【正文】 來(lái)說(shuō)，它必須滿足實(shí)時(shí)性的要求，即在確定的時(shí)間限度內(nèi)完成信息的傳送。為了滿足系統(tǒng)擴(kuò)充性的要求，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上可接入的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)量應(yīng)比實(shí)際使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)量大若干倍。一般一套 DCS 中要設(shè)置現(xiàn)場(chǎng) I/O控制站 ，用以分擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)的 I/O和控制功能。 DCS 是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通 信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)，通信、顯示和控制等 4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活以及組態(tài)方便。 （ 2） 開(kāi)放性。它是安全可靠雙冗余的高速通訊網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的拓展性與開(kāi)放性更好 .而 PLC 因?yàn)榛旧隙紴閭€(gè)體工作，其在與別的 PLC 或上位機(jī)進(jìn)行通訊時(shí)，所采用的網(wǎng)絡(luò)形式基本都是單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議也經(jīng)常與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)不符。 4. DCS 在整個(gè)設(shè)計(jì)上就留有大量的可擴(kuò)展性接口，外接系統(tǒng)或擴(kuò)展系統(tǒng)都十分方便，PLC 所搭接的整個(gè)系統(tǒng)完成后，想隨意的增加或減少操作員站都是很難實(shí)現(xiàn)的。所以 DCS 系統(tǒng)要比其安全可靠性上高一個(gè)等級(jí)。在控制精度上相差甚遠(yuǎn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步 ,其控制功能由簡(jiǎn)單的邏輯控制、順序控制發(fā)展為復(fù)雜的連續(xù)控制和過(guò)程控制 ,成為自動(dòng)化領(lǐng)域的三大技術(shù)支柱 (PLC、機(jī)器人、 CAD/CAM)之一。除了開(kāi)關(guān)量邏輯控制功能外 ,現(xiàn)代的小型 PLC 一般具有以下功能 :(1)多種工作模式的 32 位高速計(jì)數(shù)器 ,當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)置值時(shí) ,用中斷方式改變 PLC 的輸出。 (3)中斷功能 ,包括開(kāi)關(guān)量輸入中斷、定時(shí)中斷、高速計(jì)數(shù)輸入中斷、高速脈沖輸出中斷和通信中斷等。 (8)用 EEPROM 代替 RAM 和鋰電池 ,使 PLC 成為完全免維護(hù)的設(shè)備。 FX 系列有下述功能擴(kuò)展板 :4 點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入板、 2 點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出板、 2 路模擬量輸入板、 1 路模擬量輸出板、 8 點(diǎn)模擬量調(diào)整板 ,RS232C、 RS485 和 RS422 通信板。程序可以下載、存盤(pán)和打印 ,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或電話線 ,還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程。 (3)編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)化 :PLC 的編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn) IEC611311 已公布了多年 ,歐美的 PLC 廠家的編程語(yǔ)言基本上符合 IEC 標(biāo)準(zhǔn)。使用這些編程向?qū)r(shí) ,只需要輸入要求的數(shù)據(jù)或確定選項(xiàng) ,編程軟件就可以自動(dòng)地生成用戶(hù)程序。以三菱的 FX 系列為例 ,它可以接入開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò) ,為此提供了 CCLink 系統(tǒng)主站模塊、 CCLink 接口模塊、 ASI 主站模塊、 Deviceet 接口模塊和 Profibus 接 口模塊。