部設(shè)備連接方便，采用統(tǒng)一接線方式的可拆裝的活動(dòng)端子排，提供不同的端子功能適合于多種電氣規(guī)格。第六，功能完善、通用性強(qiáng)、體積小、能耗低、性能價(jià)格比高。 所以基于PLC的液位控制系統(tǒng)的發(fā)展前景還是非常寬

6、廣！長(zhǎng)期以來(lái)，PLC始終處于工業(yè)控制自動(dòng)化領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供非常可靠的控制方案，與DCS和工業(yè)PC形成了三足鼎立之勢(shì)。同時(shí)，PLC也承受著來(lái)自其它技術(shù)產(chǎn)品的沖擊，尤其是工業(yè)PC所帶來(lái)的沖擊，如今PLC在向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性方向發(fā)展。2) PLC在工業(yè)和經(jīng)濟(jì)上的發(fā)展前景 目前我國(guó)在大量引進(jìn)進(jìn)口PLC的同時(shí)，也在發(fā)展國(guó)產(chǎn)PLC的同時(shí)，主要面臨著三大問(wèn)題：其一是技術(shù)問(wèn)題，在國(guó)際上PLC迅速發(fā)展的形勢(shì)下，我國(guó)大多數(shù)PLC廠家還沒(méi)有擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，能夠參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的PLC產(chǎn)品，這其中主要的因素是研發(fā)實(shí)力不夠。雖然資金投入、生產(chǎn)和質(zhì)量管理等因素也占有非常大的比重，但

7、對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量起著決定性作用的是研發(fā)投入、研發(fā)成果產(chǎn)品化以及生產(chǎn)工藝等。其二是競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，由于國(guó)內(nèi)PLC市場(chǎng)大部分由外國(guó)的產(chǎn)品所占領(lǐng)，大、中型PLC產(chǎn)品中，幾乎全部由國(guó)外幾大公司壟斷，隨著我國(guó)使用PLC市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，國(guó)外幾大公司幾乎每年都會(huì)針對(duì)市場(chǎng)推出新的產(chǎn)品，而我國(guó)沒(méi)有自己的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，在經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)中就只能處于被動(dòng)的地位。其三是市場(chǎng)銷售，國(guó)內(nèi)PLC的產(chǎn)品宣傳、市場(chǎng)開拓，以及建立完善的售后服務(wù)體系方面應(yīng)繼續(xù)加大力度。可以說(shuō)PLC在我國(guó)尚未形成制造產(chǎn)業(yè)化。在PLC應(yīng)用方面，我國(guó)是很活躍的，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。專家估計(jì)，2000年P(guān)LC的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)銷量為15(20萬(wàn)套（其中進(jìn)口占90%左右），約2

8、5(35億元人民幣，年增長(zhǎng)率約為12%。預(yù)計(jì)到2005年全國(guó)PLC需求量將達(dá)到25萬(wàn)套左右，約35(45億元人民幣。 PLC市場(chǎng)也反映了全世界制造業(yè)的狀況，2000后大幅度下滑。但是，按照Automation Research Corp的預(yù)測(cè)，盡管全球經(jīng)濟(jì)下滑，PLC市場(chǎng)將會(huì)復(fù)蘇，估計(jì)全球PLC市場(chǎng)在2000年為76億美元，到2005年底將回到76億美元，并繼續(xù)略微增長(zhǎng)3） 國(guó)內(nèi)外PLC的生產(chǎn)廠家全世界PLC生產(chǎn)廠家約200家，生產(chǎn)300多種產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)PLC市場(chǎng)仍以國(guó)外產(chǎn)品為主，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家約有三十家

9、，但都沒(méi)有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，更多廠家見附件13、 研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)初步方案目前采用的是水箱液位的PID調(diào)節(jié)，有兩級(jí)水箱，如果控制一個(gè)水箱是單回路反饋PID控制。單回路系統(tǒng)是指在一個(gè)調(diào)節(jié)對(duì)象上用一個(gè)PID調(diào)節(jié)來(lái)保持參數(shù)的很定，而調(diào)節(jié)器只接受一個(gè)測(cè)量信號(hào)，其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，兩個(gè)水箱的液位通過(guò)串級(jí)反饋回路來(lái)控制，系統(tǒng)具體裝置如下圖所示：需要注意的是，系統(tǒng)運(yùn)行前需要控制液位水箱水路上的手動(dòng)閥全部打開，打開水箱的出水閥至適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｏ到y(tǒng)通過(guò)PLC控制液位的高度，實(shí)現(xiàn)的方法是，通過(guò)液位傳感器把檢測(cè)到的信號(hào)變成相應(yīng)的電信號(hào)傳到PLC模擬輸入通道中，由PLC經(jīng)過(guò)PID算法計(jì)算得出的輸出

