CN1325042A - 柔性可编程控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柔性可编程控制系统,包括计算机和柔性可编程控制装置,其特征在于:所述的柔性可编程控制装置包括CPU基板、供电模块、CPU模块、I/O模块,所述的CPU基板包括用于固定模块的基板本体和用于各模块间的信号连接的印刷电路母板,印刷电路母板上设有分别用于安装供电模块、CPU模块和至少一个I/O模块的槽位,所述的供电模块与所述的CPU模块相邻接,而所述的CPU模块与所述的I/O模块相邻接。

Description

柔性可编程控制系统

本发明涉及一种工业连续过程的自动化控制系统，特别涉及一种柔性可编程控制系统。

目前，在连续过程的控制系统中，扮演主要角色的仍然是DCS。DCS作为工控发展史上的一个重要标志，为工业自动化起到了不可估量的作用。但是时代在发展，技术在进步，DCS从诞生到现在，已经有二十多年的历史了，这二十多年，DCS系统所依赖的电子、计算机、通信技术的发展变化可以说是翻天覆地；而我们很遗憾地看到，今天的DCS与二十年前的DCS相比，并没有什么根本的变化。由于DCS的设计和生产厂家原来都是各自独立的开发出自己的系统，使得DCS在应用新技术成果方面存在着先天不足。具体来说，DCS具有以下特点和不足：1、其系统规模有最小配置，不适合小系统；适用于数千点以上的大系统。工作站的数量有上限，距离通常局限在厂区或车间内；2、分布性差：控制(包括上百个PID回路)集中在控制站的CPU模件，I/O单元无智能化，布线复杂，名为“集散”，实为集中系统，因此无法进行分散和远程控制；3、需要对工艺、电气、仪控各专业的人进行数周到数月的培训，维护通常需要订立昂贵的维护合同；4、开放性差：所有的硬件和软件均为厂家独有，且技术基于七十年代的电子和计算机技术，目前已处于淘汰边缘。与其它系统的互连极为昂贵和复杂，且常常不能直接连接；5、操作站图形方式落后，价格昂贵，难以随意增加操作站数量；6、需使用专用软件，组态复杂，使用烦琐，图形等落后，价格昂贵；7、可靠性差：系统保证期为一年，单模块的故障有可能影响整个系统；8、虽然可进行多种PID和串级、解耦等算法，但不能进行数学模型运算和专家系统及其它的用户自编程序的运算；9、与MIS系统无法直接相连，通常需另设一个专用工作站进行数据的交换；10、系统的硬件升级通常不可能进行，如果要进行，代价非常昂贵，接近新系统的造价。且必须由制造厂商进行；11、系统的硬件升级通常不可能进行，如果要进行，代价非常昂贵，接近新系统的造价，且必须由制造厂商进行；12、系统设计时应考虑一定的扩充余地，今后可在此范围内扩充，如果超出此范围，则代价十分昂贵，通常要变更控制站增加，所有的软件要重新组态；13、硬件软件由于无法从第三方购买，通常十分昂贵，安装费用、培训与操作费用、维护费用均十分昂贵；备件成本昂贵。