其余的幾種鏈接的通信是周期性地自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的 ,用戶(hù)只需要作一些簡(jiǎn)單的設(shè)置。值得一提的是 Modbus 通信協(xié)議 ,該協(xié)議包括兩種傳輸模式 (ASCII 和 RTU),它們?cè)?PLC 的通信中得到了廣泛的使用 ,Modbus 協(xié)議已經(jīng)成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。值得關(guān)注的是已進(jìn)。 (3)PLC 緊密結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線。 早期的 PLC 基本上采用廠家專(zhuān)用的通信協(xié)議 ,給不同廠家的產(chǎn)品互聯(lián)互通和用戶(hù)的使用帶來(lái)了很大的困難。在軟件方面 FX 提供了一些專(zhuān)用的通信協(xié)議 ,如并行鏈接、 NN 鏈接、計(jì)算機(jī)鏈接和I/O 鏈接。 PLC 通信功能 (1)通信功能增強(qiáng)。隨著時(shí)間的推移 ,IEC 標(biāo)準(zhǔn)會(huì)得到越來(lái)越廣的使用。 (2)編程軟件功能提高 :PLC 的編程軟件升級(jí)更 新非?？?,如三菱先后推出了 MEDOC、SWOPCFXGP/WIN、 GPPW 編程軟件和 LLT 模擬仿真軟件。隨著計(jì)算機(jī)的迅速普及、升級(jí)以及編程軟件性能的不斷提高 ,使用編程軟件的人越來(lái)越多 ,筆記本電腦的大幅度降價(jià)解決了計(jì)算機(jī)編程的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試問(wèn)題。小型 PLC 不斷增加特殊功能模塊的品種 ,一般有下列特殊模塊 :模擬量輸入輸出模塊、熱電阻 /熱電偶溫度傳感器模塊、溫度調(diào)節(jié)模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、脈沖輸出模塊、位置控制模塊、可編程凸輪開(kāi)關(guān)模塊和多種通信模塊等。 (6)內(nèi)置的 1 個(gè)或 2 個(gè)模擬量輸入電位器 ,可用于調(diào)節(jié)控制參數(shù) ,如修改定時(shí)器的設(shè)定值。三菱的 FX1S 和 FX1N 的計(jì)數(shù)頻率可達(dá)100kHz。近年來(lái) ,PLC 生產(chǎn)廠商不斷推出功能更強(qiáng)的小型 PLC,更新?lián)Q代的周期越來(lái) 越短。 7. 模塊： DCS 系統(tǒng)所有 I/O 模塊都帶有 CPU，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采集及輸出信號(hào)品質(zhì)判斷與標(biāo)量變換，故障帶電插拔，隨機(jī)更換。系統(tǒng)各種控制軟件與算法可以將工藝要求控制對(duì)象控制精度提高。 PLC 所搭接的系統(tǒng)基本沒(méi)有冗余的概念，就更談不上冗余控制策略。我們采用電源 ,CPU,網(wǎng)絡(luò)雙冗余 . 3. DCS 整體考慮方案 ,操作員站都具備工程師站功能 ,站與站之間在運(yùn)行方案程序下裝后是一種緊密聯(lián)合的關(guān)系，任何站、任何功能、任何被控裝置間都是相互連鎖控制 , 協(xié)調(diào)控制 。 DCS 控制系統(tǒng)與 PLC 控制區(qū)別 1. DCS 是一種 “ 分散式控制系統(tǒng) ” ，而 PLC 只是一種 (可編程控制器 )控制 “ 裝置 ” ，兩者是 “ 系統(tǒng) ” 與 “ 裝置 ” 的區(qū)別。由于 DCS 將系統(tǒng)控制功能分散在各臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，因此某一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的故障不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)其他功能的喪失。 DCS 的操作員站是處理一切與運(yùn)行操作有關(guān)的人機(jī)界面（ HMIHuman Machine Interface 或 operator interface）功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的上網(wǎng)和下網(wǎng)是隨時(shí)可能發(fā)生的，特別是操作員站，這樣，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)會(huì)經(jīng)常進(jìn)行，而這種操作絕對(duì)不能影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有很強(qiáng)在線網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)功能。