10、信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理輸出到執(zhí)行器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥中控制閥門的開度，使得液位達(dá)到指定的高度，這個(gè)過(guò)程需要一定的時(shí)間，輸出的信號(hào)和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度成正比，反之控制器參數(shù)選擇不合適，則會(huì)使得控制質(zhì)量變壞，達(dá)不到預(yù)期的效果，所以PID參數(shù)的選擇是很重要的，要很好的去整定，系統(tǒng)可以設(shè)定比例積分微分的參數(shù)，觀察積分的效果，使用比例控制、比例積分控制和比例積分微分控制進(jìn)行試驗(yàn)，將他們得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，就可以知道3個(gè)環(huán)節(jié)分別的作用系統(tǒng)的控制圖如圖2所示：其中SV給定信號(hào)，由用戶通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)定，PV為控制變量，它們的差是PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)，經(jīng)過(guò)PLC的PID運(yùn)算后輸出，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)PLC的D/A轉(zhuǎn)換成

11、4-20ma的模擬電信號(hào)后輸出到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥中調(diào)節(jié)閥的開度，以控制水的流量，使得水箱的液位保持設(shè)定值。水箱的液位經(jīng)過(guò)壓力變送器檢測(cè)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)輸入到PLC的輸入接口，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成控制量PV，給定值SV與控制量PV經(jīng)過(guò)PLC的CPU的檢查運(yùn)算成了偏差信號(hào)e，又輸入到PID調(diào)節(jié)器中，又開始了新的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)能實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)水箱的液位。四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度三、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作內(nèi)容及完成時(shí)間：12月10日至12月16日：利用圖書館的數(shù)據(jù)庫(kù)資源，查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料。12月17日至12月23日：收集文獻(xiàn)資料并加以整理,完成英文資料翻譯。12月24日至12月28日：分析文獻(xiàn)資料，完成開

12、題報(bào)告。12月31日至1月4日：熟悉西門子s7-300監(jiān)控軟件使用方法。1月7日至1月13日：利用s7-300監(jiān)控軟件繪制液位控制系統(tǒng)監(jiān)控流程圖。1月14日至1月20日：熟悉并掌握液位控制系統(tǒng)策略。3月25日至3月31日：利用MATLAB仿真軟件調(diào)試合適的控制參數(shù)。4月1日至4月7日：熟悉西門子s7-300組態(tài)軟件使用方法。4月8日至4月14日：利用s7-300組態(tài)軟件繪制液位控制控制邏輯圖。4月15日至4月21日：調(diào)試所繪制邏輯圖，使之完成控制功能。4月22日至4月28日： 確定論文的基本框架，準(zhǔn)備撰寫論文。4月29日至5月5日： 完成論文的初稿。5月6日至5月12日：在導(dǎo)師的指導(dǎo)和幫助下進(jìn)

13、一步對(duì)論文進(jìn)行修改、定稿。5月13日至5月19日：準(zhǔn)備畢業(yè)論文答辯。五、主要參考文獻(xiàn)（按作者、文章名、刊物名、刊期及頁(yè)碼列出）四、主要參考資料：1 于海生. 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M.北京：清華大學(xué)出版社，20052 王再英. 過(guò)程控制系統(tǒng)與儀表M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，20053 俞國(guó)亮.PLC原理與應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版社，20054 過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)手冊(cè)5鄒金慧.可編程序控制器及其系統(tǒng).重慶：重慶大學(xué)出版社，2002. 6楊士元等.可編程序控制器（PC）編程、應(yīng)用和維修M.北京：清華大學(xué)出版社，1995.指導(dǎo)教師 年 月 日系意見：AbstractA systematic approa

