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西門子模塊的發(fā)展趨勢：PLC從控制規(guī)模上來講，向小型化和大型化兩個方向發(fā)展，大型化主要用于滿足大規(guī)模高性能控制系統(tǒng)，可帶I/O點數(shù)可達到上萬，小型化就是在保持甚至減少現(xiàn)有PLC的體積的情況下，程度的提高PLC的性能。PLC的性能分為CPU性能和I/O性能兩個方面，而CPU性能又可以分為基本性能，邏輯運算能力和數(shù)據(jù)處理能力三個方面。而I/O性能有分為過程I/O,功能模塊與系統(tǒng)接口三個部分，我們主要介紹I/O性能中的功能模塊和系統(tǒng)接口。

功能模塊體現(xiàn)的是PLC的功能擴展能力，功能模塊是為滿足各種不同控制要求的智能PLC控制模塊，常見的智能模塊有溫度測量，溫度調節(jié)，位置控制，通信模塊，模糊邏輯控制模塊，高速計數(shù)等功能模塊，其以微處理器為核心，與PLC的CPU并行工作。而系統(tǒng)接口反映了PLC的集中控制與網絡連接能力，表示的是與其他PLC或者計算機以及其他數(shù)字設備的通信能力，一般PLC都具備其自己的專有通信接口（比如西門子的PPI通信接口），還有就是通用的自由通信接口（比如RS-485通信接口以及以太網通信接口）。

綜合來講，PLC的發(fā)展趨勢有四個方向：1，發(fā)展智能模塊，上文所述，針對不同控制要求開發(fā)出各種智能模塊，與PLC的CPU并行工作。2，高可靠性，現(xiàn)在PLC發(fā)展冗余容錯技術以及模塊的熱插拔技術，采用自診斷技術，及時向客戶提供故障分析的信息方便維護，保證PLC能夠長時間無差錯運行。3.編程軟件標準化，西門子模塊廠家各自為戰(zhàn)，相互封閉，軟硬件相互之間不兼容，客戶在使用上非常不方便，IEC制定出IEC1131標準，引導PLC向標準化發(fā)展，大多數(shù)廠家都退出了符合IEC 1131-3標準的軟件系統(tǒng)。4.網絡化，隨著現(xiàn)場總線技術的應用，多個PLC之間通信以及人機界面，編程設相互連接的網絡，與工業(yè)計算機以及工業(yè)以太網構成工業(yè)自動化控制系統(tǒng)，PLC的控制網絡主要有I/O網，設備內部網以及系統(tǒng)網，I/O網是PLC與遠程I/O模塊之間的聯(lián)網，實質上是PLC的I/O連接范圍的擴展和延伸，可以節(jié)省大量的連接線纜及導線，又稱之為“省配線網"（大多I/O網的連接是采用現(xiàn)場總線技術，比如RS-485總線），在此有點類似于控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場設備層，設備內部網是指PLC與變頻器，現(xiàn)場控制設備，伺服驅動器以及溫濕度控制裝置之間的連接網絡都屬于設備內部網，在此其有點類似于控制系統(tǒng)中的過程監(jiān)控層，（設備內部網的連接采用現(xiàn)場總線以及工業(yè)以太網作為通信線路）。系統(tǒng)網指的是現(xiàn)場多臺設備，多個控制裝置的互聯(lián)，通過通信手段對現(xiàn)場的多個獨立的設備以及控制裝置（包括PLC）進行集中統(tǒng)一管理，構成FMC（柔性制造單元）,FMS（柔性制造系統(tǒng)）,CIMS（計算機現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)）等工廠自動化控制系統(tǒng)。

附錄I：通用十條標準 該標準奠定了PLC的各方面特點，以后的PLC基本上都是遵循以下特點設計生產：1. 編程方便，現(xiàn)場可修改程序。2.維修方便，采用模塊化結構，最好是插件式。3.可靠性高于繼電器控制裝置。4.體積小于繼電器控制裝置。5.數(shù)據(jù)可直接送入計算機。6.成本可與繼電器控制裝置競爭。7.在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更。8.用戶程序存儲器容量能擴展,至少要擴展至4KB。9.輸入可以是交流115V。10.輸出驅動能力為交流115V，2A以上，能直接驅動電磁閥，接觸器等。