在制造业尤其是顺序控制较多的场合，PLC占据着主导角色。与DCS的情形相似，PLC在从诞生起至今二十多年的时间，并没有什么明显的技术进步。相反，许多的PLC厂家推出的新产品反而更加简化了功能，而价格则一直居高不下。用户希望能在进行控制的同时，通过更简单的编程，看到更直观丰富的画面，能更多地进行交互控制，并能将这些现场数据方便地传给更多操作站和MIS系统的工作站供工艺分析和管理决策用。但是PLC要么是无法做到这些，要么就是以高得另人难以置信的价格使用户望而却步。并非PLC的制造商有心要和用户为难，而是PLC一出世的框架就从技术上形成了使它今天无法有根本性发展的桎梏。而TCS则正在越来越多的应用中取代了PLC，而且这种趋势正以一个很大的加速度发展。具体来说，PLC的特点和主要优缺点如下：1、基于继电器和定时器原理，顺序扫描所有的I/O点，在根据梯形逻辑语言程序设定输出。没有“偶发事件”驱动功能；2、可大可小，但一旦选定范围，就不允许有大的扩充；3、原来没有或很少，近来增加了少许的运算，但只能是有限的一组功能块，大多为整形数运算。如要进行复杂运算，要另购一块昂贵的模件，用不同的语言和操作环境来编程。该模件也只有个别高档PLC制造商才能提供；4、许多PLC可中处理PID回路，但都是在CPU模块中处理的。由于CPU同时要进行所有I/O点的巡检，如果回路数较多，会大大减弱PLC的功能；5、I/O模件提供模拟量的原始数值，定标与工程单位(如温度(℃)、压力(兆帕)、流量(米³/秒)，等等)的转换在CPU中进行处理；6、系统设计时应考虑一定的扩充范围，如果扩充超出此范围，则通常要更换处理器甚至整个系统，所有的软件“源码”要在一个全新的环境下重新编写；7、同系列PLC之间可以点对点的方式构成一个大的PLC系统，但无法和第三方的设备进行良好的通信。串口通讯需另购一个昂贵的专用辅助硬件，该硬件的编程完全是另一种高级语言；8、通常为梯形图组态，个别PLC厂家也在开发流程图组态方式，但PLC的硬件是为梯形图设计的，所以，流程图组态方式不适合PLC。此外，ASCII码通信、复杂运算功能的增加，要对硬件做较大的变动，即使PLC厂商能够做了这些，也是不经济的，对用户来说则是复杂和低效率的；9、控制(顺控和PID)集中在控制站的CPU模件，I/O单元无智能化，布线复杂，名为“集散”，实为集中系统。无法进行分散和远程控制；10、梯形图逻辑相对简单，但如果牵涉到复杂控制，则需另外培训编程语言和环境；11、所有的硬件和软件均为厂家独有，且技术基于七十年代的电子和计算机技术，目前已处于淘汰边缘。与其它系统的互连极为昂贵和复杂，且常常不能直接连接；12、倾向于无界面工作，组态时采用编程器，图形方式落后，价格昂贵；13、硬件价格相对不高，软件较贵，考虑安装、培训与操作、维护、升级或扩充、备件，成本昂贵；14、性能较稳定，保证期通常为一年。可以冗余，但较昂贵。

本发明的目的是为了克服现有的工业连续过程的自动化控制装置和方法的不足而提供一种能完成从小的I/O系统到大的I/O系统所需的各种柔性可编程控制系统。

本发明提供了一种柔性可编程控制系统，包括计算机和柔性可编程控制装置，其特征在于：所述的柔性可编程控制装置包括CPU基板、供电模块、CPU模块、I/O模块，所述的CPU基板包括用于固定模块的基板本体和用于各模块间的信号连接的印刷电路母板，印刷电路母板上设有分别用于安装供电模块、CPU模块和至少一个I/O模块的槽位，所述的供电模块与所述的CPU模块相邻接，而所述的CPU模块与所述的I/O模块相邻接。

按照本发明的柔性可编程控制系统，其特征在于，所述的印刷电路母板上设有4个、6个或8个用于安装I/O模块的槽位。

按照本发明的柔性可编程控制系统，其特征在于，所述的柔性可编程控制装置进一步包括一个连接插座。

按照本发明的柔性可编程控制系统，其特征在于，所述的柔性可编程控制装置进一步包括一个或多个扩展I/O基板，所述的扩展I/O基板包括用于固定I/O模块的基板本体和用于各I/O模块问的信号连接的印刷电路母板，以及至少一个I/O模块。

按照本发明的柔性可编程控制系统，其特征在于，所述的扩展I/O基板6个或8个I/O模块。

按照本发明的柔性可编程控制系统，其特征在于，所述的扩展I/O基板设有两个连接插座，其中上方的连接插座与CPU基板或上一级I/O基板相连接，而下方的连接插座与下一级I/O基板相连接。

按照本发明的柔性可编程控制系统，其特征在于，所述的柔性可编程控制装置有1个CPU基板和3个扩展I/O基板，CPU基板和扩展I/O基板的传输信号的距离是30英尺。

按照本发明的柔性可编程控制系统，其特征在于，最多达16个计算机和柔性可编程控制装置可以被连接起来并共享1536个点的数据。

按照本发明的另一种柔性可编程控制系统，其特征在于，所述的柔性可编程控制装置使用内置型RS-485通讯口进行点到点的通讯。

按照本发明的另一种柔性可编程控制系统，其特征在于，所述的柔性可编程控制装置除了本地节点以外，还可以与15个远程节点连接并共享2,048个I/O点的数据，在控制的本地节点和最远程节点的距离为20000英尺。

本发明的柔性可编程控制系统是高性能和多功能控制器的PPC系统，它使用继电器逻辑图编程语言(NON-IEC标准)并集成了I/O模块、高扫描速度、通讯能力用来完成从小的I/O系统到大的I/O系统所需的各种要求。

本发明的柔性可编程控制系统可以控制最多达32个I/O模块，并提供了RS-232和RS-485通讯口。系统I/O点由所使用的模块类型来决定。

本发明的另一种柔性可编程控制系统具有内建式点到点接口功能，这样通过使用内建式RS-485通讯口最多可以用RS-485双绞线将16个PPC控制器连接起来以共享数据。