因此，衡量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)并不是網(wǎng)絡(luò)的速率，即通常所說(shuō)的每秒比特?cái)?shù)（ bps），而是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性，即能在多長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)確保所需信息的傳輸完成。 首先， DCS 的骨架 — 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，它是 DCS的基礎(chǔ)和核心。 在這種方案中，傳統(tǒng) PLC 將只作為一個(gè)硬件系統(tǒng)平臺(tái)，將軟 PLC 運(yùn)行系統(tǒng)安裝到此傳統(tǒng) PLC 硬件中，然后將開(kāi)發(fā)系統(tǒng)編寫(xiě)的 PLC 應(yīng)用程序下載到此硬件系統(tǒng)并運(yùn)行，即可實(shí)現(xiàn)PLC 的控制功能。采集上來(lái)的輸入信號(hào)被軟 PLC 運(yùn)行系統(tǒng)處理，軟 PLC 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)（編程器）編寫(xiě)的控制應(yīng)用程序也被軟 PLC 運(yùn)行系統(tǒng)解釋執(zhí)行，最后將處理后的信號(hào)輸出到本地（或遠(yuǎn)程）控制現(xiàn)場(chǎng)完成相應(yīng)的本地控制（或遠(yuǎn)程控制）功能，及其控制方案和過(guò)程。另外， WindowsCE 等操作系統(tǒng)具有了 NT 在硬實(shí)時(shí)性方面所不具備的特性。傳統(tǒng) PLC 具有硬實(shí)時(shí)性，正因?yàn)槿绱怂拍芴峁┛焖?、確定而且可重復(fù)的響應(yīng)。 軟 PLC 的技術(shù)是基于 IEC611313 標(biāo)準(zhǔn)的，因此在掌握標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言后開(kāi)發(fā)就比較容易。 PC 機(jī)廠家的激烈競(jìng)爭(zhēng)使得基于 PC機(jī)的軟 PLC 的性?xún)r(jià)比得以提高。 技術(shù)優(yōu)勢(shì)及其發(fā)展的制約因素 （ 1） 技術(shù)優(yōu)勢(shì) 軟 PLC 解決了傳統(tǒng) PLC 的兼容性差、通用性差等問(wèn)題，具有多方面的優(yōu)勢(shì)。如果對(duì)控制器的可靠性和控制性能要求較高，可選擇插槽式 PLC，因?yàn)樗鼡碛凶约旱牟僮飨到y(tǒng)，有可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和準(zhǔn)確的重新啟動(dòng)功能。 PC 機(jī)可以容納數(shù)個(gè)插槽式的 PLC，并把它們當(dāng)作集成模塊，在操作系統(tǒng)支持下既獨(dú)立又協(xié)調(diào)地工作。該 PC 機(jī)上的操作系統(tǒng)是基于實(shí)時(shí)功能的，如： WindowsNT 或 WindowsCE 或 Linux 等，在西門(mén)子開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件 ProToolPro 的支持下，實(shí)現(xiàn)控制和監(jiān)視，在編程軟件 STEP7 支持下，提供用戶(hù)編程環(huán)境。通常由 IO接口、通信接口，系統(tǒng)管理器、錯(cuò)誤管理器、調(diào)試內(nèi)核和編譯器組成： ①I(mǎi)O 接口，可與任何 IO 系統(tǒng)通信，包括本地 IO 系統(tǒng)和遠(yuǎn)程 IO 系統(tǒng)，遠(yuǎn)程 IO 主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線 InterBus，ProfiBus， CAN 等實(shí)現(xiàn)； ② 通信接口。嵌入式系統(tǒng)通常由 EPC 或嵌入式控制器（也稱(chēng)智能控制器）和嵌入式軟件組成，嵌入式軟件又分為嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用程序，嵌入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn)是程序短小、所需內(nèi)存少， Microsoft 公司推出的 WindowsCE 就是一個(gè)嵌入式操作系統(tǒng)，而軟 PLC 可以作為一個(gè)嵌入式應(yīng)用程序運(yùn)行在嵌入式系統(tǒng)中。