14、ch to designing PLC software can overcome deficiencies in the traditional way of programming manufacturing control systems, and can have wide ramifications in several industrial applications. Automation control systems are modeled by formal languages or, equivalently, by state machines. Formal repre

15、sentations provide a high-level description of the behavior of the system to be controlled. State machines can be analytically evaluated as to whether or not they meet the desired goals. Secondly, a state machine description provides a structured representation to convey the logical requirements and

16、 constraints such as detailed safety rules. Thirdly, well-defined control systems design outcomes are conducive to automatic code generation- An ability to produce control software executable on commercial distinct logic controllers can reduce programming lead-time and labor cost. In particular, the

17、 thesis is relevant with respect to the following aspects. In modern manufacturing, systems are characterized by product and process innovation, become customer-driven and thus have to respond quickly to changing system requirements. A major challenge is therefore to provide enabling technologies th

18、at can economically reconfigure automation control systems in response to changing needs and new opportunities. Design and operational knowledge can be reused in real-time, therefore, giving a significant competitive edge in industrial practice. Studies have shown that programming methodologies in a

19、utomation systems have not been able to match rapid increase in use of computing resources. For instance, the programming of PLCs still relies on a conventional programming style with ladder logic diagrams. As a result, the delays and resources in programming are a major stumbling stone for the prog

20、ress of manufacturing industry. Testing and debugging may consume over 50% of the manpower allocated for the PLC program design. Standards IEC 60848, 1999; IEC-61131-3, 1993; IEC 61499, 1998; ISO 15745-1, 1999 have been formed to fix and disseminate state-of-the-art design methods, but they normally

21、 cannot participate in advancing the knowledge of efficient program and system design. A systematic approach will increase the level of design automation through reusing existing software components, and will provide methods to make large-scale system design manageable. Likewise, it will improve sof

22、tware quality and reliability and will be relevant to systems high security standards, especially those having hazardous impact on the environment such as airport control, and public railroads. The software industry is regarded as a performance destructor and complexity generator. Steadily shrinking

23、 hardware prices spoils the need for software performance in terms of code optimization and efficiency. The result is that massive and less efficient software code on one hand outpaces the gains in hardware performance on the other hand. Secondly, software proliferates into complexity of unmanageabl

24、e dimensions; software redesign and maintenance-essential in modern automation systems-becomes nearly impossible. Particularly, PLC programs have evolved from a couple lines of code 25 years ago to thousands of lines of code with a similar number of 1/O points. Increased safety, for instance new pol

25、icies on fire protection, and the flexibility of modern automation systems add complexity to the program design process. Consequently, the life-cycle cost of software is a permanently growing fraction of the total cost. 80-90% of these costs are going into software maintenance, debugging, adaptation

26、 and expansion to meet changing needs. Today, the primary focus of most design research is based on mechanical or electrical products. One of the by-products of this proposed research is to enhance our fundamental understanding of design theory and methodology by extending it to the field of enginee

27、ring systems design. A system design theory for large-scale and complex system is not yet fully developed. Particularly, the question of how to simplify a complicated or complex design task has not been tackled in a scientific way. Furthermore, building a bridge between design theory and the latest

28、epistemological outcomes of formal representations in computer sciences and operations research, such as discrete event system modeling, can advance future development in engineering design. From a logical perspective, PLC software design is similar to the hardware design of integrated circuits. Mod

29、ern VLSI designs are extremely complex with several million parts and a product development time of 3 years Whitney, 1996. The design process is normally separated into a component design and a system design stage. At component design stage, single functions are designed and verified. At system desi

30、gn stage, components are aggregated and the whole system behavior and functionality is tested through simulation. In general, a complete verification is impossible. Hence, a systematic approach as exemplified for the PLC program design may impact the logical hardware design. 2、SIEMENS PLC SIMATIC S7

31、-300 series PLC applied to all walks of life and various occasions in the detection, monitoring and control of automation, its power to both the independent operation of, or connected to a network able to achieve complex control. The photoelectric products with isolation, high electromagnetic compat

32、ibility; have high industrial applicability, allowing the ambient temperature of 60 ; has strong anti-jamming and anti-vibration and impact resistance, so in a harsh working environment has been widely Applications. I also mean freedom of communication S7-300 type PLC' s a very unique feature, w