本发明的柔性可编程控制系统可以支持2048个I/O点，并能为需要很多I/O或远程I/O控制的系统提供远程I/O的控制功能。

附图简要说明图1为本发明系统的结构原理图。图1-1为本发明系统的柔性可编程控制装置的外部结构示意图。图2为本发明系统的柔性可编程控制装置中的CPU模块的外部结构示意图。图2-1为图2中的柔性可编程控制装置的CPU基板的示意图。图3所示为图2中的CPU动作状态LED显示。图4所示为图2中的CPU动作开关。图5所示为本发明系统所使用的CPU模块的站号表示开关。图6所示为图2中的COM#1(RS-232C通讯口)示意图。图7所示为COM1口与计算机的连接方式。图8所示为图2中的COM#2(RS-422C通讯口)示意图。图9所示为COM2口与计算机的连接方式。图10所示为图1-1中的CPU模块的结构方框图。图11所示为16点DC12/24V输入模块(XDC10型)的面板示意图。图12所示为16点DC12/24V输入模块(XDC10型)的输入等效电路图。图13所示为16点DC0.1A输出模块(YDC10型)的面板示意图。图14所示为16点DC0.1A输出模块(YDC10型)的输出等效电路图。图15所示为本发明系统的应用流程图。

以下结合附图对本发明进行更详细的说明。

本发明提供了一种柔性可编程控制系统。图1所示为本发明柔性可编程控制系统的结构原理图。图1-1所示为本发明柔性可编程控制系统的柔性可编程控制装置的示意图，图2-1所示为图1-1中的柔性可编程控制装置的CPU基板的示意图。如图1-1和2-1所示，所述的柔性可编程控制装置包括CPU基板1101、供电模块104、CPU模块101和I/O模块102，所述的CPU基板包括用于固定模块的基板本体和用于各模块间的信号连接的印刷电路母板(图中未标出)，印刷电路母板上设有分别用于安装供电模块、CPU模块和I/O模块的槽位1102、1103和1104，所述的供电模块104与所述的CPU模块101相邻接，而所述的CPU模块101与所述的I/O模块102相邻接。

由于本发明系统的智能化设计，在所有的基板上没有任何主动电子组件。

图2所示为图1-1中的CPU模块的外部结构示意图。如图2所示，其包括以下四个部分：①CPU动作状态LED显示；②CPU动作开关；③COM#1(RS-232C通讯口)接头接线图；和④COM#2(RS-232C/485通讯口)接头接线图；以及远程I/O点201。以下分别对其进行说明。

图3所示为图2中的CPU动作状态LED显示，包括TX1、RX1、TX2、RX2、ERC、Fail和RUN灯，其中TX1‘亮’表示COM1正发送数据，RX1‘亮’，表示COM1正接受数据，TX2‘亮’表示COM2正发送数据，RX2‘亮’表示COM2正接受数据，ERC‘亮’表示错误码，RUN为运行显示灯，Fail‘亮’表示CPU无效功能。下面分别对其进行说明。

RUN运行显示：在运行模式下，RUN灯将以20HZ的速度闪烁，CPU将执行存在于运行中的RAM内存的用户的梯形图程序。

在STOP模式下，RUN显示灯将以每4秒的低速度闪烁，此时CPU处在等待状态并且仅有内部维持的功能而不是执行用户在工作中的RAM中的梯形图程序。

BAT-LO显示：如果供给CPU模块的电源不足时BAT-LO将显不。

FAIL显示：如果CPU不能工作时FAIL显示灯会闪烁。这可能是由于电源问题和硬件问题引起的。

RX1,TX1显示：RX1和TX1指示表明COM1的工作状态.RX1指示灯在COM1正在接受数据时会闪烁，TX1指示灯在COM1正在发送数据时回闪烁。

RX2,TX2显示：RX2和TX2指示灯表明COM2的工作状态。当COM2正在接受数据时RX2显示灯会闪烁。当COM2正在发送数据时TX2指示灯会闪烁。

ERC显示：ERC指示灯是为系统保留的。

图4所示为图2中的CPU动作开关，包括四个开关SW1、SW2、SW3和SW4,SW1表示系统启动模式，SW2表示RUN/STOP转换开关，SW3表示特殊保留选择，SW4表示记忆保护。下面分别对其进行说明。