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn) ＜ 1＞ 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 軟 PLC 基于 PC 機(jī)，建立在一定操作系統(tǒng)平臺(tái)之上，通過(guò)軟件方法實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng) PLC 的計(jì)算、控制、存儲(chǔ)以及編程等功能，通過(guò) IO 模塊以及現(xiàn)場(chǎng)總線等物理設(shè)備完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集以及信號(hào)的輸出。 軟 PLC 控制技術(shù)綜述 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 論 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 機(jī)電工程系機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 18 of 27 軟件 PLC 技術(shù)的形成背景 20 世紀(jì) 90 年代后期，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，傳統(tǒng) PLC（本文簡(jiǎn)稱(chēng)硬 PLC）自身存在著這樣那樣 的缺點(diǎn)：難以構(gòu)建開(kāi)放的硬件體系結(jié)構(gòu)；工作人員必須經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)才能掌握某一種產(chǎn)品的編程方法；傳統(tǒng) PLC 的生產(chǎn)被幾家廠商所壟斷，造成 PLC 的性?xún)r(jià)比增長(zhǎng)很緩慢。其中，大部分 PLC是通過(guò)分銷(xiāo)商和系統(tǒng)集成商達(dá)到最終用戶(hù)的。 在我國(guó)應(yīng)用的 PLC，幾乎涵蓋了世界所有的品牌，呈現(xiàn)百花齊放的態(tài)勢(shì)，但從行業(yè)上分，有各自的勢(shì)力范圍。 1． 5 典型的 PLC產(chǎn)品 1． 國(guó)外 施耐德公司， Quantum、 Premium、 Momentum等； 羅克韋爾（ AB公司）， SLC、 MicroLogix、 Control Logix等； 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 論 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 機(jī)電工程系機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 17 of 27 西門(mén)子公司， SIMATIC S7400/300/200系列； GE公司； 日本歐姆龍、三菱、富士、松下等。同時(shí)由于各廠家 PLC通信協(xié)議的專(zhuān)用特點(diǎn)，現(xiàn)代 PLC系統(tǒng)將更多采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)總線，向 MAP規(guī)約 [1p靠攏，使不同機(jī)型的 PLC系統(tǒng)間可自由聯(lián)網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)資源共享，適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)無(wú)人、無(wú)線、遠(yuǎn)程、復(fù)雜的綜合控制管理的需要。 ，速度更快 PL C是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)三者有機(jī)結(jié)合的高科技產(chǎn)品因而隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和現(xiàn)代自控技術(shù)的飛速發(fā)展 PLC的功能也在不斷增強(qiáng)，并將推出速度更快、功能更 強(qiáng)的 PLC系列產(chǎn)品。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 論 PLC 在自動(dòng)控制領(lǐng)域中的應(yīng)用 機(jī)電工程系機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè) 075 班 臧寶亮 Page 16 of 27 CS MA /C D 通信方式可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)通信速度及可靠性的要求隨機(jī)選擇有連接、無(wú)連接、有應(yīng)答、無(wú)應(yīng)答或是廣播通信中的任一種數(shù)據(jù)傳送方式，靈活性較大。