啤酒发酵计算机控制系统硬件设计与实现 第4页4.1上位机系统硬件设计
DCS的第二级集中操作监控级（包括操作员站和工程师站）即上位机，用于集中监视和管理功能。
本系统采用3台PC机作为上位机，2台作为操作员站，1台作为工程师站。操作员站完成现场监视，包括报警，工艺流程显示，控制操作，参数修改，趋势显示，打印等功能。工程师站则主要完成系统的文护和组态。在此，选用32位微处理器，内存量512MB以上，硬盘80GB以上，软盘驱动器（1.44MB），光盘驱动器（40倍速以上），ZIP盘驱动器（100MB以上）的PC机并安装Windows系统。另相应配备有一个到两个大容量40GB以上作为外部存储设备，高分辨率的CRT显示器，具有防水，防尘能力的键盘及鼠标和打印机。（注：操作员键盘在键体内装有电子蜂鸣器，以提示信息和操作响应）
4.2下位机系统硬件设计
DCS的第一级分散过程控制级即下位机，本系统选用若干可编程控制器（PLC）作为下位机实现分布式控制，完成现场信号采集及控制功能。
4.2.1 可编程控制器（PLC）简述
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用了可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
PLC的主要功能：
①开关量控制 这是PLC最基本的功能，具有强大的逻辑运算功能，常用于取代传统的继电器控制系统；
②模拟量控制 在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度，压力，流量，液位等都是模拟量。而PLC中的微处理器CPU只能处理数字量，所以PLC中配备了A/D,D/A 转换模块，把现场输入的模拟量经A/D转换后送CPU处理，处理完的数字量结果，经D/A 转换后，转换成模拟量去控制被控设备，以完成对连续量的控制。用PLC进行模拟量控制的优点是，在进行模拟量控制的同时，开关量也可以控制。这个优点是别的控制器所不具备的，或实现起来不如PLC方便；
③闭环过程控制 运用PLC不仅可以对模拟量进行开环控制，还可以进行闭环控制。配置PID控制模块，对控制过程中的某一变量（如电压，电流，温度等）进行PID控制；
④顺序（步进）控制 PLC能通过移位寄存器方便完成步进控制功能；
⑤定时，计数控制 PLC为用户提供若干定时器，计数器，实现定时，延时，计数；
⑥数据处理 可进行数字运算和数据传送，比较，转换等功能；
⑦通信及联网 现代PLC具有网络通信的功能，它既可以对远程I/O进行控制，又能实现PLC与PLC，PLC与计算机之间的通信，从而构成“集中管理，分散控制”的集散式控制系统，实现工厂自动化。
PLC的特点：
㈠可靠性高，抗干扰能力强
PLC是专为工业环境下应用而设计的，能适应工业现场的恶劣环境。在PLC的设计和制造过程中，采取了多层次抗干扰及精选元器件等措施，是PLC的平均无故障时间通常在20000小时以上，这是一般的其他电气设备做不到的。
PLC在设计中能抗诸如电噪声，电源波动，振动，电磁干扰等的干扰，能在高温，高湿以及空气中存有各种强腐蚀物质粒子的恶劣环境下可靠地工作。PLC能承受电网电压的变化，可直接交流市电供电，直接取自电控箱电源。即使在电源瞬间断电的情况下，仍可正常工作。其硬件和软件还采用屏蔽，滤波，光电隔离和故障诊断，自动恢复，冗余技术等功能来增强PLC的可靠性。
㈡通用性强，灵活性好，功能齐全
由于PLC产品已系列化，模块化，且软件包齐全，用户可灵活组成各种规模和要求不同的控制系统。用户在硬件设计方面，只需确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线，不需要诸如继电器之类的固体电子器件和大量繁杂的硬接线电路。当控制系统要求改变，需要变更控制系统的功能时，只要改变存储器中的控制程序即可。
㈢编程简单，易于操作及文护
PLC一般采用易于理解和掌握的梯形图语言及面向工业控制的控制系统流程图和语句表进行编程，形式简练，直观性强，广大电气工程人员易于接受。PLC的故障率很低，并有很强的自诊断能力，能随时检查出自身的故障，并显示给操作人员进行故障排查。如果出现故障是PLC本身的问题，在文修时只需更换插入式模块或其他易损坏部件即可，既方便又减少影响生产的时间。
㈣设计，安装，调试周期短
用PLC完成一项控制工程时，由于硬软件齐全，设计和施工可同时进行。由于用户程序大都可以在实验室模拟调试，到生产现场时可进行联机调试，因此大大缩短了设计和投运周期。
4.2.2 西门子S7-300系列PLC
西门子S7-300系列PLC按控制规模分类为中型PLC，控制点数在1024点以下，存储器容量为12～192KB。按结构来分属于模块式，PLC各部分分成若干个单独的模块，例如CPU模块，输入模块，输出模块，电源模块等。模块式PLC由机架和各个模块组成，模块插在机架内插座上，由DIN导轨安装固定。
西门子S7-300采用模块式结构设计，组合方式灵活，性价比优越，具有较强的控制功能和较强的运算能力，可以非常好的满足中，小规模的自动化控制任务要求，指令集功能更加强大，广泛的应用于石化/化工行业，食品加工业，包装工业，饮料工业等。
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