如果SW1是置于‘ON’位置时，则CPU在供电开始时将会冷启动；如果SW1置于“OFF”的位置时，则CPU在通电开始时将会热启动。当CPU置于冷启动位置时，CPU将清掉驻留于寄存器的数据，并且把存于ROM中的梯形图程序代替掉在工作中且存于RAM中的梯形图程序。如果CPU探测到SW1在电源合上时处于热启动“ON”的位置，则CPU将保持在寄存器中的数据并执行驻留在工作中的RAM中的梯形图程序。换句话说，CPU在电源没有从“ON”的位置打到“OFF”的位置前(即最后电源打到“OFF”位置前)。将执行相同的梯形图程序。

在CPU探测到SW2拨动开关从OFF位置打到ON的位置时，则CPU将从运行RUN模式到停止STOP模式或者相反(即从STOP模式到RUN模式变化)。

SW3为特别保留键，作为系统维护用。

当SW4键置于‘ON’的位置时，在工作中的RAM中的梯形图程序将会被保护起来。换句话说，此时用户不能对工作中的RAM的程序修改或加入新的程序进去。

图5所示为本发明系统所使用的CPU模块的站号表示开关。图中的拨动开关是用来代表CPU的站号，共有8个位置用来代表CPU的站号，所以CPU的站号的数量可以被设成0到255个站号。

当CPU与程序包连接起来时，需要用到CPU的站号。在通过MODBUS通讯应用的时候也会用到站号。

图6所示为图2中的COM#1(RS-232C通讯口)示意图。其中，COM1口可以用作通讯口或作为一个MODBUS通讯口。图7所示为COM1口与计算机的连接方式。

图8所示为图2中的COM#2(RS-422C通讯口)示意图。COM2口是一个RS422/485通讯口。如果COM2口被用来作为PP的通讯口，则其可以通过转换器902将本发明系统的柔性可编程控制装置与计算机903连接起来，如图9所示。

CPU模块为本发明系统中的控制枢纽模块。依据使用者输入的阶梯图程序，进行逻辑推演、算术运算等工作，最后再将结果送至各输出模块，以完成控制的任务。图10所示为图1中的CPU模块的结构方框图。下面对其进行详细说明。

1、处理器(processor)：TCS TSC系列PPC的处理器采MC680016位CPU,CPU的主要工作为处理应用指令，并协调硬件计算电路进行接点指令的处理，此外系统自我诊断与外围组件的驱动亦由处处理器负责。

2、内存：TCS TSC系列PPC的内存可分为FLASH ROM和SRAM两种，FLASH ROM占用64K words的地址空间，用来存放系统程序(System Program)，及烧录应用程序(Ladder Program)使用。而应用程序、程序的执行状态及工作区的记忆等，则存在SRAM中，其中应用程序与状态记忆，皆由电池Back-up，当AC电源停电时，便能自动把程序及状态保存。TCS TSC系列PPC使用者可使用的程序内存(Ladder RAM)分成24K words(TSC-500、TSC-500L两型)与48Kwords(TSC-500LR)两种。

3、硬件计算ASIC：硬件计算ASIC在电路结构上，相当于主处理器的副处理器，当CPU模块开始进行计算时，整个计算顺序的控制权由计算ASIC掌握；计算ASIC会从Ladder program的起始地址开始读取Ladder指令，当计算ASIC读到的是一般的接点指令时，ASIC便会直接将接点指令处理完毕，直到计算ASIC读到应用指令时，才会将计算的控制权交由CPU，并跳到相对应的应用指令处理例程(routiine)去执行，CPU处理完后继续将计算的控制权交回给硬件计算ASIC处理阶梯程序。10MHz的工作频率下，硬件计算ASIC处理接点指令的速率为0.25us/1K words.

4、遥控I/O通信界而：此界面的配合机型为TSC-500LR的PPC，以此型的PPC来说，CPU模块经由此界面与遥控I/O界面(RIOA)模块相连，以读取或传送数据给分散四处的I/O模块。

5、外围装置通信界面：TCS TSC系列PPC提供了RS-232C及RS-422A通讯端口各一个来与外界沟通或是做为PPC站台问的LINK连结使用，利用CPU模块上的PORT1(RS-232C)可连接PP程序规划器与MODBUS通讯网路。PORT2(RS-422A)除了有与上述PORT1的功能外，另外亦可做为PPC LINK通信界面：PPC LINK的通信界面系通过系统内建的LINK功能，将每个独立的PPC站台，以RS-422A(或RS-485)为通信媒介；用来将各个分布式的PPC站台其内部的资料作交换及连结，以达到分布式控制的效果。

本发明的系统使用常用的软件包，例如使用TSC-500-PP软件程序包。将计算机与本发明系统的柔性可编程控制装置的RS-232C/RS-485通讯口连接就可以对所述的的柔性可编程控制装置进行编程。参照“TSC-500-PP用户手册”可获取详细资料。