33、hich allows S7-300-PLC can deal openly with any other communications equipment, communications controller, or PLC S7-300 type can be defined by the user's own Communications protocol (of the agreement ASCII), the baud rate to 1.5 M bit / s (adjustable). So that can greatly increase the scope of

34、communications so that the control system configuration more flexible and convenient. Of any kind with a serial interface peripherals, such as: printers or bar code readers, Drives, a modem (Modem), the top PC-connected, and so can be used. Users can program to develop communication protocols, the e

35、xchange of data (for example: ASCII character code), RS232 interfaces with the equipment can also be used PC / PPI cable linking the free communication communications. When the PC offline, under the control of the next crew, the whole system can operate normally. PC that is by control centre, mainly

36、 by the PC and laser printer components, using SIMATIC WINCC software platform, the all-Chinese interface, friendly man-machine dialogue. Managers and operators can be observed through a PC, shown in the various kinds of information to understand the present and past the ice-storage operation of the

37、 automatic control system and all the parameters, and through the mouse to print equipment management and implementation tasks. WINCC software in the field of automation can be used for all the operators control and monitoring tasks. Can be controlled in the process of the events clearly show, and s

38、hows the current status and order records, the recorded data can show all or select summary form, or may be required for editing, printing and output statements and trends . WINCC able to control the critical situation in the early stages of the report, and the signal can be displayed on the screen,

39、 can also use sound to be felt. It supported by online help and operational guidelines to eliminate failure. WINCC a workstation can be devoted to the process control to the process so that important information not is shielded. Software-assisted operation strategy ensures that the process was not i

40、llegal to visit and to provide for non-industrial environment in the wrong operation. WINCC is MICRSOFT WINDOWS98 or WINDOWS NT4.0 operating system, running on a PC object-oriented class 32-bit application, OLE through the window and ODBC standard mechanism, as an ideal partner to enter the communic

41、ations world WINDOWS, it can be easily WINCC To integrate a company-wide data processing system. 3、Communications Communications are vital to an individual automation cell and to the automated factory as a whole. We've heard a lot about MAP in the last few years, and a lot of companies have jump

42、ed on the band wagon. Many, however were disappointed when a fully-defined and completed MAP specification didnt appear immediately. Says Larry Kumara:” Right now, MAP is still a moving target for the manufacturers specification that is not final. Presently, for example, people are introducing produ

43、cts to meet the MAP 2.1standard.Yet 2.1-based products will be obsolete when the new standard for MAP, 3.0is introduced.” Because of this, many PLC vendors are holding off on full MAP implementations. Omron, for example, has an ongoing MAP-compatibility program, but Frank Newborn, vice president of

44、Omrons Industrial Division, reports that because of the lack of a firm definition, Omron's PLCs don't yet talk to MAP. Since its unlikely that an individual PLC would talk to broadband MAP anyway, makers are concentrating n proprietary networks. According to Sal Provanzano, users fear that i

45、f they do get on board and vendors withdraw from MAP, they all pulse width modulation control system be the ones left holding a communications structure thats not supported.中文翻譯一個(gè)系統(tǒng)化的設(shè)計(jì) PLC程序的方法可以克服傳統(tǒng)程序生產(chǎn)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，并且在一些工業(yè)應(yīng)用總有很大的不同。自動(dòng)控制系統(tǒng)是狀態(tài)模型用公式語(yǔ)言或等價(jià)的語(yǔ)言描述的。公式描述對(duì)被控制的系統(tǒng)的行為提供一個(gè)精確的描述。可以通過(guò)分析估計(jì)看狀態(tài)模型是否達(dá)到想要的目