PPI協(xié)議是S7-200CPU基本的通信，通過原來自身的端口（PORT0或PORT1）就可以實現(xiàn)通信，是S7-200 CPU默認的通信。
二、RS485串口通訊
第三方設備大部分支持，西門子S7 PLC可以通過選擇口通信控制串口通信。的情況是只用發(fā)送指令（XMT）向打印機或者變頻器等第三方設備發(fā)送信息。不管任何情況，都通過S7 PLC編寫程序實現(xiàn)。
當選擇了口，用戶可以通過發(fā)送指令（XMT）、接收指令（RCV）、發(fā)送中斷、接收中斷來控制通信口的操作。
三、MPI通訊
MPI通信是一種比較簡單的通信，MPI網絡通信的速率是19.2Kbit/s~12Mbit/s，MPI網絡多支持連接32個節(jié)點，大通信距離為50M。通信距遠，還可以通過中繼器擴展通信距離，但中繼器也占用節(jié)點。
MPI網絡節(jié)點通常可以掛S7-200、人機介面、編程設備、智能型ET200S及RS485中繼器等網絡元器件。
西門子PLC與PLC之間的MPI通信一般有3種通信：
1、全局數(shù)據(jù)包通信
2、無組態(tài)連接通信

3、 硬件濾波及軟件抗如果措施

由于電磁干擾的復雜性，要根本消除迎接干擾影響是不可能的，因此在PLC控制系統(tǒng)的軟件設計和組態(tài)時，還應在軟件方面進行抗干擾處理，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。常用的一些措施：數(shù)字濾波和工頻整形采樣，可有效消除周期性干擾；定時校正參考點電位，并采用動態(tài)零點，可有效防止電位漂移；采用信息冗余技術，設計相應的軟件標志位；采用間接跳轉，設置軟件陷阱等提高軟件結構可靠性。

信號在接入計算機前，在信號線與地間并接電容，以減少共模干擾；在信號兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。

對干較低信噪比的模擬量信號．常因現(xiàn)場瞬時干擾而產生較大波動，若僅用瞬時采樣植進行控制計算會產生較大誤差，為此可采用數(shù)字濾波方法。

現(xiàn)場模擬量信號經A／D轉換后變成離散的數(shù)字信號，然后將形成的數(shù)據(jù)按時間序列存入PLC內存。再利用數(shù)字濾波程序對其進行處理，濾去噪聲部分獲得單純信號， 可對輸入信號用m次采樣值的平均值來代替當前值，但井不是通常的每采樣。次求一次平均值，而是每采樣一次就與近的m－l次歷史采樣值相加，此方法反應速度快，具有很好的實時性，輸入信號經過處理后用干信號顯示或回路調節(jié)，有效地抑制了噪聲干擾。

由干工業(yè)環(huán)境惡劣，干擾信號較多， I／ O信號傳送距離較長，常常會使傳送的信號有誤。為提高系統(tǒng)運行的可靠性，使PLC在信號出錯倩況下能及時發(fā)現(xiàn)錯誤，并能排除錯誤的影響繼續(xù)工作，在程序編制中可采用軟件容錯技術。

4、正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)

接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。

系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對PLC控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應采用直接接地方式。由于信號電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號交換頻率一般都低于1MHz，所以PLC控制系統(tǒng)接地線采用一點接地和串聯(lián)一點接地方式。集中布置的PLC系統(tǒng)適于并聯(lián)一點接地方式，各裝置的柜體中心接地點以單獨的接地線引向接地極。如果裝置間距較大，應采用串聯(lián)一點接地方式。用一根大截面銅母線（或絕緣電纜）連接各裝置的柜體中心接地點，然后將接地母線直接連接接地極。接地線采用截面大于22 mm2的銅導線，總母線使用截面大于60mm2的銅排。接地極的接地電阻小于2Ω，接地在距建筑物10 ~ 15m遠處(或與控制器間不大于50m)，而且PLC系統(tǒng)接地點必須與強電設備接地點相距10m以上。