本发明系统中所使用的I/O(输入/输出)模块采用低成本、高性能的I/O(输入/输出)模块。具体来说，输入模块包括16点DC12/24V输入模块；32点DC12/24V输入模块；16点110V输入模块；4CH16位A/D输入模块(-10～+10V,-20～+20mA)；8CH12位A/D输入模块(-10～+10V)和8CH12位A/D输入模块(-20～+20mA)。输出模块包括16点DC0.1A,NPN晶体管输出模块；32点DC0.1A,NPN晶体管输出模块；16点DC2A,NPN晶体管输出模块；16点DC2A继电器输出模块；16点AC0.6A,AC110/220V输出模块；和4CH14位D/A输出模块(-10～+10V,-20～+20mA)。下面仅对其中的一种输出模块和输出模块进行说明。

图11所示为16点DC12/24V输入模块(XDC10型)的面板示意图。其中，前面板：

①ACT显示灯：

如果CPU模块正在对其他模块服务时，ACT显示灯会亮；如果CPU模块对其它模块的服务中断0.2秒以上时ACT显示灯会灭。

②输入状态显示灯：

共有16个LED灯显示输入状态，如果相应的输入点是ON时对应的LED灯会亮起来。

③端子模块连接器：

为外部连线用的端子模块连接器是一个可拆卸的端子块，用户在更换模块时不需要松动连接线。

图12所示为16点DC0.1A输入模块(XDC10型)的输入等效电路图。该输入模块的规格参数如下表1所示。

表1 16点DC0.1A输入模块(XDC10型)的规格参数

图13所示为16点DC0.1A输出模块(YDC10型)的面板示意图。其中，前面板：

①ACT指示：

ACT指示灯在CPU对模块发送数据时将亮。在CPU不对模块服务的时间超过0.2秒以上时ACT灯会灭掉。

②输入状态LED指示：

共有16个LED灯指示输入状态，如果对应的输入点在ON的状态时，响应的指示灯会亮起来，反之则熄灭。

③端子模块连接器：

为外部连线的端子模块是一个可拆卸的端子块。用户不需要松开连接线而更换模块。

图14所示为16点DC0.1A输出模块(YDC10型)的输出等效电路图。该输出模块的规格参数如下表2所示。表2 16点DC0.1A输出模块(YDC10型)的规格参数

本发明系统的安装和连线可以按照本领域的常规方法进行。在此不进行详细的说明。

本发明系统可以应用于各种工业自动化控制过程中。当将本发明的系统用于完成一项控制项目计划时，可参照图15所示的流程图进行，即：

(1)系统规划

首先，必须深入了解系统所需求的功能，并调查可能的控制方法与设计最佳的操作程序，根据所归纳的结论来拟定系统规划，决定采用的TCS TSC系列PPC系统架构、所需的I/O点数与I/O模块类型。

(2)I/O模块选择与地址设定

当I/O模块选妥后，依据所规划的I/O点使用情形，由系统自动设定I/O地址，或由使用者自定I/O模块的地址。

(3)阶梯程序的编写与系统配线同时进行

在确定好实际的I/O地址之后，依据系统需求的功能，开始着手阶梯图程序的编写。同时，I/O的地址已设定妥当，故系统的配线亦可着手进行。

(4)阶梯图程序的仿真与修改

在阶梯图程序编写完成后，将程序写入TCS TSC系列PPC，便可先行在PC与TCS TSC系列PPC系统做在线连结，以执行在线仿真作业。倘若程序执行功能有误，则必须进行除错，并修改阶梯图程序。

(5)系统的试车与实际运转

在在线程序仿真作业下，若阶梯图程序执行功能正确无误，且系统配线亦完成后，便可使系统纳入实际运转，项目计划亦告完成。

(6)为确保日后维修的便利，我们须将试车无误、可供实际运转的阶梯图程序做批注，并加以整理归档，方能缩短日后维修与查阅程序的时间。

本发明系统具有以下优点：1、I/O控制点多：I/O控制的处理可达2048点，适合各种大小规模的控制应用。2、程序记忆容量大：阶梯图程序容量分为24K及48K words两种，