46、標(biāo)。第二，為狀態(tài)模型的描述提供結(jié)構(gòu)描述，這個(gè)結(jié)構(gòu)描述可以說(shuō)明邏輯要求和如細(xì)節(jié)安全規(guī)則的限制。第三，好的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是對(duì)自動(dòng)控制代碼生成有益的一種能夠產(chǎn)生可執(zhí)行的控制軟件的能力，不同的邏輯控制器可以減少程序掃描時(shí)間和執(zhí)行那個(gè)時(shí)間。特別的，這個(gè)主題與隨后的部分的是有關(guān)的。 在現(xiàn)代制造業(yè)中，系統(tǒng)是用過(guò)程和結(jié)果的革新來(lái)描述的，并且因此不得不改變系統(tǒng)性能以快速做出反應(yīng)。因此，一個(gè)大的挑戰(zhàn)是提供技術(shù)以限制自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)變化需要和新機(jī)會(huì)的反應(yīng)，所以，設(shè)計(jì)和操作知識(shí)可以實(shí)時(shí)的被再次利用，在工業(yè)實(shí)踐中提供了一個(gè)重要的競(jìng)爭(zhēng)面。 研究表明，在自動(dòng)化系統(tǒng)中，程序?qū)崿F(xiàn)的方法已經(jīng)與計(jì)算機(jī)資源應(yīng)用的急速增長(zhǎng)不能匹配。例如，

47、可編程邏輯控制器（）程序仍然依靠一種方便的有邏輯梯形圖的程序?qū)崿F(xiàn)模式。結(jié)果，程序上的延遲和資源成了生產(chǎn)工業(yè)過(guò)程的主要絆腳石。在可編程邏輯控制器程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，測(cè)試和調(diào)試可能會(huì)占用超過(guò)百分之五十的人力。在發(fā)展和傳播“”已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)IEC 60848, 1999; IEC-61131-3, 1993; IEC 61499, 1998; ISO 15745-1, 1999，但是，基本上這些標(biāo)準(zhǔn)都不能參與有效的程序和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面知識(shí)的革新。 系統(tǒng)的方法通過(guò)使用原有的軟件模塊，有助于增加設(shè)計(jì)自動(dòng)化的水平，同時(shí)也將提供一種可管理的大規(guī)模系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。同樣的，它也將改善軟件的質(zhì)量的可靠性，以及關(guān)系到系統(tǒng)的

48、較高安全標(biāo)準(zhǔn)，尤其是這些對(duì)環(huán)境有危害影響的，比如：機(jī)場(chǎng)控制、公共鐵路運(yùn)輸。 軟件工業(yè)被認(rèn)為是系統(tǒng)性能的破壞者和系統(tǒng)復(fù)雜性的產(chǎn)生者。逐漸下降的硬件價(jià)格，破壞了對(duì)通過(guò)優(yōu)化程序獲得的軟件性能的需要。其結(jié)果是，一方面造成了大量而低效率的程序代碼，另一方面并沒(méi)有獲得高的硬件性能。其次，軟件變得難以掌握其程度的復(fù)雜；在現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)中，軟件設(shè)計(jì)和保持系統(tǒng)本質(zhì)幾乎變得不可能。尤其是，可編程邏輯控制器（）程序設(shè)計(jì)從二十五年前的兩條主線，發(fā)展到現(xiàn)在的成千上萬(wàn)條。現(xiàn)在安全性增加了，例如，關(guān)于防火的新措施，以及現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)的柔韌性增加了程序設(shè)計(jì)過(guò)程的復(fù)雜性。因此，軟件的使用周期花費(fèi)是總共花費(fèi)的一個(gè)固定不變的增長(zhǎng)部

49、分。百分之八十到九十的花費(fèi)用于軟件維護(hù)、調(diào)試、優(yōu)化（改進(jìn)）、和擴(kuò)展以滿足不斷變換的需求。 目前，大部分設(shè)計(jì)研究的主要焦點(diǎn)都集中在機(jī)械和電子產(chǎn)品上。這種有目的性的研究產(chǎn)生了一個(gè)副產(chǎn)品，就是通過(guò)推廣這中研究到系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，從而加固了我們對(duì)設(shè)計(jì)理論和技巧的基本理解。針對(duì)大規(guī)模和復(fù)雜系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論并沒(méi)有成熟。尤其是，對(duì)如何簡(jiǎn)化一個(gè)繁冗而復(fù)雜的設(shè)計(jì)任務(wù)這一問(wèn)題，仍然沒(méi)有被科學(xué)的處理。而且，正在設(shè)計(jì)理論和代表計(jì)算機(jī)科學(xué)及運(yùn)籌學(xué)研究的認(rèn)識(shí)論結(jié)果之間構(gòu)建一條橋梁，這樣的具體應(yīng)該是邏輯硬件電路設(shè)計(jì)。 從邏輯學(xué)的角度來(lái)看，可編程邏輯控制器（PLC）的軟件設(shè)計(jì)類似與集成電路的硬件設(shè)計(jì)。現(xiàn)代超大規(guī)模集成電路設(shè)