3、組態(tài)連接通信
四、以太網通訊
以太網的核心思想是使用共享的公共傳輸通道，這個思想早在1968年來源于廈威爾大學。 1972年，Metcalfe和Did Boggs（兩個都是網絡專家）設置了一套網絡，這套網絡把不同的ALTO計算機連接在一起，同時還連接了EARS激光打印機。這就是上一個個人計算機局域網，這個網絡在1973年5月22日運行。Metcalfe在運行這天寫了一段備忘錄，備忘錄的意思是把該網絡改名為以太網（Ethernet），其靈感來自于“電磁輻射是可以通過發(fā)光的以太來傳播"這一想法。 1979年，DEC、Intel和Xerox共同將網絡化。
1984年，出現(xiàn)了細電纜以太網產品，后來陸續(xù)出現(xiàn)了粗電纜、雙絞線、CATV同軸電纜、光纜及多種媒體的混合以太網產品。 以太網是目前上的拓樸之一，具有傳傳播速率高、網絡資源豐富、功能強、安裝簡單和使用方便等很多優(yōu)點。
五、PROFIBUS-DP通訊
PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線是一種開放式現(xiàn)場總線，符合歐洲和。PROFIBUS-DP通信的結構非常精簡，傳輸速度很高且，非常適合PLC與現(xiàn)場分散的I/O設備之間的通信。宜昌西門子S7-300DI模塊代理商現(xiàn)貨供應　中新網揚州8月17日電 (記者 崔佳明)以“科創(chuàng)驅動，智造未來"為主題的“創(chuàng)客"智能制造中小企業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽17日在江蘇揚州啟動，大賽面向智能制造領域的中小企業(yè)和創(chuàng)客，即日起至8月31日符合條件的企業(yè)和創(chuàng)客通過“創(chuàng)客"大賽報名參賽?！≈行戮W8月22日電 22日，碧桂園控股有限公司(02007.HK)(以下簡稱“碧桂園")2019年中期業(yè)績報告，集團于上半年繼續(xù)錄得經營業(yè)績的快速增長。

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從絕妙的創(chuàng)意到即將成型的產品：Bernhard Lang是西門子堤壩監(jiān)測系統(tǒng)的 。

借助采用智能數(shù)據(jù)評估技術的學習系統(tǒng)，人們可以對至關重要的基礎設施進行實時監(jiān)測。一個深知哪些要素可確保堤壩堅不可摧的新型早期預警系統(tǒng)，能夠挽救寶貴的生命。

堤壩開始移動。護坡草皮從壩體外墻剝落、下滑。然后，壩底粘土層開始升高。有幾秒鐘時間，壩體仿佛從內向外膨脹，像氣球一樣鼓了起來。緊接著，壓力急遽升高，粘土層斷裂，棕色的洪流從由此形成的深邃裂縫中噴涌而出，沖向堤壩前方的草原。下方地面塌陷之后，放置在堤壩頂部的水箱即歪歪扭扭地沉入裂縫。決堤現(xiàn)象，發(fā)生了。

在決堤真正發(fā)生之前，這一幕將首先出現(xiàn)在平板電腦上

2014年自然災害

Bernhard Lang的臉上露出了滿意的笑容。決堤實驗成功地證明，Lang開發(fā)的防洪早期預警系統(tǒng)是奏效的。Lang是西門子的一名工程師，4年前，他開始與來自俄羅斯的研究人員合作，開發(fā)這套系統(tǒng)。Lang的想法是“開發(fā)某種能夠防洪的東西。"他研制的堤壩監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)已準備投放市場。