可作各种复杂或中大规模的控制。3、程序扫描速度快：执行每1K words的程序仅需0.1μs，系统反应

迅速。4、应用指令丰富：除具基本阶梯图指令、计数、计时指令外，尚具

有浮点数的四则运算指令、数码转换指令、数据处理指令、及特殊

指令(如CDMR、CDMW)等，能适应各种复杂的控制要求，易于使

用、学习容易。5、具有遥控I/O能力：控制距离长达10公里，传输速度高达2.5M

bps，除可增强可靠性外，并可大量节省配线成本。6、具有内建式的PPC LINK功能：通过PPC LINK的功能，可减轻

单站PPC的工作负担，更可达到分布式控制的成效。7、具备完整的自我诊断功能：遇故障时即自我警告，并关掉系统的

运作。8、I/O界面及功能齐全：具各种AC、DC输入/输出模块，及A/D、

D/A、High speed counter、High level language模块等多种界面，可

满足各种控制需求。9、在线操作控制能力：可随时做在线程序编辑、存取、仿真、控制

及参数设定等工作，而不影响系统的正常运作。10、强大的仿真控制与显示能力：通过程序规划器的显示画面，可同

时进行数百个接点的仿真控制输入与输出显示，不必制作仿真箱即

可进行控制程序的仿真。11、模块化的I/O结构设计：I/O模块及现场配线均采用方便更换模

块的机构设计，更换、维修模块方便、快速，系统具有高度扩充弹

性。12、多用途的程序规划器：TCS TSC系列PPC的程序规划器(Programming Package，简称RP)，可由一般的个人计算机或笔记型计算机，使用者仅需一片磁盘片，就可将任何一部个人计算机或笔记型计算机变成TCS TSC系列PPC的程序规划器，于程序规划完毕后，可移作其它用途。

下表3列出了本发明系统与DCS系统的比较。

             表3本发明系统与DCS系统的比较

内容	DCS	本发明系统	备注
				系统规模	有最小配置，不适合小系统；适用于数千点以上的大系统。工作站的数量有上限，距离通常局限在厂区或车间内。	没有最小和最大的限制，可以集中，也可分散。站间距离可以跨厂甚至从地球的一端到另一端。
分布性	控制(包括上百个PID回路)集中在控制站的CPU模件，I/O单元无智能化，布线复杂，名为“集散”，实为集中系统。无法进行分散和远程控制。	I/O模件前端智能化可进行简单的控制(顺控、报警、PID，工程单位转换，等等)，大大减轻了控制器和通信网络的负担，是真正的分布式控制系统，集中和分散均可。扩大规模和距离对控制站和操作站的负担影响很小。
				简易性	需要对工艺、电气、仪控各专业的人进行数周到数月的培训，维护通常需要订立昂贵的维护合同	工厂的操作工经过2-3天的培训即可，具有普通的计算机知识和常规的仪控知识即可维护
开放性	所有的硬件和软件均为厂家独有，且技术基于七十年代的电子和计算机技术，目前已处于淘汰边缘。与其它系统的互连极为昂贵和复杂，且常常不能直接连接。	系统的所有的硬件和软件可在第三方买到兼容产品；硬件、软件的发展方向符合国际控制技术、电子技术和计算机技术未来中长期的发展潮流。可与任何系统进行方便和低价格的互连。
				操作界面	操作站图形方式落后，价格昂贵，难以随意增加操作站数量。	制作和操作都十分简单的图形用户界面(GUI)，操作站为PC兼容的工业级计算机，可按工艺分为多站系统，各站操作独立互不影响，但可互为备用。
组态软件	专用软件，组态复杂，使用烦琐，图形等落后。价格昂贵。	自有软件，可用流程图组态，简单易用，采用WINDOWS、UNIX或LINUX的最新软件成果，图形丰富，价格每套只有几百美元。
				可靠性	系统保证期为一年，单模块的故障有可能影响整个系。	I/O模块(系统中使用数量最多的各类模块)为终身保用，其余部分为三年的保证期，任何地方的故障可以对整个系统的正常运行不构成影响。
高级控制功能	可进行多种PID和串级、解耦等算法，但不能进行数学模型运算和专家系统及其它的用户自编程序的运算。	除DCS可进行的所有高级控制功能外，可以进行数学模型、专家系统和任何用户自己定义的控制功能。

内容	DCS	本发明系统	备注
				MIS接口	与MIS系统无法直接相连，通常需另设一个专用工作站进行数据的交换。	可直接与MIS系统进行数据的交换和通信。
升级	系统的硬件升级通常不可能进行，如果要进行，代价非常昂贵，接近新系统的造价。且必须由制造厂商进行。	简单地更换免费升级软件即可，如硬件容量不够，可简单增加硬件，系统原有的部分均可利用。可由用户自己进行。
				扩充	系统设计时应考虑一定的扩充余地，今后可在此范围内扩充，如果超出此范围，则代价十分昂贵，通常要变更控制站增加，所有的软件要重新组态。	十分方便，只要增加模块即可，在组态软件中增加扩充部分的组态即可，对原有的硬件结构和组态没有影响，扩充范围也没有限制。
成本	硬件软件由于无法从第三方购买，通常十分昂贵，安装费用、培训与操作费用、维护费用均十分昂贵；备件成本昂贵。	硬件成本十分合理，通常只有DCS的一半左右，软件更低，每套过程软件(一个操作站用，没有点数限制)只有几百美元，安装、培训、操作、维护均十分简单因而成本低廉。由于I/O模件终身保用，省去了用户该部分(需求最大的部分)的备件费用，其它备件可按公开的报价从TCS购买，也可存市场上从第三方买到兼容的产品。