50、計(jì)（Very Large Scale Integration-VLSI）是及其復(fù)雜的，一個(gè)集成電路一般有幾百萬(wàn)個(gè)晶體管，而且產(chǎn)品開發(fā)周期大都三年左右。設(shè)計(jì)過(guò)程一般都分成局部功能塊設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。在局部功能塊設(shè)計(jì)階段，單個(gè)功能將被設(shè)計(jì)出來(lái)，并予以驗(yàn)證。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，所有功能塊都將被整合起來(lái)，整個(gè)系統(tǒng)行為特性和功能將會(huì)通過(guò)仿真形式加以測(cè)試。一般來(lái)說(shuō)，所有部分都完全的驗(yàn)證是不可能的。因此，統(tǒng)計(jì)學(xué)可以作為可編程邏輯控制器（PLC）設(shè)計(jì)的一個(gè)例子，并有可能影響邏輯硬件設(shè)計(jì)。 2、AK 1703 ACP AK 1703 ACP 憑借著一貫創(chuàng)新的精神與穩(wěn)定的技術(shù)，在以穩(wěn)定為基礎(chǔ)的產(chǎn)品平臺(tái)中，擁有高

51、級(jí)的功能性和適應(yīng)性。 ACP（自動(dòng)化，控制和保護(hù)）系統(tǒng)概念保證了 AK 1703 ACP 功能的實(shí)現(xiàn)。穩(wěn)定的功能性使得自動(dòng)化控制，遠(yuǎn)程控制和通信協(xié)議三者完美結(jié)合。可升級(jí)的性能與多種冗余結(jié)構(gòu)，使得 AK1703 ACP 可以完美處理各種功能要求。 AK 1703 ACP 擁有適合現(xiàn)代化自動(dòng)控制的綜合的遠(yuǎn)程控制技術(shù)： * 水電站遠(yuǎn)程控制與中控設(shè)備 * 擁有自治功能的自動(dòng)控制單元 * 數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn), 設(shè)備控制站, 尖端科技 * 擁有現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程外圍設(shè)備 * 為后面板安裝而設(shè)計(jì)的 19 英寸設(shè)備 * 專為多種現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用和高產(chǎn)品要求設(shè)計(jì)的中間產(chǎn)品 * 多種通信手段 * 簡(jiǎn)潔的編程 * 唯一的設(shè)備插座 * 開放型

52、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) * 可升級(jí)的冗余 * 智能終端- TM 1703 AK 1703 ACP 基本外部設(shè)備原件擁有兩個(gè)基本系統(tǒng)原件 CP-2010/CPC25（主控原件）和CP-2012/PCCE25（處理和通信原件），一個(gè)總線最多可以連接 16個(gè)外圍設(shè)備原件。 CP-2010/CPC25 特征與功能 系統(tǒng)功能： * 核心元件，協(xié)調(diào)所有系統(tǒng)功能 連接所有基本功能原件的中心站點(diǎn) * 時(shí)間管理 自動(dòng)控制單元的中控時(shí)鐘 設(shè)定并保持自身時(shí)鐘的時(shí)間，分辨率為 10ms 通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或當(dāng)?shù)氐姆?wù)通信進(jìn)行同步 * 冗余 在處理與通信中為自動(dòng)控制單元選擇并轉(zhuǎn)變?nèi)哂鄦卧?通過(guò)SCA-RS 外部冗余開關(guān)支持選擇與轉(zhuǎn)變功能