實驗中，這個*的系統(tǒng)可提前計算出壩體潰決的確切部位，精確度可達到最后一米。此外，這個系統(tǒng)甚至能展示潰決的過程。在“決堤"發(fā)生前幾天，Lang在其平板電腦調出的堤壩虛擬橫截面上，顯示了一塊鮮紅色的區(qū)域。紅色意味著標記區(qū)域內的材料將滑落。在系統(tǒng)預測的時間，所發(fā)生的正是這種情況。在這個實驗中，研究人員平靜地觀察著微小的裂縫逐漸擴大，直至達到事先確定的決堤點。研究人員甚至可通過同時從多個側面利用水對受測堤壩施加壓力，引發(fā)決堤。實際上，他們可以提前數(shù)星期甚或數(shù)月，確切探知哪里的情況會變得十分危急，必須加固或重建堤壩的哪些部位。

天氣形勢要求復雜的保護措施

全球自然災害分布圖

自從建起*座堤壩以來，人們就一直想要預測這種保護其人身和基礎設施安全的堡壘，什么時候會破裂。如今，人們越來越迫切地需要具備這種能力。在歐洲，三分之二以上的城市已經不得不定期采取措施來保護居民和工業(yè)設施免受洪災侵襲——不僅是沿海城市，那些依河而建、飽受泛濫之災的城市，也都面臨著這種處境。日益頻發(fā)的氣候變化導致了天氣，有關當局更緊迫地需要借助可靠的系統(tǒng)來保護居民和基礎設施。

全球自然災害

2013年，全球自然災害造成的全部損失中，有37%左右與洪災有關，比1980年以來數(shù)十年間的平均值22%高得多。過去，荷蘭遭遇的洪災格外頻繁。荷蘭全國四分之一以上的陸地低于海平面，其領土的60%可能受洪災影響。這些區(qū)域生活著許多人，占荷蘭經濟產值的80%。

“有時候我禁不住納悶，為什么我們荷蘭人過去要將所有重要建筑物修建在海平面以下的地方？"Peter Jansen開玩笑道，他是Waternet Amsterdam公司——阿姆斯特丹的自來水公司——的一名部門負責人。Waternet公司負責大阿姆斯特丹地區(qū)長達1000多公里的堤壩。這些堤壩所守護的700平方公里的土地上生活著100多萬人。除保障飲用水供應及處理污水外，Waternet公司還代表地方水文局Amstel, Gooi en Vecht開展防洪防汛工作。盡管監(jiān)測堤壩是Waternet公司的常規(guī)任務之一，但它從未能像現(xiàn)在這樣精確地執(zhí)行這項任務。

Waternet Amsterdam公司利用西門子技術，對阿姆斯特丹的一座綿延5公里的堤壩進行監(jiān)測。（圖片來源：Google/Waternet）

Jansen解釋道，“到目前為止，取決于其建筑材料，我們每隔5到30年，會對堤壩進行一次維護。"平面圖揭示了每座堤壩的構造，哪些部位是由沙、粘土、泥炭或土壤構成的。過去，檢查員不得不定期對堤壩進行測量，以核查其穩(wěn)定性。Jansen表示，“那時候，每隔幾年，就會有幾位專家驅車前往堤壩進行實地勘查，并將測量儀器安裝到地下。"操作人員必須向地方當局報告檢查結果。Jansen說：“我們負責維護堤壩的穩(wěn)固。"

每隔一分鐘傳送實時數(shù)據(jù)

如今，Jansen每隔一小時就能在他的手機上收到這些信息。如果數(shù)據(jù)中有值得注意的地方，Jansen甚至可以將消息發(fā)送頻次提高至每分鐘一次。這是否意味著所有堤壩的檢查間隔都從30年縮短到了60秒？那倒未必。因為，迄今為止，僅在阿姆斯特丹5公里長的Ringdijks堤壩上，安裝了這個由Lang及其在西門子中央研究院的同事共同開發(fā)的早期預警和監(jiān)測系統(tǒng)。Waternet公司是這個系統(tǒng)的試點客戶。Jansen還可以要求這個系統(tǒng)在曲線圖上顯示關于堤壩特定區(qū)段、特定地點的實時信息，或者自動將歷史數(shù)據(jù)合并到一個圖表中。這個系統(tǒng)的發(fā)明者Bernhard Lang解釋道，“所有數(shù)據(jù)都在這個系統(tǒng)里，可以按我們想要的任何方式加以合并。"