下表4列出了本发明系统与PLC系统的比较。

         表4本发明系统与PLC系统的比较

内容	PLC	本发明系统
			工作模式	基于继电器和定时器原理，顺序扫描所有的I/O点，在根据梯形逻辑语言程序设定输出。没有“偶发事件”驱动功能。	采用“偶发事件”驱动功能，无须对前端进行扫描。主控制器可以把资源用于更有效地完成其它任务上，只在需要时才根据前端的中断信号采取相应动作。
系统规模：	可大可小，但一旦选定范围，就不允许有大的扩充。	没有最小和最大的限制，站间距离可以跨厂甚至从地球的一端到另一端。
			数学运算	原来没有或很少，近来增加了少许的运算，但只能是有限的一组功能块，大多为整形数运算。如要进行复杂运算，要另购一块昂贵的模件，用不同的语言和操作环境来编程。该模件也只有个别高档PLC制造商才能提供。	由于一开始就基于PC的从32位处理器发展而来，所以，不仅可以轻易处理“整形”和“浮点”数的运算，在组态软件中还有大量的数学函数库可以进行复杂的运算。
PID	许多PLC可以处理PID回路，但都是在CPU模块中处理的。由于CPU同时要进行所有I/O点的巡检，如果回路数较多，会大大减弱PLC的功能。	PID回路由前端I/O单元的模块处理，不经过主控制器的处理器。所以，PID回路的增加象普通的I/O点增加一样，不会给主处理器增加任何“痛苦”。
			模拟量	I/O模件提供模拟量的原始数值，定标与工程单位(如温度(℃)、压力(兆帕)、流量(米3/秒)，等等)的转换在CPU中进行处理。	定标与工程单位的转换甚至连线性补偿都在前端完成，另外斜波输出、波形产生、报警监控也在前端完成，所以系统规模的增加不会导致系统整体运行负担加重。
扩充	系统设计时应考虑一定的扩充范围，如果扩充超出此范围，则通常要更换处理器甚至整个系统，所有的软件“源码”要在一个全新的环境下重新编写。	十分方便，只要增加模块即可，在组态软件中增加扩充部分的组态即可，对原有的硬件结构和组态没有影响，扩充范围也没有限制。
			升级	系统的硬件升级通常不可能进行，如果要进行，意味着全面更换新系统。	简单地更换免费升级软件即可，如硬件容量不够，可简单增加硬件，系统原有的部分均可利用。可由用户自己进行。
通信	同系列PLC之间可以点对点的方式构成一个大的PLC系统，但无法和第三方的设备进行良好的通信。串口通讯需另购一个昂贵的专用辅助硬件，该硬件的编程完全是另一种高级语言。	开放式通信，无论是串口、网络、系统内硬件还是其它系统的硬件，都十分方便。