53、 通過(guò)外接系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)選擇與支持,例如控制系統(tǒng) * 與SAT TOLLBOX|連接 在閃存卡里存儲(chǔ)固件和參數(shù) 通信： * 通過(guò)相應(yīng)的協(xié)議原件與高級(jí)或附屬自動(dòng)控制單元進(jìn)行通信 * 為數(shù)據(jù)流自動(dòng)選擇路徑 * 優(yōu)先基本數(shù)據(jù)的傳輸(優(yōu)先級(jí)控制) * 為每個(gè)聯(lián)檢站設(shè)立自己的循環(huán)緩沖器和處理信息(數(shù)據(jù)保持) * 為冗余通信提供路徑 與對(duì)方站的冗余進(jìn)行通信 * 通過(guò)撥號(hào)上網(wǎng)方式對(duì)特殊應(yīng)用實(shí)施特殊功能 為可進(jìn)行冗余的站點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試 具有處理功能的外圍設(shè)備： * 通過(guò)Ax 1703 外圍設(shè)備串口總線自發(fā)地將信息傳輸?shù)酵鈬O(shè)備單元 自動(dòng)控制功能： * 通過(guò)CAEX+按照IEC 61131-3協(xié)議創(chuàng)建的可自由定義的擁有開

54、閉環(huán)控制功能的用戶程序 512KB 的用戶程序空間 大約50000 個(gè)可變信號(hào)源,2000 個(gè)常用信號(hào)源 10ms 的循環(huán)時(shí)間 網(wǎng)上測(cè)試 可隨時(shí)下載 * 冗余的開閉環(huán)功能控制 通過(guò)冗余線路進(jìn)行同步 通過(guò)Ax 1703外圍設(shè)備串口總線在開閉環(huán)控制功能與外圍接口單元之間不斷傳輸處理信息。3、SIEMENS可編程序控制器 SIMATIC S7-300 系列PLC適用于各行各業(yè)、各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化，其強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。 該產(chǎn)品具有光電隔離，高電磁兼容；具有很高的工業(yè)適用性，允許的環(huán)境溫度達(dá)60；具有很強(qiáng)的抗干擾、抗振動(dòng)與抗沖擊性能，因此在

55、嚴(yán)酷的工作環(huán)境中得到了廣泛的應(yīng)用。 自由通訊口方式也是 S7-300 型PLC的一個(gè)很有特色的功能，它使 S7-300型PLC可以與任何通訊協(xié)議公開的其它設(shè)備、控制器進(jìn)行通訊，即 S7- 300 型PLC可以由用戶自己定義通訊協(xié)議（例 ASCII 協(xié)議），波特率為1。5Mbit/s（可調(diào)整）。因此使可通訊的范圍大大增加，使控制系統(tǒng)配置更加靈活、方便。任何具有串行接口的外設(shè)，例如：打印機(jī)或條形碼閱讀器、變頻器、調(diào)制解調(diào)器（Modem）、上位PC 機(jī)等都可連接使用。用戶可通過(guò)編程來(lái)編制通訊協(xié)議、交換數(shù)據(jù)（例如：ASCII碼字符），具有RS232接口的設(shè)備也可用PC/PPI 電纜連接起來(lái)進(jìn)行自由通訊

56、方式通訊。 當(dāng)上位機(jī)脫機(jī)時(shí)，在下位機(jī)控制下，整個(gè)系統(tǒng)能正常運(yùn)行。 上位機(jī)即圖文控制中心，主要由 PC機(jī)和激光打印機(jī)組成，采用 SIMATIC WINCC軟件平臺(tái)，采用全中文操作界面，人機(jī)對(duì)話友好。管理人員和操作者，可以通過(guò)觀察PC機(jī)所顯示的各種信息來(lái)了解當(dāng)前和以往整個(gè)冰蓄冷自控系統(tǒng)的運(yùn)行情況和所有參數(shù)，并且通過(guò)鼠標(biāo)進(jìn)行設(shè)備管理和執(zhí)行打印任務(wù)。WINCC軟件在自動(dòng)化領(lǐng)域中可用于所有的操作員控制和監(jiān)控任務(wù)。可將過(guò)程控制中發(fā)生的事件清楚地顯示出來(lái)，可顯示當(dāng)前狀態(tài)并按順序記錄，所記錄的數(shù)據(jù)可以全部顯示或選擇簡(jiǎn)要形式顯示，可連續(xù)或按要求編輯，并可輸出打印報(bào)表和趨勢(shì)圖。 WINCC 能夠在控制過(guò)程中危急情況的初發(fā)階段進(jìn)行報(bào)告，發(fā)出的信號(hào)既可以在屏幕上顯示出來(lái)，也可以用聲音表現(xiàn)出來(lái)。它支持用