采用CSMA/CD 存取控制方式，網(wǎng)絡(luò)總線上各站無(wú)主從之分，地位平等，對(duì)總線使用權(quán)的獲得多采用“先聽(tīng)后講，邊講邊聽(tīng)”的方法。在 A 站獲得令牌時(shí)，A 站把待發(fā)送數(shù)據(jù)加載在傳送幀中，并繼續(xù)向下傳送令牌，經(jīng) B 站到達(dá) C 站后， C 站將幀格式中的目的地址與本站地址比較，以確定此幀是否為傳送至 C 站的。很明顯后者通信時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致實(shí)時(shí)性下降。為保證實(shí)時(shí)性，令牌總線通信方式中嚴(yán)格 }‘良定每個(gè)站的令牌持有時(shí)間，并保證每個(gè)站在令牌循環(huán)過(guò)程中都有機(jī)會(huì)獲得總線使用權(quán)。主站獲得總線使用權(quán)后，再按主從方式確定在自己的令牌環(huán)持有時(shí)間內(nèi)與其它從站的通信。 C 通信網(wǎng)絡(luò)的浮動(dòng)主站 (N:M) 通信方式 浮動(dòng)主站通信方式適用于總線結(jié)構(gòu)的 PLC 網(wǎng)絡(luò)。而對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的從站，則 可采用靜態(tài)方式在輪詢(xún)表中讓該從站號(hào)多出現(xiàn)幾次，從而獲得較高的通信優(yōu)先權(quán)，同時(shí)也可采用中斷法的動(dòng)態(tài)方式打斷正常的輪詢(xún)周期，隨時(shí)插入獲得總線使用權(quán)，從而更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。主站 中 的 通信處理器采用周期掃描方式與各從站交換數(shù)據(jù)，從而周期性的刷新“ 遠(yuǎn)程 I/0 緩沖區(qū)”，這種通信方式既有周期性又涉及遠(yuǎn)程 I/0 單元，因而被稱(chēng)為“周期 I/0 方式” 。在主站中設(shè)立“遠(yuǎn)程 I/0 緩沖區(qū)”，采用郵箱結(jié)構(gòu)，劃分出幾個(gè)分箱分別與梅個(gè)從站相對(duì)應(yīng)，每個(gè)分箱再分為發(fā)送區(qū)和接收區(qū)。當(dāng)采用同步方式刷新時(shí)，山用戶(hù)程序中對(duì)鏈接區(qū)的發(fā)送指令啟動(dòng)一次刷新，只有當(dāng)鏈接區(qū)的發(fā)送區(qū)數(shù)據(jù)變化時(shí)刁刷新。實(shí)際上鏈接區(qū)成為網(wǎng)絡(luò)的共享存儲(chǔ)區(qū)，也成為 PLC 交換數(shù)據(jù)的中介區(qū)。另外， PLC 建立通信通道后，要將數(shù)據(jù)傳送出去，這又要考慮數(shù)據(jù)傳送方式是有連接的還是無(wú)連接的，是有應(yīng)答的還是無(wú)應(yīng)答的，或是廣播通信。 并行通信和串行通信在 PLC 及其網(wǎng)絡(luò)中都存在。實(shí)際應(yīng)用中對(duì) PLC 網(wǎng)絡(luò)并不做具體劃分。 PLC 控制網(wǎng)絡(luò)只傳運(yùn)。 ④ PLC 網(wǎng)絡(luò)的中間層和底層多采用專(zhuān)用協(xié)議，最底層常采用周期 I/O 方式通信，以適應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求高但信息較短的過(guò)程數(shù)據(jù)和控制命令的傳送，中間層多采用令牌方式或主從方式控制通信 。中間層為主從式多點(diǎn)鏈路或 Profibus 現(xiàn)場(chǎng)總線 IZ61 前者采用主從式總線，輪詢(xún)方式通信，后者是一種新型現(xiàn)場(chǎng)總線，是可承擔(dān)現(xiàn)場(chǎng)、控制、監(jiān)控三級(jí)任務(wù)的以太網(wǎng)，傳送生產(chǎn)管理信息，配置以太網(wǎng)通信協(xié)議 。而底層主要傳送過(guò)程數(shù)據(jù)和控制指令，報(bào)文較短、通信量不大、通信距離較近，但對(duì)實(shí)時(shí)性和可靠性要求較高 。 ⑤當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后， PLC 集中將輸出狀態(tài)寄存器中的狀態(tài)通過(guò)輸出模塊單元轉(zhuǎn)換成控制設(shè)備的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出狀態(tài)的刷新。這種工作方式在系統(tǒng)軟件控制下，順序掃描各 輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶(hù)程序進(jìn)行