内容	PLC	本发明系统
			编程组态	通常为梯形图组态，个别PLC厂家也在开发流程图组态方式，但PLC的硬件是为梯形图设计的，所以，流程图组态方式不适合PLC。此外，ASCII码通信、复杂运算功能的增加，要对硬件做较大的变动，即使PLC厂商能够做这些，也是不经济的，对用户来说则是复杂和低效率的。	所有编程基于WINDOWS NT的平台，流程清晰、整体一贯、可读性强，系统结构清楚，用户界面与WINDOWS其它界面一样，明白易懂。本发明系统特有的实时跟踪诊断软件，可供用户设置断点、单步执行，并与界面紧密结合，是系统运行时的一个强大的诊断和恢复故障的工具。
分布性	控制(顺控和PID)集中在控制站的CPU模件，I/O单元无智能化，布线复杂，名为“集散”，实为集中系统。无法进行分散和远程控制。	I/O模件前端智能单元可进行简单的控制(顺控、报警、PID，工程单位转化，等等)，大大减轻了控制器和通信网络的负担，是真正的分布式控制系统。扩大规模和距离对控制站和操作站的负担影响很小。
			简易性	梯形图逻辑相对简单，但如果牵涉到复杂控制，则需另外培训编程语言和环境。	工厂的操作工经过2-3天的培训即可，具有普通的计算机知识和常规的仪控知识即可维护。
开放性	所有的硬件和软件均为厂家独有，且技术基于七十年代的电子和计算机技术，目前已处于淘汰边缘。与其它系统的互连极为昂贵和复杂，且常常不能直接连接。	系统的所有的硬件和软件可在第三方买到兼容产品；硬件软件的发展方向符合国际控制技术、电子技术和计算机技术中长期的发展潮流。可与任何系统进行方便和低价格的互连。
			操作界面	倾向于无界面工作，组态时采用编程器，图形方式落后，价格昂贵。	制作和操作都十分简单的图形用户界面(GUI)，操作站为PC兼容的工业级计算机，可按工艺分为多站系统，各站操作独立互不影响，但可互为备用。
成本	硬件价格相对不高，软件较贵，考虑安装、培训与操作、维护、升级或扩充、备件，成本昂贵。	硬件软件价格低于PLC，如考虑安装、培训、操作、维护、升级或扩充、与其它系统的通信，则成本大大低于PLC。由于I/O模件终身保用，省去了用户该部分(需求最大的部分)的备件费用。
			可靠性	性能较稳定，保证期通常为一年。可以冗余，但较昂贵。	性能十分稳定，I/O模件为终身保用，可以较方便地冗余。

Claims (14)

1、一种柔性可编程控制系统，包括计算机和柔性可编程控制装置，其特征在于：所述的柔性可编程控制装置包括CPU基板、供电模块、CPU模块、I/O模块，所述的CPU基板包括用于固定模块的基板本体和用于各模块问的信号连接的印刷电路母板，印刷电路母板上设有分别用于安装供电模块、CPU模块和至少一个I/O模块的槽位，所述的供电模块与所述的CPU模块相邻接，而所述的CPU模块与所述的I/O模块相邻接。

2、按照权利要求1所述的柔性可编程控制系统，其特征在于，所述的印刷电路母板上设有4个、6个或8个用于安装I/O模块的槽位。

3、按照权利要求1所述的柔性可编程控制系统，其特征在于，所述的柔性可编程控制装置进一步包括一个连接插座。

4、按照权利要求1所述的柔性可编程控制系统，其特征在于，所述的柔性可编程控制装置进一步包括一个或多个扩展I/O基板，所述的扩展I/O基板包括用于固定I/O模块的基板本体和用于各I/O模块间的信号连接的印刷电路母板，以及至少一个I/O模块。

5、按照权利要求4所述的柔性可编程控制系统，其特征在于，所述的扩展I/O基板6个或8个I/O模块。

6、按照权利要求4或5所述的柔性可编程控制系统，其特征在于，所述的扩展I/O基板设有两个连接插座，其中上方的连接插座与CPU基板或上一级I/O基板相连接，而下方的连接插座与下一级I/O基板相连接。

7、按照权利要求1或4所述的柔性可编程控制系统，其特征在于，所述的柔性可编程控制装置有1个CPU基板和3个扩展I/O基板，CPU基板和扩展I/O基板的传输信号的距离是30英尺。

8、按照权利要求1所述的柔性可编程控制系统，其特征在于，最多达16个计算机和柔性可编程控制装置可以被连接起来并共享1536个点的数据。

9、按照权利要求1所述的柔性可编程控制系统，其特征在于，所述的柔性可编程控制装置使用内置型RS-485通讯口进行点到点的通讯。

10、按照权利要求1所述的柔性可编程控制系统，其特征在于，所述的柔性可编程控制装置除了本地节点以外，还可以与15个远程节点连接并共享2,048个I/O点的数据，在控制的本地节点和最远远程节点的距离为20000英尺。

11、按照权利要求1所述的柔性可编程控制系统，其特征在于，该系统使用继电器逻辑图编程语言并集成了I/O模块、高扫描速度、通讯能力用来完成从小的I/O系统到大的I/O系统所需的各种要求。

12、按照权利要求1所述的柔性可编程控制系统，其特征在于，该系统控制最多达32个I/O模块，并提供了RS-232和RS-485通讯口。

13、按照权利要求1所述的柔性可编程控制系统，其特征在于，该系统具有内建式点到点接口功能，通过内建式RS-485通讯口用RS-485双绞线最多可以将16个PPC控制器连接起来以共享数据。

14、按照权利要求1所述的柔性可编程控制系统，其特征在于，该系统支持2048个I/O点，并能为需要很多I/O或远程I/O控制的系统提供远程I/O的控制功能。

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