這些數(shù)據(jù)是由按100米間距部署在堤壩內的傳感器采集的。這些傳感器散布于水面上方和下方，它們負責測量堤壩內部的溫度、壓力和濕度，以及泄洪道的水深和水溫。傳感器和通信裝置連接——一些配備了SIM卡的小盒子。通信裝置則利用GPRS移動無線通信服務，將數(shù)據(jù)發(fā)送至位于德國Karlsruhe的中央控制室。中央控制室將這些不起眼的初步測量結果從原始數(shù)據(jù)轉換為智慧數(shù)據(jù)，以便發(fā)送至任何移動終端。

如果系統(tǒng)測得堤壩內部溫度達到14攝氏度，那么，這可能意味著什么地方出了差錯，因為地下水溫度約為8攝氏度，堤壩內部也應當是這個溫度。溫度偏高可能意味著有溫度較高的水從外部滲入。但在系統(tǒng)發(fā)出告警之前，它首先會將實時數(shù)據(jù)，與諸如地下水深度、每年這個時候受影響區(qū)域內的正常降水量，以及該區(qū)域最近是否發(fā)生旱情從而導致堤壩蓄水量增加等預訓知識進行比對。

西門子工程師Bernhard Lang（左）與Waternet公司的Haroen Lemmers（右）正在操制水下傳感器的連接。

Lang解釋道，“堤壩如同具有生命的有機體。它會膨脹和收縮。水滲入堤壩這一事實，并不一定意味著存在任何危險。"正因如此，研究人員也需要了解受影響區(qū)域內的堤壩的建筑材料，因為這樣他們才能確定坡面的穩(wěn)定系數(shù)。這其中涉及多個因素。但得益于采用新傳感器數(shù)據(jù)、學習系統(tǒng)持續(xù)不斷采集的長期數(shù)據(jù)，以及數(shù)學模型，這些因素將被合并成一個奇妙的統(tǒng)一整體。

做到這一點，全靠能分辨出一般偏差和異常狀況的神經網絡。20世紀90年代末期，當時的西門子神經計算部門開發(fā)了有關軟件。從那以后，這款軟件的穩(wěn)定性得到了不斷提高。如今，這款軟件可以抽取并推算在沿堤壩的關鍵點所采集的數(shù)據(jù)。假若條件相同的話，這個系統(tǒng)可以根據(jù)其知識，推斷出關于并未安裝傳感器的堤段的精確結論。

彩色區(qū)域表示危險地帶

依水而建的城市：阿姆斯特丹市中心

經過處理，監(jiān)測數(shù)據(jù)被轉換為圖表和直觀的二維彩圖，以便客戶能看清堤壩的哪些區(qū)段存在洪災隱患。西門子解決方案還能進行場景演示，以表明如果水位升高或壓力增大，在特定時刻會發(fā)生什么情況。此外，它還能顯示如果堤壩是一段有重型卡車行駛的道路，情況會變得多么糟糕。

Jansen說：“當然，我們總是不得不應對這樣的問題。然而，我們過去所掌握的信息是理論上的、不精確的?，F(xiàn)在，這些信息則是具體而又精確的。"Jansen認為，由于不確定堤壩內部究竟發(fā)生了什么，人們有時不必要地采取了大規(guī)模的安防措施。他說：“這樣的措施成本高昂——建造一段一公里長的新堤壩，至少需要100萬歐元的成本。但這些堤壩甚至也不安全，因為人們掌握的數(shù)據(jù)實在太少了。"

成本最多降低20%

Jansen預計，在使用了西門子技術的區(qū)域，Waternet公司將能每年節(jié)約至少20%的維護成本。盡管削減了成本，Waternet公司卻能收到更多、更好的信息。從長遠來看，Jansen希望在更多堤壩區(qū)段安裝傳感器?！爱斎?，我們不能在每個地方都安裝傳感器，因為這樣做的成本太高。但我們可以選擇某些典型區(qū)域，并從在這些區(qū)域獲得的數(shù)據(jù)中提煉信息?？煽康闹腔蹟?shù)據(jù)是我們保護生命的工具。"